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Als Grundlage wurden zunächst Auswertebögen erarbeitet und erste Patienten im Zeitraum vom 24.09.2007 bis 28.03.2009 in die Studie eingeschlossen. Es handelt sich um ein ausgewähltes Patientengut mit supratentoriellen Territorialinfarkten mit Studieneinschluss innerhalb der ersten 24 Stunden nach Beginn der Schlaganfallsymptomatik. Insgesamt umfasst unsere prospektive Studie bisher 74 Patienten. 29 der 74 Patienten waren männlich (39,2 Prozent), 45 (60,8 Prozent) weiblich. 9 Patienten (12,2 Prozent) bekamen epileptische Anfälle. Davon waren 6 weiblich (66,7 Prozent) und 3 männlich (33,3 Prozent). Epilepsien nach Hirninfarkt sind häufiger als bisher beschrieben. Alle Patienten mit Spätanfällen entwickelten eine Epilepsie. Alle zerebrovaskulären Risikofaktoren spielen keine Rolle für das Auftreten epileptischer Anfälle nach Schlaganfall. Die speziellen Therapieverfahren (i.v. und i.a. Lyse, mechanische Thrombektomie) erhöhen ebenfalls nicht die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten epileptischer Anfälle. Die Auswertung der initialen Bildgebungsdaten zeigt, dass das Ausmaß an Infarktfrühzeichen mittels ASPECT Score eine Rolle für das Auftreten bei epileptischen Anfällen spielt. Je niedriger der ASPECTS desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten epileptischer Anfälle. Infarktvolumina spielen keine Rolle. Da unser Patientengut fast nur Mediainfarkte hatte, ist ein Vergleich mit anderen möglichen Gefäßarealen als Risikofaktor für das Auftreten epileptischer Anfälle nicht möglich. Sekundäre hämorrhagische Transformationen haben keine Bedeutung für das Auftreten epileptischer Anfälle. Der ARWMC-Score zeigt widersprüchliche Ergebnisse. Es besteht keine Korrelation zwischen Epilepsien und Mortalität. Das EEG ist für die Risikoabschätzung nach bisherigen Ergebnissen nicht brauchbar. Insbesondere die in der Literatur oft erwähnten PLEDs spielen bisher keine Rolle. Dieser erste Analysezeitpunkt (6 Monate +/- 3 Monate nach Symptombeginn) ist wahrscheinlich zu kurz um eine endgültige Aussage zur Häufigkeit des Auftretens einer Epilepsie nach Territorialinfarkten treffen zu können. Die weiteren Auswertungen der Studie müssen abgewartet werden.
Die Sepsis ist die Haupttodesursache auf nicht kardiologischen Intensivstationen mit einer Mortalität zwischen 30-50%. Auf Grund der epidemiologischen Entwicklung unserer Gesellschaft, einer Indikationsausweitung invasiver und operativer Verfahren sowie steigender Antibiotikaresistenzen und immunsuppressiver Therapien ist die Inzidenz der Sepsis steigend. Forschungsbemühungen zur Verbesserung der Sepsistherapie haben in den letzten Jahrzehnten immer wieder erfolgsversprechende präklinische Ergebnisse in in vitro und in vivo Modellen aufzeigen können. Die Translation in den klinischen Alltag ist dabei jedoch zumeist gescheitert. Die aktuelle Sepsistherapie basiert somit nach wie vor auf den kausalen Säulen der Fokuskontrolle und antimikrobiellen Therapie. Intensivmedizinische Maßnahmen wie die hämodynamische Stabilisierung oder die Durchführung von Organersatzverfahren können definitionsgemäß nicht mehr der kausalen, sondern nur noch der supportiven oder gar adjunktiven Therapie zugeordnet werden. In den letzten Jahren ist die Alteration der endothelialen Barriere im Rahmen systemisch entzündlicher Prozesse mit der Ausbildung eines sogenannten „Capillary leakage syndrome“ mit konsekutiver Ausbildung eines Multiorganversagens auf Grund einer Organminderperfusion zunehmend in den Fokus der Grundlagenwissenschaft gerückt. Trotz dieser enormen pathophysiologischen Bedeutung ist bis heute noch keine Therapieform zur Stabilisierung der Endothelbarriere in septischen Patienten etabliert. Der parazelluläre Spalt der endothelialen Barriere wird durch Adherens- und Tight Junctions abgedichtet, wobei das Adhäsionsprotein Ve-cadherin die Hauptkomponente darstellt und somit die entscheidende Rolle in der endothelialen Integrität einnimmt. Darüberhinaus ist Ve-cadherin in die Endothel-Leukozyten-Interaktion, sowie der makromolekularen Permeabilität partizipiert und kann zusätzlich als Rezeptor für das Fibrinspaltprodukt Bbeta 15-42 dienen. Petzelbauer et al. konnten zeigen, dass eine synthetisch hergestellte Bbeta 15-42 Sequenz (FX06) den Reperfusionsschaden in einem Tiermodell des Herzinfarktes durch eine verminderte leukozytäre Transmigration als Resultat der kompetitiven Interaktion mit Ve-cadherin signifikant reduzieren konnte. In der hier vorliegenden Arbeit wurde der Hypothese nachgegangen, ob FX06 das Überleben in einem Modell der murinen polymikrobillen Sepsis, Colon ascendens Stent Peritonitis, durch eine Stabilisierung der endothelialen Barriere verbessern kann. Des Weiteren wurde der Einfluss von FX06 auf die systemische Zytokinfreisetzung untersucht. Die gewonnen Daten zeigen, dass es durch die Applikation von FX06 zu einer Stabilisierung der Endothelbarriere, vor allem in der Lunge, kommt und somit auch das Überleben signifikant verbessert ist. Das Zytokin- und Chemokinprofil wird dabei nicht durch FX06 beeinflusst. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass FX06 einen möglichen neuen therapeutischen Ansatz zur Stabilisierung der Endothelbarriere darstellt und somit das Überleben in der polymikrobiellen Sepsis verbessern könnte. Zu Evaluierung des genauen Wirkmechanismus von FX06, sowie möglichen Nebenwirkungen und Dosisfindungskurven bedarf es weiterer intensiver Forschungsanstrengungen.
Die DEXA-Untersuchung ist durch ihre einfache Handhabung, geringe Strahlenbelastung und vielseitigen Messparameter eine praktikable Methode um die Körperzusammensetzung zu messen. Diese Studie untersucht in einem tierexperimentellen Modell für Frühgeborene den Einfluss von supportiven medizinischen Accessoires auf die einzelnen Parameter einer DEXA-Untersuchung. Unter Verwendung eines hochauflösenden Untersuchungsmodus (Kleintiermodus) konnte gezeigt werden, dass supportive medizinische Accessoires die Messwerte einer DEXA-Untersuchung signifikant verändern. Dabei wurden ausgewählte medizinische Accessoires (u.a. CPAP, Tubus, Flexülen) in verschiedenen Kombinationen, wie sie auch im klinischen Alltag gebräuchlich sind, zu den Versuchstieren ins Untersuchungsfeld gelegt. Dadurch erhöhten sich die Messwerte für Knochenmineralgehalt, Fett- und Gesamtmasse. Die Werte für die Magermasse verringerten sich. Zudem scheint sich das Verhältnis von Fett- zu Magermasse zur Fettmasse zu verschieben. Außerdem zeigte sich, dass die Software bei geringen Gewichten der Versuchstiere nicht mehr exakt zu messen scheint. Bei der Verwendung der DEXA-Methode für Frühgeborene sollten somit im klinischen Alltag die genannten Einflüsse berücksichtigt werden.
Zur biomechanischen Belastung von Insassen im mittleren Fahrzeug bei Dreier-Auffahrkollisionen
(2014)
Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Bestimmung biomechanischer Insassenbelastungen hinsichtlich Halswirbelsäulenverletzungen bei der neu definierten Sandwichkollision. Sie beschreibt die Auffahrkollision eines Fahrzeugs auf ein davor stehendes zweites Fahrzeug, das durch den Heckanstoß auf ein wiederum davor stehendes drittes Fahrzeug geschoben wird. Von Interesse waren die Bewegungen des Insassen im zweiten, also mittleren der drei Fahrzeuge, die anhand von 36 Simulationen berechnet und mit 34 simulierten Frontalkollisionen verglichen wurden. Die Simulationsberechnungen unter Verwendung von PC-Crash and Madymo ergaben, dass mit der gleichen kollisionsbedingten Geschwindigkeitsänderung des Pkw bei Sandwichkollisionen eine bedeutend höhere biomechanische Belastung für den Insassen verbunden ist als bei isolierter Betrachtung der Frontalkollisionen. Das war bei Fahrzeugabständen von 80 cm und weniger zwischen vorderem und mittlerem Fahrzeug der Fall. Diese Abstände werden zwar typischerweise überschritten, können in Gefahrensituationen aber auch unterschritten werden. Zur Quantifizierung der biomechanischen Belastung wurde die Differenzgeschwindigkeit zwischen Kopf und Oberkörper in der Verzögerungsphase nach der Heckkollision bei der Frontalkollision ausgewertet. Mit dieser Differenzgeschwindigkeit sind Scherbewegungen zwischen Kopf und Oberkörper erklärbar. Im Ergebnis ist die so definierte biomechanische Frontalbelastung bei Sandwichkollisionen durch Überlagerung der Reboundbewegung der Heckkollision mit der Frontalkollision um den Faktor ("Sandwichfaktor") 1,5 bis 2,3 größer als die Belastung bei reinen Frontalkollisionen.
Zusammenfassung Hintergrund: Es wurde die Wertigkeit der Duktoskopie bei sekretorischen Mammaerkrankungen hinsichtlich des Erkennens intraduktaler Auffälligkeiten im Vergleich zur Standarddiagnostik bestimmt und nach einer effektiven Kombination dieser Verfahren gesucht. Material und Methoden: 97 Frauen wurden vor gezielter Milchgangsexstirpation duktoskopiert. Histologische Ergebnisse wurden mit den Befunden aller diagnostischen Verfahren verglichen. Anschließend wurden Sensitivität, Spezifität und Effizienz für die Einzelverfahren berechnet. Für 12 Patientinnen, bei denen alle diagnostischen Methoden zum Einsatz kamen, wurden diese Parameter ebenfalls für alle möglichen Kombinationen der verschiedenen diagnostischen Methoden berechnet. Ergebnisse: Bei den Einzelverfahren erreichte die Mammasonografie die höchste Sensitivität (64,1%) und Effizienz (64,0%). Die höchste Spezifität wurde für die Mammografie mit 100% berechnet. Die Duktoskopie erreichte eine Sensitivität von 53,2%, eine Spezifität von 60,0% und eine Effizienz von 55,1%. Bei den Patientinnen, bei denen alle Untersuchungen durchgeführt wurden, erzielten mit 80,0% die Zweier-Kombinationen Duktoskopie + Mammasonografie und Duktoskopie + Galaktografie die höchste Sensitivität. Eine Spezifität von 100% wurde bereits mit der Mammografie, dem MRT und der Duktoskopie als Einzelverfahren erreicht. Die höchste Effizienz erreichte mit 75% die Duktoskopie als Einzelverfahren. Schlussfolgerung: Die Duktoskopie nimmt einen hohen Stellenwert in der Diagnostik intraduktaler Läsionen und sekretorischer Mammaerkrankungen ein. Bei den Patientinnen, die mit allen Methoden untersucht wurden, war die Duktoskopie die effizienteste Methode zur Erkennung intraduktaler Läsionen.
Ziel dieser Arbeit war es, die periprothetische Knochendichteänderung von hydroxylapatitbeschichteten Hüftschaftendoprothesen gegenüber unbeschichteten zementfreien Hüftschaftimplantaten zu objektivieren. Hierzu erfolgte die Auswahl von 104 Patienten, die in den Jahren 2007 bis 2009 hüftendoprothetisch versorgt wurden und daneben prä- und postoperativ an der „DEXA-Studie“ der Klinik und Poliklinik für Orthopädie und orthopädische Chirurgie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald teilgenommen haben. Durch die vorliegende Studie wurde versucht, die kurzfristigen Knochendichteveränderungen nach Implantation der Hüfttotalendoprothesenschäfte vom Typ SL-Plus-Standard® und SL-Plus-Integration® der Firma Smith & Nephew GmbH aufzuzeigen. Da es sich bei den genannten Schäften um Prothesen gleichen Designs handelt, sollte der Einfluss der Hydroxylapatitbeschichtung auf die periprothetische Knochendichte gezeigt werden. Im Verlauf eines Jahres nach Implantation der SL-Plus®-Schäfte, wurden die ermittelten Knochendichten verglichen. Die Knochendichte wurde in sieben ROI’s nach Gruen et al. analysiert. Bei der direkten Gegenüberstellung der Absolutwerte der Knochendichte sowie des prozentualen Knochendichteverlustes beider Implantatgruppen konnte gezeigt werden, dass die Beschichtung mit HA auf der Prothese vom Typ SL-Plus-Integration® gegenüber der unbeschichteten Prothese von Typ SL-Plus-Standard® generell keine Vorteil im Verlauf des ersten postoperativen Jahres bringt. Zudem zeigte sich bei beiden Implantatgruppen ein kontinuierlicher Abfall der Knochendichte innerhalb der ersten sechs Monate postoperativ. Dieser Abfall konnte noch bis zwölf Monate postoperativ gezeigt werden, war jedoch weniger stark ausgeprägt als noch bei sechs Monaten. Aufgrund des Patientenkollektives und der sich daraus ergebenden Datensätze war es möglich, definierte Untergruppen zu bilden, um den Einfluss der HA-Beschichtung auf verschiedene Parameter zu untersuchen. Die Einteilung der Gruppen erfolgte nach Geschlecht, Alter, Gewicht und präoperativer Knochendichte. Anhand dieses Untergruppenvergleichs konnte gezeigt werden, dass in den Patientengruppen „normalgewichtig (BMI < 30 kg/m²)“, „Frauen“, „Alter < 70“ und „BMD normal“ die SL-Gruppe in ROI 1 eine signifikant höhere absolute Knochendichte aufweist als die Ti/HA-Gruppe. Bei den „Gegengruppen“ („adipös (BMI > 30 kg/m²)“, „Männer“ und „Alter > 70“) konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Implantatgruppen gezeigt werden. Bei Patienten mit einer präoperativ verminderten Knochendichte zeigte die HA-Beschichtung hingegen eine signifikante Erhöhung der absoluten Knochendichte. Darüber hinaus bewirkt die HA-Beschichtung auf der Prothese vom Typ SL-Plus-Integration® einen signifikant, geringeren prozentualen Verlust der Knochendichte bei männlichen Patienten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hydroxylapatitbeschichtung im proximalen Bereich der Prothese vom Typ SL-Plus-Integration® im Vergleich mit der Prothese gleichen Designs vom Typ SL-Plus-Standard® generell keinen Vorteil im Verlauf des ersten postoperativen Jahres bringt. Jedoch scheinen einzelne Untergruppen von einer Hydroxylapatitbeschichtung zu profitieren. Es bedarf weiterführender Untersuchungen und Langzeitstudien, um diese Beobachtungen zu überprüfen.
The extraction of raw materials in mining, as for example copper, generally requires a separation of the natural resources quarried. In most cases complex ores, mixtures of different minerals and gangue have to be separated in order to enable an economic processing. In particular for the extraction of sulfides, oxides, carbonates, phosphates, but also of coal, froth flotation is mainly used for this purpose, therefore it is considered as the most important separation process in raw material industries. Several billion tons of ores are processed annually. The principle of flotation is based on the surface properties of the mixtures components and the separation efficiency, which decisively determines the required amount of water and various chemicals, if nothing else, is an important criterion in mineral exploration and it also significantly influences the environmental impact of mineral processing. The aim of, this work was to investigate the influence, of, low-temperature plasmas on the mineral surface and, based on the acquired knowledge, to develop and verify strategies that would increase the efficiency of flotation processes through plasma pre-treatment of mineral mixtures. Since these studies are unprecedented, the results presented can be classified as a contribution to application-oriented basic research. Powder of the sulfide minerals, pyrite (FeS2), chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S) and molybdenum sulfide (MoS2), were treated with plasmas of a radiofrequency and a microwave discharge and the resulting surface modifications were investigated by structure analysis such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD). During the plasma process, the argon/oxygen and argon/hydrogen process gas mixtures used were analyzed by mass spectrometry (MS), taking into account the quantity of gaseous reaction products released, in order to estimate the rate at which chemical reactions occur. Furthermore, Langmuir and thermal probes, as well as different methods of optical emission spectrometry (OES) were utilized, which enabled a characterization of the discharges used with regard to different plasma parameters. It has been shown that sulfur dioxide (SO2) in Ar/O2 plasmas and hydrogen sulfide (H2S) in Ar/H2 plasmas are the only reaction products which can be detected by MS during the mineral treatments. Thus, the resulting sulfur rate loss could be time-resolved determined by means of additional calibrations with calibrating gases. Especially at Ar/O2-MW plasma treatments two fundamental mechanisms of mineral modification could be separated by time. Pure plasma-surface interactions at the beginning and, additionally, thermally induced reactions in during the evolution of the treatments. Comparisons regarding the relative sulfur loss during plasma-surface interactions between the investigated minerals have shown a strong influence of the process parameters whereas, under identical conditions, CuFeS2 reacted up to eight and nineteen times faster reacted than FeS2 or Cu2S. This result represents the basis of the strategy to optimize the flotation of the minerals investigated: The selective generation of oxides on the surface of one component in a mixture of sulphide minerals. In particular, at the separation of CuFeS2/FeS2 mixtures by using the oxide collectors Flotinor Fs-2 in a micro flotation cell, a high selectivity could be achieved. The recovery of CuFeS2 amounted to 100 % while less than 10 % of FeS2 was recovered and no other modifying reagents were used. XPS and XRD analyses indicate the possibility that metal oxide are created upon the CuFeS2 surface, while the formation of iron sulfates upon the FeS2 surface prevented the oxide collector adsorption. An increased intensity of the plasma treatment leads to an increased sulphate formation also on CuFeS2, whereas the recovery, and thus the selectivity of the flotation, was reduced again. It could be shown that this effect can be utilized for the separation of, CuFeS2/MoS2 mixtures by using both, oxide and sulfide collectors, because sulfates are not formed on molybdenum sulfide during Ar/O2 plasmas treatments. By means of the plasma diagnostics used the energy input onto the substrate, the gas temperature and the degree of dissociation of molecular gases were estimated and correlations regarding the surface modification have been worked out. Thereby, the region investigated within the parameter space could be enlarged due to the use of different excitation frequencies, 13.56 MHz and 2.45 GHz, and additional insights have been provided. Further studies, beyond the scope of this work, are, nevertheless, required in order to generate a more comprehensive picture of plasma-mineral interactions and to enable an optimal application of the obtained results.
Im Rahmen einer multizentrischen Machbarkeitsstudie wurden 44 Patientinnen mit inoperablen Zervixkarzinomen der Stadien IIB und IIIB mit einer neoadjuvanten simultanen Radiochemotherapie behandelt. Studienziele waren die Überprüfung der Wirksamkeit mit Bestimmung von Remissionsgrad und –rate, die Auswertung der Erreichbarkeit einer Operabilität und die Analyse dieser Ergebnisse hinsichtlich eines verbesserten Überlebens. Als sekundäre Ziele waren die Erfassung der unerwünschten Nebenwirkungen unter der Therapie und der Lebensqualität definiert. Die Therapie erfolgte als perkutane Bestrahlung (1,8 Gy/d) mit einer Gesamtdosis von 50,4 Gy. Parallel dazu wurde eine Chemotherapie, bestehend aus drei Zyklen der Zytostatikakombination Carboplatin (AUC 4) an Tag 1 und Ifosfamid (1,2 g/m² KOF) an Tag 1 bis 3, im dreiwöchentlichen Intervall appliziert. Eingeschlossen waren 19 Frauen im Stadium IIB und 25 Frauen im Stadium IIIB. Das mediane Erkrankungsalter betrug 48,5 Jahre. In 91 % der Fälle lag ein Plattenepithelkarzinom und in jeweils 4,5 % der Fälle lagen Adenokarzinome bzw. adenosquamöse Karzinome vor. Insgesamt konnten 124 von 132 Chemotherapiezyklen appliziert werden. Eine Patientin erhielt keine Studientherapie und ist noch vor Therapiebeginn verstorben. Die Analyse der hämatologischen Toxizität zeigte drittgradige Anämien bei 3,2 % der Zyklen, drittgradige Leukopenien bei 7,3 % der Zyklen und dritt- bzw. viertgradige Thrombopenien bei jeweils 0,8 % der Zyklen. Anämien und Leukopenien vierten Grades wurden nicht beobachtet. Nicht-hämatologische Toxizitäten waren selten (< 5 %). Es wurde bei 13 Patientinnen (31 %) eine Komplettremission und bei 27 Patientinnen (64,2 %) eine Teilremission erreicht. Daraus resultierte eine Operabilität bei 36 Patientinnen (85,7 %), von denen 30 Patientinnen vollständig operiert werden konnten. Nach histopathologischer Aufarbeitung wurde bei acht Frauen (26,7 %) eine komplette Remission nachgewiesen. Im Nachbeobachtungszeitraum von median 36 Monaten (Range 5 – 95 Monate) ent-wickelten 39,5 % der Patientinnen ein Rezidiv oder eine Metastasierung. Nach zwei bzw. fünf Jahren betrug die rezidivfreie Überlebensrate jeweils 60,4 % und die Gesamtüberlebensrate betrug 70,7 % bzw. 57,7 % für das Gesamtkollektiv. Die Patientinnen, die die Radiochemotherapie mit drei Therapiezyklen nach Studienprotokoll erhielten und vollständig operiert wurden, erreichten eine Gesamtüberlebensrate von 81,6 % bzw. 74 % nach zwei bzw. fünf Jahren.
Ziel der vorliegenden Arbeit war eine vergleichende Darstellung der Kariesprävalenz im Milchgebiss zweier strukturell vergleichbarer jedoch konfessionell unterschiedlichen Landkreise in Niedersachen. Während sich der Landkreis Cloppenburg durch eine wirtschaftlich starke und katholische Struktur mit starker Vernetzung auszeichnet [Vitzthum 2009], ist der überwiegend evangelische Landkreis Uelzen durch eine für Niedersachsen konventionelle, ländliche Struktur geprägt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde im Jahr 2009 an 679 Kindern im Landkreis Cloppenburg und 541 Kindern im Landkreis Uelzen im Alter von 2-7 (mittleres Alter 4,86 ± 0,99 ) Jahren die Häufigkeit von Milchzahnkaries und Nuckelflaschenkaries untersucht. Ziel der Studie war, neben der Erfassung kariesepidemiologischer Daten, die Überprüfung der Hypothese, ob Kariesverbreitung bei den überwiegend katholischen Kindern mit potenziell intakteren Familienstrukturen im Landkreis Cloppenburg gegenüber den überwiegend evangelischen Kindern im Landkreis Uelzen signifikant geringer ausfällt. Ferner wurde der Einfluss des Geschlechts, der Herkunft und des Alters untersucht. Überraschenderweise betrug der Anteil naturgesunder Milchgebisse im Landkreis Cloppenburg lediglich 60,8 % und lag deutlich unter dem der Uelzener Kinder mit 80,4 %. Die dmft-Werte lagen bei 1,6 ± 2,8 und 0,6 ± 1,1 und damit unter dem für Thüringen in den Jahren 2004/2005 diagnostizierten dmft-Mittelwert bei den 5-Jährigen von 1,87 [Borutta 2007]. Somit konnte die Hypothese nicht bestätigt werden, dass die aufgrund des katholischen Glaubens unterstellten intakteren Familienstrukturen einen signifikant positiven Einfluss auf die Zahngesundheit haben. Aus den vorliegenden Daten ergibt sich ein gegenteiliges Bild. Allerdings sollte hier nicht auf einen Kausalzusammenhang zwischen Religion und Zahngesundheit geschlossen werden, da sich aufgrund der ex-post-facto-Befragung lediglich Aussagen über Korrelationen treffen lassen. Die Studie zeigte ferner, wie zu erwarten, einen Zusammenhang zwischen Alter und dmft-Index. So wurde diagnostiziert, dass mit zunehmendem Alter der dmft-Index stetig von 0,1 dmft bei den 2-Jährigen auf 3,5 dmft bei den 7-Jährigen stieg. Bezüglich des Einflusses des Geschlechtes auf die Zahngesundheit, gemessen anhand des dmft-Indexes, zeigten die ermittelten Werte dieser Arbeit, dass männliche Versuchspersonen mit einem Index von 1,28 ± 2,48 dmft deutlich schlechter abschneiden als die weiblichen mit einem Wert von 0,98 ± 2,13 dmft. Folglich hatten die Mädchen in den Landkreisen Uelzen und Cloppenburg gesündere Zähne als die Jungen. Auch die ethnische Herkunft zeigte einen signifikanten Einfluss auf die Zahngesundheit. So hatten die Kinder westeuropäischer Herkunft mit einem dmft-Wert von 1± 2,1 gut halb so häufig Karies wie osteuropäische Kinder mit 1,9 ± 2,8 dmft. Noch eklatanter fiel der Vergleich mit den Spitzenreitern arabisch-asiatischer Herkunft aus: Hier lag der Wert mit 2,7 ± 3,2 dmft nahezu dreimal so hoch wie bei Kindern europäischer Herkunft. Zusammenfassend ergibt sich das Bild, dass, wie bereits in der Literatur hinreichend beschrieben sozial/ethnische Faktoren [Bice et al. 1974, Robke und Buitkamp 2002, Splieth & Heyduck 2006] und das Alter [Milnes 1996, Wendt 1995] die Zahngesundheit beeinflussen. Die evangelische und katholische Religion und das Geschlecht spielen hingegen in der Entwicklung von Milchzahnkaries eine eher untergeordnete Rolle. Ein arabischer-asiatischer Migrationshintergrund war allerdings überproportional häufig mit hohen Karieswerten assoziiert.
Die vorliegende Arbeit liefert Beiträge zur optischen und elektrischen Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Plasmaspezies in Atmosphärendruck-Plasmen insbesondere mit Hinsicht auf den Einsatz in der Plasmamedizin. Dabei wurde ein breites Spektrum verschiedener Diagnostiken angewandt, um die Zugänglichkeit zur Bestimmung weiterer Plasmaparameter an Atmosphärendruck zu prüfen. Diese Arbeit stellt eine neue Methode zur Bestimmung der Ionendichte bei Atmosphärendruck- Bedingungen vor, bei der elektrische Oszillationen ausgewertet werden, deren Ursprung ionenakustische Wellen im Plasma sind. Weiterhin wurden neben relativen optischen Messungen wie der phasenaufgelösten optischen Fotografie (PROI) und der Kreuz- Korrelations-Spektroskopie (CCS) auch absolute optische Messungen mit der interferometrischen Hakenmethode und dem Pockels-Effekt durchgeführt. Anhand von elektrischen Messungen wurde ferner gezeigt, dass mit einer Strom- und Spannungs-Charakteristik der Einfluss von Aufbauparametern, wie der Kapillarposition oder dem Gasfluss, auf das Plasma untersucht werden kann. Gegenstand der Untersuchungen waren verschiedene Plasmaquellen, die für eine Nutzung in der Plasmamedizin entwickelt wurden. Sowohl die elektrischen Messungen des Parametereinflusses als auch die Bestimmung der Ionendichte erfolgten an der selbstpulsenden transienten Funkenentladung in Argon an offener Atmosphäre. Der geringe Filamentdurchmesser und der dennoch hohe Entladungsstrom ermöglichen die Detektion der ionenakustischen Instabilität. Darüber hinaus wurde diese erratisch zündende Entladung räumlich und zeitlich aufgelöst mit der CCS spektroskopisch untersucht. Dabei wird insbesondere die Selbst-Triggerung der CCS ausgenutzt, um einen Zeitbezug trotz des großen Entladungsjitter zu erhalten. Für die PROI wurden die räumlich und zeitlich stabilen Entladungsanordnungen der Nadel-Platte-Geometrie und des Kapillarjets in Helium gewählt. Die Anordnungen wurden mit einer periodischen Sinusspannung betrieben und wiesen Entladungsspalte von d = 5 - 15 mm auf. Eine besondere Anforderung der Messung mit dem Pockels-Effekt ist zu der räumlichen und zeitlichen Stabilität eine dielektrische Gegenelektrode, welche bei der Anordnung des Kapillarjets möglich war. Bei der Anwendung der interferometrischen Hakenmethode kam neben einem Erdgas-Sauerstoff-Mischgasbrenner sowohl eine Mikrowellen-Entladung (Plexc) als auch ein MHz-Plasmajet (kINPen) zur Anwendung. Die Bedeutung der elektrischen Messungen, besonders der Strom- und Spannungscharakteristik einer Entladung, wurde an dem Parametereinfluss der Kapillarposition einer erratisch zündenden transienten Funkenentladung vorgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass der Zeitunterschied zwischen dem Stromsignal eines Vorstreamers und der Hauptentladung durch das Einbringen einer Kapillare in den Entladungsspalt deutlich verringert wird. Insbesondere der Beitrag der lokalen elektrischen Feldstärkeerhöhung an der Kapillarkante und der Diffusionsanteil der Umgebungsluft wurden als Ursachen, durch Vergleich einer Feldsimulation mit der Beobachtung der Vorphase an der Kapillarkante in den CCS-Messungen, diskutiert. Anschließend konnte gezeigt werden, dass der Leistungseintrag in die Vorphase durch die Platzierung der Kapillare deutlich reduziert werden kann. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Beobachtung von ionenakustischen Wellen als Oszillationen im Abklingen des Stromsignals einer erratisch zündenden transienten Funkenentladung. Hierzu war es nötig, elektrische Störungen zu erkennen und zu eliminieren. Es konnte ein Erdschleifen-freier Aufbau realisiert werden. In diesem Aufbau zeigt sich, dass die Signale der ionenakustischen Welle ausschließlich in einem bestimmten Gasflussbereich beobachtet werden. Die gemessene Frequenz der Oszillationen wurde als Ionenplasmafrequenz f_{pl ,i} identifiziert und enthält daher Angaben zu den Ionendichten im Bereich von n_{Ar_2^+} = 3•10^{14} cm^{-3} bis 1•10^{12} cm^{-3}. Nach einer Abschätzung der zu erwartenden Elektronendichte, die der gemessenen Ionendichte sehr nahe kommt, wurde die Dispersionsrelation für die vorhandenen Entladungsbedingungen aufgestellt und gelöst. Dabei zeigt sich eine starke zeitliche Dämpfung über die Ionen-Neutralteilchenstöße sowie eine räumliche Verstärkung für die Ionenplasmafrequenz. Aus der Dämpfung der Oszillationsamplituden konnte die Ionen- Neutralteilchen-Stoßfrequenz nu_i = 3•10^7 Hz ermittelt werden. Weiterhin ergibt sich aus der Lösung der Dispersionsrelation ein Existenzbereich für die ionenakustischen Wellen in Abhängigkeit von der Ionendichte und der elektrischen Feldstärke.
Die Dissertation basiert auf einem Probandengut des assoziierten Projektbereiches (ASSPro) der Study of Health in Pomerania (SHIP0). Okklusale Faktoren waren signifikant mit artikulären Dysfunktionssymptomen assoziiert: Sützzonenverlust mit reziprokem Kiefergelenkknacken; fehlender Seitzahnkontakt oder invertierte Oberkieferfront mit Druckdolenzen des Kiefergelenks. Für Frauen konnte ein erhöhtes Risiko für reziprokes Kiefergelenkknacken und Druckdolenzen des Kiefergelenks ermittelt werden. Ein kausaler Zusammenhang okklusaler Störungen und Anzeichen einer CMD scheint nicht zu bestehen.
Untersuchungen zur Phytochemie und zur biologischen Aktivität von Pittosporum angustifolium Lodd.
(2014)
Pittosporum angustifolium Lodd. (Pittosporaceae) ist ein kleiner Baum, welcher ursprünglich in Australien beheimatet ist, wo er in den meisten inländischen Gebieten zwar zerstreut, aber lokal nie gehäuft vorkommt. Von dieser Spezies, welche oft auch mit der Trivialbezeichnung „Gumby Gumby” betitelt wird, werden im Bereich der Ethnomedizin Zubereitungen für verschiedenste Indikationsbereiche wie Schmerzen, Krämpfe, Erkältungen oder Hauterkrankungen verwendet. Auch in der Komplementärmedizin werden Präparationen dieser Pflanze als Additivum bei malignen Erkrankungen eingesetzt. Zielstellung der vorliegenden Dissertation war eine exakte Charakterisierung der Phytochemie von Pittosporum angustifolium sowie eine Untersuchung von Extrakten, Fraktionen und Isolaten auf deren biologische Aktivitäten. Neben zwei grundlegenden Diplomarbeiten [35,36] lagen zu Beginn dieser Arbeit (Januar 2010) keinerlei wissenschaftliche Publikationen diesbezüglich vor. Im Rahmen der Untersuchungen zur Phytochemie wurden aus australischem Drogenmaterial (Blätter und Samen) sowie aus selbstgezogenen Pflanzen (Blätter) insgesamt 55 Triterpensaponine isoliert. Von diesen konnten 33 vollständig und fünf teilweise strukturell aufgeklärt werden, wobei 29 Verbindungen, welche als Pittangretoside A-Z und A1-C1 bezeichnet wurden, erstmalig als Naturstoffe beschrieben werden konnten. Hierbei handelt es sich um Aglyka vom Oleanan-, 17,22 seco Oleanolsäure- und Taraxasterol-Typ, welche mono- oder bisdesmosidisch vorliegen. Zwischen den verwendeten Drogen-Chargen konnten sowohl quali- als auch quantitative Unterschiede hinsichtlich der Phytochemie festgestellt werden. In allen untersuchten Pflanzenteilen (Blatt, Samen, Spross, Wurzel) wurden Triterpensaponine nachgewiesen. Von weiteren 13 isolierten Polyphenolen konnten drei als glykosylierte Flavonole und weitere drei als Derivate von mit Kaffeesäure substituierter Chinasäure identifiziert werden. Es handelt sich hierbei um bekannte Verbindungen. Über weitere Bestimmungen konnten Fettsäuren sowie als Bestandteile des ätherischen Öls Mono- und Sesquiterpene sowie C13 Isoprenoide bestimmt werden. Über verschiedene Testsysteme und Assays wurden Überprüfungen hinsichtlich biologischer Aktivitäten der Polyphenole und insbesondere der Triterpensaponine durchgeführt. Für letztere konnten über Agardiffusionstests antimikrobielle Wirkungen gegen mehrere Candida Arten, hämolytische und gegen mehrere tumorigene Zelllinien zytotoxische Effekte nachgewiesen werden. Weiterhin wurde eine Hemmung der humanen Topoisomerase I belegt. Alle beobachteten Aktivitäten sind an strukturelle Voraussetzungen der Triterpensaponine wie das Acylierungsmuster und die Zuckerverknüpfung gebunden. Hierzu konnten interessante Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet werden. So scheint für viele der gezeigten biologischen Effekte eine Acylierung mit hauptsächlich C5-Resten an Position C-22 bzw. C-21 und C-22 des Aglykons essentiell zu sein, während sich Verbindungen mit fehlender oder an C-28 vorhandener Acylierung in den durchgeführten Untersuchungen als vergleichsweise schwächer oder nicht aktiv erwiesen. Unterschiedliche Zuckerkompositionen zeigten hierbei einen abschwächenden oder verstärkenden Einfluss. Für die isolierten Polyphenole wurde eine antioxidative Aktivität nachgewiesen. Zusätzlich ergaben sich Hinweise auf eine mögliche Induktion von IL8 durch den Rohextrakt der australischen Blattdroge. Eine Überprüfung von Saponinen und Polyphenolen via NMDA-Rezeptor- und Cholinesterase-Inhibitionsassay erbrachte keinen Anhaltspunkt für eine antidementive Wirkung. Ebenso konnte kein Nachweis für eine antiphlogistische Wirkung (Bestimmung von TNFalpha) und für die Beeinflussung weiterer Zytokine (IL1beta und IL10) erbracht werden. Über einige dieser Ergebnisse lassen sich Anwendungsbebiete im Bereich der Komplementärmedizin wie z. B. bei malignen Erkrankungen erklären. Für andere ethnomedizinische Indikationen konnten aufgrund nicht zur Verfügung stehender oder nicht adequater Testsysteme keine abschließenden, beurteilenden Aussagen getroffen werden.
Tumorbiologie und molekulare Mechanismen der Progression des Prostatakarzinoms (PCa) sind komplex und bisher nur unzureichend verstanden. Trotz einiger medikamentöser Ansätze zur Therapie des PCa mit teilweise neuartigen Wirkstoffen spielen primäre und sekundäre Therapie-Resistenzen bei der Behandlung eine große Rolle. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des apoptotischen Faktors Hitzeschockprotein HSP60 in PCa-Zellen, um potentielle Signalkaskaden und Effektormoleküle einer HSP60-abhängigen PCa-Progression aufzudecken. Durch massenspektrometrische Analysen von potentiellen HSP60-Bindungspartnern wurden mit den Proteinen Peroxiredoxin-1 (Prx-1), Peroxiredoxin-2 (Prx-2), Hitzeschockprotein HSP70, Poly(ADP-ribose)-Polymerase (PARP) sowie Prohibitin (PHB) Kandidaten identifiziert, die bei Chemoresistenz wie auch bei proliferativen und apoptotischen Prozessen eine Rolle spielen können. Jedoch konnten durch Western Blot Analysen der Bindungs-Experimente nur Prx-1 und PHB als HSP60-Bindungspartner bestätigt werden. Die Modulation der HSP60-Expression mittels klonierter Überexpressions- und Knock-Down-Vektoren schlug aufgrund einer mutmaßlichen starken und sehr raschen zellulären Gegenregulation fehl. Dies kann als Hinweis darauf gedeutet werden, dass es sich bei HSP60 um einen essentiellen zellulären Faktor mit einer sehr stringenten Expressions-Kontrolle handeln könnte. Analysen der HSP60-Expression nach Modulation der Syntheseraten von miR-1 zeigten eine deutliche Induktion des Hitzeschockproteins durch die MikroRNA. Die Frage, ob HSP60 in PCa-Zellen pro- oder anti-apoptotisch wirkt, konnte mangels effizienter Modulation der HSP60-Expression nicht ausführlicher untersucht werden. Da der positive HSP60-Regulatior miR-1 jedoch als Tumorsuppressor beschrieben wird und eine Protein-Protein-Interaktion von HSP60 mit den pro-apoptotischen Proteinen Prx-1 und PHB nachgewiesen werden konnte, kann man die begründete Annahme formulieren, dass HSP60 in PCa-Zellen pro-apoptotische Funktionen ausführt.
Palladin, ein Aktin-assoziiertes Protein, beeinflusst die Morphologie, Migration, Adhäsion und Polarität von Zellen maßgeblich. Zudem wurde bereits in klinischen Studien gezeigt, dass ein Zusammenhang zwischen der Expression von Palladin und der Metastasierungsfähigkeit von Tumoren besteht. Das Studium der Funktion von Palladin in vivo ist aufgrund der bereits intrauterinen Letalität eines Palladin-Knockouts in der Maus nicht möglich. Daher wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Zebrafisch als Modellorganismus für die Untersuchung der Funktion von Palladin verwendet. Durch Mikroinjektion von sogenannten Morpholinos in die befruchteten Zebrafischeier konnte Palladin herunterreguliert werden. Mittels Western Blot und RT-PCR wurde diese Abnahme von Palladin bestätigt. In Analogie zur Maus führte der Kockdown von Palladin zu einem letalen Phänotyp zum Zeitpunkt 11-18 hpf, das auf schwere Entwicklungsschäden zurück zu führen ist. Um Zebrafischlarven mit einem Palladin Knockdown dennoch histologisch genauer untersuchen zu können, wurde ein sogenannter Mosaikphänotyp erzeugt. Hierbei zeigte sich, dass die Ausbildung geordneter Aktin-Filamente in den Myotomen gestört war. Mit Hilfe der in vivo Mikroskopie konnte ferner an lebenden Palladin-Knockdown Zebrafischlarven zum Zeitpunkt 6 und 8.5 hpf erstmals gezeigt werden, dass der Verlust von Palladin zu einer veränderten Migration von Zellen und zur Instabilität von Zell-Zell bzw. Zell-Matrix Kontakten führt. Durch eine Gene Array Analyse der Palladin-Knockdown Larven (10 hpf) konnte gezeigt werden, dass 1335 von 8200 Proteinen in Abhängigkeit der Palladin-Expression signifikant in ihrer Regulation verändert waren. Dabei sind unter den hoch- bzw. herunterregulierten Proteinen auch solche Proteine vertreten, die einen entscheidenden Einfluss auf das Aktin-Zytoskelett und auf Zell-Matrix- bzw. Zell-Zell-Kontakte haben. Zusammenfassend zeigte sich, dass der Zebrafisch ein ideales Tiermodel ist, um die Rolle von Palladin in vivo zu untersuchen.
Die sonographische Diagnostik nimmt in vielen Bereichen der Medizin einen hohen Stellenwert ein. Durch den technischen Fortschritt können heutzutage auch die peripheren Nerven inklusive verschiedenster pathologischer Veränderungen dargestellt werden. Die Messung der Nervenquerschnittsfläche (nerve cross sectional area = NCSA) im transversalen Bild hat sich in vielen Studien als geeigneter Parameter zur Beurteilung bzw. zum Vergleich des Nervenkalibers herausgestellt. Polyneuropathien (PNP) sind Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Man differenziert zwischen primär demyelinisierenden, axonalen sowie gemischten PNP. Ätiologisch lassen sich u. a. metabolische, toxische und immunologische PNP unterscheiden. In den bisher publizierten Studien zur Sonographie bei PNP konnte beobachtet werden, dass besonders demyelinisierende PNP zu einer Vergrößerung der NCSA führen. Informationen zum sonographischen Erscheinungsbild der in der Gesellschaft häufigen PNP (diabetisch, Alkohol assoziierte, PNP bei Vitamin B12 Defizit) sind jedoch bisher limitiert. In der vorliegenden explorativen Pilotstudie wurde geprüft, ob die NCSA bei PNP größer ist als bei gesunden Nerven und ob Zusammenhänge zwischen der NCSA und dem Schädigungstyp, der Ätiologie oder dem elektrophysiologisch bestimmten Schweregrad bestehen. Um diese Fragestellungen zu beantworten, wurde die NCSA an insgesamt 12 fest definierten, außerhalb physiologischer Engpassstellen liegenden, Messpositionen unterschiedlicher Nerven (N. medianus, N. ulnaris, N. tibialis, Spinalwurzel C6 / C7, Trunci des Plexus brachialis) bestimmt. Die Reliabilität der Ergebnisse wurde bei 5 Probanden durch eine Wiederholung der Messungen im Abstand von mehr als 24 h geprüft. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine gute Reproduzierbarkeit der Messungen besteht, da bei sämtlichen Messpunkten, ausgenommen dem Truncus inferior, ein Variationskoeffizienten von weniger als 20 % vorgelegen hat. Die Untersuchung bei 27 gesunden Probanden ergab, dass keine Abhängigkeit der NCSA von der Körperseite besteht, sodass der Untersuchungsumfang bei den 56 Patienten mit elektrophysiologisch gesicherten PNP auf eine Körperseite reduziert werden konnte. Die wichtigsten Ergebnisse der Studie sind, dass Patienten mit PNP größere NCSA aufweisen als Gesunde. Die Verdickung der Nerven ist sowohl in proximalen als auch in distalen Abschnitten nachweisbar und ist sowohl bei demyelinisierenden als auch bei axonalen PNP vorhanden. Die vorliegende Arbeit liefert weiterhin Hinweise dafür, dass demyelinisierende PNP eine deutlichere Vergrößerung der NCSA aufweisen als primär axonale Schädigungen und dass sie sich dadurch sonographisch voneinander unterscheiden. Außerdem ist die NCSA bei immunvermittelten Neuropathien wie dem GBS, der CIDP und den paraproteinämischen PNP besonders in den proximalen Abschnitten größer als bei PNP anderer Ätiologie. Eine Assoziation zwischen dem Schweregrad und der NCSA konnte nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stehen im Einklang mit dem Grundtenor der Literatur. Anzumerken ist jedoch, dass die bisherigen Publikationen überwiegend Einzelvergleiche beinhalten, in denen meist immunvermittelte PNP im Fokus stehen, oder dass sie sich häufig auf die oberflächlicher gelegenen Nerven der oberen Extremitäten beschränkt haben. Stärken der vorliegenden Studie sind die Vielfältigkeit der ausgewählten Nervensegmente und der Verzicht auf Messungen an Engpassstellen sowie die Mannigfaltigkeit der verglichenen Ätiologien. Ein limitierender Faktor der vorliegenden Studie ist die nicht immer gewährleistete Verblindung des Untersuchers bezüglich der Ätiologien und die teilweise geringen Subgruppengrößen. Aus diesem Grund wurde die vorliegende Studie als explorative Pilotstudie angelegt, mit dem Ziel, Hypothesen zu generieren und die Berechnung eines Stichprobenumfangs zukünftiger konfirmatorischer Studien zu ermöglichen, an Hand derer dann mit ausreichender statistischer Trennschärfe (Power) die aufgestellten Hypothesen überprüft werden können.
Bats are ancient mammals that evolved more than 50 million years ago. There are 1,240 different species (> 20% of mammalian species) described so far, which represent one of the most abundant, diverse and widely distributed mammalian groups. Bats are the only mammals which actively fly and therefore can migrate to different areas of the world. It has been increasingly recognized that bats are reservoirs for more than 100 virus species, and several are associated with animal and human epidemics. As natural hosts of rabies virus (RABV) and related lyssaviruses, bats have become a focus of research not only in South America and Africa, but also in Europe and North America. Bats are also considered to be unique in their potential to host emerging and re-emerging zoonotic viruses. To evaluate and reduce the potential risk of rabies transmission to humans or carnivore hosts (like fox, raccoon and dog etc.), active and passive surveillance studies of bat have been performed. Using these approaches diverse lyssaviruses have been detected in bats. However, these studies did not explain the rarely discovered epidemics and the underlying resistance or immune mechanisms in bats as natural hosts for lyssaviruses. Probably, bats are more resistant to lyssavirus infections than other animals. This hypothesis is introducing the research questions of the present thesis: (1) How do the innate immune responses protect bats from fatal outcome of lyssavirus infections? Interferon (IFN) responses which can be induced by the recognition of viruses by pattern recognition receptors act as the first line of defense against lyssavirus infections. Therefore, type I and type III IFNs from European bats were cloned and functionally characterized in this thesis (Chapter 2 and 4). (2) How do the lyssaviruses adapt to escape the host defenses by counteracting the IFN-mediated immune responses? And how do the bats control the viral replication via the IFN responses? To explore the complicated interactions and understand how European bats (Eptesicus serotinus, Myotis myotis and Nyctalus noctula) interact with European bat lyssaviruses (EBLV-1 and 2), a natural host related model for investigations of the bat´s immune system and the virus-host interactions has to be established. Since all of 52 identified European bats species are endangered and strictly protected, stable cell lines from different tissues of M. myotis for in vitro studies were developed and used for molecular and functional studies (Chapter 3 and 4). The data obtained from this thesis revealed that: (a) European bat IFNs do have similar but also distinct molecular characteristics compared with other mammalian IFNs (Chapter 2 and 4); (b) Both investigated bat type I IFNs, IFN-Kappa; and IFN-Omega; present potent anti-lyssaviral activities and display a pathogen associated pattern in the tested cell line (Chapter 2); (c) The established immortalized M. myotis cell lines are differently susceptible to lyssaviruses and contain a functional IFN-mediated signaling cascade (Chapter 3); (d) Bat type III IFN-Lambda;s display cell-type specific functions due to the distinct expression of the IFN-Lambda; receptor (Chapter 4); (e) In bat cell lines a possible evasive strategy of lyssavirus is based on the counteraction of IFN production and/or IFN-mediated defensive pathways (Chapter 3); (f) The higher resistance of brain derived cell line MmBr compared to other cell lines to lyssavirus infection indicates the natural ability of bat´s central nervous system to control the growth of neurotropic virus, which might be an essential reason for the nonclinical outcome (Chapter 3). Overall, the present thesis provides first insights into IFN-mediated innate immune responses against RABV and EBLVs infection in their natural reservoir hosts and an useful toolbox for comparative analysis of virus-host interactions.
In einer retrospektiven Längsschnittstudie wurden insgesamt 1172 Intoxikationsnotfälle einer internistischen Intensivstation (Bürgerhospital Stuttgart) aus den Jahren 1980, 1990, 2000 und 2010 erfasst und im Hinblick auf Trends untersucht. Nach einem drastischen Anstieg der Heroinintoxikationen zwischen 1980 und 1990, festgestellt in einer früheren Studie, zeigt sich in den Jahren 2000 und 2010 wiederum ein Rückgang der Heroinintoxikationen auf das Ausgangsniveau von 1980. Stattdessen ist ein signifikanter Anstieg polyvalenter Intoxikationen (unter Einschluss neuer synthetischer Drogen) in den Jahren 2000 und 2010 zu beobachten, außerdem relativ mehr Frauen und eine Zunahme des Durchschnittsalter der Intoxizierten. Ein Vergleich der Ergebnisse mit Resultaten anderer Studien der letzten Jahrzehnte, aber auch mit Statistiken von Suchthilfe und Bund, ermöglichen Rückschlüsse auf Veränderungen des sozio-kulturellen Kontexts. Eine Anpassung bestehender Behandlungsstrukturen an die festgestellten Veränderungen des Patientenkollektivs wird gefordert.
High-throughput expression data have become the norm in molecular biology research. However, the analysis of expression data is statistically and computationally challenging and has not kept up with their generation. This has resulted in large amounts of unexplored data in public repositories. After pre-processing and quality control, the typical gene expression analysis workflow follows two main steps. First, the complexity of the data is reduced by removing the genes that are redundant or irrelevant for the biological question that motivated the experiment, using a feature selection method. Second, relevant genes are investigated to extract biological information that could aid in the interpretation of the results. Different methods, such as functional annotation, clustering, network analysis, and/or combinations thereof are useful for the latter purpose. Here, I investigated and presented solutions to three problems encountered in the expression data analysis workflow. First, I worked on reducing complexity of high-throughput expression data by selecting relevant genes in the context of the sample classification problem. The sample classification problem aims to assign unknown samples into one of the known classes, such as healthy and diseased. For this purpose, I developed the relative signal-to-noise ratio (rSNR), a novel feature selection method which was shown to perform significantly better than other methods with similar objectives. Second, to better understand complex phenotypes using high-throughput expression data, I developed a pipeline to identify the underlying biological units, as well as their interactions. These biological units were assumed to be represented by groups of genes working in synchronization to perform a given function or participate in common biological processes or pathways. Thus, to identify biological units, those genes that had been identified as relevant to the phenotype under consideration through feature selection methods were clustered based on both their functional annotations and expression profiles. Relationships between the associated biological functions, processes, and/or pathways were investigated by means of a co-expression network. The developed pipeline provides a new perspective to the analysis of high-throughput expression data by investigating interactions between biological units. Finally, I contributed to a project where a network describing pluripotency in mouse was used to infer the corresponding network in human. Biological networks are context-specific. Combining network information with high-throughput expression data can explain the control mechanisms underlying changes and maintenance of complex phenotypes. The human network was constructed on the basis of orthology between mouse and human genes and proteins. It was validated with available data in the literature. The methods and strategies proposed here were mainly trained and tested on microarray expression data. However, they can be easily adapted to next-generation sequencing and proteomics data.
The UNESCO Man and the Biosphere Programme has been active in South Africa for almost 20 years. The country currently has six designated biosphere reserves with a few sites in various stages of the nomination process. Within the South African context, agencies are using a series of seemingly different instruments to practice landscape-scale management. The UNESCO biosphere reserve concept sometimes finds it difficult to obtain prominence amongst these different landscape initiatives. Biosphere reserves are special sites wherein sustainable development is promoted. For this reason, the biosphere reserve concept has much to offer towards long-term sustainable socialecological land management. In our modern age of population growth, dwindling natural resources and a general disconnectedness of humans from nature due to large scale urbanization, there is an urgent need for innovative ways in which to showcase sustainable living practices. South Africa has limited natural, economic and social resources and therefore needs to prioritize where these resources could best be allocated. This dissertation comprises the history of the MAB Programme in South Africa, as well as a multicase study on five existing biosphere reserves. Results from this study indicated that not all biosphere reserves are equally effective in their implementation of the three functions of biosphere reserves and that all biosphere reserves in South Africa face an uncertain future due to pressing challenges. Collective results of the multicase study as well as literature reviews were used to inform options for the future effective implementation of the MAB Programme in South Africa. Options that could contribute towards effective biosphere reserves include more sustainable funding support, and community-based demonstration projects. In addition a new suite of criteria to inform the selection of future biosphere reserves was developed. Biosphere reserves need to be optimally located in order to secure long-term efficiency and effectiveness. These sites need to be representative of biodiversity, efficiently managed and persistent in the long run. Presently in South Africa, new sites for biosphere reserves are nominated in an ad hoc manner. Should their locations be selected discerningly, they offer many benefits to the South African social and environmental landscape that should be recognized and utilized. The final suite of selection criteria are structured according to four subsections, namely a general section that addresses national matters of general concern to the MAB Programme, and three sections covering the three biosphere reserve functions of conservation, sustainable development and logistic support. This suite of biosphere reserve selection criteria for South Africa is being put forward for deliberation and discussion at local, provincial and national level. It has the potential to be of valuable assistance in selection processes for future effective and efficient biosphere reserves that will proudly earn their place in the South African landscape as “special places for people and nature”.
In der Therapie des Glaukoms stellen zyklodestruktive Verfahren, wie die Zyklophotokoagulation und die Zyklokryokoagulation, wichtige Behandlungsmethoden dar. In der vorliegenden Dissertation wurden retrospektiv die Behandlungsergebnisse nach einer Zyklophotokoagulation den Ergebnissen nach einer Zyklokryokoagulation gegenübergestellt. In der Augenklinik des Universitätsklinikums Greifswald wurde im Zeitraum von Juli 2004 bis Juni 2008 bei 55 Patienten an insgesamt 57 Augen eine Zyklophotokoagulation durchgeführt. Bei 40 dieser Augen lag ein Sekundärglaukom, bei 16 Augen ein primär chronisches Offenwinkelglaukom und bei einem Auge ein kongenitales Glaukom vor. Der mittlere präoperative Augeninnendruck betrug 29,07 mmHg. Postoperativ lag der Augeninnendruck bei 17,44 mmHg (± 6,5 mmHg) und drei Jahre nach Entlassung bei 17,38 mmHg (± 6,1 mmHg). Präoperativ wurden durchschnittlich 2,45 Wirkstoffe zur Augeninnendrucksenkung benötigt, drei Jahre nach Entlassung 2,14. Der Visus lag präoperativ bei 0,239, postoperativ bei 0,231. 32% der Patienten benötigten präoperativ systemische Carboanhydrasehemmer, postoperativ waren es 11%. Als Komplikation nach einer Zyklophotokoagulation trat bei 8,8% der Patienten eine Chemosis auf, bei 1,8% eine Vorderkammereinblutung und bei 1,8% eine Phthisis bulbi. Für eine ausreichende Drucksenkung wurden im Durchschnitt 1,54 Sitzungen benötigt. Eine Zyklokryokoagulation wurde im Zeitraum von Januar 2000 bis Juni 2008 bei 45 Patienten an insgesamt 46 Augen durchgeführt. 39 dieser Augen waren an einem Sekundärglaukom erkrankt, hiervon zählten 20 zum Neovaskularisationsglaukom. Vier Augen hatten ein primär chronisches Offenwinkelglaukom und drei Augen ein kongenitales Glaukom. Der Augeninnendruck lag präoperativ im Durchschnitt bei 34,19 mmHg (± 10,3 mmHg), postoperativ bei 23,11 mmHg (± 9,1 mmHg) und drei Jahre nach Entlassung bei 18,17 mmHg (± 4,6 mmHg). Präoperativ benötigten die Patienten 2,17 augeninnendrucksenkende Wirkstoffe, drei Jahre nach Entlassung 2,00. Die Einnahme von systemischen Carboanhydrasehemmern wurde von 23,9% der Patienten präoperativ auf 17,4% postoperativ reduziert. Der Visus lag prä- und postoperativ bei 0,049. Als Komplikation trat nach der Zyklokryokoagulation bei 41% der Patienten eine Chemosis und bei 4,3% eine Phthisis bulbi auf. Für eine ausreichende Drucksenkung wurden wie in der Gruppe der Zyklophotokoagulation 1,54 Sitzungen benötigt. Beim Vergleich der beiden Behandlungsmethoden hinsichtlich der Senkung des Augeninnendruckes wird postoperativ und zum Zeitpunkt der Entlassung ein signifikant niedrigerer IOD in der Gruppe der Zyklophotokoagulationen gefunden. Allerdings ist auch der präoperative IOD in der Gruppe der Zyklophotokoagulationen signifikant niedriger als in der Gruppe der Zyklokryokoagulationen. Zu allen anderen Zeitpunkten gibt es keinen signifikanten Unterschied zwischen beiden Gruppen. Hinsichtlich der Medikamentenreduktion, der postoperativen Visusminderung und der Anzahl der benötigten Sitzungen unterscheiden sich beide Gruppen nicht signifikant. In der Gruppe der Zyklophotokoagulationen konnte die Einnahme von systemischen Carboanhydrasehemmern stärker reduziert werden als in der Gruppe der Zyklokryokoagulationen. Die Komplikationsrate ist in der Gruppe der Zyklokryokoagulationen höher. In der Gruppe der Zyklokryokoagulationen finden sich vor allem Patienten mit einem Neovaskularisationsglaukom oder anderen Sekundärglaukomen. Viele der postoperativen Komplikationen stehen sicherlich mit dem Glaukomtyp in Beziehung und sind nicht ausschließlich auf die Behandlungsmethode zurückzuführen. Insgesamt zeigten sich beide Behandlungsverfahren als effektive Methoden zur Senkung des Augeninnendruckes. Die Zyklophotokoagulation scheint einen etwas stärkeren drucksenkenden Effekt, bei geringerer Komplikationsrate, als die Zyklokryokoagulation zu haben.
Bei moderaten sinusförmigen Betriebsspannungen tritt in reinem Stickstoff der diffuse Townsend-Modus (APTD) auf. Das elektrische Feld ist hier über den Entladungsspalt annähernd konstant, weshalb ein anodengerichteter exponentieller Anstieg der Intensität der Emission beobachtet wird. Dementsprechend ist das Intensitätsmaximum direkt vor der Anode lokalisiert. Überraschenderweise lässt sich die APTD unter den gegebenen experimentellen Bedingungen (Breite des Entladungsspalts d_Spalt=1 mm und sinusförmige Betriebsspannung) ebenfalls in einer Helium-BE genieren. Für gewöhnlich wird jedoch in einer Helium-Entladung der diffuse Glimmentladungs-Modus (APGD) beobachtet, wobei der Entladungsspalt zwischen 2-5 mm breit ist. Das Emissionsmaximum einer solchen Entladung befindet sich durch die Ausbildung eines Kathodenfallgebiets vor der Kathode. Die geringe Breite des Entladungsspalts verhindert hier jedoch die Ausbildung der APGD. Entsprechend kann sich das Kathodenfallgebiet nicht entwickeln, wodurch die Spaltspannung nur schwach einbricht. Das Intensitätsmaximum der Emissionsentwicklung befindet sich wie bei der diffusen Stickstoff-BE direkt vor der Anode. Die Zünd- und Brennspannung ist in Stickstoff größer als in Helium, da die Vibrationszustände des Stickstoffs effizient durch Elektronen angeregt werden und diesen dabei Energie entzogen wird. Helium hat jedoch keine Vibrationszustände, weshalb die Elektronentemperatur ansteigt und die Zünd- und Brennspannung deutlich geringer ist. Eine Erhöhung des Spannungsanstiegs dU/dt beeinflusst signifikant die Entladungsentwicklung in der diffusen Helium-Entladung. So führt eine Variation von der Sinus- zur Rechteckspannung zu einem Wechsel des Entladungsmodus, nämlich von der APTD zur APGD. Die Ursache hierfür ist der deutlich höhere Energieeintrag, was sich auf die Ionisationsprozesse auswirkt. Die Verwendung einer Sägezahnspannung stellt in Bezug auf den Spannungsanstieg dU/dt eine Kombination aus der Sinus- und der Rechteckspannung dar. Mit dieser Betriebsspannung war es erstmals möglich, in einer Entladungsperiode entsprechend der Spannungsgradienten beide Entladungsformen (APTD und APGD) zu beobachten und zu studieren. Durch die Oberflächenladungsmessung konnte nachgewiesen werden, dass die während eines elektrischen Durchbruchs im Entladungsvolumen transferierte Ladung vollständig auf den Dielektrika akkumuliert wird. Der Vergleich der phasenaufgelösten Oberflächenladungsdichtemessung mit der zeitlichen Integration der Stromdichte zeigt, dass die Akkumulation von Oberflächenladungen instantan mit dem Auftreten eines Strompulses stattfindet. Nach einem Entladungsstrompuls bleiben die Oberflächenladungen unabhängig vom Entladungsmodus auf dem Dielektrikum konstant, bis die Entladung in der nächsten Halbwelle erneut zündet. In der filamentierten Entladung markieren die Oberflächenladungen den Auftreffpunkt der einzelnen Mikroentladungen. Die Oberflächenladungen sind an diesen Stellen stark lokalisiert. Die gemittelten radialen Oberflächenladungsdichteprofile haben gezeigt, dass diese sowohl für die negativen als auch für die positiven Oberflächenladungen einer Gauß-Verteilung folgen. Die volle Halbwertebreite der entsprechenden Oberflächenladungsdichteprofile unterscheidet sich. Die negativen Oberflächenladungen nehmen eine größere Fläche ein als die positiven Oberflächenladungen. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Mikroentladungen über viele Entladungsperioden immer wieder an der gleichen Stelle zünden, wo sich aus einer vorhergehenden Entladung ein lokalisierter Oberflächenladungsfleck entgegengesetzter Polarität befand. Dieses Phänomen wird als Memory-Effekt bezeichnet. Durch zeitlich definiertes Abschalten der Entladung konnten die Lebensdauern von Oberflächenladungen beider Polaritäten auf dem BSO-Kristall gemessen werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Abbau der Oberflächenladungen in zwei Zerfallsprozesse k_1 und k_2 unterteilt ist. Während des Prozesses k_1 nimmt die Oberflächenladungsdichte innerhalb einiger weniger Sekunden deutlich ab. Die Zeitkonstante k_1 ist trotz der photoleitenden Eigenschaft des BSO-Kristalls unabhängig von der Beleuchtungsfrequenz des Kristalls ist. Der zweite deutlich langsamer ablaufende Prozess zeigte hingegen eine starke Abhängigkeit von der Beleuchtungsfrequenz der BSO-Kristalls. Wurde der Kristall kontinuierlich beleuchtet, verschwanden die Oberflächenladungen unabhängig von ihrer Polarität nach wenigen Sekunden vollständig. Je kleiner die Beleuchtungsrate des Kristalls ist, desto länger waren die Oberflächenladungen nachweisbar. Der Zerfallsprozess k_2 beruht auf intrinsischen Transportprozessen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die negativen Oberflächenladungen durch Elektronen nahe der Oberfläche gebildet werden. Die positiven Oberflächenladungen sind Löcher im Valenzband, die durch Elektronen-Ionen-Rekombination entstehen.
Die vorliegende Studie befasst sich mit dem postnatalen Wachstum der Fossa pterygopalatina (FPP) von Pan troglodytes unter Berücksichtigung des Geschlechtsdimorphismus. Die Untersuchungen erfolgten an 27 Schimpansenschädeln beiderlei Geschlechts, die anhand ihres Dentitionsstatus in drei Altersgruppen eingeteilt wurden. Die Vermessung erfolgte an computertomographischen Schichtaufnahmen. Mit Hilfe der Software WinSurf© 4.0 wurde das Volumen der FPP berechnet und 3D-Rekonstruktionen angefertigt. Darüber hinaus wurden verschiedene lineare Maße der FPP und ihrer Verbindungen vermessen. Um eine Abhängigkeit des Volumens der FPP von der Schädelmorphologie zu untersuchen, wurden zusätzlich verschiedene Längen-, Höhen- und Breitenmaße sowie Winkel der Schädel bestimmt. Es zeigte sich, dass das Volumen der FPP postnatal sowohl bei den männlichen als auch bei den weiblichen Schimpansen zunimmt. Ein signifikanter Unterschied des Volumens wurde sowohl zwischen den infantilen und juvenilen als auch infantilen und adulten Individuen nachgewiesen. Da ein signifikanter Unterschied jedoch nicht zwischen den juvenilen und adulten Schädeln nachgewiesen werden konnte, ist anzunehmen, dass es vor allem innerhalb der Wachstumsphase zum juvenilen Schimpansen zu einer stärkeren Zunahme des Volumens der FPP kommt. Mittels Korrelationsanalysen konnten signifikante Zusammenhänge zwischen verschiedenen äußeren Schädelmaßen und dem Volumen der FPP nachgewiesen werden. Ein Zusammenhang zu den vermessenen Winkeln zeigte sich nicht. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Korrelationsanalyse erfolgte die Beschreibung des postnatalen Wachstums des Volumens der FPP unter dem Aspekt des Geschlechtsdimorphismus. Erwartungsgemäß vergrößerte sich das Volumen der FPP im Beobachtungszeitraum, wobei die männlichen Schädel eine stärkere Zunahme zeigten. Bei im infantilen Alter gleich großen Flügelgaumengruben entwickelt sich so später in der Ontogenese ein signifikanter Volumenunterschied zu Gunsten der adulten männlichen Schimpansen. Im Vergleich zum Menschen wies die Fossa pterygopalatina des Pan troglodytes eine Reihe morphologischer Besonderheiten auf. Das Foramen sphenopalatinum lag bei infantilen und juvenilen Schimpansen auf Höhe des Corpus ossis sphenoidalis, wodurch die FPP in diesem Bereich relativ tief war. Im Laufe der Ontogenese verlagert sich das Foramen sphenopalatinum nach kaudal, so dass es bei adulten Schimpansen auf Höhe des Processus pterygoideus ossis sphenoidalis lag und die FPP in diesem Bereich deutlich flacher war als bei Jungtieren. Diese Besonderheit ist wahrscheinlich auf ein zunehmendes kraniokaudales Wachstum des Viszerokraniums zurückzuführen. Bei infantilen und juvenilen Schimpansen zeigten sich multiple Formvarianten des Foramen sphenopalatinum von hochoval, längsoval und rund, wobei bei adulten Schimpansen nur die, vom Menschen bekannte, hochovale Form nachweisbar war. Die am kranialen Pol der FPP liegenden Strukturen wie Foramen rotundum, Fissura orbitalis inferior sowie die Unterkante der Facies orbitalis der Ala major ossis sphenoidalis veränderten in den verschiedenen Altersgruppen ihre Lage zueinander. Bei infantilen Schimpansen lag die Fissura orbitalis inferior am weitesten kaudal. Bei juvenilen Tieren befanden sich alle oben genannten Strukturen auf derselben Höhe, wohingegen das Foramen rotundum bei adulten Schädeln deutlich weiter kranial lag. Diese variable Lage der Strukturen der FPP zueinander erschwerte die Definition einer einheitlichen kranialen Begrenzung der FPP. Die multiplen Öffnungen der FPP in diesem Bereich und die damit fehlende knöcherne Begrenzung erschwerte die Vermessung der FPP am kranialen Pol zusätzlich. Da die vorliegende Arbeit Möglichkeiten zeigt, die FPP unter standardisierten Bedingungen zu vermessen, trägt sie Modellcharakter. Sie gibt erstmals einen tieferen Einblick in die Morphologie und das postnatale Wachstum der FPP des Pan troglodytes unter Berücksichtigung des Geschlechtsdimorphismus. Somit leistet sie einen weiteren Beitrag zum Verständnis des komplexen kraniofazialen Wachstums des Schimpansen und liefert Daten für weitere Studien an der FPP des Menschen und anderer höherer Primaten.
In the search for new antifungal agents, this study dealt with the antimicrobial screening, extraction, isolation, structural elucidation as well as selective biological investigations of the isolated compounds. In addition, the impact of the culture conditions on growth and on biosynthesis of bioactive compounds was also studied. Besides, selective cyanobacteria were axenized and the taxonomy as well as the genetic relationship of axenic cyanobacteria that produced bioactive compounds with some other cyanobacteria was identified basing on the 16S rRNA gene sequences. 22 Vietnamese and 6 German cyanobacterial strains were screened for their antifungal activity using the agar diffusion assay. Among them, the MeOH/water extract from the biomass obtained from a laboratory culture of strain Bio 33, isolated from the Baltic Sea near Rügen Island, exhibited a specific antifungal activity against Candida maltosa and others human pathogenous fungi such as Candida albicans, Candida krusei, Aspergillus fumigatus, Microsporum gypseum, Trichophyton rubrum and Mucor sp. Besides, it was very impressed that extracts of strain Bio 33 showed no antibacterial activity against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, and Staphylococcus aureus. The taxonomy basing on 16S rRNA gene sequence of the axenic Bio 33 identified this strain as Anabaena cylindrica species. As a result of the bioassay-guided fractionation of the crude MeOH/water extract, four new lipopeptides, named balticidins A – D, were isolated. These lipopeptides represent a new structural type with the co-occurrence of a glycosylated cyclic peptide, a fatty acid containing chlorine and a disaccharide moiety. The main active fraction isolated from the MeOH/water extract of the biomass of Bio 33 which contains the four lipopeptides exhibited only marginal cytotoxic activity against the human bladder carcinoma cell line 5637 (IC50 = 93 μg/ml). The weak cytotoxic activity and the absence of antibacterial effects in the used in vitro test systems opens a promising future for further investigations to clarify the antifungal mechanism and for in vivo applications of the new lipopeptides. Different media, temperature, light intensity and period of irradiance, the depletion of nitrate and the trace element cobalt were investigated to figure out conditions at which Bio 33 produces maximum of balticidins under laboratory conditions. Temperature was the most apparent factor influencing the growth of Bio 33 and the production of balticidins. Bio 33 grew best in BG 11 medium plus 0.5% NaCl at 26°C, under white fluorescent continuous light and a light intensity of 20 μmol photons m-2 s-1. Nevertheless, under the same conditions, 22.5°C was the best temperature for the production of balticidins. Besides, harvesting of Bio 33 during the logarithmic growth phase, particularly at 20th day, should supply approximately maximum quantity of balticidins. At 22.5°C and 20 μmol photons m-2 s-1 under 24 h continuous irradiance, the depletion of nitrate had no negative effect on the growth and concentration of balticidin A but increased balticidin B and decreased balticidin C; the absence of cobalt slightly decreased the growth but had no clear effect on the production of balticidins. On the other hand, extracts of the culture medium of the Vietnamese cyanobacterium TVN40, exhibited antifungal activity against Candida maltosa and weak antibacterial activity. Extraction of the culture medium with XAD-16 and elution of the XAD-bounded compounds by different solvents resulted in five fractions (water, 80% MeOH, 100% MeOH, acetone, dichloromethan). Four compounds have been isolated from the 80% MeOH fraction and one was identified as a dioxindole derivative. Structural elucidation of the other three compounds is still in progress. TVN40 was formerly identified as an Anabaena sp. according to the morphological properties, but the 16S rRNA gene sequence confirms that the strain belongs to the genus Nostoc. Microscopic examination of TVN40 revealed that the filamentous strain was not a unialgal but a mixed culture with strange round cells (SRCs) - a unicellular cyanobacterium belonging to the order Chroococcales. Laboratory cultures of the pure filamentous strain TVN40, the isolated SRCs and the mixed culture of both strains were established. Both TVN40 and SRC culture media were responsible for the antibacterial activity against B. subtilis, S. aureus and E. coli. However, only the extract of the culture medium of TVN40 was active against C. maltosa. The supplement of cobalt enhanced the antimicrobial activity of the culture medium. Pure strains showed higher activity in comparison to the mixed culture of TVN40 and SRC.
Im proximalen Nierentubulus ist SLC2A9 ein bedeutender Bestandteil des „Harnsäure-Transportosoms“, welches ein funktionelles Netzwerk von Aufnahme- und Effluxtransportern der Harnsäure darstellt. Unter diesen sind auch bekannte Arzneimitteltransporter, die zu den Transporter-Familien SLC22A und SLC17A sowie der ATP-abhängigen ABCTransporter-Familie ABC gehören. Ebenso ist SLC2A9 Bestandteil dieses Transporter-Netzwerkes. Es ist wenig darüber bekannt, wie der transzelluläre Transport der Harnsäure koordiniert wird. Ein möglicher Mechanismus wäre die koordinierte transkriptionelle Regulation der Transporter-Expression über einen gemeinsamen Transkriptionsfaktor bzw. Modulator. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Regulation der Genexpression von SLC2A9, einem Faktor der Harnsäure-Homöostase, zu charakterisieren. Außerdem sollte überprüft werden, ob sich unter den identifizierten SLC2A9-regulierenden Transkriptionsfaktoren solche befinden, die auch als Modulatoren des „Harnsäure-Transportosoms“ in Frage kämen.
Im Fokus dieser Arbeit standen die Wechselwirkungen zwischen nicht-thermischem Atmosphärendruck-Plasma und in-vitro kultivierten Keratinozyten (HaCaT-Keratinozyten) und Melanomzellen (MV3). Für die Untersuchungen wurden drei Plasmaquellen unterschiedlicher Bauart genutzt; ein Plasmajet (kINPen 09) und zwei Quellen, die das Plasma mittels der dielektrisch behinderten Entladung (Oberflächen-DBE, Volumen-DBE) generieren. Um grundlegende Effekte von Plasma auf Zellen analysieren zu können, wurde zunächst der Einfluss von physikalischem Plasma auf die Vitalität; die DNA und die Induktion von ROS untersucht. Folgende Methoden wurden verwendet: - Vitalität: - Neutralrotassay, Zellzählung (Zellzahl, Zellintegrität) - BrdU-Assay (Proliferation) - Annexin V und Propidiumiodid- Färbung, Durchflusszytometrie (Induktion von Apoptose) - DNA: - Alkalischer Comet Assay (Detektion von DNA-Schäden) - DNA-Färbung mit Propidiumiodid, Durchflusszytometrie (Zellzyklusanalyse) - ROS: - H2DCFDA-Assay, Durchflusszytometrie (Bestimmung der ROS-positiven Zellen) Neben den Folgen die die Plasmaquellen induzieren wurde weiterhin untersucht, welchen Einfluss das Behandlungsregime (direkt, indirekt, direkt mit Mediumwechsel), das Prozessgas (Argon, Luft) und die zellumgebenden Flüssigkeiten (Zellkulturmedien: IMDM, RPMI; Pufferlösungen: HBSS, PBS) auf das Ausmaß der Plasma-Zell-Effekte hatten. Die Verwendung aller Plasmaquellen führte in HaCaT-Keratinozyten und Melanomzellen (MV3) zu Behandlungszeit-abhängigen Effekten: - Verlust an vitalen Zellen und verminderte Proliferationsfähigkeit - Induktion von Apoptose nur nach den längsten Plasmabehandlungszeiten - DNA-Schäden 1 h nach Plasmabehandlung, nach 24 h deutlich weniger bzw. nicht mehr nachweisbar, Hinweise für DNA-Reparatur vorhanden - Zellzyklusarrest in der G2/M-Phase zulasten der G1-Phase 24 h nach Plasmabehandlung - Anstieg der ROS-positiven Zellen 1 h und 24 h nach Plasmabehandlung Es wurde gezeigt, dass in RPMI-Medium kultivierte Zellen sensitiver, in Form von verminderter Vitalität und vermehrten DNA-Schäden, reagierten als in IMDM-Medium gehaltene Zellen. Aber auch während der Plasmabehandlung in Pufferlösungen (HBSS, PBS) gehaltene HaCaT-Zellen wiesen DNA-Schäden auf. Die direkte und indirekte Plasmabehandlung führte zu nahezu gleichen Ergebnissen. Ein Wechsel des Zellkulturmediums direkt nach der Plasmabehandlung schwächte alle gemessenen Effekte ab. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass neben der Art der Flüssigkeit und Behandlungszeit auch der Inkubationszeitraum der Zellen mit der in Plasma in Kontakt gekommenen Flüssigkeit von essentieller Bedeutung ist. Die durch Plasma induzierten reaktiven Spezies gelangen in die Flüssigkeit und interagieren mit den Wassermolekülen und den organischen Molekülen der Zellkulturmedien, welche langlebige Radikale (z.B. H2O2) bilden, die dann ihrerseits mit zellulären Molekülen reagieren. Die anderen Plasmakomponenten wie UV-Licht und elektrische bzw. magnetische Feldern scheinen nur eine untergeordnete Rolle in der Plasma-Zell-Interaktion zu spielen, da diese nur bei der direkten Behandlung mit den Zellen in Berührung kommen und die starken Auswirkungen nach der indirekten Behandlung nicht verursachen können. Die in diesen Untersuchungen verwendete Oberflächen-DBE konnte mit Luft oder mit Argon als Prozessgas betrieben werden. Wurde Argon als Prozessgas genutzt, kam es zu milderen Auswirkungen im Vergleich zur Plasmabehandlung im Luftmodus. Mit Luft generiertes Plasma weist neben ROS auch RNS in der Gasphase auf, letztere lassen sich im Argon-Plasma nicht nachweisen und stehen für Plasma-Zell-Interaktionen nicht zur Verfügung. Zusätzlich zu den humanen Keratinozyten wurden auch humane Melanomzellen mit Plasma (Oberflächen-DBE/Luft) behandelt. Im Vergleich zu den HaCaT-Zellen sind bei den MV3-Zellen geringere Behandlungszeiten nötig, um biologisch gleichwertige Effekte zu bewirken. Die hier verwendeten Testmethoden eignen sich für die biologische Charakterisierung von neuen Plasmaquellen bzw. für die Analyse von Plasma-Zell-Wechselwirkungen weiterer Zelllinien. Tiefergehende Untersuchungen, z.B. bezüglich der genaueren Spezifizierung der durch Plasma hervorgerufenen oxidativen DNA-Schäden und den daraus resultierenden Reparaturmechanismen, sollten folgen.
Der Kernaustritt der Nukleokapside stellt einen essentiellen Schritt im Replikationszyklus der Herpesviren dar. Aufgrund seiner Größe kann das Kapsid den Kern nicht durch die Kernporen verlassen, sondern wird durch die Kernmembranen transportiert. Die viralen Proteine pUL34 und pUL31 bilden den NEC (nuclear egress complex), der virale und zelluläre Kinasen an die Kernmembran rekrutiert. Diese phosphorylieren die Lamine, wodurch sich die Lamina partiell auflöst und das Nukleokapsid Zugang zur Kernmembran erhält. Die Deletion einer oder beider Komponenten des NEC bewirkt zwar eine deutliche Reduktion der viralen Titer, jedoch wird eine geringe Menge infektiöser Nachkommenviren freigesetzt, die für eine Reversionsanalyse genutzt wurde. Dafür wurde zuerst das UL34-negative Virus und später auch das UL31-negative Virus, auf Kaninchennierenzellen (RK13) seriell passagiert, bis im Überstand Wildtyp-ähnliche Titer erreicht wurden. Aus diesen Überständen wurden Virusmutanten isoliert, die ohne den NEC effizient replizierten und als PrV-ΔUL34Pass bzw. PrV-ΔUL31Pass bezeichnet wurden. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten, dass die passagierten Viren nicht mehr wie der PrV-Wildtyp durch die Kernmembran transportiert, sondern durch eine partiell aufgelöste Kernmembran ins Zytoplasma freigesetzt wurden. Das Ziel dieser Arbeit war zu untersuchen, wie die Freisetzung der Kapside aus dem Kern ohne den essentiellen NEC abläuft. Um zu ermitteln, welche viralen Proteine für die Auflösung der Kernmembran von Bedeutung sein könnten, wurde zunächst das komplette Genom von PrV-ΔUL34Pass sequenziert und mit dem des Wildtyps (PrV-Ka) und der nicht passagierten UL34-Deletionsmutante (PrV-ΔUL34) verglichen. Die mutierten Gene wurden anschließend in PrV-ΔUL31Pass sequenziert. Zu den sieben Genen, die in beiden passagierten Viren verändert sind, gehören u.a. UL21, UL26, UL46 und UL49. Jedoch konnte durch Deletion der einzelnen mutierten Gene nicht geklärt werden, welches Genprodukt für die Kernmembran-Fragmentierung in PrV-ΔUL34Pass- oder PrV-ΔUL31Pass infizierten Zellen bzw. für die Stabilisierung der Kernmembran während der Wildtyp-Infektion verantwortlich ist. Mit Hilfe von Inhibitorstudien wurde untersucht, welche zellulären Prozesse von den passagierten Viren manipuliert werden könnten, um die Kernmembran-Fragmentierung zu induzieren. Der Cdk (Cyclin dependent kinase) 1, Cdk2 und Cdk5-Inhibitor Roscovitin, der in höheren Dosen auch ERK1/2 (extracellular regulated kinase 1/2) hemmt, reduzierte die Titer der passagierten Viren deutlich, während der PrV-Wildtyp kaum beeinflusst wurde. Einen ähnlichen Effekt konnte auch mit einem Inhibitor für die ERK1/2 vorgeschaltete Kinase MEK1/2 (mitogen activated protein kinase/ERK kinase 1/2) erzielt werden. Spezifische Inhibitoren von ERK1/2, Cdk1, Cdk2 oder Cdk5 zeigten jedoch keinen spezifischen Einfluss auf die passagierten Virusmutanten oder den Wildtyp. Zur selben Zeit konnte eine andere Arbeitsgruppe zeigen, dass das Varizella Zoster Virus pUL46 Homolog ORF12 die Aktivierung von ERK1/2 induziert (Liu et al., J. Virol. 86, 2012). Basierend auf dieser Studie wurde untersucht, ob PrV pUL46 ebenfalls ERK1/2 aktivieren kann und ob diese Aktivierung für die Auflösung der Kernmembran von Bedeutung ist. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl PrV-Wildtyp als auch PrV-ΔUL34Pass pUL46 ERK1/2 und die entsprechenden Zielgene aktivierte. Die Deletion von UL46 aus dem Genom der passagierten Viren resultierte außerdem in einem deutlich höheren Anteil von Zellen mit einer fragmentierten Kernmembran, wobei dies nicht ausschließlich auf die Aktivierung von ERK1/2 durch pUL46 zurückgeführt werden kann, da sich die beiden passagierten Viren in ihrem ERK-Aktivierungspotential unterscheiden. Während PrV-ΔUL31Pass ERK1/2 vergleichbar zum Wildtyp induzierte, war die Aktivierung durch PrV-ΔUL34Pass deutlich geringer. Diese Abweichung lässt sich nicht auf die unterschiedlichen pUL46-Proteine der beiden passagierten Virusmutanten zurückführen, da der Austausch der jeweiligen UL46 Sequenzen gegen Wildtyp UL46 das ERK1/2-Aktivierungsmuster nicht veränderte. Somit scheint pUL46 einen Einfluss auf die Stabilität der Kernmembran und die Aktivierung von ERK zu haben. Beide passierte Viren bilden verstärkt Synzytien im Vergleich zum PrV-Wildtyp oder den nicht-passagierten Vorläufern aus. Um zu untersuchen, ob diese Deregulierung der Membranfusion auch die Kernmembranen betrifft und möglicherweise eine Ursache für die Fragmentierung sein könnte, wurden die Glykoproteine gB und gH aus den Genomen der passagierten Virusmutanten deletiert. Elektronenmikroskopische Aufnahmen sowie Untersuchungen von Replikationsverhalten und Plaquebildung ergaben, dass die Fragmentierung der Kernmembran auch in Abwesenheit von gB oder gH stattfindet. Dagegen sind beide Glykoproteine, wie auch im PrV-Wildtyp, für die Virusreplikation essentiell.
Die dem Leben zugrundeliegenden Prozesse sind hochkomplex. Sie werden zu einem Großteil durch Proteine umgesetzt. Diese spielen eine tragende Rolle für die morphologische Struktur und Vielfalt sowie Spezifität der Fähigkeiten der verschiedenen Zelltypen. Jedoch wirken Proteine nicht isoliert für sich allein sondern indem sie miteinander oder mit anderen Molekülen in der Zelle (DNA, Metabolite, Signalstoffe etc.) wechselwirken. Gerät dieses Geflecht von aufeinander abgestimmten Wechselwirkungen aus dem Gleichgewicht, kann das eine Ursache für Erkrankungen sein. Die Kenntnis über fehlregulierte Interaktionen kann dabei helfen, die betreffende Krankheit besser zu verstehen und gegen sie zu intervenieren. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Identifizierung von solch differentiell regulierten Interaktionen. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Methode mit dem Namen ExprEssence entwickelt, welche diejenigen Interaktionen in einem Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk identifiziert, die sich zwischen zwei verglichenen Zuständen (z.B. krank versus gesund) am stärksten unterscheiden. Ziel ist es, das Netzwerk auf die wesentlichen Unterschiede zwischen den zwei untersuchten Zuständen zu reduzieren. Hierzu werden Genexpressions- oder Proteomdaten der beiden Zustände in das bereits bestehende Netzwerk integriert. Aus diesen Daten wird die Stärke/Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Interaktionen des Netzwerks geschätzt. Die Interaktionen, deren Interaktionsstärken sich zwischen den betrachteten Zuständen am stärksten unterscheiden, werden beibehalten – die restlichen Interaktionen werden verworfen. Dies ergibt ein verkleinertes Subnetzwerk, das aus jenen Interaktionen besteht, die am stärksten differentiell reguliert sind. Diese Interaktionen und ihre Proteine sind Kandidaten für eine Erklärung der biologischen Unterschiede der betrachteten Zustände auf molekularem Niveau. Die Methode wurde auf verschiedene biologische Fragestellungen angewandt und mit anderen ähnlichen Methoden verglichen. Bei der Untersuchung der Unterschiede zwischen Erfolg und Misserfolg einer chemotherapeutischen Brustkrebstherapie konnte beispielsweise gezeigt werden, dass das mit ExprEssence erstellte Subnetzwerk einen stärkeren Bezug zu den bereits bekannten Therapieerfolg-relevanten Mechanismen aufweist als die Methoden, mit denen ExprEssence verglichen wurde. Weiterhin wurde im Subnetzwerk eine möglicherweise für den Therapieerfolg relevante Interaktion identifiziert, die in diesem Zusammenhang bisher nicht betrachtet wurde. Deren Bedeutung konnte in der experimentellen Nachverfolgung weiter untermauert werden. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit bildete die Untersuchung des Interaktoms eines spezialisierten Zelltyps der Niere – des Podozyten. Dieser Zelltyp ist essentiell für die Filtrationskompetenz der Niere. Ein Interaktionsnetzwerk mit spezifisch für den Podozyten relevanten Interaktion gib es bisher nicht. Daher wurde ein Podozyten-spezifisches Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen zusammengestellt und öffentlich verfügbar gemacht. Genexpressionsdaten vielfältiger Art, beispielsweise von Podozyten in verschiedenen Entwicklungsstadien oder in Zellkultur, wurden in das Netzwerk integriert und mit ExprEssence analysiert. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass die Dedifferenzierung von in Kultur gehaltenen Podozyten nicht dem Umkehrweg der zuvor durchlaufenen Differenzierung entspricht. Neben ExprEssence wurde weitere Software entwickelt, die die Anwendbarkeit von ExprEssence erweitert – MovieMaker und ExprEsSector. Mit MovieMaker werden die Übergänge zwischen den betrachteten Zuständen nachvollziehbarer visualisiert. ExprEsSector bildet die Vereinigungs- und Schnittmengen-Netzwerke von ExprEssence-Subnetzwerken. So können beispielsweise verschiedenen Krankheiten gemeinsame Veränderungen vom Normalzustand identifiziert werden. Ist für eine Krankheit bereits ein Therapieansatz vorhanden, der auf eine fehlregulierte Interaktion einwirkt, und ist diese Interaktion auch in der anderen Krankheit gleichartig differentiell reguliert, kann geprüft werden, ob diese Therapie auf die zweite Krankheit übertragen werden kann. Neben der Vorstellung und Diskussion der erzielten Ergebnisse, wird auch auf methodisch bedingte Nachteile eingegangen. Es werden Strategien aufgezeigt, wie die negativen Einflüsse möglichst minimiert werden können oder wie sie bei der Bewertung der Ergebnisse zu berücksichtigen sind. In Anbetracht der immer schneller ansteigenden Menge biologischer Daten ist es eine wesentliche Herausforderung geworden, aus diesen die essentiellen Informationen zu extrahieren. Der integrative Ansatz der Verknüpfung von Informationen verschiedener Quellen wurde mit ExprEssence und den Erweiterungen MovieMaker und ExprEsSector in einem Konzept zur Identifizierung zustandsrelevanter molekularer Mechanismen in intuitiv leicht erfassbarer Form umgesetzt.
Non-thermal atmospheric pressure plasma has drawn more and more attention to the field of wound healing research during the last two decades. It is characterized by a unique composition, which includes amongst others free radicals, ions and electrons. Furthermore, non-thermal plasma exhibits temperatures that are below those inducing thermal cell damage. Next to its well-established anti-bacterial properties, plasma can have lethal as well as stimulating effects on mammalian cells. Therefore, the medical application of non-thermal plasma on chronic wounds seems to be a promising tool to enable healing processes. However, less is known about the plasma-mediated induction of intracellular signaling pathways in human immune cells, which play a leading part in the process of wound recovery and removal of pathogens. Therefore, this thesis examined the cellular effects of a non-thermal atmospheric pressure plasma treatment on human immune cells using the argon plasma jet kinpen 09. Here, the CD4+ T helper cell line Jurkat, the monocyte cell line THP-1 as well as the corresponding primary cells were investigated. First, cell survival and apoptosis induction was assessed in response to non-thermal plasma treatment by growth curves and flow cytometric assays. On the one hand it could be shown that primary cells are more susceptible to plasma treatment than the respective cell lines. On the other hand, monocytes responded less sensitive to plasma exposure than lymphocytes. Furthermore, this thesis outlined the impact of non-thermal plasma treatment on the gene expression level of immune cells. Therefore, DNA microarray analysis was performed with the cell lines Jurkat and THP-1. It became obvious that plasma exposure modulated the expression of several genes in both cell types. Differential expression of distinct target genes was further validated by quantitative PCR in the immune cell lines. Here, elevated gene expression levels of JUN and FOS in Jurkat cells and increased transcription of JUND in THP-1 cells in response to plasma treatment were made visible. JUN, FOS and JUND are components of the transcription factor AP-1, which is involved amongst others in gene expression of IL-8 and HMOX-1. Consequently, transcriptional induction of the inflammatory cytokine IL-8 as well as the enzymes HMOX-1 and GSR was detected in plasma-treated THP-1 cells. In addition, alterations in the protein activation levels were analyzed in plasma-treated Jurkat, THP-1 cells and primary monocytes. Since some of the identified target genes are known to be associated with the MAPK pathways, the regulation of these cascades was further investigated by western blot analysis. In all investigated cell types the pro-proliferative signaling molecules ERK 1/2 and MEK 1/2 as well as the pro-apoptotic signaling proteins p38 MAPK and JNK 1/2 were activated in a plasma treatment time dependent manner. In contrast to Jurkat and primary monocytes, the anti-apoptotic HSP27 was only induced in THP-1 cells in response to plasma exposure. Moreover, modulation of cytokine production and secretion was examined in the different immune cell types and co-cultured THP-1 and HaCaT keratinocytes by ELISA or flow cytometry. While Jurkat cells showed no plasma-mediated regulation of cytokine expression, THP-1 cells revealed an increased IL-8 secretion after long plasma time duration (360 s). Additionally, the intracellular expression levels of IL-6 and IL-8 were modulated in primary monocytes by plasma exposure. While short plasma treatment caused no alteration of the number of cells expressing IL-8 an up-regulation of the intracellular IL-6 level occurred after 30 s of plasma treatment. Long plasma treatment times resulted in a significant decrease of the intracellular IL-8 and IL-6 production levels. Furthermore, co-cultured THP-1 and HaCaT cells as well as mono-cultured THP-1 and HaCaT cells were examined regarding their cytokine secretion profile. Here, cells treated with plasma (180 s) as well as LPS and plasma (180 s and LPS) were compared with untreated cells. IL-6, IL-8 and GM-CSF secretion was induced by both plasma and plasma combined with LPS treatment in mono-cultivated HaCaT cells and co-cultured cells. Though, the highest cytokine secretion levels were reached in the plasma and LPS exposed co-culture. In contrast, mono-cultivated THP-1 cells only showed an increased secretion of IL-6, IL-8 and TNFa after incubation with plasma together with LPS exposed medium. In conclusion, this study revealed for the first time the non-thermal plasma-modulated expression of numerous genes and cytokines and the activation state of various signaling cascades in human immune cells. Thus, it contributes to gain a better understanding of the immune-modulatory impacts of plasma that might promote the wound healing process.
Approaches to the Analysis of Proteomics and Transcriptomics Data based on Statistical Methodology
(2014)
Recent developments in genomics and molecular biology led to the generation of an enormous amount of complex data of different origin. This is demonstrated by a number of published results from microarray experiments in Gene Expression Omnibus. The number was growing in exponential pace over the last decade. The challenge of interpreting these vast amounts of data from different technologies led to the development of new methods in the fields of computational biology and bioinformatics. Researchers often want to represent biological phenomena in the most detailed and comprehensive way. However, due to the technological limitations and other factors like limited resources this is not always possible. On one hand, more detailed and comprehensive research generates data of high complexity that is very often difficult to approach analytically, however, giving bioinformatics a chance to draw more precise and deeper conclusions. On the other hand, for low-complexity tasks the data distribution is known and we can fit a mathematical model. Then, to infer from this mathematical model, researchers can use well-known and standard methodologies. In return for using standard methodologies, the biological questions we are answering might not be unveiling the whole complexity of the biological meaning. Nowadays it is a standard that a biological study involves generation of large amounts of data that needs to be analyzed with a statistical inference. Sometimes data challenge researchers with low complexity task that can be performed with standard and popular methodologies as in Proteomic analysis of mouse oocytes reveals 28 candidate factors of the "reprogrammome". There, we established a protocol for proteomics data that involves preprocessing of the raw data and conducting Gene Ontology overrepresentation analysis utilizing hypergeometric distribution. In cases, where the data complexity is high and there are no published frameworks a researcher could follow, randomization can be an approach to exploit. In two studies by The mouse oocyte proteome escapes maternal aging and CellFateScout - a bioinformatics tool for elucidating small molecule signaling pathways that drive cells in a specific direction we showed how randomization can be performed for distinct complex tasks. In The mouse oocyte proteome escapes maternal aging we constructed a random sample of semantic similarity score between oocyte transcriptome and random transcriptome subset of oocyte proteome size. Therefore, we could calculate whether the proteome is representative of the trancriptome. Further, we established a novel framework for Gene Ontology overrepresentation that involves randomization testing. Every Gene Ontology term is tested whether randomly reassigning all gene labels of belonging to or not belonging to this term will decrease the overall expression level in this term. In CellFateScout - a bioinformatics tool for elucidating small molecule signaling pathways that drive cells in a specific direction we validated CellFateScout against other well-known bioinformatics tools. We stated the question whether our plugin is able to predict small molecule effects better in terms of expression signatures. For this, we constructed a protocol that uses randomization testing. We assess here if the small molecule effect described as a (set of) active signaling pathways, as detected by our plugin or other bioinformatics tools, is significantly closer to known small molecule targets than a random path.
This study validates a newly-developed scale of consumer culture at individual-level in purchase-consumption context. Following unipolar approach in measurement, the applicable-reliable scale for consumer culture analyzes plausible effects of the seven cultural dimensions on three selected consumer-behaviors; anticipated regret, and two further purchase behaviors of variety-seeking and Quality-consciousness, comparing both Hedonic and Utilitarian aspect of consumer decisions. The interaction among the three behavioral variables are also studied. Feeling the necessity of cultural investigations in rather-unknown countries, Iran and Germany are focused.Iran is among the culturally undiscovered markets with an ever increasing demand; also German consumers have several unknown aspects in their purchase behaviors. Finally, the role of contextual elements — nationality, demographic profile and task— in consumer purchase behaviors are separately analyzed.
In dieser Arbeit wurden die Nasennebenhöhlen der Feuchtnasenprimaten (Strepsirrhini) anhand von Mikro-CT-Aufnahmen untersucht. Das Material umfasste 24 größtenteils adulte Schädel, die in zwei Infraordnungen vorlagen und deren Geschlecht nicht bekannt war. Die Ergebnisse sollen neue Erkenntnisse hinsichtlich der Morphologie der Sinus paranasales der Strepsirrhini sowie der quantitativen Zusammenhänge zwischen der Größe der Nasennebenhöhlen und ausgewählten Schädelmaßen liefern. Alle Strepsirrhini weisen einen paarig angelegten Sinus maxillaris auf. Die Kieferhöhlen sind meist durch Recessus frontales vergrößert und können auch durch Recessus palatinales et zygomatici erweitert sein. Obgleich bei allen Schädeln eine Öffnung des Sinus maxillaris zum mittleren Nasengang besteht, lassen sich bei einigen Strepsirrhini auch Verbindungen zum unteren und oberen Nasengang feststellen. Zum Teil existiert eine enge räumliche Beziehung zwischen den Nasennebenhöhlen, sodass diese ineinander übergehen. Sinus frontalis und Sinus sphenoidalis hingegen sind nur bei einigen Schädeln der Infraordnung Lemuriformes nachweisbar. Die Größe und Ausdehnung der Stirnhöhle sind relativ variabel. Durch Septenbildung findet mitunter eine Aufteilung in mehrere Räume statt. Die rechte und linke Keilbeinhöhle sind meist nur durch ein medianes Septum voneinander getrennt. Beidseitig des Septums sind häufig Siebbeinmuscheln erkennbar. Zur besseren Einordnung der ermittelten Volumina wurde aus dem Gesichtsschädelvolumen und dem Gesamtvolumen jeder Nasennebenhöhle sowie dem Gesamtvolumen aller Nasennebenhöhlen ein Index berechnet. Aus den höheren Werten bei den Familien Indridae, Lemuridae und Daubentoniidae ergibt sich tendenziell ein größeres Volumen der Nasennebenhöhlen in Bezug zum Gesichtsschädelvolumen. Die Korrelationsanalyse zeigt, dass der Sinus maxillaris im Gegensatz zur Stirn- und Keilbeinhöhle die meisten signifikanten Korrelationen, insbesondere mit allen äußeren Schädelmaßen, aufweist. Der statistische Vergleich der Volumina des Sinus maxillaris der Strepsirrhini mit den Daten der Catarrhini und Platyrrhini aus der Literatur ergibt, dass bei Catarrhini und Strepsirrhini hinsichtlich der Schädelgröße ein ähnlicher Zusammenhang besteht. Jedoch stellen sich bei den Platyrrhini signifikante Abweichungen im Vergleich mit den anderen beiden Gruppen heraus, wodurch den Platyrrhini vermutlich eine Sonderstellung zukommt, die auch neue Interpretationen hinsichtlich der Evolution dieser Gruppe zulässt.
Durch die vorliegende Arbeit wurde die Relevanz moderner Ansätze in der fragmentbasierten Leitstrukturentwicklung für den Erfolg und die Sicherheit in der Arzneistoffentwicklung aufgezeigt. Neben den theoretischen Grundlagen konnte die praktische Anwendung molekularer Vielfalt mit Hilfe komplementärer Substanzbibliotheken vielfach direkt den resultierenden Nutzen aufzeigen. Dabei galt das Interesse speziell antiproliferativen Zielstrukturen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Hemmung der Glutathionperoxidase. Des Weiteren unterstützten in silico-Methoden eine zielgerichtete Arbeitsweise. Durch die Optimierung des GPx 1-Testsystems konnte eine zuverlässige in vitro-Analytik etabliert werden. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass mit Hilfe der angestellten Untersuchungen die erfolgreiche Entwicklung, Optimierung und Evaluierung mehrerer Leitstrukturen für diverse Zielproteine der Tumortherapie aufgezeigt werden konnte. Es wurden zunächst die Fortschritte auf dem Gebiet der fragmentbasierten Leitstrukturentwicklung über multifunktionale Screeningbibliotheken zusammengefasst und bewertet (Publikation 1). Die vorgestellten Ansätze, wie Halogenbindungen und sp3-Reichtum, fanden in den folgenden Publikationen zu einem Großteil praktische Anwendung. Die Synthese einer umfangreichen Acylhydrazonbibliothek führte zum Ausbau der inhibitorischen Aktiviät gegenüber der bovinen GPx 1 (Publikation 2). Der kombinatorische Syntheseansatz erbrachte eine Vielzahl eng verwandter Analoga, die entgegen der Erwartungen leider kaum Erkenntnisse über SAR erbrachten. Zudem erwiesen sich die angewandten Docking-Studien als irreführend, da keinerlei Korrelation zu den in vitro-Ergebnissen erkennbar war. Dennoch konnte mit den angestellten Untersuchungen ein stabiler Enzymassay etabliert werden, der eine zuverlässige Analyse zukünftiger Produkte unterstützt. Langfristig wäre für Aussagen über quantitative SAR die gezielte Optimierung anhand einer Kristallstrukturanalyse erforderlich. Alternativ wurden bereits erste NMR-Versuche mit Sättigungstransfer-Differenz (STD)-Spektroskopie angestellt, die sich jedoch aufgrund der schlechten Löslichkeit der Acylhydrazone als schwierig erwiesen. Weiterhin wurde Misonidazol als Inhibitor der GPx 1 einer Neubewertung unterzogen (Publikation 3). Während racemisches Misonidazol nach früheren Berichten die Aktivität muriner GPx 1 bei 500 µM signifikant reduzierte, zeigte die in vitro-Testung der reinen Enantiomere gleicher Konzentration an boviner GPx 1 keine inhibitorische Wirkung. Von wissenschaftlichem Nutzen war zudem die Erkenntnis über einen schwachen, aber nachweisbar signifikanten Synergismuseffekt des Racemats verglichen mit den isolierten Enantiomeren. Die ergänzende Beschreibung dieser noch wenig untersuchten Wirkungspotenzierung liefert einen Beitrag zum gesamtheitlichen Verständnis dieses Phänomens. Alle synthetisierten Endstufen sowie ausgewählte Zwischenstufen wurden in einer öffentlich zugänglichen Screeningplattform, dem FMP in Berlin, hinterlegt (Publikation 4). Sie haben als Gemeinsamkeit eine ausgeprägte Reaktionsbereitschaft, wodurch in zukünftigen biologischen Screenings eine gezielte oder auch zufällige Entdeckung neuartiger Interaktionen nicht abwegig ist. Die nukleophilen Verbindungen 1, 2, 4 und 5 könnten mit basischen Aminosäuren, wie dem Histidin der Serinproteasen, oder mit Metalloenzymen wechselwirken, während durch die gezielte Elektrophilie von 3 kovalente reversible Bindungen mit Cysteinresten und deren Selen-Analoga zu erwarten sind. Der Beitrag fragmentbasierter Substanzbibliotheken zur Leitstrukturentwicklung konnte am Beispiel der 4-Amidocyclopentan-1,3-diole gezeigt werden (Publikation 5). Ausgehend von acht trisubstituierten Cyclopentan-Templaten konnte die Synthese von achtzig Produkten mit zum Teil potenter Wirkung gegen mehrere Tumor-Zelllinien beschrieben werden. Die Substanzbibliothek dieser Studie demonstriert den Einsatz moderner Methoden zur Bereitstellung von Werkzeug für offene Fragen der Molekularbiologie aus einem bisher zu wenig bearbeiteten Bereich des chemischen Strukturraums. Mit Hilfe von in silico-Untersuchungen gelang eine gezielte Synthese neuartiger Inhibitoren NAD+-abhängiger Histondeacetylasen (Publikation 6). Die resultierende Klasse N1-substituierter Benzimidazolthione zeichnete sich durch erhöhte physiologische Stabilität gegenüber der Leitstruktur Splitomicin aus. Obgleich eine vollständig selektive Inhibition zwischen den Sirtuinen 1–3 nicht erreicht wurde, gelang durch die Anwendung computergestützter Methoden die Synthese eines potenten Inhibitors mit selektiver Wirkung gegen Sirtuin 1 und 2, dessen Grundgerüst als Leitstruktur weiterer Untersuchungen dienen kann.
Die Cranio-Mandibuläre-Dysfunktion (CMD) wird als multifaktorielles Geschehen betrachtet, wobei Abweichung in der Okklusion nicht mehr als alleinige Ursache dieses Krankheitsbildes gesehen werden, sondern es kommen auch soziopsychologische Faktoren im Entstehen und während der Behandlung in Frage. Die Auswirkung von psychologischem Stress über einen erhöhten Muskultonus und einer Hyperaktivität im stomatognathen System sind bekannt, werden aber bis dato bei der Diagnose und Vorbeugung häufig im Praxisalltag nicht umfassend berücksichtigt, da es an praxisgerechten Erfassungsinstrumenten mangelt. Ziel dieser Pilotstudie war die Erprobung eines Screeningfragebogens zur Erfassung von chronischem Stress in der Zahnarztpraxis und die Ermittlung von Anhaltspunkten, die einen Zusammenhang zu dem Krankheitsbild CMD nahelegen können. Zudem sollte bestimmt werden, in wieweit CMD mit anderen körperlichen Symptome wie Kopf-Nacken-Schulter-Beschwerden und Rückenschmerzen sowie Tinnitus in Verbindung gebracht werden kann. Die Daten wurden in drei Zahnarztpraxen an randomisiert zugeteilten Patienten ermittelt, die sich zur Erst- oder Kontrolluntersuchung in den Praxen eingefunden hatten, jedoch nicht im Sinne einer CMD-Therapie vorbehandelt waren. Die Erhebungsinstrumente bestanden aus einem Selbstbeurteilungsbogen zu chronischem Stress und körperlichen Symptomen im Kopf- Nacken- Schulter- und Rückenbereich, sowie einem klinischen Erhebungsbogen zur CMD, der von dem Behandler ausgefüllt wurde. Die Daten von 64 der untersuchten Patienten konnten ausgewertet werden. Es ergaben sich korrelierende Zusammenhänge in screeningartiger statistischer Auswertung zwischen erlebtem chronischen Stress, CMD und Kopf-Nacken-Schulter- und Rückenschmerzen sowie Tinnitus. Diese Ergebnisse decken sich mit denen in der Literatur, erfordern jedoch weitere Untersuchungen, um die gefundenen Zusammenhänge zu sichern und zu spezifizieren.
Das Wissen über fledermausassoziierte Lyssaviren in Hinblick auf die Diversität, Abundanz, geographische Verbreitung, Wirtsspezifität, Pathogenität und mögliche Übertragungswege ist lückenhaft. In Europa wird zur Überwachung der Fledermaustollwut die Untersuchung von moribunden oder toten Tieren (passive Surveillance) und/oder die Beprobung von freilebenden Fledermauspopulationen (aktive Surveillance) empfohlen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den derzeitigen Kenntnisstand zum Vorkommen von fledermausassoziierten Lyssaviren in Deutschland zu erweitern und mit Daten anderer europäischer Länder zu vergleichen. Die Untersuchungen stützten sich dabei auf drei Teilprojekte: 1) Die initiale Statuserhebung und Analyse der Fledermaustollwut-Surveillance in Europa hat gezeigt, dass trotz internationaler Empfehlungen die Tollwut-Überwachung bei Fledermäusen uneinheitlich durchgeführt wird. Diese Unterschiede sind unter anderem die Folge (i) fehlender Zusammenarbeit zwischen Fledermausbiologen und Veterinär- sowie Gesundheitsbehörden, (ii) fehlender Netzwerke von Fledermaussachverständigen, (iii) länderspezifischer Regelungen, aber auch (iv) fehlenden Bewusstseins sowie Kenntnisstandes für die Fledermaustollwut in der Bevölkerung. 2) In Deutschland wurde zusätzlich zur Tollwut-Routinediagnostik eine intensivierte passive Tollwut-Surveillance (retrospektive Studie, 1998 – 2013) durchgeführt, bei der 5478 Tiere aus insgesamt 21 einheimischen Arten akquiriert und auf das Vorliegen einer Lyssavirusinfektion untersucht wurden. Insgesamt konnten 52 EBLV-1 Infektionen (E. serotinus (n=49), P. pipistrellus, P. nathusii, Pl. auritus) sowie drei EBLV-2 Infektionen (M. daubentonii) diagnostiziert werden. Die Untersuchungen verdeutlichen, dass diese retrospektive Studie im Vergleich zur Routinediagnostik entscheidende Vorteile in Bezug auf den Stichprobenumfang, das Artenspektrum sowie die Fehlerfreiheit von artbezogenen biologischen und epidemiologischen Daten und somit entscheidende Voraussetzungen für eine gezielte Risikobewertung einer potentiellen Gesundheitsgefährdung des Menschen durch fledermausassoziierte Lyssaviren bietet. 3) Im Rahmen der aktiven Tollwut-Surveillance (1998 – 2012) erfolgte an 42 Standorten in Deutschland die Beprobung von Fledermauspopulationen. Es wurden 4546 Maultupfer- und 1226 Serumproben von 18 Fledermausspezies untersucht. EBLV-1-spezifische RNA wurde in Maultupfern von fünf Breitflügelfledermäusen, einer Fransen- und einer Mopsfledermaus detektiert. In dieser Arbeit konnte erstmalig EBLV-1 aus einer RT-PCR-positiven Maultupferprobe von einer scheinbar gesunden Breitflügelfledermaus isoliert werden. Bei der serologischen Testung von Serumproben gegen EBLV-1 wurden virus-neutralisierende Antikörper in acht verschiedenen Spezies festgestellt, wobei hauptsächlich Seren von Breitflügelfledermäusen höhere Titer aufwiesen. Ein Vergleich von Ergebnissen verschiedener Sero-Surveillance-Studien ist durch das Fehlen standardisierter Testverfahren und durch kreuzneutralisierende Antikörper gegenüber Lyssaviren gleicher Phylogruppen kaum möglich. Die Daten der aktiven Surveillance liefern im Gegensatz zur passiven Surveillance nur begrenzte Erkenntnisse zum Vorkommen, der Prävalenz und Dynamik von Fledermaustollwut in einheimischen Fledermauspopulationen. Die Form der intensivierten passiven Surveillance sollte daher als Standard für eine zukünftige Surveillance der Fledermaustollwut in Deutschland und anderen europäischen Ländern betrachtet werden. Darüber hinaus wurde bei natürlich infizierten Fledermäusen (E. serotinus, M. daubentonii, P. nathusii) die Virusverteilung und -last in Geweben verschiedener Organe unter dem Aspekt möglicher Ausscheidungswege untersucht. Virus-spezifische RNA wurde in allen untersuchten Organen nachgewiesen; bedingt durch die neurotropen Eigenschaften der Lyssaviren wurde die höchste Viruslast im Gehirn festgestellt. Signifikant hohe Viruslasten waren zudem in der Speichel¬drüse nachweisbar. Zusätzlich zur Speicheldrüse scheint die Zunge ein Organ zu sein, in dem Virusreplikation und -ausscheidung stattfindet, da in verschiedenen zellulären Strukturen des Zungengewebes Lyssavirusantigen bzw. virale RNA histologisch nachgewiesen wurden. Die Ausscheidung und Übertragung von fledermausassoziierten Lyssaviren über den Harntrakt oder die Atemwege ist wissenschaftlich umstritten und konnte in dieser Studie immunhistochemisch nicht bestätigt werden.
In this study the potential of molecular RT-PCR based methods for diagnostic or epidemiological investigations concerning negative-sense RNA viruses should be demonstrated exemplary for orthobunyaviruses (segmented genome) and lyssaviruses (non segmented genome). The recent discovery of a novel orthobunyavirus from the Simbu serogroup, Schmallenberg virus (SBV), via next generation sequencing and metagenome analysis led to the development of novel molecular detection methods. Due to the potential emergence of further orthobunyaviruses from the Simbu serogroup, a generic pan-Simbu real-time RT-PCR system was developed. This system was able to detect all tested Simbu serogroup viruses. As additional feature a species classification via sequencing is possible. Moreover, the novel pan-Simbu real-time RT-PCR system seems to offer a broad detection spectrum for orthobunyaviruses in general. Hence, this protocol allows a broad screening of samples predominantly for Simbu serogroup virus genomes but also might allow the identification of some related orthobunyaviruses in mammalian or insect samples. A comparison of the pan-Simbu real-time RT-PCR system with diagnostic real-time RT-PCRs revealed an overall higher sensitivity of the diagnostic assays for SBV detection. The diagnostic SBV-S3 assay convinced with the highest sensitivity and reliability for SBV detection. Additionally, the SBV-M1 assay turned out as highly specific for SBV and therefore is a valuable tool for a precise diagnosis in geographical regions where multiple orthobunyaviruses are endemic. Furthermore, the SBV genome diversity in Germany was investigated using a molecular epidemiological approach. Genome variability was extremely high in the N-terminal region of the putative envelope glycoprotein Gc which might have an impact on immunogenicity or host-cell infection. Phylogenetic analyses indicated that sequence variation is independent of host species and geographical distribution. In contrast to SBV as a novel pathogen, rabies encephalitis (caused by the prototype lyssavirus Rabies virus) is known for more than 4000 years. Thus numerous molecular techniques have been developed for lyssavirus detection, considering the diversity of this genus they all have certain limitations as regards their diagnostic range. Results of a lyssavirus ring trial among European laboratories indicate that RT-PCR could be a highly reliable diagnostic tool if at least two independent tests with broad diagnostic range are applied. Another approach suggested that a change from two-step to one-step PCR strategy or a variation of the RT-chemistry may have a remarkable influence on assay performance. However, no ultimate approach or strategy has been found yet, that would facilitate rabies routine diagnosis or epidemiological surveys on molecular grounds. Thus, there is a need for a potent, reliable and practical system for lyssavirus diagnosis and characterization, suitable as a second diagnostic line next to classical techniques like the fluorescent antibody test. For this purpose a diagnostic two level cascade protocol was developed with emphasis on the most relevant European lyssaviruses. On a first level two independent generic pan-lyssavirus screening assays, targeting different genomic regions, were applied. On a second level two probe-based species-specific multiplex PCR systems for the rapid classification of European lyssaviruses were used. All applied assays displayed an overall highly sensitive and specific detection with an excellent reproducibility and repeatability. Moreover, the diagnostic cascade protocol combines all known advantages of the real-time PCR technology including speed and reduced risk of cross-contamination with improved safety of molecular testing based on a double-check strategy for the screening as well as the confirmatory assays. In the frame of the second Bokeloh bat lyssavirus case in a German bat, the capability of real-time PCR for the quantification of viral loads was demonstrated. Another convenient example for the potential of molecular RT-PCR based methods is the epidemiological investigation of the rabies epizootic in Namibian kudu antelopes. Phylogenetic analyses of a 602 bp fragment of the nucleoprotein gene indicated a separate grouping of the Rabies virus (RABV) isolates from kudu apart from RABV isolates from jackals. Full genome sequencing revealed unique mutations in the glycoprotein gene of RABV isolates from kudu, suggesting an independent rabies cycle in Namibian kudu antelopes. All given examples were used to illustrate the application spectrum of molecular RT-PCR based methods for diagnostic or epidemiological purposes. The advantages of molecular techniques were emphasized and in particular real-time RT-PCR systems proved their fitness for purpose and appear to represent standard techniques for the next decade.
Frühgeborene stellen eine Kohorte dar, deren Überlebenschance in den letzten Jahrzehnten stetig gestiegen ist. Aufgrund des medizinischen Fortschritts in der Versorgung von Frühgeborenen sind Studien notwendig, die Outcomes von Frühgeborenen unter den veränderten Bedingungen untersuchen. Neben dem Erkenntnisgewinn über den Zusammenhang zwischen Frühgeburtlichkeit und Folgeproblemen dienen solche Studien auch dazu, Neonatologen Beratungssicherheit im Umgang mit Eltern zu geben. Ziel dieser Studie ist es, die Entwicklung von Früh- und Reifgeborenen im Alter von 6 Jahren miteinander zu vergleichen und Entwicklungsunterschiede zu detektieren. Die vorliegende Untersuchung ist eine populationsbasierte Kohortenstudie. Sie verfolgt früh- und reifgeborene Kinder der SNiP-Population (Survey of Neonates in Pomerania) im Rahmen der Schuleingangsuntersuchung der Gesundheitsämter nach. Dadurch ist es möglich, eine repräsentative Studienpopulation zu untersuchen. Die SNiP-Studie erfasste zwischen 2003 und 2008 Daten zu Morbidität, Mortalität, Familien- und Sozialanamnese von Neugeborenen in der Region Greifswald und Ostvorpommern. Der erste Jahrgang der SNiP-Population wurde im Schuljahr 2010/2011 eingeschult. Im Rahmen der Schuleingangsuntersuchung im Jahr 2010 wurden diese Kinder schulärztlich untersucht. Zusätzlich wurden mittels eines Elternfragebogens Daten zu Gesundheit, Entwicklung, erhaltenen Therapiemaßnahmen, Verhalten und Soziodemografie erfasst. Das ermöglicht eine breit gefächerte Untersuchung des Outcomes der Frühgeborenen und die Ermittlung potentieller Risikofaktoren, die das Erleiden einer Frühgeburt begünstigen. Die Daten, die im Rahmen der Schuleingangsuntersuchung erhoben wurden, wurden mittels ID mit den Baselinedaten der SNiP-Studie verknüpft, so dass nur die Daten der SNiP-Population ausgewertet wurden. So konnte das Outcome der Frühgeborenen mit dem Entwicklungsstand gleichaltriger Reifgeborener dieser Kohorte verglichen werden. An der Schuleingangsuntersuchung für das Schuljahr 2010/2011 nahmen in Greifswald und Ostvorpommern 1240 Kinder teil. Davon füllten die Eltern von 459 Kindern die Fragebögen aus. Von diesen 459 Kindern zählen 315 Kinder zur SNiP-Population und bilden die Grundlage für die vorliegende Studie. 270 von ihnen sind reifgeboren und 45 frühgeboren. Den Ergebnissen der Entwicklungsdiagnostik im Rahmen der Schuleingangsuntersuchung und der Elternfragebögen zufolge sind frühgeborene Kinder nicht per se als benachteiligt einzuschätzen. Es zeigen sich in vielen untersuchten Bereichen nur tendenzielle Unterschiede. Statistisch signifikant schlechter bewertet wurden die Frühgeborenen nur in wenigen Items: Sie kamen nach Elterneinschätzung weniger gut im Kindergarten zurecht und frühgeborene Mädchen wurden bei der ärztlichen Schuleingangsuntersuchung im Bereich Artikulation schwächer eingeschätzt als Reifgeborene. Im Alter von 6 Jahren sind signifikante Unterschiede in Größe und Gewicht zu Ungunsten der Frühgeborenen nachweisbar. Bezüglich der Risikofaktoren, die eine Frühgeburt begünstigen können, zeigt sich in der vorliegenden Studie, dass Eltern von Frühgeborenen signifikant häufiger verheiratet und seltener ledig sind. Bei der Verteilung des Haushaltsnettoeinkommens zeigen sich ebenfalls signifikante Unterschiede: Die Eltern der Frühgeborenen sind in den Kategorien 1000-1500 Euro/Monat und >3000 Euro/Monat überrepräsentiert. In der Entwicklungsdiagnostik im Rahmen der Schuleingangsuntersuchung und bei der Elterneinschätzung zu Gesundheitszustand, Entwicklung und erhaltenen Therapiemaßnahmen werden die Frühgeborenen in vielen Items tendenziell schlechter eingeschätzt als die Reifgeborenen, die Ergebnisse sind nicht statistisch signifikant. Die größte methodische Einschränkung der vorliegenden Arbeit ist die geringe Fallzahl. Trotzdem bieten die erhobenen Daten die Möglichkeit, zunächst breitgefächert Zusammenhänge und Einflussfaktoren zu identifizieren und darzustellen. Da die weiteren Jahrgänge der SNiP-Studie noch eingeschult werden und die Zusammenarbeit mit den Gesundheitsämtern besteht, können dort auch in den nächsten Jahren weitere Jahrgänge untersucht werden. Bei einer erhöhten Fallzahl würde die Repräsentativität der Aussagen steigen. Das im direkten Vergleich zu Reifgeborenen nur gering schlechtere Abschneiden von Frühgeborenen im Alter von 6 Jahren ist bezüglich der Prognose für Frühgeborene erfreulich. Trotzdem sollte bedacht werden, dass diese Studie alle Frühgeborenen darstellt und sich nicht auf eine Hochrisikogruppe mit geringem Geburtsgewicht beschränkt. Bei der Beratung von Eltern zur Prognose ihrer frühgeborenen Kinder geht es vor allem um Häufigkeiten. Es können keine spezifischen Aussagen zur Prognose einzelner Kinder gemacht werden. Wichtig bei der Beratung betroffener Eltern ist, trotz früher Diagnostik und Fördermaßnahmen, dass das Outcome wesentlich von perinataler Morbidität abhängig ist.
Accelerated drug release tests are essential for quality control (QC) of long acting (non-oral) controlled release formulations. Real-time release experiments are usually required for product development, to understand the mechanism of release and to establish a correlation with in vivo release. Ideally, the accelerated test should maintain the biorelevant aspect of the in vitro method and the mechanism of release should not change under accelerated test conditions. At the same time adequate discriminatory ability is a prerequisite as the accelerated test should be able to discriminate between batches with respect to manufacturing variables that can impact on bioavailability. The objective of this thesis was to develop accelerated drug release tests for intravaginal rings (IVRs) and to gain a mechanistic understanding of the principles that facilitate in vitro drug release under accelerated test conditions. A detailed evaluation of the in vitro release characteristics of the formulations under real-time test conditions was considered as a prerequisite for developing predictive accelerated tests. Two formulations were subject of this study, in which the mechanism of release is primarily governed by drug diffusion. One formulation was the commercially available Nuvaring®, a combined hormonal contraceptive IVR that releases etonogestrel and ethinylestradiol with a constant rate over a duration of 3 weeks. The second formulation was a prototype of an investigational IVR that is supposed to be bioequivalent to the marketed formulation. The Nuvaring® provides an example of a reservoir system in which a membrane mediates diffusion, resulting in release rates that are almost constant with time, whereas the investigational IVR is a matrix-type IVR. In these devices drug release is driven by Fickian diffusion through a homogeneous matrix and decays with time. Both IVRs are based on different grades of polyethylene vinyl acetate (PEVA). Accelerated drug release tests were performed at elevated temperature and in hydro-organic solvents since these two parameters were expected to increase drug diffusion through the semicrystalline EVA copolymer. Release experiments with IVRs or endcapped segments were performed in an incubator shaker. The devices were placed in stoppered flasks containing an adequate release medium that was continuously shaken and completely replaced at predetermined time points. Release experiments with endcapped segments were also performed in a small volume version of UPS apparatus 7 (the Reciprocating Holder). Results from release experiments in these two setups were in general comparable when the release from segments was standardized to release per ring with respect to the mass ratio (segment/IVR). Real-time drug release in an aqueous release medium at a temperature of 37 °C from the Nuvaring® was slightly affected by variations in the in vitro test conditions, i.e. media volume and composition (addition of solubility enhancing agents). These variations, however, did not affect the release kinetics that continued to be zero-order with exception of the initial burst. In contrast, real-time drug release from the matrix IVR was affected by the steroid solubility in the release medium, increased with increasing media volume and reached a maximum in release media containing solubility enhancing agents, resulting in distinct release kinetics. Interestingly the steroid solubility had a distinct influence on the release rate under conditions that are commonly assumed to provide sink conditions. Even under experimental conditions that provided minimum drug solubility, the concentration of ethinylestradiol in the receptor medium never exceeded 3 % of the saturation solubility. Accelerated drug release from both IVRs could be observed after exposure to elevated temperature and/or hydro-organic release media. Overall, increased drug release in different hydro-organic media correlated with polymer swelling. The higher swelling capacity of the investigational IVR, when compared with the Nuvaring®, was accounted for a stronger degree of acceleration in different hydro-organic release media. These observations were in agreement with literature sources that report that swelling as well as diffusivity in EVA copolymers increases with increasing VA content, which is lower in the rate-controlling membrane of the Nuvaring®. For the investigational IVR a good correlation between accelerated and real-time release profiles could be obtained if changes in steroid solubility under accelerated conditions were taken into consideration. For example, a good correlation could be observed between accelerated release profiles in hydro-organic media and real-time release profiles in media containing surfactants that provide maximum drug solubility and thus eliminate boundary layer effects. This observation appears reasonable since hydro-alcoholic release media also enhance steroid solubility in the receptor compartment. In case of the Nuvaring® variations in the in vitro test parameters under real-time test conditions did not affect the release kinetics. For this IVR, the mechanism of release was maintained in hydro-organic release media and at elevated temperature. The quantitative relationship between the zero-order release constants and the test temperature could be described by the Arrhenius equation, indicating that accelerated release is governed by an increase in drug diffusion. Validation of the accelerated method with a prototype of the investigational IVR with a different drug load demonstrated that the accelerated methods were able to detect formulation changes with similar discriminatory ability as the real-time test. However, the temperature-controlled accelerated method was less sensitive to detect changes in the release characteristics of a Nuvaring® that have been induced by preliminary heat-treatment, indicating that the accelerated method may be less sensitive to detect changes in IVRs that are a result of physical aging. When the aim is to develop an accelerated method for batch release it is therefore crucial to validate the accelerated method with appropriate samples from non-conforming batches that are out of specification under real-time test conditions and have been obtained by small but deliberate variations in the critical process parameters. In both formulations the degree of acceleration could be further increased by combining the effect of hydro-organic release media with an increase in temperature. Under these test conditions the ability to differentiate between the different prototypes of the investigational IVR was maintained. Moreover, in both IVRs the mechanism of release was not affected by an additional increase in temperature when compared with release profiles in hydro-organic solvents. In conclusion, the results of this study indicate that both temperature and hydro-organic release media are valid parameters to accelerate drug release from delivery systems in which the mechanism of release is primarily governed by diffusion through dense (inert) polymer matrices (i.e. inserts, implants). A correlation between real time and accelerated release will be facilitated if drug release under real-time test conditions is independent of the test parameters. To assure the outcome of the test with respect to quality and safety it is crucial to validate the accelerated method with appropriate batches.
Die Herzinsuffizienz ist eine Erkrankung, die unabhängig von ihrer Ätiologie durch eine Funktionsreduktion des linken und/oder rechten Ventrikels gekennzeichnet ist. Unabhängig von der Genese ist sie trotz medikamentöser und apparativer Therapiemaßnahmen mit einer hohen Morbidität und Mortalität verbunden. Neben Vasopressoren ist vor allem die Gabe von Vasodilatatoren (Nitraten und NO-Donatoren) zur Vor- und Nachlastsenkung die Therapie der Wahl bei akut dekompensierter Herzinsuffizienz ohne schwerwiegende Hypotension. Die letztgenannten weisen zwar eine gute Wirksamkeit auf, jedoch kann es bei langer Therapiedauer zu einer Toleranzentwicklung kommen. Daher wurden neue Moleküle mit ähnlichem Wirkungsprofil entwickelt, sogenannte Stimulatoren (z.B. Riociguat) und Aktivatoren (z.B. Cinaciguat) der löslichen Guanylatzyklase (sGC). Sie aktivieren bzw. stimulieren die sGC unabhängig von NO. In klinischen und tierexperimentellen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass die hämodynamischen Auswirkungen mit denen von NO-Donatoren vergleichbar sind, da die Substanzen keine Toleranzentwicklung induzieren. Cinaciguat weist zudem, gerade bei kardiovaskulären Erkrankungen, eine bessere Wirksamkeit auf. Unbekannt ist bisher, ob diese NO-unabhängigen sGC Stimulatoren und Aktivatoren direkte inotrope und lusitrope Effekte auf isolierte Kardiomyozyten ausüben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es den Einfluss der sGC-Stimulatoren BAY 41-2772 (10^-11-10^-5M) und Riociguat (10^-10-10^-5M), sowie der sGC-Aktivatoren BAY 63-2770 (10^-12-10^-6M) und Cinaciguat (10^-10-10^-5M) in-vitro auf die Kontraktion und Relaxation, sowie auf die intrazellulären cAMP- und cGMP-Spiegel von isolierten Rattenkardiomyozyten zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden mit Hilfe einer Langendorff-Anlage ventrikuläre Kardiomyozyten aus frisch entnommenen Rattenherzen isoliert und anschließend mit den obengenannten sGC-Stimulatoren und Aktivatoren stimuliert. Mit Hilfe eines „Video-Edge-Detection-Systems“, das an ein Fluoreszenzmikroskop gekoppelt ist, konnten die maximale Kontraktilität, die Kontraktionsgeschwindigkeit, die Relaxationsgeschwindigkeit und der Calcium-Transient ermittelt werden. Die inotropen und lusitropen Veränderungen wurden mit den Effekten von Isoproterenol, Verapamil und den NO-Donatoren (DEA/NO, SIN-1 Chlorid), verglichen. Mittels Radioimmunoassay wurde die durch Stimulation mit Riociguat, Cinaciguat, Isoproterenol und DEA/NO induzierte cAMP- und cGMP-Konzentration in den isolierten Rattenkardiomyozyten gemessen. Für Isoproterenol konnte eine konzentrationsabhängige (10^-8-10^-5M) Zunahme der Inotropie und Lusitropie beobachtet werden, wohingegen für Verapamil eine konzentrationsabhängige Abnahme der Zellverkürzung (10^-7 und 10^-5M), der Kontraktionsgeschwindigkeit (10^-6-10^-5M) sowie der Relaxationsgeschwindigkeit (10^-7M) nachgewiesen werden konnte. Die Vorläufersubstanz von Riociguat BAY 41-2272 induzierte in hohen Konzentrationen (10^-6 und 10^-5M) eine Zunahme sowohl der Kontraktilität wie auch der Relaxation. Nach Gabe der eigentlichen Prüfsubstanz Riociguat, sowie BAY 60-2770 und Cinaciguat konnte im Vergleich zu den NO-Donatoren (DEA/NO, SIN-1 Chlorid) keine Veränderung der Kontraktilität, Relaxation und des Calcium-Transienten der Herzmuskelzellen festgestellt werden. Ausschließlich in der höchsten Konzentration von DEA/NO konnte eine transiente Abnahme der Kontraktilität nach 2 Minuten beobachtet werden. Aufgrund bereits gewonnener Daten an Tiermodellen, wie z.B. Hunden, aber auch an gesunden Probanden, wurde die Induktion eines positiv lusitropen Effekt nach Gabe der Stimulatoren und Aktivatoren angenommen. Diese Annahme konnte jedoch durch die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit nicht bestätigt werden, obwohl die Behandlung der Rattenkardiomyozyten mit DEA/NO und den Aktivatoren und Stimulatoren der sGC zu einem cGMP-Anstieg führten. Die verbesserte Relaxation in den vorangegangenen Studien ist eher eine Folge der Vor- und Nachlastsenkung aufgrund des vasodilatatierenden Effektes unter den Stimulatoren und Aktivatoren der sGC, und weniger eine Folge eines direkt positiv lusitropen Effektes auf die Kardiomyozyten. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Substanzen in den gewählten Konzentrationen keine nennenswerten Effekte auf isolierte Kardiomyozyten gesunder Ratten ausüben, weder hinsichtlich der Kontraktion noch der Relaxation. Ob Effekte an isolierten Kardiomyozyten von herzinsuffizienten Herzen oder in Kombination mit NO-Donatoren erreicht werden können, müssen zukünftige Untersuchungen erst noch zeigen.
Die Prävalenz und die Inzidenz der Herzinsuffizienz (HI) steigt seit Jahren weiter an. Die Prognose der HI ist sehr schlecht, ca. 50 % der Patienten mit dieser Erkrankung sterben innerhalb von fünf Jahren nach Diagnosestellung. Auch durch Neu- und Weiterentwicklung von Therapiekonzepten wurden bisher wenige Erfolge bezüglich der Überlebensdauer betroffener Patienten erzielt. Aus diesem Grund besteht ein großes Interesse, weitere pharmakologische Ansatzpunkte zu finden und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln und zu erproben. Ein wichtiger Prozess, der im Rahmen der Pathogenese der HI als Kompensationsmechanismus auf ein schädigendes Indexereignis folgt, ist die Steigerung der Sympathikusaktivität. Er dient über die damit einhergehenden erhöhten Katecholaminspiegel im Herzen und im Blut zunächst der Aufrechterhaltung der kardialen Leistungsfähigkeit. Mit Fortschreiten des Krankheitsprozesses führt dieser Mechanismus jedoch zu einer vermehrten Aktivität der Monoaminooxidasen (MAO), mitochondriale Enzyme, die den Katecholaminabbau katalysieren, und über die massive Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zu einer weiteren Myokardschädigung führen können. Dementsprechend könnte ein neuartiger Ansatz zur Behandlung der HI die Unterdrückung der MAO-induzierten Bildung schädlicher ROS sein. Im tierexperimentellen Bereich werden häufig HI-Modelle der Doxorubicin-induzierten Kardiotoxizität genutzt. Doxorubicin (DOX) ist ein häufig verwendetes Chemotherapeutikum mit breitem antitumoralen Wirkspektrum, das allerdings eine starke kardiotoxische Wirkung aufweist. Auch bei der Doxorubicin-induzierten Kardiotoxizität soll eine vermehrte ROS-Bildung von zentraler Bedeutung sein. Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, die Auswirkungen einer MAO-B-Inhibition mittels Pargylin auf die Herzfunktion Doxorubicin-behandelter Mäuse zu untersuchen. Zur Beantwortung der Fragestellung war es zunächst nötig, ein stabiles und reproduzierbares Mess- und Analysesystem der murinen Herzfunktion aufzubauen. Anschließend sollte damit ein akutes Modell der Doxorubicin-induzierten Kardiomyopathie etabliert und charakterisiert werden. Dieses sollte abschließend dazu dienen, die Effekte des MAO-B-Inhibitors Pargylin auf die kardialen Funktionsparameter DOX-behandelter Tiere zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, die Kardio-MRT-Methode an kleinen Nagern zu etablieren. Es konnte gezeigt werden, dass unter genau definierten Bedingungen bezüglich Narkose und Körperkerntemperatur der Versuchstiere stabile Messergebnisse erzielt werden können. Weiterhin wurde demonstriert, dass die Variabilitäten bei der Auswertung der kardialen Parameter auch zwischen verschiedenen Anwendern sehr gering sind. Somit wurde sichergestellt, dass für nachfolgende Untersuchungen ein verlässliches und stabiles System zur Verfügung stand. In den weiterführenden Experimenten zeigte sich, dass DOX-behandelte Mäuse nach einer Woche eine ausgeprägte Kardiomyopathie entwickelten. Dies zeigte sich in einer signifikanten Verschlechterung der kardialen Pumpfunktion, einer Verkleinerung der linksventrikulären Volumina, einer Reduktion der linksventrikulären Masse sowie einer Verminderung des Körpergewichtes. Mäuse, die zusätzlich Pargylin erhalten haben, zeigten eine deutlich verbesserte Überlebensrate. Im Gegensatz zu Doxorubicin-behandelten Tieren mit einer Gesamtletalität von 30 % wies die Gruppe, die zusätzlich Pargylin erhalten hatte, eine Mortalität von nur 10 % auf. Dieser positive Effekt korreliert jedoch nicht mit einer Verbesserung der Herzfunktion. In den erhobenen kardialen Funktionsparametern zeigten sich zwischen DOX-behandelten Tieren und jenen, die zusätzlich Pargylin erhalten hatten keine signifikanten Unterschiede. Im Rahmen dieser Dissertation konnten somit nur kleinere positive Effekte einer pharmakologischen MAO-B-Inhibition auf eine Doxorubicin-induzierte Kardiomyopathie beobachtet werden. Nichtsdestotrotz stellt eine Hemmung der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies ein interessantes target bei neuartigen Therapiekonzepten der HI dar.
Ziel unserer Studie war die Evaluation verschiedener lungenfunktioneller und spiroergometrischer Parameter, welche hinsichtlich ihrer prädiktiven Potenz einer PH bei IPF sowie ihrer Prognostizität analysiert werden sollten. Dazu wurden Daten von 135 IPF-Patienten (82 männlich) mit einem mittleren Alter von 64 Jahren aus 3 deutschen PH-Zentren (Greifswald, Dresden, Berlin) analysiert. Ausgewertet wurden jeweils die Ergebnisse, die im Rahmen der Erstdiagnostik erhoben wurden. Die Patienten erhielten ein Lungenfunktionstest, eine Spiroergometrie sowie eine TTE und einen RHK. Patienten mit Verdacht auf eine Linksherzerkrankung im TTE oder RHK wurden ausgeschlossen. Eine PH wurde mittels RHK und Echokardiografie diagnostiziert bzw. ausgeschlossen. Bei 73 unserer Patienten konnte eine PH festgestellt werden. Alle Ergebnisse wurden als Absolut- und Relativwerte angegeben. Die Relativwerte wurden anhand der vorgestellten Normwertformeln berechnet. Die Gesamtpopulation der Patienten wies eine restriktive Ventilationsstörung sowie eine reduzierte Belastbarkeit und eine gestörte Atemeffizienz in der Spiroergometrie auf. Signifikante Unterschiede zwischen der Gruppe der PH und Nicht-PH-Patienten zeigten sich in der KCO (mmol/min/kPa/l und %pred), FEV1 (%pred), peakVO2 (ml/min und %pred), VO2@AT (ml/min und %pred) und dem VE vs. VCO2 slope. Als bester Prädiktor einer PH zeigte sich die Atemeffizienz, ausgedrückt im VE vs. VCO2 slope gefolgt von der peakVO2 (%pred), der KCO (%pred) sowie der VO2@AT (%pred). Eine begleitend vorliegende PH erwies sich in unserer Studie als stärkster Prognosefaktor der IPF. Neben einer PH waren die peakVO2 (%pred), die VO2@AT (%pred) sowie die KCO (%pred) ebenfalls gute Prognosefaktoren. Die Relativwerte waren sowohl hinsichtlich der Prädiktoren als auch hinsichtlich der Prognosefaktoren den Absolutwerten überlegen. Die Gesamtpopulation hatte eine 1-Jahresüberlebensrate von 87,5 % und eine 2-Jahresüberlebensrate von 79,3 %. Patienten mit PH hatten eine 1-Jahresüberlebensrate von 83,3 % und eine 2-Jahresüberlebensrate von 71,2 %. Im Vergleich dazu wiesen Patienten ohne PH eine bessere 1-Jahresüberlebensrate mit 93,1 % und eine bessere 2-Jahresüberlebensrate mit 91 % auf. Die Datenlage zu Prädiktoren einer PH mittels Belastungstests ist derzeit noch gering. Unsere Ergebnisse decken sich teils mit bereits vorhandenen Studien, können jedoch zahlreiche neue Erkenntnisse beisteuern. So konnten wir als einer der ersten zeigen, dass der VE vs. VCO2 slope ein verlässlicher Prädiktor der PH bei IPF-Patienten ist. Aufgrund der starken prognostischen Konsequenzen einer PH bei Patienten mit IPF ist es unerlässlich, diese frühstmöglich zu diagnostizieren. So stellt unsere Studie die Bedeutung der Spiroergometrie und des Lungenfunktionstest als sinnvolle Ergänzung der Diagnostik einer PH neben dem RHK und der TTE heraus. Die vorliegende Studie ist nach unserem Wissen eine der ersten, welche lungenfunktionelle als auch spiroergometrische Parameter sowohl hinsichtlich ihrer prädiktiven Potenz zur Feststellung einer PH als auch hinsichtlich ihrer Prognostizität der IPF untersucht hat. Zukünftig sind weitere Arbeiten nötig um diese Ergebnisse zu bestätigen und die Bedeutung im klinischen Alltag herauszustellen.
Trotz stetig aktualisierter Empfehlungen und Kursangebote internationaler kardiologischer Kompetenzausschüsse bleibt die Strahlenexposition in der invasiven Kardiologie unverändert beträchtlich und birgt deterministische wie stochastische Risiken: das mediane Dosisflächenprodukt (DFP) diagnostischer Koronarangiographien (KA) und isolierter perkutaner Koronarinterventionen (PCI) beträgt in Deutschland derzeit 19,8 bzw. 35,4 Gy × cm2, entsprechend einer effektiven Dosis (ED) von 4,0 bzw. 7,1 mSv. Ziel dieser Arbeit war – nach Rohdaten-Standardisierung auf Medianwerte und interquartilen Bereich – die Analyse dosisreduzierender Optimierungen der Arbeitstechnik eines Untersuchers von 1997–2011 im Verlauf einer KA. Zudem untersuchten wir in einer Pilotstudie an 200 Patienten (in Analogie zur prospektiv EKG-getriggerten Mehrschicht-Computertomographie) die neue Methode EKG-getriggerter invasiver KA hinsichtlich Durchführbarkeit, Strahlenexposition und Kontrastmittelverbrauch: bei 77% des RR-Intervalls, unmittelbar vor Vorhofkontraktion, erfolgte die diastolische Akquisition nur eines radiographischen Bildes/Herzzyklus. Methodisch dokumentiert wurden vielfältige Einflussparameter der Strahlenexposition: DFP, radiographischer (DFPR) und fluoroskopischer (DFPF) Anteil, Pulsung, Empfängereingangsdosis (EED), Durchleuchtungszeit und Bilder-/Serienanzahl. DFPR/Bild und DFPF/Sekunde gaben Hinweise auf Einblendung und Dosisintensität. Die iterative Optimierung wesentlicher interventioneller und technischer Parameter – Radiographie-/Fluoroskopiezeit, Einblendung, EED, herzfrequenzadaptierte Pulsung, strahlenreduzierende Angulationen – erlaubten einem erfahrenen Untersucher an einer modernen Herzkatheteranlage eine Reduktion des medianen Patienten-DFP einer KA auf 2,4 Gy × cm2. Aufgrund einer DFPR-Fraktion ≥ 70 % erwies sich jegliche Optimierung eines Einflussparameters unter Radiographie deutlich dosiseffizienter als unter Fluoroskopie. In einem nach Gewicht und Herzfrequenz nicht selektionierten Patientengut war die modifizierte Technik der prospektiv EKG-getriggerten KA im klinischen Alltag sicher durchführbar, benötigte bei vergleichbarer Kontrastmittelmenge, Durchleuchtungszeit und Einzelbildauflösung nur 25 Bilder, und ermöglichte mediane Werte für das DFP von 0.64 Gy × cm2, für die ED von 0.13 mSv und für die Hauteingangsdosis von 17 mGy. Zusammenfassend erlaubt das vorgestellte Datenmaterial Interventionalisten einen Einblick in die Effizienz unterschiedlicher dosisreduzierender Strategien und mittels Dokumentation relevanter Parameter eine individuelle Standortbestimmung sowie Autonomie in Kontrolle und Training strahlenreduzierender Arbeitsweise. Zum Zweck stochastischer Risikominimierung bietet sich insbesondere bei jungen Patienten die prospektiv EKG-getriggerte KA als verantwortbare Alternative an.
Eine möglichst kurze maschinelle Beatmungszeit und -entwöhnung sind relevant für die Vermeidung von Komplikationen und das Überleben des Patienten. Patienten, die sich nur schwer von der maschinellen Beatmung entwöhnen lassen, sind häufig multimorbide und benötigen einen längeren Entwöhnungszeitraum. Von großem Interesse ist daher, inwiefern sich der Weaningverlauf durch prognostische Parameter vorhersagen lässt. Bislang existieren kaum Untersuchungen für das Weaning-Outcome bzw. die Mortalität an einer Studienpopulation speziell mit komplikationsreichen Verläufen. Um die Multimorbidität der Patienten mit dieser Studie adäquat zu reflektieren, wurde eine breit angelegte Anzahl möglicher Prädiktoren aus den Bereichen Medikation, Vorerkrankungen, Funktionsfähigkeit überlebenswichtiger Organsysteme und Beatmungsparameter ausgewählt und auf statistisch signifikante Zusammenhänge mit dem Weaning-Outcome und erhöhter Mortalität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Gabe von Katecholaminen als auch die Dialysepflicht eines Patienten einen unabhängigen Risikofaktor für ein Weaning-Versagen darstellt. Zudem stellt die Gabe von Katecholaminen einen unabhängigen Risikofaktor für eine erhöhte Mortalität während der Weaning-Behandlung dar. Die Untersuchung trägt damit dazu bei, Prädiktoren zu finden, die sich auch mit multimorbiden Patientengruppen verwenden lassen, die typischerweise schwierig zu entwöhnende Patienten sind.
Bis vor einigen Jahren galt die chronisch myeloische Leukämie (CML) als eine Erkrankung mit schlechter Prognose. Nach Einführung des Tyrosinkinaseinhibitors Imatinib stieg jedoch die 5-Jahres-Überlebenswahrscheinlichkeit von 50-70% unter früher üblicher Interferon alpha basierter Standardtherapie auf etwa 90%. (Saussele 2012) So zeigt sich klar die therapeutische Überlegenheit von Imatinib – zumindest bei Studienpatienten mit einer neu¬diagnostizierten CML in chronischer Phase. Jedoch bleibt offen, wie vergleichbar diese Studienergebnisse gegenüber neuerkrankten CML-Patienten außerhalb von Studienbedingungen sind. Ebenso stellt sich die Frage nach dem Ansprechen auf die Imatinibtherapie bei CML-Patienten, die über einen längeren Zeitraum mit Interferon alpha/ und Hydroxyurea vorbehandelt wurden. Zur Klärung dieser Fragestellungen betrachtete ich das molekulare Ansprechen auf die Therapie mit Imatinib bei Patienten mit einer Imatinibtherapie als Erstlinientherapie und bei Patienten, die Imatinib nach einer Vortherapie mit INF α/ und Hydroxyurea erhielten. Dabei zeigte sich, dass das major molekulare Ansprechen (MMR) bei den Pa¬tienten im Firstline-Imatinibtherapiearm unserer Studie genauso gut ist wie in der International Randomized Study of Interferon Versus STI571 (IRIS). Im Gegensatz dazu zeigt sich bei unseren Patien¬ten des Secondline-Imatinibtherapiearms ein deutlich schlechteres molekulares An¬sprechen als in der Gruppe der Firstline-IM-Therapie. Aber auch im Vergleich zu Secondline-IM-Patienten aus Studien schneiden unsere Secondline–IM-Patienten schlechter ab. Hierfür kommen als Ursache einige Unterschiede zwischen unseren Patienten zu denen aus der GIMEMA-Studie/ IRIS-Studie in Frage. So waren unsere Patienten im Secondline-Imatinib¬therapiearm älter und hatten eine längere Vortherapie erfahren als die Vergleichs¬gruppe in der GIMEMA-Studie. Zumal es in unserer Patientenpopulation keine Ausschlusskriterien hinsichtlich Nebenerkrankungen und Lebensalter über 70 Jahre gab. Der Vergleich des Langzeitüberlebens zeigte keine Unterschiede zwischen unseren Patienten und denen aus IRIS und der GIMEMA-Studie, dies gilt für den Firstline- und Secondline-Imatinibtherapiearm. Hierbei muss aber beachtet werden, dass unsere Imatinibtherapiearme wesentlich kleinere Patienten-zahlen aufweisen als in den Vergleichsstudien und uns nur eingeschränkte Infor¬mationen über das hämatologische und zytogenetische Ansprechen vorliegen. Insgesamt besteht ein deutlich niedrigeres und verspätetes major molekulares Ansprechen bei unseren Patienten im Secondline-Imatinibtherapiearm gegenüber dem Firstline-Imatinibthera¬piearm unserer Studie. Wir konnten in den vorliegenden Untersuchungen keine klare Ursache identifizieren. Als Möglichkeiten kommt eine längere Therapie vor Imatinibbeginn, vermehrt Begleiterkran¬kungen die eine effektive Therapie erschweren und eine größere Zurückhaltung der behandelnden Ärzte in Frage. Bei der Bewertung dieser Ergebnisse muss berücksichtigt werden, dass unsere Daten außerhalb von Studienbedingungen erhoben wurden. Daher erfolgten die mole¬kularen Kontrollen nicht in eng gefassten Zeitintervallen und der Einschluss der Patienten in unsere Untersuchung unterlag keiner Selektion. Somit sind unsere Ergebnisse vor allem für die tägliche Praxis interessant, da sie die Reaktion auf die Imatinibtherapie in einer allgemeinen Erkrankungspopulation widerspiegeln.
Das Ziel der hier vorliegenden Arbeit, war die Evaluierung und Validierung eines neuen, flussbasierten Parameters zur Beschreibung des koronaren Kollateralblutflusses. Heutzutage basieren viele Methoden zur Bestimmung des koronaren Kollateralblutflusses auf intrakoronaren Druckmessungen, distal eines insufflierten Interventionsballons. Hierbei wird jedoch nicht berücksichtigt, welche dynamischen Aspekte sich aus Perfusionsdruck, dem Widerstand der Kollateralgefäße, dem myokardialen Widerstand und dem zentralen Venendruck ergeben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein experimenteller Versuchsaufbau zur Simulation des intrakoronaren Blutfluss und der Temperaturmessungen in einem stenosierten Gefäß entwickelt. Des Weiteren wurde eine klinische Patientenstudie durchgeführt. In 26 Patienten mit hochgradigen Koronarstenosen wurde die intrakoronare Hämodynamik mit einem intrakoronaren Druck- und Temperatursensor ermittelt. Dies umfasste die fraktionelle Flussreserve (FFR), den Index des mikrozirkulatorischen Widerstandes (IMR) und den druckbasierten kollateralen Flussindex (CFI), jeweils während Ballonokklusion und Hyperämie, die durch intravenöse Infusion von Adenosin induziert wurde. Zusätzlich wurde ein intrakoronarer Bolus einer zimmertemperierten Kochsalzlösung gegeben und der Temperaturverlauf hinter dem okkludierten Ballon gemessen. Der Anstieg des Temperaturausgleiches wurde nach logarithmischer Annäherung als Index für den kollateralen Blutfluss (CBFI) kalkuliert. Die einfach und komplikationslos durchzuführenden Messungen von CBFI korrelierten unter identischen Bedingungen signifikant miteinander. Darüber hinaus zeigte sich eine signifikante Korrelation zwischen CFI und CBFI. Diese Korrelation wurde stärker bei höhergradigeren Stenose und niedrigerer FFR. Interessanterweise war die Steigung der linearen Regression zwischen CBFI und CFI steiler in der Untergruppe mit einem IMR unterhalb des Median, als in der Gruppe mit höherem IMR. Dies würde einen effektiveren Kollateralblutfluss anzeigen, unabhängig von den bestehenden Druckverhältnissen. Zusammenfassend zeigte sich ein enger Zusammenhang zwischen CBFI und dem Kollateralblutfluss. Dies zeigt, dass der Parameter nützlich sein könnte als flussbasierter Index zur Beschreibung des Kollateralblutflusses und im Rahmen weiterer Studien untersucht werden sollte.
Objective: Epithelioid sarcoma (ES) presents unique clinical features in comparison to other sarcoma subtypes. Data regarding the benefits of chemotherapy are very limited. Combination regimens using gemcitabine and docetaxel (Gem/Doce) have proven to be effective, especially in uterine and nonuterine leiomyosarcoma. Yet, there is no available data on the efficacy of Gem/Doce in ES. Methods: A retrospective analysis of the three participating institutions was performed. Twenty-eight patients with an ES diagnosis presented at one of the participating institutions between 1989 and 2012. Of this group, 17 patients received chemotherapy. Results: Patients' median overall survival (OS) after the beginning of palliative chemotherapy was 21 months, and the 1-year OS was 87%. Twelve patients received Gem/Doce with a clinical benefit rate of 83%. The median progression-free survival (PFS) was 8 months for all patients receiving Gem/Doce. The best response was complete remission in 1 patient and partial remission in 6 patients. All 6 patients receiving Gem/Doce as a first-line treatment showed measurable responses with a median PFS of 9 months. Conclusions: In this retrospective study, Gem/Doce was an effective chemotherapeutic regimen for ES. Prospective studies are needed to better assess the effects of this combination drug therapy.
In der vorliegenden Arbeit wurden MRD-Verlaufskontrollen bei Patienten mit Mantelzell-Lymphom nach allogener Stammzelltransplantation durchgeführt. Die Patienten waren in die Studien OSHO #60 (Patienten mit Rezidiv) oder OSHO #74 (Patienten mit neu diagnostiziertem Lymphom) eingeschlossen. Als Probenmaterial diente peripheres Blut oder Knochenmark, welches zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Transplantation entnommen wurde. Die MRD-Diagnostik erfolgte mittels PCR, wobei die t(11;14) Translokation oder die tumorspezifische CDR3-Region des IgH-Lokus als molekulare Marker dienten. Für letztere war die Etablierung eines klonspezifischen Primers erforderlich. Eine MRD-Messung war bei 11 von 33 der oben genannten Patienten möglich. Ziel dieser Arbeit war es, erste Anhaltspunkte für die Relevanz der MRD-Diagnostik für Patienten mit Mantelzell-Lymphom nach allogener Stammzelltransplantation zu finden. Bei neun von 11 Patienten wurde direkt nach der Stammzelltransplantation eine molekulare Remission nachgewiesen. Nur bei zwei dieser Patienten trat im Verlauf ein molekulares- und klinisches Rezidiv auf. Das Erreichen einer molekularen Remission geht demnach mit einer guten Prognose einher. Klinische- und molekulare Rezidive können jedoch auch bei einem negativen MRD-Status nach erfolgter Transplantation auftreten. Es sollten deshalb regelmäßige MRD-Messungen zur Verlaufskontrolle erfolgen. Die Rolle einer MRD-Kinetik für die Vorhersage von klinischen Rezidiven konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht ausreichend geklärt werden. Es ist jedoch nach der aktuellen Datenlage bei anderen Non-Hodgkin-Lymphomen anzunehmen, dass einem klinischen Rückfall in den meisten Fällen ein Anstieg der residualen Tumorzellen vorausgeht. Im Rahmen dieser Untersuchung fiel jedoch auf, dass ein molekulares Rezidiv erst nahezu zeitgleich mit einem klinischen Rezidiv auftreten kann. Ob dieses eventuell beim Mantelzell-Lymphom gehäuft der Fall ist, muss in weiteren Studien geklärt werden. Bei fast allen Patienten der vorliegenden Arbeit korrelieren die Ergebnisse der MRD-Messung gut mit dem klinischen Verlauf. Wahrscheinlich kann eine Therapie mit Rituximab jedoch zu einer Differenz des klinischen- und des molekularen Befundes führen, da die Behandlung mit dem Antikörper zu einer Klärung des Blutes und des Knochenmarks von Tumorzellen bei weiterhin bestehendem Lymphom führen kann. Bei molekularen Rezidiven wie auch bei klinischen Rückfällen können erneute Remissionen durch die Behandlung mit Donor-Lymphozyten-Infusionen und/oder Rituximab erreicht werden. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob auch eine Heilung erzielt werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern erste positive Anhaltspunkte für die Bedeutung der MRD-Diagnostik nach allogener Stammzelltransplantation beim Mantelzell-Lymphom. Es sind jedoch unbedingt weitere Studien mit einer höheren Zahl von Patienten notwendig, um dieser Fragestellung weiter nachzugehen.
Inflammation is part of the body's immune response in order to remove harmful stimuli—like pathogens, irritants or damaged cells—and start the healing process. Recurrent or chronic inflammation on the other side seems a predisposing factor for carcinogenesis and has been found associated with cancer development. In chronic pancreatitis mutations of the cationic trypsinogen (PRSS1) gene have been identified as risk factors of the disease. Hereditary pancreatitis (HP) is a rare cause of chronic pancreatic inflammation with an early onset, mostly during childhood. HP often starts with recurrent episodes of acute pancreatitis and the clinical phenotype is not very much different from other etiologies of the disease. The long-lasting inflammation however generates a tumor promoting environment and represents a major risk factor for tumor development This review will reflect our knowledge concerning the specific risk of HP patients to develop pancreatic cancer.
People smile in various emotional contexts, for example, when they are amused or angry or simply being polite. We investigated whether younger and older adults differ in how well they are able to identify the emotional experiences accompanying smile expressions, and whether the age of the smiling person plays a role in this respect. With this aim, we produced 80 video episodes of three types of smile expressions: positive-affect smiles had been spontaneously displayed by target persons as they were watching amusing film clips and cartoons. Negative-affect smiles had been displayed spontaneously by target persons during an interaction in which they were being unfairly accused. Affectively neutral smiles were posed upon request. Differences in the accompanying emotional experiences were validated by target persons' self-reports. These smile videos served as experimental stimuli in two studies with younger and older adult participants. In Study 1, older participants were less likely to attribute positive emotions to smiles, and more likely to assume that a smile was posed. Furthermore, younger participants were more accurate than older adults at identifying emotional experiences accompanying smiles. In Study 2, both younger and older participants attributed positive emotions more frequently to smiles shown by older as compared to younger target persons, but older participants did so less frequently than younger participants. Again, younger participants were more accurate than older participants in identifying emotional experiences accompanying smiles, but this effect was attenuated for older target persons. Older participants could better identify the emotional state accompanying smiles shown by older than by younger target persons. Taken together, these findings indicate that there is an age-related decline in the ability to decipher the emotional meaning of smiles presented without context, which, however, is attenuated when the smiling person is also an older adult.
The Role of Pregnancy-Associated Hormones in the Development and Function of Regulatory B Cells
(2014)
During mammalian pregnancy, highly specialized mechanisms of immune tolerance are triggered in order to allow the semi-allogeneic fetus to grow within the maternal uterus in harmony with the maternal immune system. Among other mechanisms, changes in the endocrine status have been proposed to be at least part of the machinery responsible for the induction of immune tolerance during pregnancy. Indeed, pregnancy-associated hormones, estradiol, progesterone, and human chorionic gonadotropin are known to confer immune suppressive capacity to innate as well as adaptive immune cells. Regulatory B cells, a subpopulation of B lymphocytes with strong immunosuppressive functions, were shown to expand during pregnancy. Furthermore, it is well-known that some women suffering from multiple sclerosis, significantly improve their symptoms during pregnancy and this was attributed to the effect of female sex hormones. Accordingly, estradiol protects mice from developing experimental autoimmune encephalomyelitis by triggering the expansion and activation of regulatory B cells. In this review, we discuss different mechanisms associated with the development, activation, and function of regulatory B cells with a special focus on those involving pregnancy-associated hormones.
During pregnancy, the maternal immune system faces a double dilemma: tolerate the growing semi-allogeneic fetus and at the same time protect the mother and the progeny against pathogens. This requires a fine and extremely regulated equilibrium between immune activation and tolerance. As professional antigen presenting cells, B cells and in particular B-1a B cells, can activate or tolerize T cells and thus participate in the generation or regulation of the immune response. B-1a B cells were involved in the humoral immune response leading to pre-eclampsia, one of the main medical complications during pregnancy. Here we demonstrated that B-1a B cells are additionally involved in cellular immune mechanisms associated with pregnancy complications. Using a mouse model of pregnancy disturbances, we showed that B-1a B cells from animals suffering pregnancy disturbances but not from those developing normal pregnancies induce the differentiation of naïve T cells into Th17 and Th1 cells. This differential role of B-1a B cells during pregnancy seems to be associated with the co-stimulatory molecule CD86 as normal pregnant mice showed lower percentages of CD86 expressing B-1a B cells as compared to pregnant mice developing pregnancy disturbances or to non-pregnant animals. Our data bring to light a new and not explored role of B-1a B cells in the context of pregnancy.
The region surrounding the excitonic insulator phase is a three-component plasma composed of electrons, holes, and excitons. Due to the extended nature of the excitons, their presence influences the surrounding electrons and holes. We analyze this correlation. To this end, we calculate the density of bound electrons, the density of electrons in the correlated state, the momentum-resolved exciton density, and the momentum-resolved density of electron-hole pairs that are correlated but unbound. We find qualitative differences in the electron-hole correlations between the weak-coupling and the strong-coupling regime.
Abstract
Experimental studies on dusty plasmas containing systems of (super-)paramagnetic dust particles are presented. In our experiments, external (homogeneous as well as inhomogeneous) magnetic fields in the mT range are applied to study the effect on single particles or few-particle systems that are trapped inside the sheath region. The behavior of the paramagnetic dust particles is considerably different than that of dielectric plastic particles, which are widely used in dusty plasmas. It is revealed that especially non-magnetic contributions play an important role in the interaction between superparamagnetic particles.
Abstract
The presented experimental system is a barrier discharge system with plane parallel electrodes. The lateral surface charge distribution being deposited on the dielectric layer during each breakdown is observed optically using the well known electro-optic effect (Pockels effect). The temporal resolution of the surface charge measurement has been increased to 200 ns, and so for the first time it is possible to resolve the charge transfer to the dielectric surface in a single breakdown. In the present measurements, a patterned glow-like barrier discharge is investigated. It is found that the charge reversal in a single discharge spot (microdischarge) starts in the centre and then grows outwards. These experimental findings verify previously unconfirmed predictions from earlier numerical calculations and thereby contribute to a better understanding of the interaction between the plasma and the electrical charge on the electrodes.
The soil bacterium Bacillus subtilis is capable of surviving most of the ensuing environmental stress conditions. The dynamic nature of the soil habitat is manifested with varying amounts of nutrients, frequent flooding, drying and variation of other growth parameters like temperature, acidity, aeration etc. In order to survive in these conditions, B. subtilis has evolved to employ very complex adaptational responses. These adaptational responses are often multi-faceted; hence comprehensive understanding of the adaptational responses requires generation and integration of data on multi-omics level. Hence, multi-omics based detailed analysis was performed for the molecules involved in the central carbon metabolism (CCM) and proline biosynthesis pathway. In the current study two major stress conditions were extensively investigated: 1) energy limitation/starvation which is achieved by limiting glucose in the growth medium, 2) osmostress resulting from frequent drying out of soil which is simulated by adding 1.2 M NaCl to the growth medium. In addition to osmostress, the naturally available osmoprotectant glycine betaine (GB) was supplemented to understand the simultaneous influence of osmostress and osmoprotection on cellular physiology. To measure absolute protein abundances by mass spectrometry, a targeted approach (SRM –single reaction monitoring) using stable heavy isotope labeled artificial standard proteins known as QconCATs was optimized and implemented in the current study. The SRM technique in combination with QconCAT provided absolute quantitative data with high dynamic range for the 45 targeted CCM proteins. Transcriptome data was obtained from microarray analysis. The resulting data were integrated with the other omics data sets obtained by metabolome and flux analysis. As part of a joint study conducted by the BaCell-SysMO and BaSysBio consortia which aimed for the genome wide mapping of transcription units and previously unannotated RNAs of B. subtilis by means of tiling array hybridizations, mRNA samples from growth at high and low temperatures (51°C and 16°C) and in the presence of 1.2 M NaCl, shake flask experiments during transition from exponential growth to the stationary phase, and high density batch fermentation. Time course analysis of B. subtilis transitioning from exponential to stationary phase was investigated by high cell density fed-batch fermentation (glucose limitation) and batch fermentation (glucose exhaustion) with glucose as a limiting factor. A multi-omics analysis of the CCM for the batch fermentation was performed and the time course data was integrated and visualized. In conclusion, pathway based multi-omics data were generated, integrated and visualized as a prerequisite for systems biology approaches and for a better understanding of the complex adaptational responses of B. subtilis.
Staphylococcus aureus is a commensal that colonizes the skin and mucosa of 20-30% of the human population without leading to symptoms of diseases. However, it is also the most important cause of nosocomial infections. Those range from minor skin infections to life-threatening diseases such as pneumonia, endocarditis or septicaemia. Development of strains with resistance against many antibiotics complicates the situation further. The variety of strains with their various properties is one reason why no successful vaccine has been introduced to the market, yet. Therefore, efficient strategies for prevention and therapy of these dangerous infections are urgently needed. To accomplish these goals, the understanding of molecular interactions between host and pathogen is indispensable. Within this dissertation, several internalization experiments were performed aiming to investigate the interaction of S. aureus HG001 and human cell lines upon infection on the protein level. In order to obtain sufficient amounts of proteins for comprehensive physiological interpretations, it is necessary to enrich bacteria, secreted bacterial proteins or infected host cells upon internalization. In the framework of this thesis, bacteria which continuously produce green fluorescent protein (GFP) were employed. With that it was possible to sort bacteria from lysed host cells by flow cytometry or to separate host cells carrying bacteria after contact from those which did not. Subsequently, the proteins were proteolytically digested and peptides were analyzed by mass spectrometry in a gel-free proteomics approach. To allow such analyses also for staphylococci which do not produce GFP, such as clinical isolates, an additional protocol was developed. Prior to the infection, bacteria were labeled with fluorescent or para-magnetic nanoparticles. Afterwards bacteria could be separated from host cell debris by fluorescence-based cell sorting or with the help of a strong magnet. In order to cover also important secreted virulence factors of S. aureus HG001, phagosomes and engulfed bacteria and secreted proteins were isolated from infected host cells. Further steps of protocol optimization included improved bacterial cell counting by fluorescence-based flow cytometry, enhanced data analysis by combination of different search algorithms, and comprehensive functional annotation of proteins of the applied strain by sequence comparison with other strains and organisms. First, the proteome adaptation of internalized S. aureus HG001 and the infected A549 host cells was investigated during the first hours of infection. It became clear, that the bacteria replicate inside the host during the first 6.5 h. After internalization the levels of bacterial enzymes involved in protein biosynthesis decreased. Furthermore, bacteria adapted their proteome to the harsh intracellular conditions such as oxygen limitation, cell wall stress, host defense in terms of oxidative stress, and nutrient limitation. After contact to S. aureus HG001, A549 cells produced increased amounts of cytokines (e.g. IL-8, IFN-γ) in comparison to non-treated A549 cells. In addition, activation of the immunoproteasome and hints of early apoptosis activity were observed. Afterwards, the response of S. aureus HG001 to internalization by A549, S9 or HEK 293 cells was compared on the proteome level. It was obvious, that the adaptation to stress and the reduced protein synthesis are conserved mechanisms. Host dependent differences were detected especially in the energy metabolism and the synthesis of some amino acids. Additionally, bacteria showed different intracellular replication patterns depending on the host cell line. A higher percentage of extracellular bacterial proteins was found in isolated phagosomes compared to the sorted samples. Selected low abundant virulence factors could be quantified at two points in time after infection with the help of the sensitive single reaction monitoring (SRM) method. Further, a heterogeneous mixture of several phagosomal maturation steps was present during the first 6.5 h after infection. Finally, the gel-free proteome analyses could be applied to investigate Bordetella pertussis, the cause of whooping cough, during iron limitation and after internalization, and the results were compared to the S. aureus HG001 data.
In einer Untersuchung von 1530 DNA-Proben Neugeborener aus Ostvorpommern wurden mittels PCR 32 Heterozygote der F508del-Mutation gefunden. Unter Berücksichtigung der CF-Allelverteilung der Region wurde eine Inzidenz der Mukoviszidose von 1:4216 errechnet. Es wurde die Notwendigkeit und die Möglichkeiten eines Neugeborenenscreenings auf Mukoviszidose diskutiert.
Ziel: Im speziellen Fall der Prävention gegen das Zervixkarzinom erfolgt bereits seit 1980 der Pap-Test im Rahmen der gynäkologischen Vorsorgeuntersuchung. Als weitere Option ist seit 2006 eine Impfung gegen HP-Viren, die maßgeblich für die Erkrankung am Zervixkarzinom verantwortlich sind, hinzugekommen. Der Bekanntheitsgrad der Impfung sowie die positive Impfakzeptanz der Zielgruppe sind maßgebliche Kriterien im Entscheidungsprozess für die Durchführung der Impfung. Das Ziel dieser Studie war die Erhebung der Impfbereitschaft junger Frauen und die Bestimmung der Faktoren, die die Impfbereitschaft beeinflussen. Methoden: Die vorliegenden Ergebnisse waren Teil einer 2008 im Querschnittsdesign durchgeführten Studie, die in Kooperation zwischen dem Institut für Politik- und Kommunikationswissenschaften und der Community Medicine der Universität Greifswald entstand. Es wurde die Impfbereitschaft zur HPV-Impfung und der Wissensstand über Gebärmutterhalskrebs, Humane Papillomaviren sowie über die Impfung gegen HPV erhoben. Dafür wurden 60 Frauen im Alter von 14 bis 26 Jahren in Mecklenburg-Vorpommern telefonisch befragt. Mit Hilfe der Erstellung von Kreuztabellen wurden Zusammenhänge zwischen den Faktoren, Alter, Schulabschluss, Wissensstand, Sexualverhalten sowie Gesundheitsverhalten und der Impfbereitschaft untersucht. Ergebnisse: Mehr als die Hälfte der Frauen, 65% (N=39) waren positiv der Impfung gegenüber gestellt: die Frauen, die bereits geimpft waren (23%) und diejenigen, die sich planten impfen zu lassen. Im Vergleich der impfbereiten zu den nicht impfbereiten Frauen zeigte sich eine Tendenz für eine positive Impfbereitschaft zur HPV-Impfung zu einem jüngerem Alter und einer geringeren Schulbildung. Weiterhin hatten die impfbereiten Frauen tendenziell ein jüngeres Alter beim ersten Koitus, eine geringere Anzahl an Geschlechtspartnern und einen selteneren Gebrauch von Kondomen beim Geschlechtsverkehr. Die impfbereiten Frauen waren bereit auf ihre allgemeine Gesundheit zu achten (Ausnahme: sportliche Aktivitäten), nahmen die gynäkologische Vorsorgeuntersuchung eher nicht so regelmäßig wahr und neigten eher zu gelegentlichen Raucheraktivitäten. Große Wissenslücken bestanden in der Kenntnis über Humane Papillomaviren und über Risikofaktoren für eine persistierende HPV-Infektion. Der größte Wissensunterschied zwischen impfbereiten und nicht impfbereiten Frauen war im Thema über das Zervixkarzinom zu beobachten. Schlussfolgerung: Die Schwerpunkte der Wissensvermittlung sollten auf der durch die Infektion mit HPV bedingten Ursache der Entstehung von Zervixkarzinom und der sexuellen Übertragbarkeit der Viren, auf der Beziehung zwischen den Viren und dem Zervixkarzinom und die Rolle anderer Risikofaktoren, wie das Rauchen, gelegt werden. Der Fokus der Aufklärungsarbeit sollte auf den Frauen liegen, die eher skeptisch der Impfung gegenüberstehen. Interventionssettings hierfür wären vor allem gynäkologische Arztpraxen und weiterführende Schulen mit höherem Abschluss. Wichtig ist auch eine fachliche Aufklärungsarbeit der Nebenwirkungen und der Wirksamkeit der Impfung. Die jungen Frauen (14-17 Jahre), die eher eine hohe Impfakzeptanz aufweisen, sollten motiviert werden trotz Impfung zur gynäkologischen Vorsorgeuntersuchung zu gehen. In diesen Rahmen ist auch es wichtig über ein riskantes sexuelles Verhalten zu sprechen und aufzuklären.
Prostate volume estimation in MR images for epidemiological and clinical studies – new methods
(2014)
Benign prostatic hyperplasia (BPH) is one of the most widespread diseases among men older than 50 years. The literature provides various cut-off values for pathological enlargement of the prostate. Prostate volume (PV) measurement in large population-based studies would allow deriving more objective reference values and a more valid early BPH diagnosis. A fully automated method is therefore required. In the clinical context, the measurement of the PV is important for treatment response monitoring in the clinical applications for BPH management research, and an accurate method for PV is essential. Magnetic Resonance Imaging was used for PV estimation. Two methods based on the Support Vector Machines (SVM) were developed: the binary Support Vector Machines (C SVM)-based method for epidemiological studies and the single-class Support Vector Machines (S SVM)-based method for clinical studies. The second method was additionally compared to the ellipsoid formula for PV estimation, which is widespread in the clinic. The comparison between volume measurement of the C SVM-based method and manual delineation of observers A and B yielded a strong correlation (Spearmans rank correlation coefficients ñ of 0.936 [p < 0.001] and 0.859 [p < 0.001], respectively). Comparing the C SVM-based method and the two manual delineations by observers A and B shows an agreement with a mean difference of 3.0 ml (95% confidence interval of -3.1 to +9.2 ml) and 1.9 ml (95% confidence interval of −7.1 to +10.8 ml), respectively. The S SVM-based method and the reference PV (manual delineation of observer A) show excellent correlation (Spearmans rank correlation coefficient ñ = 0.965, p < 0.001), while the ellipsoid formula is less well correlated with the reference PV (Spearmans rank correlation coefficient ñ = 0.873, p < 0.001). The mean difference between S SVM and the reference PV was −0.05 ml (95% confidence interval of −3.8 to +3.7 ml); on the other hand, the mean difference between the ellipsoid formula and the reference PV was much greater, with 8.6 ml (95% confidence interval of +1 to +16.2 ml). The C SVM-based method has considerable potential for integration in epidemiological studies. The prostate volumes obtained by the S SVM-based method agreed excellently with the reference and would be clinically useful for urologists in prostate volumetric analysis.
Die chronische Herzinsuffizienz (HI) bezeichnet das Unvermögen des Herzens, die vom Körper benötigte Blutmenge bedarfsgerecht zu befördern und stellt in der Allgemeinbevölkerung das Endstadium vieler Herzerkrankungen dar. Trotz großer Fortschritte in der medikamentösen Therapie ist die Prognose der HI auch heute noch schlecht. Der progrediente Verlauf erstreckt sich von einer kompensierten Herzhypertrophie mit aufrechterhaltener Pumpfunktion bis hin zu einer massiven Ventrikeldilatation mit stark eingeschränkter Herzfunktion und weist dementsprechend eine schlechte Prognose auf. Die zellulären Veränderungen auf Protein- und Genexpressionsebene während der Progression einer HI sind sehr komplex und trotz ausgiebiger wissenschaftlicher Arbeiten nicht ausreichend geklärt. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, in welcher Phase der Erkrankung spezifische Änderungen in der Genregulation entstehen und inwiefern sich diese auf den Phänotyp auswirken. Auf Grund dessen beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit den zeitabhängigen Veränderungen auf mRNA-und Proteinebene während der Progression der HI. Um alle Stadien beginnend von einer subklinischen Organschädigung bis hin zur Ausbildung einer HI experimentell untersuchen zu können, wurde zunächst ein Mausmodell etabliert, welches durch eine chronische Nachlasterhöhung mittels Einengung des Aortenlumens eine Myokardschädigung durch eine arterielle Hypertonie simuliert (transverse aortic constriction, TAC). Die Herzfunktion der Mäuse wurde an den postoperativen Tagen 4, 14, 21, 28, 42, und 56 durch Messungen im Kleintier-MRT (Magnetresonanztomografie) evaluiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF) TAC-operierter Mäuse vom postoperativen Tag 4 zu 14 verschlechtert, bis Tag 42 auf einem konstanten Niveau hält und bis Tag 56 nochmals stark absinkt. Im Gegensatz dazu zeigten Sham-operierte Mäuse über den gesamten Zeitraum eine stabile LVEF. Ein vergleichbarer stufenartiger Verlauf konnte bei den Parametern der linksventrikulären Masse und den endsystolischen bzw. enddiastolischen Volumina beobachtet werden. Zusätzlich konnte durch histologische Untersuchungen zu den verschiedenen postoperativen Zeitpunkten eine verstärkte Fibrosierung des Herzgewebes nach der TAC-OP aufgezeigt werden. Für die longitudinalen Transkriptom- und Proteomuntersuchungen wurden die Herzen (jeweils linke und rechte Ventrikel) nach den MRT-Messungen entnommen, gruppen- und zeitpunktspezifisch gepoolt und einer Microarray- bzw. massenspektrometrischen Analyse unterzogen. Auf Transkriptomebene zeigten sich vor allem an den Tagen 4 und 56 starke TAC-induzierte Veränderungen im Expressionsmuster, wohingegen der Zeitraum zwischen 14 und 42 Tagen weniger differenziell exprimierte Gene aufwies. Der Verlauf der Erkrankung konnte anhand bereits bekannter Hypertrophie- und HI-marker sehr gut charakterisiert werden. So zeigten Nppa (ANP) und Nppb (BNP) im linken Ventrikel bereits kurz nach Aortenstenose stark erhöhte Expressionslevel, die über die gesamte Versuchsdauer erhalten blieben. Weiterhin wurde die Expression von Genen reguliert, die an kardialen Remodelingprozessen maßgeblich beteiligt sind, wie beispielsweise Acta1 (a-Aktin), Myh7 (b-Myosin Heavy Chain) und Postn (Periostin). Im Vergleich beider Ventrikel zeigte der rechte Ventrikel bezüglich der Anzahl der regulierten Gene als auch bei der Expression HI-assoziierter Gene eine verzögerte und weniger stark ausgeprägte Reaktion. In den linken Ventrikeln wurden vor allem die Gene reguliert, deren Genprodukte der extrazelluären Matrix angehören. Eine Validierung der Microarray-Ergebnisse mittels realtime-PCR konnte die Richtigkeit der Analysemethode sehr präzise bestätigen. Da diese anhand ausgewählter Gene auf Einzeltierebene durchgeführt wurde, konnte zusätzlich auf Korrelation zwischen mRNA-Expression und den kardialen Funktionsparametern getestet werden. Wie erwartet spiegelten die Epressionslevel der HI-assozierten Markergene Nppa (ANP), Nppb (BNP) und Myh7 (b-Myosin Heavy Chain) die progressive Verschlechterung der Herzfunktion wider. Zusätzlich konnten durch die Validierung und Korrelationsanalysen weitere interessante Kandidatengene, wie beispielsweise Sfrp2 (Secreted frizzled-related protein 2) und Wisp2 (WNT1-inducible signaling pathway protein 2) für weiterführende Studien identifiziert werden. Auch auf Proteomebene konnten vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Auch hier zeigte der linke Ventrikel eine deutlich ausgeprägtere Reaktion auf die Drucküberlastung, der rechte Ventrikel antwortete deutlich schwächer und verzögert. Änderungen im Proteinmuster nach TAC waren in den linken Ventrikeln vor allem an den Tagen 14, 21 und 28 stark ausgeprägt. Ingenuity Pathway Analysen der veränderten Proteine weisen auf Veränderungen im Kalzium-, Rho A- und PKA-Signaling vor allem zu den frühen Zeitpunkten hin, wohingegen zu späteren Zeitpunkten hauptsächlich metabolische Prozesse betroffen waren.
Wie Menschen ihre Mundgesundheit wahrnehmen ist für die zahnärztliche Versorgung von großer Bedeutung. Besonders die Selbsteinschätzung der Mundgesundheit bestimmt darüber, ob Individuen zahnmedizinische Probleme erkennen und Präventionsmöglichkeiten und Therapien in Anspruch nehmen. Um ein umfassendes Bild zur Selbsteinschätzung der Mundgesundheit in Deutschland zu ermitteln, wurden die Deutschen Mundgesundheitsstudien aus den Jahren 1997 (DMS III) und 2005 (DMS IV) herangezogen und die beiden Altersgruppen der 35-44-jährigen Erwachsenen und der 65-74-jährigen Senioren untersucht. Die Selbsteinschätzung wurde mit der Frage “Wenn sie an ihre Zähne denken, wie ist der Zustand ihrer Zähne?” erfasst. Die Ergebnisse wurden mit den folgenden klinisch ermittelten Variablen assoziiert: die Anzahl kariöser, fehlender und gefüllter Zähne, der Anteil der Flächen mit Blutung, der mittlere Attachmentverlust (AV) und die mittlere Sondierungstiefe (ST), der Anteil der Flächen mit AV und ST ≥4mm sowie das Vorhandensein und Fehlen von festsitzendem und herausnehmbarem Zahnersatz. Ein Großteil der klinischen Variablen war signifikant mit der Selbsteinschätzung der Mundgesundheit assoziiert. Die Variable Anzahl fehlender Zähne zeigte den stärksten Einfluss auf die Selbsteinschätzung. Dies ließ die Schlussfolgerung zu, dass Individuen durchaus in der Lage sind, ihre Mundgesundheit wahrzunehmen. Insgesamt lag jedoch auch eine sehr positive Selbsteinschätzung der Mundgesundheit vor. Besonders hervorzuheben ist, dass mehr als die Hälfte der Probanden ihren Mundgesundheitszustand besser einschätzte als dies ihr tatsächlicher klinischer Zustand aufwies. Die Ergebnisse zeigen, dass die Motivation zur Prävention oraler Erkrankungen weiter gefördert und das Wissen um diese Erkrankungen weiter ausgebaut werden sollten. Aspekte der subjektiven Einschätzung der Mundgesundheit und individuell wahrgenommene Bedürfnisse sollten dabei berücksichtigt werden.
Der Einfluss der Nahrungsaufnahme auf die Wirkstofffreisetzung aus oral applizierten Darreichungsformen ist eine der zentralen Fragestellungen der Biopharmazie. In der vorliegenden Arbeit wurden die physiologischen Faktoren, die die Wirkstofffreisetzung aus festen oralen Darreichungsformen im postprandialen Magen beeinflussen können, näher charakterisiert. Zu diesem Zweck wurde ein biorelevantes In vitro-Freisetzungsmodell (Fed Stomach Model, FSM) entwickelt, das die Simulation mechanischer Beanspruchungen bei der Passage des postprandialen Magens ermöglicht. In speziellen Durchflusszellen konnten die Bewegungen der Arzneiform im Magen, intragastral auftretende Drücke sowie der Mediendurchfluss individuell kontrolliert und in physiologischen Größenordnungen simuliert werden. Die Eignung des FSM wurde anhand einer Zweischicht-Retardtablette mit dem Wirkstoff Diclofenac-Natrium untersucht. Die regionalen Besonderheiten des Magens hinsichtlich der mechanischen Beanspruchungen wurden dabei in Testprogrammen für den Fundus, das Antrum und die Magenentleerung berücksichtigt. Diese wurden, basierend auf den Ergebnissen einer Magnetic Marker Monitoring-Studie, ferner in drei verschiedenen Testszenarien, die das gastrale Lokalisationsverhalten einer oralen Arzneiform im postprandialen Magen über eine Dauer von 4 h beschreiben, in unterschiedlicher Abfolge miteinander kombiniert. Es konnte in Abhängigkeit der simulierten Testszenarien ein verschiedenartiges Freisetzungsverhalten der untersuchten Arzneiform beobachtet werden. Dabei führte die Simulation der milden Beanspruchungen im Fundus zu relativ geringen Freisetzungsraten. Aus den starken mechanischen Beanspruchungen, die die physiologischen Bedingungen im Antrum und während der Magenentleerung abbildeten, resultierten hingegen höhere Wirkstofffreigaberaten. Der Physiologie des Magens entsprechend, vermag das FSM die mechanischen Beanspruchungen, die potentiell auf eine feste orale Arzneiform einwirken, mit geringen Scherraten, aber mit kurzzeitig hohen Scherkräften zu simulieren. Das FSM wurde erfolgreich als ein biorelevantes In vitro-Freisetzungsmodell etabliert, das speziell die mechanischen Besonderheiten der Magenpassage einer festen oralen Darreichungsform berücksichtigt. Es kann dementsprechend die Entwicklung robuster Arzneimittel mit minimiertem Nahrungsmitteleffekt unterstützen, indem ein ungewünschtes Wirkstofffreigabeverhalten einer Formulierung frühzeitig identifiziert werden kann. Eine Magnetresonanztomographie (MRT)-Studie mit 12 gesunden Probanden lieferte erstmals Erkenntnisse zu den Volumina und Fettgehalten des Mageninhaltes nach Einnahme der hochkalorischen und fettreichen FDA-Standardmahlzeit. Der Mageninhalt wird gemeinhin als Auflösungsmedium für den in der Arzneiform enthaltenen Wirkstoff betrachtet, weshalb das zur Verfügung stehende Volumen ein entscheidender Faktor bei der Wirkstofffreisetzung ist. Das Mageninhaltsvolumen (gastric content volume, GCV) betrug nüchtern 31 ± 19 mL. Die Einnahme der Standardmahlzeit führte zu einem Anstieg des GCV auf 580 ± 38 mL. Verbunden mit dem nach Nahrungsaufnahme ebenfalls hohen Fettgehalt des Mageninhaltes von durchschnittlich 9,5 ± 1,0 %, kann dies eine Erhöhung der oralen Bioverfügbarkeit schlecht wasserlöslicher Arzneistoffe im Vergleich zur Nüchternapplikation bedingen. Während das GCV aufgrund der sich initial ausgleichenden Sekretions- und Entleerungsraten über 50 - 90 min relativ konstant war, überwog im Anschluss die Magenentleerung. Das GCV nahm dabei mit einer Rate von 1,7 ± 0,3 mL/min ab. Die Gabe von 240 mL Wasser 30 min nach Beginn der Nahrungsaufnahme führte zu einer kurzzeitig veränderten Magenentleerungskinetik. Das zugeführte Wasser wurde jedoch innerhalb kurzer Zeit aus dem Magen entleert. Bei entsprechend schneller Freisetzung eines Wirkstoffes aus der Arzneiform besteht somit die Möglichkeit, dass der Arzneistoff den Magen zügig mit dem parallel eingenommenen Wasser verlässt. Es wurde ferner gezeigt, dass selbst mehr als 6 h nach Nahrungsaufnahme sowohl das GCV als auch der Fettgehalt des Mageninhaltes im Vergleich zum Nüchternzustand signifikant erhöht waren. In klinischen Studien, bei denen die hochkalorische und fettreiche Standardmahlzeit verwendet wird, kann dementsprechend für mindestens 5 - 6 h von postprandialen Bedingungen ausgegangen werden. Die sich daraus ergebenden mechanischen und physikochemischen Besonderheiten müssen bei der Beurteilung der Studienergebnisse unbedingt berücksichtigt werden. Darüber hinaus können diese Erkenntnisse zur Optimierung der Testbedingungen von biorelevanten In vitro-Freisetzungsmodellen beitragen. Die In vitro- und In vivo-Ergebnisse der vorliegenden Arbeit belegten, dass die Bedingungen innerhalb des postprandialen Magens kritisch für die Wirkstofffreisetzung aus festen oralen Darreichungsformen sind. Die genaue Charakterisierung der Magenpassage ist für die Beurteilung von Nahrungsmitteleffekten somit von großer Bedeutung.
The metabolomic approach is one part of the "-omics" cascade further comprising genomic, transcriptomic, and proteomic investigations. Since information about the metabolome of the important human pathogenic bacterium Staphylococcus aureus is scarce, the aim of this thesis is the characterization of the exo- and endometabolome of this bacterium on a most global scale. For this, the metabolomic platform consisting of the analytical instruments used for 1H-NMR spectroscopy, HPLC-MS, and GC-MS analysis was applied. First, the requirements for an accurate sampling procedure for the analysis of intracellular metabolites are presented, explaining important pitfalls during the sampling and the subsequent metabolome analysis via HPLC-MS and GC-MS (book chapter I). The challenging task of the metabolite identification is demonstrated, as well as the requirements for absolute quantification of intracellular metabolites. In order to enhance the knowledge about the staphylococcal physiology and the biochemical network, the impact of different stresses and varying cultivation media on the bacterial metabolite pool was investigated in several studies. In article I, a first description of the primary metabolism of growing S. aureus COL cells cultivated aerobically in CDM is provided. This study also monitored the adaptation to glucose starvation on the level of metabolites and proteins. The uptake of all amino acids and the secretion and reuse of overflow metabolites were analyzed in a time-dependent manner. During the switch to a non-growing state, a drastic rearrangement of the amino acid pool in the bacterial cells was detected, and intracellular amounts of glycolytic intermediates were found to decrease in parallel to extracellular glucose exhaustion. During infection processes, S. aureus has to cope with varying levels of oxygen supply, including anaerobic conditions. A global metabolomic approach investigated the adaptation of S. aureus COL to strict anaerobic conditions using CDM as the culture medium. Thereby only linear growth was possible despite the higher uptake rate of glucose compared to aerobically, logarithmically growing cells. In an anoxic environment, S. aureus mainly switched on the less reliable lactic acid fermentation. Only serine and threonine but no alanine were significantly taken up. Subsequent glucose limitation led to energy starvation indicated by a drop in the adenylate energy charge. This was accompanied with an arrest of the fermentative metabolism and declining numbers of colony-forming units without taking advantage of the energy supplying arginine deiminase pathway. Compared to the established CDM, the eukaryotic cell culture medium RPMI 1640 provides more in vivo-like growth conditions. In article II, the growth behavior and the metabolic footprint of the S. aureus strains COL and HG001 were investigated during the aerobic cultivation in RPMI 1640 medium. Both strains are commonly used in laboratory research. The observed uptake and secretion pattern of extracellular metabolites provides important information for infection studies in which this medium is used for the precultivation of S. aureus. The extracellular accumulation of the noncanonical D-amino acid D-isoleucine was an interesting outcome. The strain specific metabolic footprint points to noteworthy differences in the biochemical system of both strains. Moreover, this study demonstrates the impact of the cultivation medium on the metabolic status of bacterial cells. Due to increasing resistance against a large number of antibiotics, community- and hospital- acquired infections with S. aureus are of major concern in medical therapy. Thus, greater knowledge about adaptive mechanisms after antibiotic treatment is required. In article III, the response of S. aureus HG001 to antibiotics with varying target sides, such as ciprofloxacin, erythromycin, fosfomycin, vancomycin, and ampicillin, was investigated on the metabolite level. Thereby, the abundances of 176 intracellular metabolites were observed in a time-dependent manner, thus providing the most comprehensive experimental metabolite dataset so far available for S. aureus. None of the antibiotic compounds led to alterations of single metabolite amounts, but mostly entire metabolic pathways were affected. The intermediates of the cell wall biosynthesis were affected by each antibiotic, confirming this pathway as the most potential target for new antibacterial compounds. The metabolite composition of human nasal secretions and human sweat was analyzed, since such secretions present natural habitats of S. aureus during the colonization of typical host sides. The results confirm that the bacteria has to cope with low concentrations of most of the amino acids but large amounts of urea and lactate during host colonization. Considering the supply of amino acids, the results support the usage of the RPMI 1640 medium as a step to more in vivo-like cultivation experiments. Moreover, essential information for future studies about the adaptation of S. aureus to more in vivo growth conditions is provided. Altogether, the metabolomic approach was proven to be an important tool for helping unravel the complex bacterial metabolism and the environmental factors that also play a role in the virulence of Staphylococcus aureus.
Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Etablierung von Methoden zur absoluten und relativen Proteinquantifizierung. In darauf aufbauenden Studien sollten diese Methoden für die Untersuchung physiologisch relevanter Fragestellungen in Bakterien genutzt werden. Zum tieferen Verständnis der Bakterienphysiologie ist es unabdingbar, Mengenänderungen von Proteinen hochaufgelöst darstellen zu können. Relative Proteinquantifizierung erlaubt dabei die Untersuchung von Änderungen der Menge eines Proteins zwischen verschiedenen Proben eines Experiments. Im Rahmen der hier vorgelegten Arbeit wurden 2D PAGE und gelfreie massenspektrometrische Methoden in einer Studie (Tefon et al. 2011, Artikel I) angewendet, um Oberflächen- und Immunoproteine zweier Vakzinationsstämme des humanpathogenen Bakteriums Bordetella pertussis zu charakterisieren. Die relative Proteinquantifizierung erlaubt zwar Rückschlüsse auf die Mengenänderung eines Proteins zwischen verschiedenen Bedingungen, ermöglicht aber nur bedingt Aussagen über die absolute Menge der Proteine. Gerade absolute Proteinmengen und damit Proteinkonzentrationen sind jedoch Grundvoraussetzung für ein zielorientiertes Verwenden der gewonnenen Daten nicht nur im Kontext der Systembiologie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, in der durch Kombination zweier etablierter Proteomik-Methoden die absolute Quantifizierung für einen großen Teil der cytosolischen Proteine eines Organismus ermöglicht wird. In dieser Methode werden ausgewählte Proteine, deren genaue Konzentration durch gerichtete Massenspektrometrie bestimmt wurde, für die Kalibration von hoch auflösenden 2D Gelen genutzt (Maass et al. 2011, Artikel II). Um das Potential dieses Verfahrens zu verdeutlichen, wurde es für die Analyse der Anpassung von Bacillus subtilis und Staphylococcus aureus an Glukosehunger angewendet. Dabei konnten für 467 Proteine von B. subtilis in drei Zeitpunkten Proteinkonzentrationen bestimmt werden. Für die Etablierung der Methoden waren verschiedene Vorarbeiten nötig: I) Selektion geeigneter Kalibrationsproteine, II) Selektion geeigneter Standardpeptide und Optimierung der massenspektrometrischen Parameter zu deren absoluten Quantifizierung, III) Selektion eines geeigneten, proteinunspezifischen und hoch sensitiven Gelfarbstoffes, IV) Testung verschiedener Zellaufschlussmethoden und Etablierung einer Methode zur Bestimmung der Zellaufschlusseffizienz, V) Testung verschiedener Proteinbestimmungsmethoden zur genauen Bestimmung der Gesamtproteinkonzentration im komplexen cytosolischen Extrakt und VI) Optimierung der vollständigen enzymatischen Spaltung aller Proteine vor der massenspektrometrischen Analyse. Im Rahmen dieser Arbeit konnte außerdem gezeigt werden, dass sich die Kalibration der 2D Gele für die Ermittlung absoluter Daten zwischen Gelen übertragen lässt, was den Aufwand für große Zeitreihenexperimente deutlich reduziert. Die Genauigkeit und der dynamische Bereich 2D-gelbasierter relativer und absoluter Proteinquantifizierung kann durch eine erhöhte Reproduzierbarkeit, Auflösung und Sensitivität der Gele verbessert werden. Die Etablierung von HPE-Gelen führte zu 25 % mehr detektierbaren und damit quantifizierbaren Proteinspots und Proteinen bei deutlich erhöhter Reproduzierbarkeit (Moche et al. 2013, Artikel III). Die zusätzlich höhere Anzahl von Gelen mit quantifizierbarer Qualität verringert außerdem den Zeit- und Kostenaufwand vor allem für komplexe experimentelle Ansätze. Die neue Methode zur gelbasierten absoluten Proteinquantifizierung wurde in einer Folgestudie angewendet, um die Konzentrationen von mehr als 700 Proteinen von B. subtilis während der physiologisch relevanten Anpassung an verschiedene Stressbedingungen, nämlich Glukosehunger und Hitzestress, zu bestimmen (Maaß et al. 2014, Artikel IV). Der Vergleich der beiden Stressbedingungen ermöglicht eine Unterscheidung der generellen von der spezifischen Stressantwort, wobei die Analyse der Daten durch Berechnung der Proteinkosten und der Ressourcenverteilung auf verschiedene metabolische Pfade und regulatorische Einheiten unterstützt wurde. Da die Nutzung von 2D PAGE zur Proteinquantifizierung auf im Gel detektierbare Proteine beschränkt ist, ist es für eine höhere Proteomabdeckung sinnvoll, gelbasierte Methoden mit gelfreien Methoden zu ergänzen. Deshalb wurde eine Methode zur labelfreien MS-basierten absoluten Quantifizierung von Proteinen im großen Maßstab entwickelt und etabliert. In dieser gel- und labelfreien Quantifizierungstechnik wurde datenunabhängige, parallele Fragmentierung aller zeitgleich eluierenden Vorläufermoleküle (LC-MSE) genutzt. Auch für diese Methode der absoluten Proteinquantifizierung bildeten die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Probenaufbereitungsverfahren die Grundlage (Muntel et al. 2014, Artikel V).
Für die vorliegende Arbeit wurde eine Querschnitterhebung zu möglichen Einflussfaktoren auf die ambulante Inanspruchnahme medizinischer Leistungen durchgeführt. Die Erhebung erfolgte von August 2009 bis Februar 2010. Es nahmen 800 Männer und Frauen (Response von 68,4%) im Alter von 60 Jahren oder älter mit Wohnsitz in Vorpommern teil. Als theoretischer Hintergrund diente das “Health Behavior Model“ von Andersen (1995). Zusätzlich zu den im Verhaltensmodell benannten Faktoren wurden weitere mögliche Einflussfaktoren auf die Inanspruchnahme berücksichtigt, wie die Mobilität der Bevölkerung, die subjektiv eingeschätzte Erreichbarkeit von niedergelassenen Ärzten und der wahrgenommene Zeitaufwand der Inanspruchnahme (Wartezeiten). Zwischen ländlichen und städtischen Regionen in Vorpommern wurden Unterschiede in den Einschätzungen der Erreichbarkeit, v.a. der Wegzeiten zu Haus- und Fachärzten, aufgezeigt. Die Assoziationen der von den Probanden eingeschätzten Erreichbarkeitsaspekte mit den Indikatoren der ambulanten Inanspruchnahme in multivariaten Modellen verdeutlichen die Wichtigkeit der Sicherstellung einer flächendeckenden, wohnortnahen medizinischen Versorgung.
Die Bedeutung der endothelialen Mechanotransduktion für vaskuläre Implantate: Das Apelin/APJ-System.
(2014)
Bei der Behandlung atherosklerotischer Gefäße mit vaskulären Implantaten spielt nicht nur die endotheliale Dysfunktion eine wichtige Rolle. Auch die Fähigkeit des Implantatmaterials, sich an die Gefäßwand anzupassen und dessen Biokompatibilität, sind von großer Bedeutung. Die Entwicklung von wirkstofffreisetzenden Stents (DES) konnte die Risiken nach Stentimplantation signifikant reduzieren. Jedoch gibt es Hinweise darauf, dass diese polymerbeschichteten DES Ursache für die Entstehung von Stent Thrombosen (ST) sein können - eine potentiell tödliche Komplikation. Die mechanischen Eigenschaften eines Materials, das in ein Gefäß eingebracht wird, können einen großen Einfluss auf die umliegenden Zellen haben. Die Bedeutung einer solchen Veränderung in der Umgebung einer Zelle und der Einfluss auf deren mechanische Eigenschaften und biologische Funktionen wird immer häufiger als Ursache für die Entstehung von In-Stent-Restenose (ISR) und ST diskutiert. Das Endothel dient als einzigartige Barriere zwischen dem fließenden Blut und der Gefäßwand, wodurch es permanent mechanischen Reizen ausgesetzt ist. Mechanosensitive Strukturen auf der Zelloberfläche übersetzen diese Stimuli in biochemische Signale. Die anschließende Translation in downstream Effekte moduliert die Zellfunktion. Zu dem mechanosensorischen Komplex um PECAM-1 gehören auch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), welche an der flussabhängigen Regulation der NO-Freisetzung beteiligt sind. Im kardiovaskulären System werden der GPCR APJ und sein spezifischer Ligand Apelin vor allem von Endothelzellen und endokardialen Zellen exprimiert. Die Apelin-Isoformen Apelin-12 und Apelin-13 wurden in diesem Zusammenhang bisher als bioaktiv beschrieben. Obwohl das apelinerge System in vielen vaskulären Endothelzellen exprimiert wird, wurde es bisher nicht als Überträger mechanischer Reize in Betracht gezogen. In diesem Kontext ist das Ziel der vorliegenden Arbeit, zunächst die physiologische Rolle des Apelin/APJ-Systems als Mechanotransducer in humanen Endothelzellen in einem in vitro Zellperfusionsystem zu charakterisieren. Weiterhin soll der Einfluss von Stentpolymeren auf die Zellfunktion und die endotheliale Mechanotransduktion untersucht werden.
Zusammenfassung: Heparin ist ein häufig verwendetes Medikament, das zur Prophylaxe und Therapie von Thrombosen eingesetzt wird. Eine unerwünschte Nebenwirkung des Heparins ist die Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT), die paradoxerweise mit potentiell lebensbedrohlichen arteriellen und venösen Gefäßverschlüssen assoziiert ist. Die Erkrankung wird durch die Bil-dung von Thrombozyten-aktivierenden Antikörpern der Klasse Immunglobulin G (IgG) aus-gelöst. Diese sind gegen Komplexe aus dem Thrombozytenprotein Plättchenfaktor 4 (PF4) und Heparin gerichtet. Die zugrunde liegende B-Zell-vermittelte Immunität entspricht nicht der klassischen Immunantwort und führt zu einer frühzeitigen und transienten Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern der Klassen IgM und IgG. In der vorliegenden Arbeit wurden die B-Zellen, die an der Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern beteiligt sind, identifiziert. Hierfür wurden die Mäuse systemisch mit PF4/Heparin-Komplexen immunisiert. Das Vorliegen einer Immunantwort wurde durch den Nachweis der Antikörperproduktion mittels eines neu entwickelten Fluid-Phase ELISA nach-gewiesen. Der Einsatz von rekombinanten Maus-PF4/Heparin-Komplexen zeigte, dass die beim Menschen für die HIT charakteristisch frühe und transiente Antikörperproduktion auch im Mausmodell auftritt. Diese Immunantwort war spezifisch für PF4/Heparin-Komplexe und konnte nicht durch andere unspezifische Reize wie ein Gewebetrauma oder dem Modellanti-gen Ovalbumin ausgelöst werden. Der Nachweis der anti-PF4/Heparin-Antikörper-sezernierenden B-Zellpopulation(en) wurde durch die Etablierung des Zell-spezifischen Enzym-gekoppelten Immun-Spot Tests (ELISPOT) auf der Fluid-Phase Basis – Detektion der PF4/Heparin-Antikörper-Komplexe in der löslichen Phase – ermöglicht. Unterschiedliche Gewebe/Kompartimente (Milz, Knochen-mark, Peritonealhöhle) von naiven, nicht-immunisierten und PF4/Heparin-immunisierten Mäusen wurden mit diesem Assay auf das Vorliegen von PF4/Heparin-spezifischen B-Zellen untersucht. Während in nicht-immunisierten Mäusen ausschließlich B-Zellen nachgewiesen werden konnten, die anti-PF4/Heparin-Antikörper der Klasse IgM produzierten, wurden in immunisierten Mäusen sowohl kurzlebige PF4/Heparin-spezifische IgM (7%)- als auch IgG (25%)-sezernierende B-Zellen detektiert. Die spezifischen Zellen befanden sich in beiden Fällen in der Milz. Dieses Gewebe dient als Nische für follikuläre, Marginalzonen (Mz)- und B1-B-Zellen, wobei sie im Fall der Mz-B-Zellen die einzige Überlebensnische darstellt. Den Hauptanteil der Antikörper-produzierenden Milzzellen bilden die follikulären B-Zellen, deren Antikörperproduktion T-Zell-abhängig ist. Als Hauptquelle der anti-PF4/Heparin-Antikörper konnte diese Zellpopulation ausgeschlossen werden, da T-Zell-defiziente Mäuse nach der Behandlung mit PF4/Heparin weiterhin spezifische Antikörper produzierten. Normale Mäuse, denen vor der PF4/Heparin-Behandlung die Milz und somit die Mz-B-Zellen operativ entfernt wurden, konnten hingegen keine anti-PF4/Heparin-Antikörper mehr bilden. Dies zeigt, dass B1-Zellen allein nicht ausreichend sind, um die anti-PF4/Heparin-Antikörperproduktion zu induzieren, und dass Mz-B-Zellen für die Immunantwort notwendig sind. Der Mechanismus, der die Aktivierung der PF4/Heparin-spezifischen Mz-B-Zellen auslöst, ist bisher nicht im Detail bekannt. Jedoch konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die in vitro Stimulation von B-Zellen mit Mitogenen wie CpG und SAC antigenunabhängig zur Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern führt. Dies lässt vermuten, dass neben dem Kontakt mit dem Antigen auch andere immunstimulatorische Faktoren in die Induktion der Immunantwort gegen Maus-PF4/Heparin-Komplexe involviert sind.
Oral drug delivery is the preferred route of administration for the majority of drugs. Solid dosage forms arewell-accepted because of ease of administration, accurate dosing and high degree of patient compliance. The orodispersible technology platform has attracted increasing interest. Fast disintegrating in the mouth before swallowing, orodispersible dosage forms like orodispersible tablets (ODTs) address the need for patient-compliant medicines. ODTs represent a convenient alternative to conventional tablets or capsules. ODTs are an interesting approach when a rapid onset of therapeutic action is important. So far, ODTs have often been considered as an innovative variant of conventional oral solid dosage forms. Still, the development of ODT formulations is typically assisted by compendial in vitro test methods. However, the techniques described in international pharmacopoeias are non-specific for ODTs. After administration, the dispersion of an ODT in the mouth may provide effects which might influence the absorption of the drug. The performance of ODTs is more comparable to solutions/suspensions than to traditional tablets. To better guide the development of a new ODT formulation, this lack needs to be addressed. It is the aim of this work to design more specific in vitro test methods helping to improve understanding ODT formulations. To reflect the physiological conditions experienced by an ODT after administration, particular attention was given to the mouth where the ODT disperses and releases the drug before swallowing. In vitro biorelevant test setups simulating in vivo conditions were designed. An electronic tongue system was used to assess taste properties of ODTs. These test methods were applied in different stages of the ODT formulation development. Diclofenac being a poorly soluble and weakly acidic NSAID which is a standard medication for acute painful inflammatory conditions was used as a drug model. Three forms, i.e. the free acid and its sodium/potassium salt, were investigated for the formulation of palatable and fast acting ODTs. In Chapter 1, the development of biorelevant test setup reflecting the physiological conditions experienced by ODTs is described in detail. The newly-designed in vitro models successfully discriminated the different diclofenac forms in successive in vitro compartments simulating the mouth, the stomach and the small intestine. It was possible to identify peculiar dissolution profiles with diclofenac salts. Characterizing in-depth the diclofenac free acid and salt particles provided a better understanding of the peculiar dissolution profiles. Critical behaviors of diclofenac salts on their way from the mouth to the stomach and passing different pH conditions were extensively evaluated. Reasons for pH-dependent API precipitation and particle agglomeration were studied in detail. In pre-formulation studies, the proposed biorelevant test setups succeeded in helping to early identify critical pharmaceutical properties for diclofenac salts and to select diclofenac free acid as the most appropriate drug form providing the most stable in vitro performance. In Chapter 2, the electronic tongue method as an in vitro taste assessment tool for ODTs is proposed. Using the TS-5000Z taste sensing system (Insent Inc., Japan), the method was able to differentiate between the taste/aftertaste qualities and intensities of the three diclofenac candidates. The electronic tongue was also successfully used to differentiate different ODT formulations. The results obtained proved that valuable information can be gained. By this means, the taste perception of the diclofenac drug candidates were classified and rank against each other. For manufacturing taste-masked ODTs, diclofenac free acid, could be selected easily. The electronic tongue found out to be a precious tool in assisting the development of a new ODT product and finding the most appropriate multi-component formulation. Both proposed methods successfully showed their discriminative ability and also their utility in pre-formulation studies of ODTs. In the previous chapters, it was indeed possible to early select diclofenac free acid as the most suitable drug candidate for the targeted product profile. In Chapter 3, said methods were further used to guide the development of the taste masked diclofenac ODT formulation. This study highlights the importance of considering in vitro the physiological aspects which may have an impact on the in vivo performance of ODT dosage forms. The contact of ODTs with the mouth should be simulated in vitro for a better understanding of the in vivo behavior. With feasible biorelevant in vitro dissolution methods, an optimized correlation of in vitro and in vivo results may be achieved. The proposed in vitro test methods may provide data of predictive value and may support the rational development of ODT formulations.
Es wurden vier Nukleosid-Analoga hergestellt, deren Anwendungsbereiche gänzlich unterschiedlicher Natur sind. Sie stellen wichtige Hilfsmittel zur Erweiterung der Eigenschaften und zur Charakterisierung von Nukleinsäuren dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Voraussetzungen für die Selektion eines Cytidindesaminase-Ribozyms geschaffen. Es wurde ein Assay für die in-vitro-Selektion vorgestellt und das zu diesem Zweck notwendige Schlüsselmolekül, ein Cytidin-Derivat, designt und mit einer Gesamtausbeute von 8 % synthetisiert. Das Nukleosid wurde in einer 16-stufigen Synthese mit zwei unterschiedlichen Linkereinheiten funktionalisiert und stellt ein effektives Werkzeug zur Selektion von Cytidindesaminase-Ribozymen dar. Das bifunktionalisierte Cytidin-Substrat wurde über seine 5’-OH Gruppe mit einem Hexaethylenglykol-Linker versehen, der eine primäre Aminogruppe aufwies. Über eine kurze Linkereinheit an der C4-Position der Nukleobase wurde ein Biotinrest angefügt. Die angestrebte Selektionsstrategie sieht die Oxidation des 3’-Endes einer RNA-Bibliothek mittels Natriumperiodat vor. Das resultierende Dialdehyd soll anschließend mit der primären Aminogruppe des Cytidin-Derivats umgesetzt werden. Ein Protokoll zur Anbindung des synthetisierten Cytidins an eine an ihrem 3’-Terminus oxidierte RNA wurde entwickelt und steht für die zukünftige Selektion zur Verfügung. Der Nachweis des Konjugats aus RNA und dem Cytidin-Derivat erfolgte mittels HPLC, sowie massenspektrometrisch. Die RNA-Bibliothek zur Selektion eines Cytidindesaminase-Ribozyms wurde ausgehend von zwei Klenow-Primern hergestellt und steht ebenfalls bereit. Parallel zu den Arbeiten der Synthese des Cytidins, wurden im Rahmen zweier Kooperationen drei weitere Nukleosid-Analoga dargestellt. Das erste Kooperationsprojekt sah die Herstellung einer kurzen RNA vor. Es handelte sich dabei um die hochmodifizierte Anticodonschleife der tRNA(Lys) aus E. coli. Zur chemischen Festphasensynthese dieser 17mer RNA waren die Phosphoramiditbausteine von N6-Threonylcarbamoyladenosin (t6A) und 2-Thiouridin (s2U) erforderlich. Die Synthesen der Nukleosid-Analoga t6A und s2U, sowie deren Umwandlungen in die jeweiligen Phosphoramidite wurden vorgestellt. Die Darstellung von s2U erfolgte nach Protokollen von Vorbrüggen und Strehlke mit einer Gesamtausbeute von 78 %.Während des Schutzes der 2’-OH Gruppe mit TBDMS, bildete sich hauptsächlich das 3’-O-TBDMS-Isomer, das sich nur sehr schwer vom 2’-O-TBDMS-Isomer separieren ließ. Durch Verwendung der Schutzgruppe Di-tert-butylsilandiylditriflat zur Synthese des s2U-Phosphoramidits konnte das Problem der Bildung des 3’-O-TBDMS-Isomers behoben werden. Die erste Synthese eines t6A-Derivats orientierte sich an Vorschriften von Davis et al. und lieferte das Produkt mit einer Gesamtausbeute von 25 % über 7 Schritte. Darüber hinaus wurde eine zweite Synthesestrategie entworfen, die auf der Verwendung eines Isocyanats von L-Threonin basierte. Die Aminosäure Threonin wurde mit zwei verschiedenen Silylschutzgruppen versehen, die beide kompatibel mit der Phosphoramiditchemie während der chemischen RNA-Synthese waren. Das Isocyanat wurde mit guten Ausbeuten dargestellt und anschließend sowohl mit ungeschütztem, als auch mit geschütztem Adenosin zur Reaktion gebracht. In beiden Fällen wurde ein t6A-Derivat erhalten. Die Umsetzung mit einem geschützten Adenosin lieferte das t6A-Derivat mit einer Gesamtausbeute von 20% über 8 Stufen. Es wurde somit eine – in Bezug auf Ausbeute und Arbeitsaufwand – gleichwertige Alternativsynthese zur Darstellung von t6A-Derivaten entwickelt. Aus den beiden modifizierten Nukleosiden s2U und t6A wurden die Phosphoramidit-Bausteine generiert. Durch den erfolgreichen Einbau beider Nukleoside in eine 17mer RNA konnte die Anticodon-Schleife der tRNALys hergestellt werden. Die Bearbeitung des zweiten Kooperationsthemas erforderte die Herstellung eines isotopenmarkierten Pseudouridins. Es wurde eine vergleichende Synthese von 15N- markiertem Pseudouridin durch Adaption zweier unterschiedlicher Protokolle durchgeführt. Die erste Strategie, eine 7-stufige Synthese, lieferte die Zielverbindung mit einer Ausbeute von 2% über alle Schritte ausgehend von D-Ribose. Bezogen auf den 15N-Harnstoff betrug die Gesamtausbeute 14 %. Grund für die geringe Gesamtausbeute war eine unvermeidliche Isomerisierung der beta-Form der D-Ribose zum nicht reagierenden alpha-Anomer während der Lacton-Bildung, sowie der geringe Umsatz während der Reaktion mit dem 15N-angereicherten Harnstoff. Die zweite Strategie gab das 15N-markierte Pseudouridin mit einer Gesamtausbeute von 9 % über 9 Schritte. Für die Synthese von Uracil wurde eine alternative Vorschrift verwendet, bei der Propinsäure mit Harnstoff umgesetzt wurde. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass auf karzinogene Lösungsmittel, sowie anderer Reagenzien ohne Ausbeuteverluste verzichtet werden konnte.
Simulations of Short Model Peptides and Practically Relevant Modeled Titanium Implant Surfaces
(2014)
One of the aims of this work was to generate a non restrained force field model including carbon contamination to make the adsorption simulations more realistic and comparable with experimental data. Another purpose was to find out how the special recognition of small linker proteins on titanium dioxide is working. During this work a fixed and a non restrained rutile (100) model was used and critical properties were observed which are not only related to the surface. The rigid water layers on top of the oxide are very important for the protein and peptide adsorption. Therefore the first discussing object were the properties of the water layers and how they can be influenced. The charge distribution on the surface was found to have a big effect on them. Depending on the charges of the surface atoms or the functional groups, resulting out of the hydroxylation equilibrium, precisely the first water layer gets more rigid or smother. This has a big effect on biomolecule adsorption. The peptides need to penetrate these water layers to generate direct interaction points. The correct description of the surface in molecular dynamic simulations therefore has a high influence on the results. The better the model is the better the findings are comparable with experimental ones. Additionally carbon contamination was mimicked by using a monolayer of pentanol molecules. This fits very good with experimental data (e.g. contact angle) and make the oxide model more hydrophobic. Interaction of proteins and peptides in experiments or in medical use are often observed under normal air conditions, which means that the scaffold is i) hydroxylated by water and ii) carbon contaminated in a short period of time. Therefore investigations were done to find out how the contamination influences the adsorption of a formally know good or bad binding peptide (TiOBP1; TiOBP2). It was found that the TiOBP1 is able to bind the different surface modifications very well which coincides with observations made in experiments. The way of adsorption (direct or indirect) depends on the water layers properties. The first layer on high charged surface models is that rigid, that the peptide is not able to adsorb in a direct way. On the carbon contaminated oxide model the adsorption is possible by reducing the flexibility of the secondary structure motive. In the case of TiOBP2 adsorption on the clean surface model results in only weak binding or even in no interaction. Whereas on the carbon contaminated dioxide the once know bad binder is able to interact with the Pentanol monolayer. No direct adsorption is observed but the hydrophobic side chains have the possibility to orient themselves according to the hydrophobic layer without changing significantly in the secondary structure motive. An additional test peptide (minTBP) adsorbs without being affected by the contamination. This raises the question if the distribution of hydrophobic to hydrophilic amino acids has influence on the adsorption ability according to clean and contaminated surface. For experimental application it could be of interest to generated peptides (GEPI´s) which bind both surface types without changing the secondary structure motives then as we know functionality is based on these structures. In the case of the PHMB polymer adsorption was observed depending on the hydroxylation ratio and therefore on the charge density of the rutile (100) surface. After analysis of the simulations takeaways from experiments could be substantiated. The PHMB interacts with the negative charged surface via the first water layer as a film. So the new force field model describing the rutile (100) titanium dioxide surface with additional carbon contamination model of one monolayer pentanol fits the experimental data very well. The adsorption studied on this surfaces indicates that the contamination as expected makes the surface more hydrophobic and influences the adsorption behavior of the tested peptides especially the secondary structure of TiOBP1. This indeed enhances experimental investigations. Peptides which e.g. link organic and inorganic parts should be good adsorbing on clean and contaminated surfaces by keeping their functionality. Furthermore experimental data can be substantiated by using atomistic simulations like in the case of PHMB adsorption.
Die Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT) ist eine seltene, aber lebens-bedrohliche unerwünschte Wirkung einer Therapie mit Heparin. Ausgelöst wird sie durch die Bildung von Antikörpern, die gegen Komplexe aus dem positiv geladenem Thrombozytenprotein Plättchenfaktor 4 (PF4) und negativ geladenem Heparin gerichtet sind und Thrombozyten aktivieren können, welches sich klinisch in einer schweren prothrombotischen Diathese bei gleichzeitiger Thrombozytopenie äußert. Bemerkenswert ist, dass im Widerspruch zur klassischen Immunantwort bei der HIT auch von Heparin-naiven Patienten binnen weniger Tage anti-PF4/Heparin-Antikörper der Immunglobulinklasse G gebildet werden, welche eigentlich eine sekundäre Immunantwort repräsentieren. Darüber hinaus ist bekannt, dass PF4 auch mit verschiedenen polyanionischen Nichtheparinen Komplexe bildet, die von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Nukleinsäuren, die aufgrund ihres Reichtums an Phosphatgruppen ebenfalls stark negativ geladenen sind, mit PF4 Komplexe bilden, die von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt werden. Da eine Bildung antigener Komplexe mit PF4 für therapeutisch eingesetzte Nukleinsäuren von hoher praktischer Relevanz wäre, wurde außerdem die Interaktion von PF4 mit verschiedenen Aptameren untersucht. Dazu wurde die Interaktion zwischen PF4 und Nukleinsäuren in systematischen Bindungsstudien mit verschieden strukturierten Nukleinsäuren charakterisiert. Mittels Circulardichroismus-Spektroskopie wurde der Einfluss eines Modellaptamers auf die Sekundärstruktur von PF4 mit dem Einfluss von Heparin auf die PF4-Struktur verglichen. Die Kreuzreaktivität von anti-PF4/Heparin-Antikörpern gegen PF4/Nukleinsäure- bzw. PF4/Aptamer-Komplexe wurde mittels Immunassay und Thrombozytenfunktionstest untersucht. Schließlich wurde im Mausmodell die in-vivo-Immunogenität eines PF4/Aptamer-Komplexes überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass Nukleinsäuren längen- und strukturabhängig mit PF4 interagieren. Die Neigung zur Komplexbildung mit PF4 stieg mit der Länge der Nukleinsäure und dem Anteil doppelsträngiger Abschnitte. PF4/Nukleinsäure-Komplexe wurden von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt und konnten in Gegenwart dieser Antikörper eine Thrombozytenaktivierung vermitteln. Mit PF4/Aptamer-Komplexen immunisierte Mäuse produzierten anti-PF4/Aptamer-Antikörper, welche gegen PF4/Heparin-Komplexe kreuzreagierten. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass insbesondere Aptamere mit hohem Anteil an doppelsträngigen Abschnitten mit PF4 Komplexe bilden können, die ein ähnliches Epitop exprimieren wie PF4/Heparin-Komplexe und damit ein potentielles Risiko für die Erzeugung HIT-ähnlicher prothrombotischer Komplikationen bergen. Nukleinsäuren könnten einen endogenden Interaktionspartner von PF4 darstellen und das höhere HIT-Risiko von Patienten nach großen orthopädischen Eingriffen oder schweren Infektionen erklären, welche mit höheren Plasmaspiegeln zellfreier Nukleinsäuren einhergehen. Darüber hinaus könnte die Interaktion von PF4 mit endogenen Nukleinsäuren eine Erklärung für die frühe Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörper der Immunglobulinklasse G liefern.
Bei der juvenilen idiopathischen Arthritis (JIA) handelt es sich um eine multifaktorielle, polygene Autoimmunerkrankung, in deren Pathogenese T-Zellen eine wichtige Rolle spielen. Das cytotoxische T-Lymphozyten-Antigen-4 (CTLA-4) als Oberflächenmolekül auf aktivierten T-Zellen hat negativ-regulatorische Wirkung und supprimiert eine überschießende Immunantwort. Assoziationen verschiedener Single Nucleotid Polymorphisms (SNPs) im Gen des CTLA-4 zu unterschiedlichen Autoimmunerkrankungen sind vorbeschrieben. Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss zweier ausgewählter Polymorphismen des CTLA-4 Gens (-318 Promotor C/T und +49 Exon 1 A/G) auf die Ausprägung der JIA und ihrer Unterformen zu untersuchen. 844 DNA-Proben von JIA-Patienten, sowie insgesamt 662 Kontrollen wurden genotypisiert. Die Kontrollgruppe setzte sich aus 500 lokalen Individuen der Region Vorpommern und 162 Personen aus ganz Deutschland zusammen. Die Genotypisierung erfolgte mittels Allelspezifischer Duplex-PCR und anschließender Gelelektrophorese. Beim Vergleich der JIA-Patienten mit der Kontrollgruppe konnte für die Psoriasisarthritis eine Assoziation für den -318 C/T SNP nachgewiesen werden. Für den +49 A/G SNP war keine Assoziation zu finden. Die Allelverteilung der JIA-Patienten zeigte eine nicht signifikante Häufung des A+49-Allels bei Psoriasisarthritis und Enthesitis-assoziierter Arthritis sowie einen signifikanten Zusammenhang des T-318-Allels bei Psoriasisarthritis. Bei Betrachtung der Allel- und Genotypverteilung der untersuchten SNPs in verschiedenen Regionen, Ländern und Ethnien in Daten der Literatur fiel eine große Variabilität, vor allem des +49-Exonpolymorphismuses auf. Weiterhin konnte ein vorbeschriebenes Linkage Disequilibrium, im Sinne einer genetische Kopplung, für die beiden untersuchten Polymorphismen bestätigt werden. Zur funktionellen und klinischen Bedeutung der von uns gefundenen Assoziation zwischen dem -318 C/T SNP und Psoriarisarthritis sind noch weitere Untersuchungen mit größeren Fallzahlen notwendig. Wichtig ist aufgrund der breiten Variabilität der Genotypverteilung in verschiedenen Ethnien, Ländern und Regionen adäquat passende Patienten- und Kontrollgruppen zu wählen. Aufgrund des Linkage Disequilibriums der beiden untersuchten Genorte empfehlen sich für weitere Studien Haplotypanalysen.
Am Institut für Community Medicine wurde ein vielschichtiges zentrales Datenmanagement für epidemiologische Probandenstudien (z.B. „Individualisierte Medizin“ und SHIP) und für Studien in der Patientenversorgung (z.B. GANI_MED) konzipiert und implementiert. Die Komplexität des Datenmanagements resultiert aus Umfang und Heterogenität der akquirierten Daten sowie aus multizentrischen und longitudinalen Studienansätzen. Hinzu kommen umfassende Anforderungen an den Schutz personenbezogener Daten, die modulare Einwilligung der Studienteilnehmer sowie die Sicherstellung einer adäquaten Datenqualität, Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit etc. Im Rahmen der Probandenstudien wurde eine hochverfügbare webbasierte EDC-Software (Electronic Data Capture) entwickelt, die mit Hilfe intuitiver eCRFs (electronic Case Report Forms) die datenschutzkonforme und qualitätsgesicherte Datenakquise ermöglicht. Eine Data Dictionary-getriebene eCRF-Generierung erlaubt die effiziente Erzeugung neuer und Wartung bestehender Formulare. Ergänzt wird die EDC-Software durch HL7- und DICOM-Empfängersysteme zur nahtlosen Integration des Datenmanagements in vorhandene klinische Informationssysteme. Im Rahmen von „Individualisierte Medizin“ und SHIP wurden von Juni 2008 bis August 2012 insgesamt 6.753 Probanden untersucht und ca. 1,8 Mio. Datensätze revisionssicher persistiert. Zukünftig könnte das Datenmanagement dazu in der Lage sein, weitere Forschungsdaten aus bereits akquirierten Daten zu generieren, z.B. Organvolumina aus MRT-Bilddaten, und sie automatisiert mit weiteren Merkmalen zu korrelieren. Die Limitationen der webbasierten EDC-Software liegen in der Datenakquise ohne vorhandenen (stabilen) Internet-/Netzwerkzugang. Diese Bedingungen sind jedoch in Studien im Kontext der Patientenversorgung vorzufinden. Um die Datenakquise dennoch zu ermöglichen, wurde eine Java-basierte EDC-Software zur asynchronen dezentralen Datenerfassung und nachgelagerten zentralen Datensynchronisation / integration entwickelt. Die Software ist für den unterbrechungsfreien und flexiblen Einsatz im klinischen Umfeld optimiert. Jedoch geht die Asynchronität einher mit einer ungleich höheren technischen Komplexität und einer erhöhten Fehleranfälligkeit, z.B. aufgrund der Notwendigkeit Client-seitiger Software-Aktualisierungen. In GANI_MED wurden von Mai 2011 bis August 2013 insgesamt 3.141 Patienten untersucht und ca. 140.000 Datensätze revisionssicher in den zentralen Datenbestand integriert. Optimierungspotential bietet der Einsatz neuer HTML5-Features, um zugleich synchrone als auch asynchrone Datenerfassungen zu ermöglichen und von den Vorteilen webbasierter Software zu profitieren.
Einleitung: Es gibt derzeit zwei anerkannte Therapieoptionen des Typ-1-Diabetes mellitus bei Kindern und Jugendlichen. Diese sind die konventionelle Injektionstherapie und die subkutane Insulinpumpentherapie. Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich dieser beiden Therapieformen hinsichtlich der Therapiesicherheit und der Effektivität der metabolischen Einstellung bei Kindern und Jugendlichen in stationärer Rehabilitationsbehandlung. Patienten und Methoden: Eingeschlossen in diese Untersuchung wurden alle Kinder und Jugendlichen (n = 901, 52 % Mädchen, Alter 11,5 ± 4,0 Jahre, Diabetesdauer 4,0 ± 3,6 Jahre, HbA1c 8,61 ± 2,12 %), die im Zeitraum zwischen dem 01.04.2004 und dem 31.10.2010 in Rehabilitationsbehandlung im Inselklinikum Heringsdorf aufgenommen waren. Ergebnisse: Zum Zeitpunkt der Aufnahme werden 707 Patienten mit intensivierter Injektionstherapie und 194 mittels Insulinpumpe behandelt. 10 % der Kinder (n = 92) waren im Vorschulalter (< 6 Jahre), 26 % (n = 232) im Grundschulalter (≥ 6 < 11 Jahre), 49 % (n = 443) im Pubertätsalter (≥ 11 < 16 Jahre) und 15 % (n = 134) waren postpubertär (≥ 16 Jahre). Kinder und Jugendliche mit CSII hatten eine längere Diabetesdauer (5,3 ± 3,7 vs. 3,6 ± 3,5 Jahre, p < 0,01) bei vergleichbarem HbA1c (8,35 ± 1,71 vs. 8,72 ± 2,26 %, p = 0,09), niedrigeren postprandialen Blutglukosewerten (10,0 ± 3,0 vs. 12,2 ± 3,3 mmol/l, p = 0,03), einer vergleichbaren mittleren Blutglukoseschwankungsamplitude (9,8 ± 3,2 vs. 9,4 ± 3,4 mmol/l, p = 0,22) und einer höheren Zahl von Blutglukoseselbstkontrollen (45,4 ± 13,3 ± 38,2 ± 11,5 Selbstkontrollen/Woche, p < 0,01). In der multivariaten Analyse ergab sich die Blutglukoseschwankungsamplitude als wichtigster mit dem HbA1c assoziierter Parameter (ICT-Gruppe R-square = 0,372, ß = 0,184, p < 0,01, CSII-Gruppe: R-square = 0,313, ß = 0,241, p < 0,01). Das Auftreten an Hypoglykämien in der ICT-Gruppe (R-square = 0,09) ist assoziiert mit der Anzahl an Blutglukoseselbstkontrollen (β=0,17, p<0,01), dem HbA1c (β= - 0,12, p<0,01), der Blutglukoseschwankungsamplitude (β=0,08, p=0,04) sowie der Diabetesdauer (β= -0,1, p<0,01). Dementgegen besteht in der CSII-Gruppe (R-square = 0,06) eine negative Assoziation mit der Diabetesdauer (β= - 0,251, p<0,01). Schlussfolgerungen: Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes mellitus werden besonders häufig im Pubertätsalter zur stationären Rehabilitation eingewiesen. Gerade hier benötigen viele Jugendliche zur optimalen Stoffwechseleinstellung und psychosozialen Teilhabe besondere Unterstützung (Empowerment, strukturierte Behandlung und Schulung). In Zusammenschau aller Altersgruppen zeigen die untersuchten metabolischen Parameter zwischen beiden Therapiegruppen einen vergleichbaren Therapieerfolg (HbA1c und Blutglukoseschwankungsamplitude) und keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Therapiesicherheit (Anzahl an Hypoglykämien). Hinsichtlich zukünftiger Ansatzpunkte für eine weitere Verbesserung der metabolischen Kontrolle wäre eine Verringerung der Blutglukoseschwankungsamplitude ein lohnenswertes Ziel.
Carbamoylasen und Hydantoinasen werden im „Hydantoinase-Prozess“ großindustriell zur Synthese enantiomerenreiner Aminosäuren eingesetzt. Durch Verwendung einer Hydantoin-Racemase kann eine Ausbeute von theoretisch 100 % erreicht werden. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die beteiligten Enzyme mittels Protein-Design, an neue Substrate angepasst werden können. Dabei wurde die Carbamoylase aus A. aurescens einem gene-shuffling mit den eng verwandten beta-Ureidopropionasen aus S. kluyveri und A. tumefaciens unterzogen. Weiterhin wurde ein durch Dockingexperimente gestütztes rationales Design durchgeführt und auf dieser Basis gezielte Mutationen im aktiven Zentrum der Carbamoylase eingebracht, sowie fokussierte Bibliotheken des aktiven Zentrums erzeugt. Es konnte die Akzeptanz von β-Aminosäurederivaten als Substrat in dieser Carbamoylase erreicht werden. Das aktive Zentrum einer Hydantoinase aus Ochrobactrum spec. wurde ebenfalls mittels rationalem Design vergrößert um eine Akzeptanz von 5,5-disubstituierten Hydantoinen zu ermöglichen. Die Aktivitätsmessung gegenüber den neuen Substraten wurde in einem mehrstufigen Assaysystem durchgeführt. Dieses System basierte auf einem auf Ammoniummangel beruhenden Wachstumsassay, einem NADH Assay mit Glutamat-Dehydrogenase als Kopplungsenzym, sowie auf direktem HPLC Nachweis.
Hintergrund: In den letzten Jahren wurde ein Zusammenhang zwischen Vitamin D Mangel, erhöhten Inflammationsmarkern und Herz- Kreislauf-Erkrankungen beobachtet. Da es nur wenige Daten zur Assoziation zwischen Vitamin D Mangel und chronischer Inflammation aus der Allgemeinbevölkerung gibt, haben wir den Zusammenhang zwischen der 25-hydroxy Vitamin D [25(OH)D] Serumkonzentration und den drei Inflammationsmarkern, hoch-sensitives C-reaktives Protein (hs-CRP), Fibrinogen und der Leukozytenzahl untersucht. Methoden: Die Studienpopulation umfasst 2725 Männer und Frauen im Alter von 25-88 Jahren aus dem ersten Follow-up der populationsbasierten Study of Health in Pomerania (SHIP-1). Die Assoziationen zwischen der 25(OH)D Konzentration und den Inflammationsmarkern wurden mit Varianzanalysen (ANOVA), linearen und logistischen Regressionsmodellen untersucht. Alle Modelle wurden für Geschlecht, Alter, Taillenumfang, Diabetes Mellitus, Dyslipidämie und Einnahme von antiinflammatorischer Medikation adjustiert. Es zeigte sich eine Interaktion zwischen der 25(OH)D Konzentration und dem Rauchstatus im linearen Regressionsmodell für die Leukozytenzahl (p=0.07). Daher wurden alle Analysen zur Leukozytenzahl getrennt für Raucher und Nichtraucher gerechnet. Ergebnisse: Es zeigte sich ein u-förmiger Zusammenhang zwischen der 25(OH)D und der hs-CRP Konzentration. Der hs-CRP Spiegel sank bis zu einer 25(OH)D Konzentration von 21 ng/ml. Ab einer 25(OH)D Konzentration von etwa 25 ng/ml kam es zu einem leichten Wiederanstieg des hs-CRP. Es zeigte sich ein signifikanter inverser Zusammenhang zwischen 25(OH)D und Fibrinogen. Raucher hatten im Mittel eine höhere Leukozytenzahl als Nichtraucher. Für Raucher zeigte sich ein inverser Zusammenhang zwischen der 25(OH)D Konzentration und der Leukozytenzahl. Für Nichtraucher zeigte sich kein Zusammenhang. Schlussfolgerung: Unsere Studie bestätigt eine potentielle Rolle des Vitamin D Status bei chronischer Inflammation. Ein positiver Effekt eines 25(OH)D Anstiegs kann bei Vitamin D Defizienz vermutet werden.
Zielsetzung: Der Weite des Ventrikelsystems kommt in der neuroradiologischen Diagnostik eine zentrale Bedeutung zu. Doch auch heute mangelt es noch an validen Daten zum physiologischen Alterungsprozess der Ventrikel. Das Volumen der Seitenventrikel soll mit einem neuen Ansatz einer semiautomatischen Volumetrie anhand von MRT-Daten der SHIP-Studie an einer großen Studienpopulation bestimmt werden. Anhand der erhobenen Daten sollen altersspezifische Normwerte generiert, sowie epidemiologische Einflussfaktoren untersucht werden. Die Gültigkeit bereits etablierter Indices (Evans Index, Frontal and Occipital Horn Ratio) zur Beurteilung der Weite des Ventrikelsystems soll überprüft und für die FOHR ein Schwellenwert definiert werden. Methodik: Es wurden 2988 gesunde Probanden aus dem Kollektiv der SHIP-Studie mittels kranialer MRT-Aufnahmen untersucht. Mit Hilfe der semiautomatischen Volumetrie mittels FSL FAST und ALVIN-Maske wurden die Volumina der Seitenventrikel, der grauen und weißen Hirnsubstanz, das gesamte Liquorvolumen, sowie komplettes Hirn- und Schädelvolumen bestimmt und mit Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht und BMI korreliert. Des Weiteren wurden bei den Probanden EI und FOHR bestimmt und mittels einer ROC-Analyse die Schwellenwerte für ein erhöhtes Ventrikelvolumen (VV) beurteilt. Ergebnisse: Das durchschnittliche VV betrug für alle Probanden 22,8 ± 11,0 ml. Frauen hatten dabei ein signifikant geringeres VV als Männer (im Mittel 20,0 ± 9,5 vs. 26,0 ± 11,7 ml; p<0,001), zeigten jedoch eine stärkere relative Zunahme des VV mit zunehmendem Alter (153,7% vs. 134,9%). Das VV und das gesamte Liquorvolumen nahmen kontinuierlich mit zunehmendem Alter zu, während sich die Volumina der grauen und weißen Hirnsubstanz konstant verringerten. EI und FOHR erreichten als Testparameter eine hohe Spezifität (97,2% vs. 96,9%). Die Sensitivität war bei beiden Indices mäßig und bei der FOHR höher als beim EI (70,1% vs. 55,4%). Schlussfolgerungen: Der vorgestellte neue Ansatz der semiautomatischen Volumetrie von Hirngewebe als Kombination von FSL FAST und der ALVIN-Maske ist in der Lage ein großes Probandenkollektiv zeitlich effektiv, mit überschaubarem Aufwand und validen Ergebnissen auszuwerten. Anhand der SHIP-Daten konnten erstmals valide Normwerte für das Volumen der Seitenventrikel in einer gesunden Normalbevölkerung für alle Altersklassen erhoben werden. Es zeigte sich eine signifikante Korrelation des VV mit dem Alter, die bei Männern stärker ausgeprägt war als bei Frauen. Die weiteren Parameter Größe, Gewicht und BMI stellten keine relevanten Einflussfaktoren für das VV dar. Die Indikatoren EI und FOHR sind beide auf Grund ihrer hohen Spezifität gute Screening-Parameter im klinischen Alltag und gut geeignet, um eine Ventrikulomegalie auszuschließen. Die FOHR ist dabei ein besserer Parameter als der EI, wobei als Indikator für ein dilatiertes Ventrikelsystem ein Schwellenwert von FOHR>0,4 genutzt werden sollte.
Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Untersuchung ist die Machbarkeitsprüfung und Dosisfestlegung für eine gewichtsadaptierte Kontrastmittelapplikation bei der CTA der kraniozervikalen Gefäße. Material und Methodik: Ein positives Ethikvotum (Registriernummer BB65/09) der fakultätseigenen Ethikkommission lag vor. Das Patientenkollektiv umfasste insgesamt 120 Patienten. 60 Patienten wurden prospektiv in drei Gruppen von je 20 Patienten mit gewichtsadaptierter Kontrastmittelgabe von 1,5 ml/kg, 1,0 ml/kg oder 0,5 ml/kg Körpergewicht des Kontrastmittels Visipaque 270® untersucht. Im retrospektiven Teil der Studie wurden 60 CT-Angiographien der Kopf-Hals-Gefäße ausgewertet, welche nach dem Standard-Protokoll mit 80 ml Kontrastmittel Visipaque 270® durchgeführt wurden. Die Patienten wurden hierfür nach Alter und Geschlecht passend zu den prospektiven Patienten ausgewählt („gematcht“). An definierten anatomischen Zielpositionen im kraniozervikalen Gefäßsystem erfolgte für alle CTAs eine ROI-Analyse mit Bestimmung der maximal erreichten Hounsfield-Einheiten. Hieraus wurden SNR- und CNR-Werte berechnet. Eine Subgruppenanalyse betrachtete die Unterschiede zwischen normalgewichtigen und übergewichtigen Patienten. Die subjektive Bildqualität wurde von zwei erfahrenen, verblindeten Neuroradiologen beurteilt. Ergebnisse: Zwischen Körpergewicht bzw. BMI und dem intravasalen Enhancement konnte bei Verabreichung einer Standarddosis eine negative Korrelation festgestellt werden, die bei gewichtsadaptierter Kontrastmittelgabe geringer war. Die gewichtsadaptierten Protokolle mit 1,5 ml/kg und 1,0 ml/kg waren dem Standardprotokoll teilweise überlegen, teilweise auch gleichwertig im erreichten Enhancement, während eine Dosierung von 0,5 ml/kg eine schlechtere Kontrastierung und Bildqualität ergab. Zwischen den beiden Protokollen mit 1,5 ml/kg und 1,0 ml/kg war dabei kein signifikanter Unterschied nachweisbar. Bei übergewichtigen Patienten wurde mit einer gewichtsadaptierten Dosierung von 1,5 ml/kg oder 1,0 ml/kg im Vergleich zur Standarddosis eine Verbesserung von Kontrastmittelenhancement und Bildqualität erreicht, wobei beide im Vergleich miteinander keinen signifikanten Unterschied zeigten. Bei Patienten mit einem Körpergewicht unter 80 kg wurde durch die gewichtsadaptierte Gabe von 1,0 ml/kg die applizierte Gesamtiodmenge gegenüber der Standarddosis von 80 ml Kontrastmittel reduziert bei gleichbleibendem arteriellen Enhancement und hoher subjektiver Bildqualität. Schlussfolgerung: Hieraus ergibt sich schlussfolgernd, dass für die CTA der kraniozervikalen Gefäße eine gewichtsadaptierte Kontrastmittelapplikation mit einer Dosierung von 1,0 ml/kg Körpergewicht bei einer Iodkonzentration von 270 mg Iod/ml Kontrastmittel empfohlen werden kann.
Type 2 diabetes mellitus is one of the most challenging health problems for the next decades. The impact of type 2 diabetes mellitus on health care systems is largely driven by the increasing prevalence, the management of the disease and subsequent comorbidities, even in people with prediabetes or undiagnosed type 2 diabetes mellitus. An early detection of high risk groups is necessary to identify and modify risk factors such as obesity, physical inactivity or cigarette smoking which showed regional disparities in their distribution within a country. This leads to the assumption that there might be regional disparities regarding the prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus as well. For Germany as for other countries, comparable data on possible regional disparities in the prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus are missing. The aim of the present dissertation is to estimate the prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus on regional level within Germany, and to estimate the smoking prevalence as a modifiable risk factor in individuals with type 2 diabetes mellitus using data from the Diabetes Collaborative Research of Epidemiologic Studies consortium (DIAB CORE) within the Competence Net Diabetes in Germany. Well comparable data of five regional studies and one nationwide reference study are included: the Study of Health in Pomerania (SHIP); the Cardiovascular Disease, Living and Ageing in Halle Study (CARLA); the Dortmund Health Study (DHS); the Heinz Nixdorf Recall Study (HNR); the Cooperative Health Research in the Region of Augsburg Study (KORA); and the German National Health Interview and Examination Survey 1998 (GNHIES 98). First, the prevalence of type 2 diabetes mellitus was estimated. Data from five regional population-based studies and one nationwide study conducted between 1997 and 2006 with participants aged 45 to 74 years were analyzed. Type 2 diabetes mellitus prevalence estimates based on self-reports (standardized to the German population for the regional studies, reference date 2007/12/31) were compared. Of 11,688 participants of the regional studies, 1,008 had a known type 2 diabetes mellitus, corresponding to a prevalence of 8.6% (95% confidence interval [CI] 8.1% 9.1%). The standardized prevalence was highest in the East with 12.0% (95% CI 10.3% 13.7%) and lowest in the South of Germany with 5.8% (95% CI 4.9% 6.7%).Second, the incidence of type 2 diabetes mellitus was estimated. Data from participants (baseline age 45 to 74 years) from five regional population-based studies were included. The incidence rates per 1,000 person-years (95% CI) and the cumulative incidence (95% CI) from regional studies were directly standardized to the German population (reference date 2007/12/31) and weighted by inverse probability weights for losses to follow-up. Of 8,787 participants, 521 (5.9%) developed type 2 diabetes mellitus corresponding to an incidence rate of 11.8 per 1,000 person-years (95% CI 10.8 12.9). The incidence of known type 2 diabetes mellitus showed regional disparities within Germany. The incidence was highest in the East and lowest in the South of Germany with 16.9 (95% CI 13.3 21.8) vs. 9.0 (95% CI 7.4 11.1) per 1,000 person-years, respectively. Third, the smoking prevalence in participants aged 20 to 79 years with type 2 diabetes mellitus in the regional SHIP and the nationwide GNHIES 98 was estimated. Prevalence estimates of cigarette smoking were calculated using weights reflecting the European adult population (reference date 2005/12/31). The overall prevalence of current smoking was lower among participants with type 2 diabetes mellitus than among participants without type 2 diabetes mellitus (17.3% vs. 38.0% in SHIP and 24.7% vs. 32.1% in GNHIES 98). In both studies, the prevalence of current smoking was highest in men aged 20 to 39 years, in particular among men with type 2 diabetes mellitus. To conclude, considerable disparities in prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus indicate the need for interventions on the regional level within Germany. Former smoking was more prevalent among both men and women with type 2 diabetes mellitus in comparison to current and non-smoking. This finding probably reflects behavioural changes secondary to the disease onset and medical counselling. The finding that men aged 20 to 39 years with type 2 diabetes mellitus were more often current smokers than men without type 2 diabetes mellitus underpins the importance of smoking as one of the main modifiable risk factors for type 2 diabetes mellitus.
Die Sinusvenenthrombose (SVT) ist eine seltene, aber potentiell lebensbedrohliche Erkrankung, welche aufgrund der variablen und oft sehr unspezifischen klinischen Manifestationen schwierig zu diagnostizieren ist, jedoch einer frühzeitigen und adäquaten Therapie zur Verbesserung des klinischen Outcomes bedarf. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, zu prüfen, ob bereits aus der ersten routinemäßig durchgeführten Diagnostik, dem nativen cCT, mit Hilfe eines zu ermittelnden Schwellenwertes verlässliche Prognosen bezüglich des Vorliegens einer SVT getroffen werden können. Hierzu wurden in einem aus 225 Patienten bestehenden retrospektiven Kollektiv an vorher definierten Standardstellen Dichtewerte im Bereich der Sinus von Patienten mit und ohne nachgewiesener SVT gemessen. Daneben wurden zur Normalisierung der Dichtewerte zusätzlich Verhältnisse zum Hämatokrit und zum Hämoglobinwert gebildet. Anschließend wurden mögliche Schwellenwerte ermittelt, welche dann an einem prospektiven Patientenkollektiv überprüft wurden. Es zeigte sich, dass das Messen im Bereich von definierten Standardstellen keinen Erfolg verspricht, ebenso verhielt es sich mit der zusätzlichen Messung von Dichtewerten im Bereich hyperdenser Sinus. Zudem konnten die in der Literatur beschriebenen Schwellenwerte prospektiv nicht bestätigt werden. Diese Ergebnisse weisen deutlich auf die Notwendigkeit einer weiterführenden Gefäßdiagnostik hin. Hierbei bietet sich insbesondere die CTV aufgrund der schnellen Verfügbarkeit direkt im Anschluss an das routinemäßig zuerst durchgeführte native cCT im Sinne einer „one-stop-examination“ an.
In summary, the transcriptome data demonstrated that acute RAP for 7h induces significant changes in the expression of several left atrial genes, including those reflecting ANG II-mediated oxidative stress, tissue remodeling, and energy depletion. Furthermore, the results from the dronedarone study demonstrated that this drug is capable of attenuating most of RAP-induced changes in oxidative stress-related gene expression. Accordingly, the haemodynamic parameters also showed that dronedarone reduced RAP-induced microvascular flow abnormalities. This view is supported by the observation that in the used porcine model of acute AF, dronedarone decreased RAP-dependent PKC phosphorylation, NADPH isoform expression, F2-isoprostane release and IκBα phosphorylation. Additionally, the results of the irbesartan study indicate that ET-1 contributes to AF-dependent atrial fibrosis by synergistic activity with ANG-II to stimulate SGK1 expression and enhance phosphorylation of the SGK1 protein which, in turn, induces CTGF. The latter has been consistently associated with tissue fibrosis. In support of this view, in vitro analyses using HL-1 cells verified CTGF induction after short episodes of RAP and additionally in response to exogenous addition of ET-1. Accordingly, irbesartan was shown to attenuate most of the RAP-dependent changes in atrial or ventricular gene expression.
Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus) is a harmless resident of the human nasopharyngeal cavity, and, in general, every individual is likely to be colonized asymptomatically at least once during life. However, under certain conditions, the bacterium can spread to other tissues and organs causing local, non-invasive infections but also lifethreatening, invasive diseases. Pneumococcal carriage and infection is a highly regulated interplay between pathogen- and host-specific factors and the intimate contact of S. pneumoniae with the surface of the nasopharynx is the crucial step in pneumococcal pathogenesis. Pneumococcal adherence to the respiratory epithelium is mediated by surface-exposed adhesins. These adhesins engage host cell receptors either directly or indirectly by recognizing glycoproteins of the extracellular matrix (ECM) including structural components, such as collagens, laminins, and fibronectins, as well as plasma-derived ECM modulators, like vitronectin and Factor H. Pneumococcal surface protein C (PspC) is a surface-exposed protein and important virulence factor of S. pneumoniae. The multifunctional PspC protein promotes pneumococcal adherence to host cells by interacting with the secretory component of the human polymeric Immunoglobulin receptor of respiratory cells. In addition, PspC facilitates pneumococcal immune evasion by recruiting the complement inhibitor proteins C4b-binding protein (C4BP) and Factor H. Moreover, Factor H bound to the pneumococcal surface promotes bacterial adhesion to human epithelial and endothelial cells. S. pneumoniae also interacts with the human glycoprotein vitronectin. In plasma, monomeric vitronectin regulates thrombosis, fibrinolysis and the terminal complement cascade, while it additionally mediates cell-matrix interactions, cell adhesion and migration in the ECM. It was shown that multimeric, ECM-associated vitronectin facilitates pneumococcal adherence to respiratory epithelial cells. In addition, the interaction of pneumococci with vitronectin promotes their uptake by mucosal epithelial cells via the engagement of the integrin αvβ3 receptor and activation of intracellular signaling pathways culminating in cytoskeletal rearrangements. This study aims to identify and characterize the surface-exposed protein(s) that mediate binding of pneumococci to vitronectin and to elucidate the impact of vitronectin on pneumococcal pathogenesis beyond its function as molecular bridge between pneumococcus and host. Flow cytometric, immunosorbent and surface plasmon resonance experiments revealed that PspC is a vitronectin-binding protein of S. pneumoniae. The specificity of the interaction with vitronectin was confirmed using recombinant PspC proteins and Lactococcus lactis heterologously expressing PspC on their surface. Factor H did not hinder vitronectinbinding to PspC indicating that vitronectin recognizes the central part of PspC. Secretory IgA inhibited but not completely prevented vitronectin-binding to PspC, strongly suggesting that vitronectin binds near, but not directly to, the SC-binding region within the R domain(s) of PspC. In addition, PspC proteins comprising two R domains bound with higher affinity to vitronectin than PspC containing only one R domain, indicating that two interconnected R domains are required for efficient vitronectin-binding. Despite the sequential and structural differences to classical PspC, the PspC-like protein Hic specifically interacted with vitronectin with similar affinity than PspC containing two linked R domains. Binding studies confirmed that Factor H interacts with the very N-terminal region of Hic showing high sequence homology to classical PspC proteins, while vitronectin recognizes an adjacent region in the N-terminal region of Hic. The studied PspC proteins bound to both soluble and immobilized vitronectin, and the C-terminal heparin-binding domain (HBD3) was identified as PspC-binding motif in soluble vitronectin. However, in its immobilized form, vitronectin likely exposes additional binding sites for PspC since a region N-terminally to the identified HBD3 conferred binding of PspC. Vitronectin inhibits the terminal complement pathway, thereby preventing proinflammatory immune reactions and tissue damage. In general, pneumococci are protected from opsonization and MAC-dependent lysis by their capsule. However, pneumococci in close contact to human cells can become susceptible to complement attack due to reduced amounts of capsule. In addition, they can be severely affected by TCC-induced inflammatory responses. Vitronectin bound to PspC significantly inhibited the formation of terminal complement complexes. Thus, the interaction of PspC with vitronectin might aid in immune evasion of S. pneumoniae by inhibiting complement-mediated lysis and/or suppressing proinflammatory events. In conclusion, the results revealed the multifunctional PspC and Hic as vitronectin-binding proteins and proposed a novel role for the specific interaction of S. pneumoniae with vitronectin in regulating the complement cascade, beside its function as molecular bridge to the respiratory epithelium.
Die Verlängerung des Aufenthalts einer Arzneiform im Magen kann enorme Vorteile insbesondere für Arzneistoffe mit einem Absorptionsfenster im oberen Dünndarm oder schlechter Bioverfügbarkeit bieten. Bei gleichzeitig kontrollierter Freisetzung eines enthaltenen Wirkstoffs können Plasmaspitzen und Fluktuationen im Blutplasma vermieden werden. Ziel der Arbeit war die Entwicklung und Charakterisierung solcher potentiell gastroretentiver Darreichungsformen in vitro und in vivo. Der Hauptteil der Arbeit umfasste die Entwicklung einer neuartigen Arzneiform, die bei nüchterner und postprandialer Gabe eine zuverlässige Gastroretention über mehrere Stunden zeigen und den Wirkstoff kontrolliert im Magen freigeben sollte. Das System bestand aus einer wirkstoffhaltigen Kerntablette und einem den Kern umgebenden, quellenden Mantel, welcher durch Expansion die angestrebte Gastroretention ermöglichen sollte. Im Rahmen der Formulierungsentwicklung erwies sich die Mischung aus einem hoch- und niedrigmolekularen Polyethylenoxid als geeignet für die Kontrolle der Wirkstofffreisetzung aus dem Kern. Die Ergänzung wasserlöslicher, osmotischer Hilfsstoffe ermöglichte eine weitgehend pH-unabhängige und vollständige Wirkstofffreigabe. In vitro-Quellungsstudien mit den entwickelten Manteltabletten ergaben eine schnelle und ausgeprägte Größenzunahme bei Testung in einfachen Freisetzungsmedien. Zur Prüfung des tatsächlichen gastroretentiven Potentials der entwickelten Manteltabletten mit dem Diuretikum Furosemid wurde eine Magnetic Marker Monitoring (MMM)-Studie durchgeführt. Das MMM basiert auf der magnetischen Markierung einer Arzneiform und der Bestimmung ihrer Lokalisation im Gastrointestinaltrakt mittels empfindlicher Sensoren. Nach Nüchterneinnahme wurden die Manteltabletten innerhalb von 38 ± 12 min aus dem Magen der Probanden entleert. Bei Applikation der Manteltabletten nach Einnahme einer hochkalorischen, standardisierten Mahlzeit konnte eine durchschnittliche Gastroretentionszeit von 8 ± 3 h erzielt werden. Die AUC(0-24 h) konnte im Studienarm mit Nahrung im Vergleich zur Nüchterneinnahme von 89 ± 56 ng·h/mL auf 708 ± 304 ng·h/mL gesteigert werden. Weiterhin wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein neuartiges mechanisches Antrummodell entwickelt, mit dem der Einfluss antraler Kontraktionswellen auf die Tendenz zur Entleerung von Objekten untersucht wurde. Große, starre Objekte wie eine Glaskugel wurden aufgrund ihrer geringen Reibung vor der Welle hergeschoben und aus dem Modell entleert. Auch die reibungsverminderte Oberfläche eines Cryogel-Schaums erhöhte die Tendenz zur Entleerung aus dem Modell. Vielversprechend war dagegen die unter allen variablen Testbedingungen beobachtete Gastroretention eines Trichobezoars. Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass weiterhin eine große Herausforderung in der Entwicklung von Arzneiformen besteht, die eine nachweisliche Gastroretention beim Menschen in Abwesenheit von Nahrung zeigen.
Nasenseptumperforationen stellen ein seltenes Krankheitsbild dar, welches jedoch mit erheblichen physischen und psychischen Beeinträchtigungen einhergehen kann. Eine mögliche Therapieform ist der chirurgische Verschluss. Dieser stellt hinsichtlich der OP-Methode und ihrer Erfolgschancen eine große Herausforderung dar. Ziel dieser Studie war es, anhand standardisierter Fragebögen und objektiver Messungen postoperative Langzeitergebnisse zu gewinnen, um das Abwägen für und wider eine Operation zu erleichtern. Hierfür wurden 57 Patienten aus der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie der Universitätsmedizin Greifswald befragt, die zwischen 1993 und 2009 mittels Brückenlappentechnik nach Schultz-Coulon operiert worden waren. Es handelte sich um 24 weibliche und 33 männliche Patienten mit einem Durchschnittsalter von 48 Jahren. Das Patientengut wurde in erfolgreich verschlossene (n= 35) und reperforierte Fälle (n= 22) geteilt. Es wurde die Lebensqualität beider Gruppen eruiert und bewertet. Dabei konnten Erkenntnisse durch Ermitteln aus Patientenakten, Befragung mittels standardisierter Fragebögen (SNOT 20-D, Lund McKay, NOSE-D, SF-36) und objektiver Messmethoden (Sniffin‘ Sticks, Akustische Rhinometrie, Rhinomanometrie, Rhinoresistometrie) gewonnen werden. Zur klinischen Nachuntersuchung erschienen 25 der Patienten. Die Auswertung der Fragebögen SNOT 20-D, Lund McKay und NOSE-D lieferte keine signifikanten Ergebnisse bezüglich der spezifischen rhinologischen Lebensqualität. Im SF-36 konnte hingegen eine signifikant verbesserte allgemeine Lebensqualität der Patienten mit erfolgreich verschlossenem Septum nachgewiesen werden. Sowohl die psychischen als auch physischen Skalenwerte waren höher als bei Patienten mit Reperforationen. Diese Spätrezidive traten bis zu 16 Jahre postoperativ auf. Spezifische Riechtests zeigten ein besseres Riechvermögen bei erfolgreicher Operation. Die Akustische Rhinometrie ergab keine signifikanten Unterschiede im Gruppenvergleich. Rhinoresistometrie und Rhinomanometrie deuteten eine leichtgradige Obstruktion der Nase nach erfolgreichem Septumverschluss an. Daraus wird eine Beziehung zwischen der anatomischen Beschaffenheit der Nase und einer Nasenatmungsbehinderung vermutet. Es bestand ein Zusammenhang zwischen objektiver Messung und subjektiver Einschätzung. So korrelierte die objektive Funktionsdiagnostik der Nase signifikant mit der Erhebung der allgemeinen Lebensqualität (Ergebnis des SF-36). Bei älteren Patienten war die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Operation geringer. Es konnte gezeigt werden, dass eine Septumperforation eine relevante Erkrankung ist, die mit dem Leidensdruck von Patienten mit schwerwiegenden chronischen Erkrankungen (Diabetes mellitus, atrophische Rhinitis) gleichzusetzen ist. Nach einem erfolgreichen Verschluss einer Septumperforation konnte eine physische und psychische Verfassung ähnlich der eines Gesunden hergestellt werden. Die postoperative Zufriedenheit war bei 77% der Patienten so groß, dass diese sich einer erneuten Operation unterziehen würden. Zusammenfassend ist es innerhalb der vorliegenden Arbeit gelungen, neue Erkenntnisse über die psychische und physische Verfassung von Septumperforationspatienten vor und nach einer Verschlussoperation zu ermitteln. Diese sollen empfehlend in der klinischen Praxis Anwendung finden. Wünschenswert wäre es, in zukünftigen multizentrischen Studien verschiedene Operationstechniken eines größeren Patientenkollektivs zu vergleichen. Nach unseren Erkenntnissen stellt der SF-36 hierfür einen validen Test dar. Eine Befragung der Patienten könnte sowohl kurz vor und nach der Operation erfolgen, um vergleichbare Daten zu erhalten. Zur Verbesserung der postoperativen Betreuung wäre ferner ein Recallsystem zu entwickeln.
Die Tumore im Kopf-Halsbereich bildeten eine oft vorkommende Tumorlokalisation. Einen Einfluss von geographischen Faktoren auf den Progress der Erkrankung und die medizinische Versorgung war weitestgehend unbekannt. Zur Analyse wurden Häufigkeiten, die Geschlechterverteilung und das Alter bei Diagnosestellung der Patienten mit benignen und malignen Tumoren herangezogen. Das Plattenepithelkarzinom als häufigstes Malignom wurde stellvertretend bezüglich der Lokalisationen, Beschwerdedauer, TNM-Einteilung mit Grading, Therapieverfahren, des Auftretens von Rezidiven und Zweittumoren sowie der benötigten Zeiten bis zur Diagnosestellung und Einleitung der Therapie genauer untersucht. Die Entfernungen und Fahrtzeiten mit dem Auto, dem Bus oder der Bahn zu den Hausärzten, Fachärzten und Kliniken wurden hinsichtlich des Einflusses auf den Tumorprogress analysiert. Einzelne geographische Barrieren ließen einen Rückschluss auf die Beeinflussung des Krankheitsverlaufs zu. Keine Beeinflussung und Korrelation ergab sich zwischen der initialen Tumorgröße, dem Lymphknotenstatus oder dem Differenzierungsgrad und der Fahrtzeit mit dem Auto zum Arzt oder zu einer Klinik. Bei den auswärtigen Kliniken fanden sich mit sinkender Fahrtzeit mehr Fernmetastasen, dieses lag bei kleinen Fallzahlen eher einem Fehler erster Art zugrunde und war statistisch nicht relevant. Auffällig signifikant korrelierte eine längere Fahrtzeit mit dem Auto vom Wohnort der Patienten zur Universitätsmedizin Greifswald mit dem Auftreten von Fernmetastasen. Zwischen der Autofahrtzeit zum Hausarzt, zum HNO-Facharzt oder zu auswärtigen HNO-Kliniken und einer Fernmetastasierung zeigte sich kein Zusammenhang. Aus der Fahrtzeit mit der Bahn zur Universitätsmedizin Greifswald und zu den HNO Fachärzten resultierte keine Veränderung des T-, N-, M-Stadiums oder des Grading Levels. Die Fahrtzeit mit der Bahn vom Wohnort zum Hausarzt hatte keinen Einfluss auf das T-, N- oder M-Stadium, gleiches galt für die Fahrtzeit mit der Bahn zu den HNO-Kliniken auf das T- und N-Stadium. Keine Zusammenhänge zeigten sich zwischen der Fahrtzeit mit dem Bus vom Wohnort zum HNO-Facharzt sowie zur Universitätsmedizin und dem Grading Level, wie zwischen der Fahrtzeit mit dem Bus zur Universitätsmedizin und der Tumorgröße. Geographische Hindernisse wie Insellage, das Vorhandensein einer Zugbrücke oder Fährverbindung beeinflussten nicht die Beschwerdedauer und die Zeit vom Stellen der Primärdiagnose bis zur Vorstellung in der Universitätsmedizin Greifswald. Insgesamt blieb so im Flächenland Mecklenburg – Vorpommern die medizinische Versorgung speziell im Bereich der Hausärzte, Fachärzte und Kliniken ohne große Auswirkungen auf den Tumorprogress bei den Patienten mit Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Halsbereich. Einzig innerhalb der Versorgung durch die Universitätsmedizin Greifswald zeigte sich eine Fernmetastasierung bei zunehmender Fahrtzeit mit dem Auto und sollte Anlass zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Gesundheitsstruktur geben.
Das Hairpin-Ribozym-basierte System CRZ-2 wurde verwendet, um Selbst-Prozessierungsprodukte nach Ribozym-Reaktion zu untersuchen. Inter- und intramolekulare Ribozym-Reaktionen sollten mit CRZ-2 und dem entsprechenden linearen 83mer (l-83mer) durchgeführt und Oligomere und zyklisierte RNAs nachgewiesen werden. Über die Bildung der intermediären Spaltprodukte und des finalen Spaltproduktes konnte der Ablauf der Spalt-Kaskade komplett gezeigt werden. Dies war insbesondere durch vergleichende Verwendung von Test-Systemen im denaturierenden Polyacrylamid-Gel möglich, da eines der Systeme eine eindeutige Separation der Produkte im Gel zulässt. Weiter konnten die zwei erwarteten Spalt-Produkte (83mer und 92mer) über Sequenzierung ihrer komplementären DNAs nachgewiesen werden. Um zwischen zyklischen und linearen Reaktionsprodukten unterscheiden zu können, wurden folgende Methoden herangezogen: i) 2D-PAGE ii) exonukleolytischer Abbau von RNA in Lösung und im Gel, iii) Vergleich des Laufverhaltens eines inaktiven RNA-Monomers mit dem Reaktionsgemisch des l-83mer nach Ligationsreaktion, iv) AFM und v) Ferguson-Plot. Es zeigte sich, dass das CRZ-2 nach Ribozym-Reaktion ausschließlich lineare Produkte und Oligomere bis zum Trimer hervorbringt, während das l-83mer nach Ligationsreaktion auch einen Ring, das zyklische 83mer, hervorbringt. Das Wissen um die Art der Reaktionsprodukte von CRZ-2 und dem l-83mer ermöglichten es, diese beiden RNAs als Referenz-Systeme zu benutzen, um Hairpin-Ribozym-basierte Varianten zu untersuchen. Die bioinformatische Entwicklung neuer Varianten erfolgte in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Ivo Hofacker (Universität Wien). Dabei wurde ein wahrscheinlichkeitsbasierter Entwurf (probability based design, kurz: PBD) für RNA-Sekundärstrukturen mittels Programm Switch.pl aus dem Vienna RNA package 2.0 verwendet. Die für die katalytische Aktivität der Hairpin-Ribozym-Varianten essentiellen Basenfolgen in den Loops wurden beibehalten. Alle Test-Systeme waren bistabil, denn sie zeigten indirekt, das die für CRZ-2 übliche Spalt-Kaskade durchlaufen wurde, indem das jeweilige zyklische 83mer über 2D-PAGE nachgewiesen wurde. Wie erwartet, waren die Varianten insgesamt aktiver als das Referenzsystem CRZ-2 und sie unterschieden sich, wie bioinformatisch charakterisiert, in ihrem Zirkularisationsverhalten bezüglich der Monomere. Bioinformatisch unerwartet war das Zyklisierungsverhalten der Dimere. Ausschließlich bei Test-System 4 könnten gemäß 2D-PAGE und AFM Analyse unter anderem auch dimere RNA-Ring entstanden sein. PBD4 ist das System, bei welchem die geringste Dimer-Zyklisierungstendenz angenommen wurde. Eine erste Evaluierung der PBD-Methode ergibt somit, dass die Erwartungen für die bioinformatische Charakterisierung des Ablaufs der Spalt-Kaskade bis zur Monomerzyklisierung erfüllt wurden. Für die bioinformatisch nicht vorausgesagten experimentellen Ergebnisse, z.B. bei der Dimerzyklisierung, könnten verstärkt tertiäre Interaktionen relevant sein, die mit der PBD-Methode zur Sekundärstrukturvorhersage nicht berücksichtigt werden. Sequenz-Alignments der Test-Systeme zu CRZ-2 ließen Rückschlüsse auf die Funktionen einzelner Basen zu. Vier Basen traten zusätzlich zu den vorgegebenen Sequenzen auf. Diese befinden sich in einer Helix und könnten kritisch für das Zustandekommen dieser Helix als wichtiges Strukturelement im bistabilen Ribozym sein. Dieser Aspekt könnte in weiterführenden Arbeiten mit rationalem Design z.B. über Einfach- oder Doppelmutation weiter untersucht und die Auswirkungen auf die Selbst-Prozessierungsereignisse analysiert werden. Interessant sind auch die eingeführten Mutationen im superstabilen Tetraloop der Hairpin-Ribozym-Varianten. Im Sequenz-Alignment zeigte sich, dass sich PBD3 und 4 nur um zwei sich im Tetraloop befindlichen Basen unterscheiden (Positionen 1 und 3). Da sich die beiden Systeme bezüglich ihrer Oligomerisierungs- und Zyklisierungstendenz unterscheiden, sind diese beiden Positionen für die Funktionen essentiell.
Das Material Titan wird Aufgrund seiner biokompatiblen Eigenschaften für orthopädische und dentale Implantate eingesetzt. Neben der erfolgreichen Implantation kommt es jedoch in manchen Fällen zu Komplikationen. Ein Grund für die Komplikationen können Kohlenwasserstoff-Kontaminationen auf der Titanoxid-Oberfläche sein. Diese aus der Luft stammenden Kontaminationen wurden im Rahmen dieser Arbeit analysiert und deren Einfluss auf die Adsorption von Aminosäuren studiert. Als Modellsystem wurden Alkohole gewählt, da deren Konzentration in der Krankenhausluft stark erhöht ist. Zur Analyse der Adsorption auf Titanoxid wurden Isothermen im Druckbereich von 10^-6 bis 10^4 Pa mit Alkoholen und Wasser gemessen. Hierbei konnte beobachtet werden, dass die Adsorption der Alkohole bei geringerem Druck (10^-6 Pa) beginnt als die des Wassers (10^-4 Pa). Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass sowohl das Wasser als auch die Alkohole schon bei Drücken adsorbieren, die unterhalb der Partialdrücke der jeweiligen Substanz in der Atmosphäre liegen. Zur Ermittlung der zugehörigen Adsorptionsenergien wurden die Daten an die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Brunauer-Emmet-Teller-Freundlich-Isotherme (BFI) angepasst. Die BFI unterscheidet sich von der klassischen Freundlichisotherme in der Beschreibung der lokalen Isothermen der heterogenen Oberfläche. So ist die klassische Freundlich-Isotherme durch eine Summe von Langmuir-Isothermen gegeben, wobei die BFI durch die Summation von lokalen BET-Isothermen entsteht. Aus der Anpassung der Rohdaten folgt, dass die Adsorptionsenergie der ersten Monolage für die Alkohole 95 kJ/mol ist und die Adsorptionsenergie des Wassers im Intervall zwischen 70 und 95 kJ/mol liegt. Sowohl der geringe Druck, bei dem Adsorption statt findet, als auch die Adsorptionsenergien zeigen, dass die Adsorption von Alkoholen aus der Luft an Titanoxid-Oberflächen thermodynamisch günstig ist. Zur Analyse der Haftstärke wurden die Alkohole des Modellsystems von der feuchten Titanoxid-Oberfläche desorbiert. Hierzu wurde die Technik der Thermischen Desorptions Spektrometrie (TDS) angewendet. Dabei wird die TiO2- Oberfläch konstant erhitzt und zu jeder Temperatur ein Massenspektrum der Desorbatgasphase gemessen. Damit im Spektrum zwischen der Oberflächenfeuchtigkeit und den Hydroxylfunktionen aus dem Alkohol unterschieden werden konnte, wurde zuerst D-Wasser und danach der Analyt-Alkohol an die Oberfläche adsorbiert. Aus den Daten der TDS wurden dann die Hauptreaktionen ermittelt und festgestellt, dass die kleinen Moleküle D2O, Methanol und Ethanol signifikant molekular desorbieren wohingegen Propanol und Butanol verstärkt zur Fragment-Desorption neigen. Beim Vergleich der Desorption der Alkohole mit Wasser wurde ermittelt, dass die Oberflächenfeuchtigkeit bei geringerer Temperatur beginnt zu desorbieren als die Alkohole. Bei erhöhter Temperatur über 600 K wurden die Desorptionsreaktionen durch den Zerfall der Desorbate überlagert. Um diese Ergebnisse quantifizieren zu können, wurden die Daten mit dem neu entwickelten RED1-Modell (Desroption mit überlagerter Reaktion) angepasst. Die Ergebnisse der Anpassung sind die Desorptionsenergien für die Alkohole (~162 kJ/mol) und für die Oberflächenfeuchtigkeit (~138 kJ/mol). Aus den Desorptionsenergien geht klar hervor, dass der Alkohol stärker an der TiO2-Oberfläche haftet als das Wasser und somit die Desorption unter physiologischen Bedingungen nicht zu erwarten ist. Außer den Desorptions-Energien wurden die Arrhenius-Parameter der Zerfallsreaktion ermittel. Diese liegen für die Alkohole und das Wasser in der gleichen Größenordnung (k0,rkt=0.07-7.22 s-1 und Erkt=26.91-43.33 kJ/mol). Zum Ende der Arbeit wurde der Einfluss der Kohlenwasserstoffschicht auf die Adsorption von Aminosäuren untersucht. Hierzu wurden die Oberflächen mit verschiedenen Methoden gereinigt, so dass die Adsorption auf der mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Oberfläche mit der Adsorption auf Oberflächen mit reduziertem Kohlenwasserstoffanteil verglichen werden konnte. Die Messungen zeigen, dass die Änderungen der Bedeckungen bei Adsorption auf kontaminierten Oberflächen kleiner sind als auf Oberflächen mit reduziertem Kohlenwasserstoff-Anteil. Dieser Effekt scheint in der Seitenkette der Aminosäure begründet zu sein. Die Kontamination scheint somit die Adsorption von Biomolekülen zu behindern. Unabhängig von dieser Arbeit konnten G. Müller et. al. zeigen51, dass mehr Zellen des Modellstamms für humane Osteoblasten MG63 auf der Oberfläche einer Titanlegierung gebunden werden, wenn der Kohlenwasserstoff-Anteil auf der Oberfläche reduziert ist. Da beide Arbeiten unabhängig und mit unterschiedlichen Methoden ein vergleichbares Ergebnis liefern, kann davon ausgegangen werden, dass die Luft im Operationssaal einen entscheidenden Einfluss auf den Erfolg der Implantation hat.
Die in dieser Arbeit durchgeführten Kristallstrukturanalysen der ersten bakteriellen Chalconisomerase (CHI) bilden die Grundlage für das strukturelle Verständnis der Flavonoiddegradation von Eubacterium ramulus. Das Enzym zeigt eine offene und eine geschlossene Lid-Konformation, die das aktive Zentrum vollständig vom Solvens abgrenzt. Durch SAXS-Messungen konnte gezeigt werden, dass sich diese beiden Konformationen im Solvens in einem dynamischen Gleichgewicht befinden und nur eine geringe Energiebarriere zur Schließung überwunden werden muss. Die Lokalisation des aktiven Zentrums konnte durch Cokristallisation mit dem Substrat (2S)-Naringenin bewiesen werden. Der Reaktionsmechanismus konnte durch Mutagenese-Studien und spezifischen 1H/2H-Austausch durch NMR bewiesen werden. Trotz jeglicher fehlender funktionaler Verwandtschaft zeigt die Tertiärstruktur der bakteriellen CHI große Ähnlichkeiten zu der ferredoxin-like Faltung der Chloritdismutase aus Dechloromonas aromatica und dem mit Stress verbundenen Protein SP1 aus Populus tremula. Ein Vergleich der bakteriellen CHI mit der pflanzlichen CHI von Medicago sativa zeigt, dass deren 3D-Struktur in keinem verwandtschaftlichen Verhältnis steht. Dies suggeriert eine konvergente Evolution der beiden Chalconisomerasen ausgehend von unterschiedlichen Vorläuferproteinen. Anhand von Strukturaufklärungen der (R)-selektiven Amin-Transaminase aus Aspergillus fumigatus konnten erste Informationen über die strukturellen Voraussetzungen zur (R)-Selektivität dieser neuen Enzymklasse gewonnen werden. Die in silico Experimente zeigen, dass ähnlich zu den BCATs und D-ATAs das aktive Zentrum der (R)-ATA in eine große und eine kleine Bindetasche unterteilt ist. Dies konnte strukturell über den Inhibitorkomplex verifiziert werden. Die De-/Protonierung des Substrates durch das katalytische aktive Lys179 kann ausschließlich von der si-Seite erfolgen, sodass es zur Bildung des (R)-Enantiomers kommt. Der Mechanismus zur Bindung polarer Substrate (dual substrate recognition) wurde durch einen kovalenten Inhibitorkomplex und Mutagenese-Studien belegt und ist auf ein konserviertes Arginin im active site loop zurückzuführen.
Hintergrund: Für Psoriasis konnte ein positiver Zusammenhang mit kardiovaskulären Erkrankungen gezeigt werden, die Assoziation zu subklinischer Atherosklerose wird allerdings kontrovers diskutiert. Ziel dieser Studie war es, die Assoziation zwischen Psoriasis und der Intima-Media-Dicke (IMT) sowie der Plaque-Prävalenz der Aa. carotides zu analysieren. Methoden:Für die Studie wurden 1987 Datensätze von Männern und Frauen zwischen 25-88 Jahren aus der populationsbasierten Study of Health In Pomerania (SHIP) genutzt. Es wurde der querschnittliche Zusammenhang zwischen Psoriasis und IMT sowie der Plaque-Prävalenz der Aa. carotides anhand linearer und logistischer Regression untersucht. Die Regressionsmodelle waren adjustiert für konfundierende Variablen wie Alter, Geschlecht, Rauchstatus, Alkoholkonsum, Taillenumfang, körperliche Aktivität, systolischer Blutdruck, HbA1c, Gesamt/HDL-Cholesterin und Einnahme von Antihypertensiva, ASS sowie lipidsenkender Medikation. Ergebnisse: Psoriasis zeigte eine Assoziation mit der IMT, aber nicht mit der Plaque-Prävalenz. Nachdem für die konfundierenden Variablen adjustiert wurde, zeigte sich ein mittlerer Unterschied der IMT zwischen den Probanden mit und ohne Psoriasis von 0.016 mm (95% CI: 0.004 mm - 0.028 mm, p < 0.01) und für die Plaque-Prävalenz ein Odds Ratio von 1.12 (95% CI: 0.85 - 1.47). Schlussfolgerung: Die Ergebnisse unserer Studie weisen darauf hin, dass Psoriasis mit einer erhöhten IMT assoziiert ist und demzufolge zu dem atherosklerotischen Prozess und nachfolgenden kardiovaskulären Ereignissen beitragen könnte.
In this thesis several methods of protein engineering were applied to explore and increase enantioselectivity and thermostability of certain carboxylesterases and to better understand the relationship between sequence, structure and function. For example, we were able to confirm the observed conservation of motifs like GX/GGGX and GXSXG, which was reported earlier. Yet, even more details were revealed and some were designated in numbers. However, the numbers may vary when even more sequences will be available, but the trend should remain the same. The power of the ABHDB lies in the information available throughout the very diverse and quite large superfamily. Structural equal positions can be easily compared and analysed regarding mutations, correlated mutations, prevalence etc., and visualization is simplified through direct output with YASARA software. The ABHDB was the first structural alignment of such a large number of known enzymes of the alpha/beta-hydrolase fold superfamily. With methods of rational protein engineering we were able to show that there is little flexibility of the GGG(A)X motif for the eukaryotic enzyme PLE 1 and the natural motif appears to be a good solution for high activity and enantioselectivity of PLE 1 in the conversion of tertiary alcohol esters. In a focused directed evolution approach, we were able to identify variants of BsteE with moderate, but significantly increased enantioselectivity in the kinetic resolution of tetrahydrofuran-3-yl acetate, and hence, were able to proof that the concept of ‘small but smart’ libraries is an efficient way to find improved mutants, while the screening effort was reduced. Moreover, we were able to show that the domain exchange enhanced the thermostability of BsubE, while expression level and activity were maintained or increased, respectively. Despite the great achievements and possibilities at present, we are not yet in the position to directly modify the gene to alter the structure in a complete predictable fashion to improve functional properties as imagined by Ulmer (1983). Nevertheless, substantial changes can be targeted and as demonstrated in this work, several broadly applicable methods are at hand. Furthermore, bioinformatics tools play an essential role in planning of experiments, analysis and interpretation.
Within this thesis the protein engineering, immobilization and application of enzymes in organic synthesis were studied in order to enhance the productivity of diverse biotransformations. Article I is a review about Baeyer-Villiger monooxygenases (BVMO) and provides a detailed overview of the most recent advantages in the application of that enzyme class in biocatalysis. Protein engineering of a former uncharacterized polyol-dehydrogenase (PDH) identified in the mesothermophilic bacterium Deinococcus geothermalis 11300 is described in Article II. Article III covers the combination of one PDH mutant with a BVMO in a closed-loop cascade reaction, thus enabling direct oxidation of cyclohexanol to ε-caprolactone with an internal cofactor recycling of NADP(H). Article IV and Article V report a process optimization for transamination reactions due to a newly developed immobilization protocol for five (S)- and (R)-selective aminotransferases (ATA) on chitosan support. Furthermore, the immobilized ATAs were applied in asymmetric amine synthesis. In Article VI, an ATA immobilized on chitosan, an encapsulated BVMO whole cell catalyst and a commercially available immobilized lipase were applied in a traditional fixed-bed (FBR) or stirred-tank reactor (STR), and were compared to a novel reactor design (SpinChem, SCR) for heterogeneous biocatalysis.
Staphylococcus aureus is a human pathogen that can cause a wide range of diseases. Although formerly regarded as extracellular pathogen, it has been shown that S. aureus can also be internalized by host cells and persist within these cells. In the present study, we comparatively analyzed survival and physiological adaptation of S. aureus HG001 after internalization by two human lung epithelial cell lines (S9 and A549), and human embryonic kidney cells (HEK 293). Combining enrichment of bacteria from host-pathogen assays by cell sorting and quantitation of the pathogen's proteome by mass spectrometry we characterized S. aureus adaptation during the initial phase between 2.5 h and 6.5 h post-infection. Starting with about 2 × 106 bacteria, roughly 1450 S. aureus proteins, including virulence factors and metabolic enzymes were identified by spectral comparison and classical database searches. Most of the bacterial adaptation reactions, such as decreased levels of ribosomal proteins and metabolic enzymes or increased amounts of proteins involved in arginine and lysine biosynthesis, enzymes coding for terminal oxidases and stress responsive proteins or activation of the sigma factor SigB were observed after internalization into any of the three cell lines studied. However, differences were noted in central carbon metabolism including regulation of fermentation and threonine degradation. Since these differences coincided with different intracellular growth behavior, complementary profiling of the metabolome of the different non-infected host cell types was performed. This revealed similar levels of intracellular glucose but host cell specific differences in the amounts of amino acids such as glycine, threonine or glutamate. With this comparative study we provide an impression of the common and specific features of the adaptation of S. aureus HG001 to specific host cell environments as a starting point for follow-up studies with different strain isolates and regulatory mutants.
The Atomic Force Microscope (AFM) has become an important tool for probing the mechanical properties of cells and microparticles by force-indentation experiments. In this thesis optimized AFM approaches for these experiments are developed and applied to three types of living human cells in order to answer biologically relevant questions about their mechanics. These microscopic investigations are then interpreted with respect to nanoscopic and macroscopic biologic parameters, such as the function of cell surface receptors or the size of human heart ventricles. This thesis comprises two physical/technical chapters and three medical/biological chapters. The physical/technical chapters discuss the measurement process itself, aiming for its improvement with respect to a proper data analysis and contact model (for spherical cells). The medical/biological chapters investigate the elasticity of cells by the use of optimized AFM approaches, with respect to the used data analysis.
In der modernen Augenheilkunde werden Injektionen und Implantate in periokulare Regionen oder direkt in den Glaskörper injiziert. Bei der Entwicklung neuer ophthalmologischer Implantate und Injektionen ist die In vitro-Testung der Wirkstofffreigabe und -verteilung von großer Bedeutung. Dabei stellen viele Testmethoden die In vivo-Situation nicht ausreichend dar. Einerseits bilden die Gewebe des Auges wie beispielsweise die Konjunktiva oder die Sklera Barrieren für den Transport des Arzneistoffes zum Wirkort. Andererseits ist der Einfluss der Gefäßsysteme von Konjunktiva und Choroidea auf die Verteilung und Elimination des Arzneistoffes zu berücksichtigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Gewebe des Auges hinsichtlich ihrer Permeabilitätseigenschaften untersucht. Als Ergebnis wurden die Permeabilitätskoeffizienten von Ciprofloxacin, Lidocain, Timolol und Dexamethason für die Sklera, Konjunktiva, Kornea, den Retina-Choroidea-Komplex sowie für Kombinationen der aufgezählten Gewebe des Schweineauges erhalten. Als weitere Tiermodelle finden Gewebe von Rinder- und vor allem Kaninchenaugen in der ophthalmologischen Forschung Anwendung. Aus diesem Grund wurden die Permeabilitätsstudien um die Membranen dieser zwei Spezies erweitert. Der Interspezies-Vergleich zeigte sehr große Unterschiede in den Permeabilitäten der Wirkstoffe durch die Gewebe auf, sodass die direkte Übertragbarkeit von Ergebnissen zwischen den Tieren und auf den Menschen nicht gewährleistet ist. Um die Barriere-Eigenschaften der Augengewebe in ein In vitro-Modell zu integrieren wurden synthetische Membranen, die mit den Permeabilitätseigenschaften der Gewebe des Schweineauges übereinstimmen, identifiziert. Diese Membranen wurden zur Simulation der natürlichen Gewebe des Auges in den Mittelteil der neu entwickelten Zwei-Kanal-Durchflusszelle eingespannt. Die Zwei-Kanal-Durchflusszelle besteht aus drei Teilen, wobei die zwei äußeren Akzeptor-Kompartimente je einen Flusskanal, der mit Ringer-Puffer perfundiert wird, enthalten. Durch Etablierung physiologischer Flussraten entlang der korrespondierenden Membranen wurde der konjunktivale und choroidale Blutfluss und somit die Permeabilitäten der Gewebe als auch der Einfluss der Blutgefäße zusammen in einem In vitro-Modell berücksichtigt. Um den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit in den Flusskanälen und des osmotischen Verhältnis zwischen Probe und Perfusionsmedium auf die Wirkstoffverteilung im System zu untersuchen, wurde eines der zwei Akzeptor-Kompartimente durch eine für Puffer und Wirkstoff undurchlässige Scheibe dicht verschlossen, sodass der Stofftransport nur in eine Richtung sattfinden konnte. Die Ergebnisse zeigten einen bedeutenden Einfluss dieser beiden Parameter auf die Wirkstoffverteilung. Bei Zuschaltung des zweiten perfundierten Akzeptor-Kompartiments der Zwei-Kanal-Durchflusszelle treten zwischen den Kompartimenten vermutlich Kräfte wie zum Beispiel Querströmungen und hydrostatische Druckgefälle auf. Basierend auf den erhaltenen Verteilungskurven der Wirkstoffe in der Zwei-Kanal-Durchflusszelle kann reine konzentrationsgesteuerte Diffusion durch die Membranen als alleiniger Transportmechanismus ausgeschlossen werden. Die beschriebenen Effekte müssen vor der Etablierung der Zwei-Kanal-Durchflusszelle als biorelevante In vitro-Methode für die Charakterisierung von periokularen Injektionen und Implantaten in weiteren Arbeiten durch Änderungen des Modelldesigns behoben werden. Neben den peripheren Geweben des Auges dient der Glaskörper als Applikationsort für Injektionen makromolekularer Arzneistoffe und Implantate, die den inkorporierten Arzneistoff über einen längeren Zeitraum freigeben. Die intravitreale Freisetzung und Verteilung des Wirkstoffes ist für den therapeutischen Effekt von entscheidender Bedeutung. Um diese Prozesse in vitro zu charakterisieren wurde das Glaskörper-Modell entwickelt. Die Form und das Volumen des kugelförmigen Glaskorpus sind an die Geometrie des menschlichen Glaskörpers angepasst. Als Substitut für den natürlichen Glaskörper wurde ein Polyacrylamid-Gel modifiziert, sodass dieses in ausgewählten physiko-chemischen Eigenschaften dem natürlichen Glaskörper entspricht. Nach der Applikation des Wirkstoffes direkt in den Glaskörper muss dieser durch passive oder aktive Transportprozesse an den Wirkort im hinteren Augenabschnitt gelangen. Dabei wird die Wirkstoffverteilung im Glaskörper durch die Augenbewegung maßgeblich beeinflusst. Die Simulation verschiedener Augenbewegungen wurde mit der Entwicklung des Eye Movement Systems in ein In vitro-Modell umgesetzt. Das System ist in der Lage Geschwindigkeiten und Amplituden von langsamen bis schnellen Folgebewegungen, Sakkaden und Mikrosakkaden des Auges nachzuahmen. In die zentrale Halterung des Eye Movement Systems kann das Glaskörper-Modell integriert werden. Die Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell bietet die Möglichkeit den Einfluss der verschiedenen Augenbewegungen auf das Freisetzungs- und Verteilungsverhalten von intravitrealen Injektionen und Implantaten zu untersuchen. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden Systeme wurden Verteilungsstudien mit Modellarzneistoffen verschiedener Molekularmassen durchgeführt. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass das Molekulargewicht im vollständig mit Gel gefüllten Glaskörper-Modell Einfluss auf die Geschwindigkeit der vermuteten Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Substitut hat. Mit zunehmendem Anteil der flüssigen Phase im Glaskörper-Modell unterschieden sich die erhaltenen Verteilungen zwischen den Versuchen mit und ohne Bewegung deutlich. Bei der Simulation der hinteren Glaskörperablösung besitzt die Bewegung des Modells einen essentiellen Effekt auf die Konvektions- und Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Modell. Durch das Ersetzen prozentualer Anteile des Gels durch Ringer-Puffer konnten Bedingungen der hinteren Glaskörperablösung simuliert werden. Die Simulation des Alterungsprozesses bewirkte eine Zunahme der Konvektion im Glaskörper-Modell. Als Folge resultierte eine deutlich schnellere Umverteilung der injizierten Modellarzneistoffe. Die hintere Glaskörperablösung besitzt demzufolge einen großen Einfluss auf die Verteilung und darf in In vivo- und In vitro-Studien nicht vernachlässigt werden. Mit der Zwei-Kanal-Durchflusszelle und der Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell sind Konzepte für die Charakterisierung von periokularen und intravitrealen Arzneiformen entwickelt worden. In den Modellen wurde besonderer Wert auf die Anlehnung an die In vivo-Situation gelegt. Durch die Berücksichtigung der okularen Blutflüsse, die Simulation der Permeabilitätseigenschaften bestimmter Gewebe des Auges durch entsprechende synthetische Membranen, die Etablierung verschiedener Arten der Augenbewegung und der Simulation des Glaskörpers durch das Polyacrylamid-Gel wurden biorelevante Voraussetzungen geschaffen, die bisher in keinen anderen In vitro- Modellen zu finden sind. Vor der Etablierung der Zwei-Kammer-Durchflusszelle sind weitere Maßnahmen zur Unterbindung der physikalischen Störfaktoren nötig. Der theoretische Ansatz der Zwei-Kammer-Durchflusszelle konnte noch nicht in die Praxis umgesetzt werden. Unter Verwendung des Eye Movement Systems und des Glaskörper-Modells wird eine kostengünstige, einfache und schnelle Charakterisierung neuartiger intravitrealer Injektionen und Implantate unter In vitro- Bedingungen möglich. Die methodische Etablierung des Eye Movement Systems ist erfolgt. Durch weitere Modifikationen kann das System in Zukunft noch näher an die In vivo-Situation herangeführt werden.
Das Krankheitsbild der pulmonalen Hypertonie (PH) wurde in den letzten beiden Jahrzehnten intensiv erforscht. Durch die wachsenden wissenschaftlichen Erkenntnisse, Behandlungsmöglichkeiten und Informationsverteilung gelingt es im klinischen Alltag zunehmend, dass Patienten mit einer unklaren Dyspnoe einer entsprechenden Diagnostik zugeführt werden. Aufgrund der Vielfältigkeit des Krankheitsbildes „Pulmonale Hypertonie“ führt der Verdacht zu einer komplexen Diagnostik. Diese sowie möglicherweise eine Therapie und notwendige Verlaufskontrollen verursachen im klinischen Alltag hohe Kosten. Zudem entstehen durch invasive diagnostische Maßnahmen auch Gefährdungen für den Patienten. Die Notwendigkeit für kostengünstige und risikoarme Untersuchungsoptionen steigt. Die Spiroergometrie nimmt hierbei als kardiopulmonale Belastungsuntersuchung seit vielen Jahren eine zentrale Rolle ein. Sie bietet als nicht-invasive Methode die Möglichkeit zur Objektivierung einer Leistungslimitierung. In dieser Arbeit wurden 340 Patienten untersucht, welche innerhalb von 30 Tagen einer Rechtsherzkatheteruntersuchung in Ruhe sowie einer Spiroergometrie unterzogen wurden. Das Ziel dieser Arbeit war es zu klären, ob man im klinischen Alltag mithilfe der Spiroergometrie Patienten mit präkapillärer PH, postkapillärer PH und ohne PH voneinander unterscheiden kann. Nach Eingruppierung der Patienten anhand der leitliniengerechten hämodynamischen Kriterien wurden diese mittels der Anamnese sowie der demographischen, spiroergometrischen und hämodynamischen Parameter weiter charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass Patienten mit postkapillärer PH älter sowie übergewichtiger sind und zudem an mehr kardiovaskulären Begleiterkrankungen leiden als Patienten mit präkapillärer PH. Patienten mit jedweder PH sind wesentlich schlechter belastbar als Patienten ohne PH. Sie weisen eine schlechtere Sauerstoffaufnahme und eine schlechtere Atemeffizienz auf. Zudem haben Patienten mit präkapillärer PH eine signifikant schlechtere Atemeffizienz als Patienten mit postkapillärer PH und ohne PH. Mittels ROC-Analyse konnten eine VO2AT von 11,8 ml/min/kg und eine VO2peak von 15,9 ml/min/kg als geeignete Cut-Off Werte ermittelt werden, um das Vorliegen einer PH wahrscheinlich zu machen. Es konnten keine klinisch validen Werte ermittelt werden, um Patienten mit prä- und postkapillärer PH mit ausreichender Sicherheit voneinander zu unterscheiden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Korrelation von hämodynamischen Ruheparametern und spiroergometrischen Parametern untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass hämodynamische und spiroergometrische Parameter in unserem Patientenkollektiv nur schlecht miteinander korrelieren. Rückschlüsse auf die zugrundeliegende Hämodynamik können somit allein anhand einer Spiroergometrie nicht gezogen werden. Durch die Anamnese, demographische Daten, laborchemische, bildgebende und lungenfunktionelle Diagnostik können zusätzlich zu einer Spiroergometrie wichtige Hinweise zur Genese einer pulmonalen Vaskulopathie gegeben werden. Die invasive Untersuchung zur sicheren Diagnosestellung bei der primären Abklärung einer PH bleibt unverzichtbar. Die Rechtsherzkatheteruntersuchung wird auch in der Zukunft weiterhin als Goldstandard in der Diagnostik einer PH zu werten sein.
Ziel dieser Arbeit war es, cerebrale Hirnaktivitätsmuster assoziiert mit dem Schluckakt von jungen Gesunden, räumlich und zeitlich zu erfassen. Darüber hinaus wurde die Möglichkeit einer gemeinsamen neuronalen Struktur zwischen Kiefergelenkbewegun- gen (Okklusion) und Schluckakt untersucht. Im Anschluss befasste sich diese Studie mit der Änderung der cortikalen Schluckrepräsentation im Alter. Es wurden hierzu junge und alte, gesunde Versuchspersonen mit Hilfe der fMRT-Bildgebung während der Schluckaufgabe untersucht. Um die Spezifität des Schlucknetzwerkes zu testen wurden als Kontrollparadigma die Kiefergelenkbewegungen bei jungen Gesunden ge- messen. Voruntersuchungen zeigten, dass sich eine Erhöhung des allgemeinen fMRT- Aktivierungsniveaus schon allein durch eine Erhöhung der Anstrengung zu erklären ist. Um diesen Faktor zu kontrollieren wurden während der fMRT-Untersuchung phy- siologische Parameter aufgezeichnet, die mit der Anstrengung korrelieren. Insgesamt wurden für die Okklusion und das Schlucken ein vergleichbares Repräsentationsmus- ter gefunden, jedoch waren mehr neuronale Ressourcen erforderlich um den Schluck- akt durchzuführen. Die peripherphysiologische Messung zeigte, dass diese Mehrakti- vierung nicht auf eine verstärkte Anstrengung der Aufgabe zurückzuführen war. Erst- malig wurde mittels fMRT eine Repräsentation im Hirnstamm für Schlucken und Ok- klusion nachgewiesen. Die Hirnstammaktivierung erfolgte in dem sensorischen Kern des Nervus trigeminus, sowie dem Nucleus tractus solitarii beim Schlucken und dem Nucleus trigemini bei der Okklusion. Um die zeitliche Abfolge des Schluckens in ihrer Repräsentation zu untersuchen, wurde eine zeitlich optimierte fMRT-Messung aufgenommen. Durch die zeitliche Analyse konnten wir nachweisen, dass eine auf- einanderfolgende Aktivierung stattfand, beginnend im prämotorischem Cortex mit Übergang zum supplementär-motorischem Areal, gefolgt vom primären sensomoto- rischem Cortex, der Insula und dem Cerebellum und letztlich der Aktivierung in der Pons. Zudem wurde mittels effektiver Konnektivitätsanalyse nachgewiesen, dass ein Modell mit zwei Eingängen, ein zum supplementär-motorischem Areal und der an- dere zum primären motorisch-somatosensorischem Cortex, die wahrscheinlichste Er- klärung zeitlich aufeinander folgender Aktivierungsprozesse darstellt. Zur Auswer- tung der Daten hinsichtlich der Änderung der Schluckrepräsentation im Alter wur- den sowohl klassische als auch Bayes-statistische Verfahren verwendet. Die klassische Inferenz ist konservativer und die Bayes-Statistik spezifischer. Zudem wird mit letz- terer das Problem der multiplen Vergleiche vermieden. Den einzigen Unterschied im Gruppenvergleich lieferte die Bayes-Statistik mit einer signifikanten Aktivierung im Frontalpol 1 der Brodmann Area 10. Während der Schluckaufgabe zeigten Senioren eine verlängerte Schluckdauer und eine erhöhte elektrodermale Aktivität (EDA). Zu- sätzlich zeigte die Korrelation von EDA und fMRT-Daten bei Senioren eine positive Assoziation in Bereichen der sensomotorischen Verarbeitung, Erregbarkeit und emo- tionalen Empfindung. Die Ergebnisse der Senioren weisen darauf hin, dass das hoch automatisierte Schlucknetzwerk seine Fähigkeiten im Alter konstant beibehält. Die er- höhte Aktivierung bei den älteren Versuchspersonen könnte möglicherweise mit der erhöhten Erregbarkeit und Aufmerksamkeitsanforderung zusammen hängen, die sich aus den EDA-Daten ableiten lässt.
Thioredoxine (Trxs) bilden eine Familie ubiquitärer Oxidoreduktasen, welche durch posttranslationale Redox-Modifikationen von Cysteinyl-Thiolgruppen sowie die Regulation der intrazellulären Wasserstoffperoxidgehaltes die zelluläre Redoxantwort steuern. Es ist bekannt, dass Thioredoxine, Glutaredoxine (Grxs) und Peroxiredoxine (Prxs) wesentliche Signalwege von Inflammation, Proliferation und Apoptose beeinflussen und somit in vielen Pathologien, insbesondere bei entzündlichen Erkrankungen wie dem allergischen Asthma, eine entscheidende Rolle spielen. Derzeit sind vorwiegend die intrazellulären Funktionen der Proteine der Trx-Familie in Gesundheit und Krankheit umfassend untersucht, doch die extrazellulären Funktionen bei der Redox-Signalübertragung bleiben bis zum heutigen Tage weitestgehend im Dunkeln. In dieser Arbeit haben wir uns daher zum Ziel gesetzt, Verteilung und Funktion von Proteinen der Trx-Familie in der Regulation der Immunantwort zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf dem extrazellulären Vorkommen und den damit verbundenen Eigenschaften liegt.
Allergische Atemwegsentzündungen sind durch bronchiale Obstruktion und chronischen Umbau sowie Hyperreagibilität der Atemwege gekennzeichnet. Die Anhäufung reaktiver Sauerstoffspezies in der bronchialen Flüssigkeit der Lunge und die sich daraus ergebenden Veränderungen des Redoxzustands in den bronchialen Epithelzellen sind in den letzten Jahren in den Fokus der Asthmaforschung gerückt. Mehrere Studien beschrieben eine positive Wirkung von Trx1 und Grx1 in Atemwegsinfektionen, so würde eine Th2-typische Immunmodulation reduziert und verringere in der Folge den Umbau der Atemwegsstruktur – eine zentrale Pathologie des Asthmas.
In dieser Studie untersuchten wir die Expressionsniveaus von Proteinen der Trx-Familie in Lungengewebe und bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit in einem Mausmodell der Ovalbumin (OVA) induzierten allergischen Atemwegsentzündung. Wir konnten eine Zunahme von Grx2 und Prx4 in intrazellulären Proben aus der Mäuselunge nach einsetzen der induzierten Atemwegsinfektion zeigen. Ausschließlich unter OVA-induzierter Inflammation wurde in diesen Proben eine zweite Isoform von Grx2, zytosolisches Grx2c, nachgewiesen. Die Behandlung von Mäusen mit intraperitoneal appliziertem, rekombinantem Grx2 parallel zur Induktion der Entzündung mit OVA, hatte eine entzündungshemmende Wirkung, die zu einer Verringerung des asthmatischen Phänotyps in der Immunhistochemie und einer signifikanten Reduktion der Gesamtzahl der Entzündungszellen, besonders der eosinophilen Granulozyten führte. Die Verabreichung der rekombinanten Grx2C40S-Mutante, der die Fähigkeit zur Katalyse des Dithiol-Reaktionsmechanismus fehlt, hatte nicht die gleiche entzündungshemmende Wirkung. Eine zusätzlich durchgeführte His-Tag-Färbung zeigte eine Aufnahme von rekombinantem Grx2 in die Epithelzellen und Makrophagen der entzündeten Lunge. Die Färbung von Lungenabschnitten für HIF1- und Pro-Caspase3 nahm nach Beginn der allergischen Atemwegsentzündung zu und ging bei den mit dem wildtyp Grx2 behandelten Mäusen deutlich zurück.
In den extrazellulären Fraktionen war die Konzentration von Trx1, Grx1, Prx2 und Prx4 unter Entzündungsbedingungen erhöht, zudem konnte Prx4 in dieser Studie erstmals nur in der Entzündung, nicht aber bei gesunden Mäusen nachgewiesen werden. In-vitro-Experimente, bei denen Makrophagen aus Balb/c-Mäusen stimuliert wurden, sollten Aufschluss über die Funktionen von Trxs und Grxs in der Immunantwort geben. Grx2 und Trx1 wurden als potenzielle Stimulatoren von Makrophagen identifiziert, die die Sekretion von RANTES, IL-6, IL-10 und TNF-α induzieren, während die Zytokinspiegel von IL-4 und INF-γ nicht verändert wurden. Bei kombinierter Verabreichung von Redoxinen mit LPS/IFN-γ, die einen Entzündungszustand nachahmt, wurde gezeigt, dass Trx1 die Zytokinspiegel von TNF-α und INF-γ im Vergleich zu LPS/IFN-γ allein senkt. Die Behandlung mit Trx1/LPS/IFN-γ induzierte die Produktion von IL-6 und RANTES auf ein Niveau vergleichbar mit der alleinigen Stimulation durch LPS/IFN-γ.
Diese Arbeit beleuchtet Proteinveränderungen von Thioredoxinen, Glutaredoxinen und Peroxiredoxinen in einem Mausmodell für allergische Atemwegsentzündungen mit besonderem Schwerpunkt auf der extrazellulären Verteilung und Funktion der Proteine. Wir zeigen, dass die Veränderungen der Proteinspiegel selektiv reguliert werden und zu einem fein abgestimmten Netzwerk von Partnern in der Redox-Signalgebung beitragen und somit Potenzial für mögliche Therapieansätze bieten.
Because of its antimicrobial properties, nonthermal plasma could serve as an alternative to chemical antisepsis in wound treatment. Therefore, this study investigated the inactivation of biofilm-embedded Pseudomonas aeruginosa SG81 by a surface barrier-discharged (SBD) plasma for 30, 60, 150 and 300 s. In order to optimize the efficacy of the plasma, different carrier gases (argon, argon admixed with 1% oxygen, and argon with increased humidity up to approx. 80%) were tested and compared against 0.1% chlorhexidine digluconate (CHG) exposure for 600 s. The antimicrobial efficacy was determined by calculating the difference between the numbers of colony-forming units (CFU) of treated and untreated biofilms. Living bacteria were distinguished from dead by fluorescent staining and confocal laser scanning microscopy. Both SBD plasmas and CHG showed significant antimicrobial effects compared to the untreated control. However, plasma treatment led to a higher antimicrobial reduction (argon plasma 4.9 log<sub>10</sub> CFU/cm<sup>2</sup>, argon with admixed oxygen 3 log<sub>10</sub> CFU/cm<sup>2</sup>, and with increased gas humidity 2.7 log<sub>10</sub> CFU/cm<sup>2</sup> after 300 s) compared to CHG. In conclusion, SBD plasma is suitable as an alternative to CHG for inactivation of Pseudomonas aeruginosa embedded in biofilm. Further development of SBD plasma sources and research on the role of carrier gases and humidity may allow their clinical application for wound management in the future.
Der Hypoglossus-Fazialis Transfer ist eine gängige Operationsmethode bei unilateraler kom-pletter Fazialisparese. Wir interessierten uns für den Zusammenhang zwischen der motori-schen Wiederherstellung der Gesichtsmuskulatur und der kortikalen Repräsentation der Lip-pen- und Zungenareale im primären somatosensorischen Kortex. Die Untersuchung von 13 Patienten, welche mittels Hypoglossus-Fazialis Transfer therapiert wurden, erfolgte zum ei-nen mit Hilfe eines funktionellen Magnetresonanztomographen (fMRT) und zum anderen dienten die Elektromyographie (EMG) der perioralen Muskulatur, neurologische Tests sowie Fotos der Gesichtsbewegungen als Parameter des klinischen Outcome. Wir konnten eine As-soziation zwischen der kortikalen Repräsentation im prä- und postzentralen Kortex (verrin-gerter Abstand der Lippen- und Zungenrepräsentationen) und den klinischen Ergebnissen der wiederhergestellten symmetrischen Lippenbewegungen (Lippenelevation) sowie der Koakti-vierung der Lippenareale während Zungenbewegung (EMG-Aktivität der Oberlippe bei Zun-genbewegungen) nachweisen. Die Studie zeigt, dass eine outcome-abhängige kortikale Reor-ganisation mit Aktivierung des kortikalen Zungenareals durch einen Hypoglossus-Fazialis Transfer ausgelöst wird, um die wiedererlangte Lippenbewegung zu ermöglichen.
Obwohl Forschungsprojekte zum Thema Telemonitoring bei Herzinsuffizienzpatienten häufig an Krankenhäusern angegliedert sind und diese als Erbringer dieser Dienstleistung einige Vorteile aufweisen, gibt es bislang keine Evaluationen, die die Konsequenzen aus Sicht eines diese Leistung erbringenden Krankenhauses bewerten. Die Kenntnis der anfallenden Kosten und Effekte stellen jedoch eine unabdingbare Voraussetzung sowohl für eine Implementierung dieser Leistung über Forschungsprojekte hinaus als auch für Verhandlungen über mögliche Vergütungsformen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es folglich, am Beispiel eines Universitätsklinikums im ländlichen Raum die Kosten und Effekte einander gegenüberzustellen, die durch die telemonitorische Betreuung von Herzinsuffizienzpatienten entstehen. Die Kosten der Intervention wurden bestimmt. Die Effekte ergaben sich aus der monetären Bewertung von Veränderungen in den Outcomeparametern Fallzahl, Verweildauer und Zahl der Fallzusammenführungen, die zwischen Interventionspatienten und Kontrollpatienten einer prospektiven, randomisiert kontrollierten Studie gemessen werden konnten. Über deterministische Sensitivitätsanalysen wurde die Robustheit des Ergebnisses der Wirtschaftlichkeitsrechnung bestimmt. Unter den aktuellen Rahmenbedingungen und den getroffenen Annahmen ist die telemonitorische Betreuung der Herzinsuffizienzpatienten durch ein Krankenhaus betriebswirtschaftlich nicht sinnvoll. Dieses Ergebnis wurde in den meisten Szenarien der Sensitivitätsanalyse bestätigt. Dennoch sollten weitere, nicht primär monetäre Aspekte in die Entscheidung für oder gegen die Leistungserbringung durch ein Krankenhaus berücksichtigt werden.