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Chemosymbiosis in marine bivalves – unravelling host-symbiont interactions and symbiotic adaptions
(2018)
Symbiosis essentially forms the cornerstone of complex life on earth. Spearheading
symbiosis research in the last few decades include the exploration of diverse mutualistic
animal-bacterial associations from marine habitats. Yet, many facets of symbiotic
associations remain under-examined. Here we investigated marine bivalves of the genera
Bathymodiolus and Codakia, inhabiting hydrothermal vents and shallow water
ecosystems, respectively, and their bacterial symbionts. The symbionts reside
intracellularly within gill epithelia and supply their host with chemoautotrophically fixed
carbon. They oxidize reduced substrates like sulfide (thiotrophic symbionts) and methane
(methanotrophic symbionts) from surrounding fluids for energy generation. The nature of
interactions between host and symbiont at the metabolic and physical level, as well as
between the holobiont and its environment remain poorly understood. In vitro cultivations
of both symbiont and host are difficult till date, hampering the feasibility of targeted
molecular investigations.
We bypassed culture-based experiments by proteogenomically investigating physically
separated fractions of host and symbiont cell components for the bivalves Bathymodiolus
azoricus, Bathymodiolus thermophilus and Codakia orbicularis. Using these
enrichments, we sequenced the symbionts’ genomes and established semi-quantitative
host-symbiont (meta-) proteomic profiles. This combined approach enabled us to resolve
symbiosis-relevant metabolic pathways and adaptations, detect molecular factors
mediating physical interactions amongst partners and to understand the association of
symbiotic traits with the environmental factors prevailing within habitats of the respective
bivalve.
Our results revealed intricate metabolic interdependence between the symbiotic partners.
In Bathymodiolus, these metabolic interactions included (1) the concentration of essential
substrates like CO2 and thiosulfate by the host for the thiotrophic symbiont, and (2) the
host’s replenishment of essential TCA cycle intermediates for the thiotroph that lacks
biosynthetic enzymes for these metabolites. In exchange (3), the thiotroph compensates
the host’s putative deficiency in amino acid and cofactor biosynthesis by cycling aminoacids
derived from imported precursors back to the host. In case of Codakia orbicularis,
the symbionts may metabolically supplement their host with N-compounds derived from
fixation of molecular nitrogen, a trait that was hitherto unknown in chemosynthetic
thiotrophic symbionts.
Individual proteogenomic investigations of the bivalves Bathymodiolus azoricus and
Bathymodiolus thermophilus showed that their symbionts are able to exploit a multitude
of energy sources like sulfide, thiosulfate, methane and hydrogen to fuel chemosynthesis.
The bivalves and their thiotrophic symbionts, however, are particularly adapted to
thiosulfate-utilization, as indicated by mitochondrial production and concentration of
thiosulfate by host and dominant expression of thiosulfate oxidation enzymes in the
symbiont. This may be advantageous, because thiosulfate is less toxic to the host than
sulfide. The central metabolic pathways for energy generation, carbon and nitrogen
assimilation and amino acid biosynthesis in thiotrophic symbionts of both Bathymodiolus
host species are highly conserved. Expression levels of these pathways do, however, vary
between symbionts of both species, indicating differential regulation of enzyme synthesis,
possibly to accommodate differences in host morphology and environmental factors.
Systematic comparison of symbiont-containing and symbiont-free sample types within
and between B. azoricus and B. thermophilus revealed the presence of ‘symbiosisspecific’
features allowing direct host-symbiont physical interactions. Host proteins
engaged in symbiosis-specific functions include 1) a large repertoire of host digestive
enzymes predominant in the gill, possibly facilitating symbiont population control and
carbon acquisition via direct enzymatic digestion of symbiont cells and 2) a set of host
pattern-recognition receptors, which may enable the host to selectively recognize
pathogens or even symbionts “ripe” for consumption. Symbiont proteins engaged in
symbiosis-specific interactions included 3) an enormous set of adhesins and toxins,
putatively involved in symbiont colonization, persistence and host-feeding.
Bathymodiolus symbionts also possess repertoires of CRISPR-Cas and restrictionmodification
genes for phage defense that are unusually large for intracellular symbionts.
Genomic and proteomic comparisons of thiotrophic symbionts of distinct Bathymodiolus
host species from different vent sites revealed a conserved core genome but divergent
accessory genomes. The B. thermophilus thiotroph’s accessory genome was notably more
enriched in genes encoding adhesins, toxins and phage defense proteins than that of other
Bathymodiolus symbionts. Phylogenetic analyses suggest that this enrichment possibly
resulted from horizontal gene acquisition followed by multiple internal gene duplication
events. In others symbionts, these gene functions may be substituted by alternate
mechanisms or may not be required at all: The methanotrophic symbionts of B. azoricus,
for example, has the genetic potential to supplement phage defense functions. Thus, the
accessory genomes of Bathymodiolus symbionts are species- or habitat-associated,
possibly facilitating adaptation of the bivalves to their respective micro- and macroenvironments.
In support of this, we show that symbiont biomass in B. thermophilus,
which hosts only one thiotrophic symbiont phylotype, is considerably higher than in B.
azoricus that hosts thiotrophic and methanotrophic symbionts. This suggests that different
symbiont compositions in each species produce distinct microenvironments within the
holobiont.
Our study presents an exhaustive assessment of the genes and proteins involved in this
bivalve-microbe interaction, hinting at intimate host-symbiont interdependencies and
symbiotic crosstalk between partners. The findings open novel prospects for
microbiologists with regard to mechanisms of host-symbiont interplay within highly
specialized niches, origin and distribution of prokaryote-eukaryote interaction factors
across both mutualistic and pathogenic associations.
Depressive Störungen führen zu den größten individuellen und sozialgesellschaftlichen Kosten weltweit. In der vorliegenden Arbeit, basierend auf der epidemiologischen bevölkerungsrepräsentativen SHIP-LEGENDE Studie, betrachteten wir den Einfluss kritischer Lebensereignisse bezüglich Anzahl, Zeitpunkt des Eintretens und subjektiver sowie objektivierter Bewertung als Risikovariablen und sozialer Unterstützung als potentiell protektivem Faktor auf das Auftreten von Depressivität im Lebensverlauf. Unser Ziel war es, auf dieser Grundlage ätiologische Modelle und adäquate therapeutische Interventionsstrategien zu prüfen und weiterzuentwickeln. Die Stralsunder Ereignisliste (SEL) konnte dabei als ein potentielles Standardverfahren zur Erfassung kritischer Lebensereignisse erprobt und im Weiteren validiert werden. Herausragend ist bei diesem strukturierten Interviewverfahren insbesondere die Bezugnahme auf subjektive und objektive Bewertungen von Lebensereignissen und die zeitliche Einordnung der Lebensereignisse.
Hintergrund: Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, die Analgesiequalität bei Kindern nach Herzoperationen zwischen zwei Patientengruppe mit unterschiedlichen Applikationswegen von Morphin (kaudal epidural (KEM) versus intravenös) zu evaluieren.
Patienten und Methodik: In einer prospektiven, randomisierten, kontrollierten Pilotstudie wurden 60 pädiatrische Patienten untersucht und zwei Gruppen zugeteilt. 30 Patienten erhielten präoperativ epidural-sakrale Injektionen mit Morphin (Gruppe 1). Bei 30 Patienten wurde postoperativ kontinuierlich intravenös Morphin injiziert (Gruppe 0). Zur Erfassung der postoperative Schmerzen und Sedierung wurde die COMFORT Verhaltens Skala (CVS) als Messinstrument eingesetzt. Alle Patienten beider Gruppen erhielten ab dem 1. postoperativen Tag bis zu der Entlassung aus der pädiatrischen Intensivstation (PICU) zusätzlich Paracetamol als peripheres Analgetikum. Bei allen Patienten wurden vor der ersten postoperativen Morphingabe die Schmerzen erfasst. Wenn die Punktezahl der COMFORT Verhaltens Skala ≥ 17 war, wurde Morphin injiziert.
Ergebnisse: 2 Patienten konnten nach den Ausschlusskriterien im Verlauf nicht in diese Studie aufgenommen wurden. Jede Gruppe bestand aus 29 Patienten. Die biometrischen Daten sowie die operativen Eckdaten der zwei untersuchten Patientengruppen zeigten keine Unterschiede. Auffällig war die höhere intraoperative Dosierung von Fentanyl in der Kontrollgruppe, die mit p = 0,0001 ein signifikantes Niveau erreichte. Das Zeitintervall zwischen der Ankunft des Patienten in der PICU und der ersten Opioidanforderung war in der KEM-Gruppe deutlich länger (p <0,0001) als in der Kontrollgruppe (16- 20h vs. 38 min). Der Morphinverbrauch war in den ersten 72 postoperativen Stunden in der KEM Gruppe signifikant niedriger (p<0,0001). 20 Patienten (69,9%) in Gruppe 1 benötigten kein Morphin in der PICU; dagegen alle 29 Kontrollgruppenpatienten. Patienten der Kontrollgruppe waren in den ersten zwei postoperativen Tagen nach intravenösem Morphin zu stark sediert (CVS <11). In der KEM- Gruppe konnten die Patienten früher extubiert (6,3 vs 10,8 std) und früher aus der PICU entlassen werden (3 vs 4 Tage)(p<0,05). Eine auffällig kürzere gesamte postoperative Liegedauer im Krankenhaus (11,7 vs 13,5 Tage) konnte nicht nachgewiesen werden (p>0,05). Die Inzidenz unerwünschter Nebenwirkungen war in beiden Gruppen niedrig. In der KEM-Patientengruppe wurde keine Atemdepression beobachtet und eine eher einsetzende Darmmotilität.
Schlussfolgerungen: Die Betrachtung dieser Studienergebnisse zeigt, dass mit einer präoperative kaudalen epiduralen Morphin-Dosis von 0,06 mg / kg eine gute postoperative Schmerztherapie erreicht werden kann. Der weitere Verbrauch von Schmerzmittel kann gesenkt und eine adäquate Sedierung erzielt werden. Zusätzlich wird eine geringe Inzidenz unerwünschter Nebenwirkungen nach pädiatrischer Herzoperation beobachtet. Eine wirksame Analgesie wurde bis 20 Stunden nach Aufnahme auf der PICU beobachtet.
Schlüsselwörter: kaudale epidurale Morphingabe, Comfort Verhaltens Skala, postoperative Analgesie, pediatrische Herzoperation.
Neurosonographischer und klinischer Verlauf von distalen extra- und intrakraniellen Stenosen des vertebrobasilären Stromgebietes in einem ambulanten Patientenkollektiv.
Hintergrund: Ca. 26% der Schlaganfälle sind im vertebrobasilären Stromgebiet lokalisiert. Stenookklusive Veränderungen der intrakraniellen Arteria vertebralis und basilaris bergen nach vorliegenden Studien ein hohes Risiko für ein ischämisches Ereignis. Empirisch hat sich jedoch in einem ambulanten Setting unserer neurovaskulären Sprechstunde trotz einer relativ hohen Dynamik in den neurosonographischen Befunden eine eher geringe Konversionsrate asymptomatischer Stenosen in ein manifestes zerebrovaskuläres Ereignis beobachten lassen.
Methoden: Patienten aus der Neurovaskulären Ambulanz mit seit ≥24 Monaten bekannten vertebrobasilären stenookklusiven Veränderungen wurden prospektiv in die Studie eingeschlossen. Über mindestens ein Jahr erfolgte die Verlaufsbeobachtung der neurovaskulären Befunde mittels extra- und intrakranieller Doppler- sowie Duplexsonographie sowie des neurologischen und funktionellen Status mittels NIHSS und MRS. Demographische Basisdaten, kardiovaskuläre Risikofaktoren, Komorbiditäten und therapeutische Maßnahmen wurden anhand von standardisierten Fragebögen gewonnen. Eine kognitive Leistungserfassung erfolgte mittels MMST, die Erfassung der Lebensqualität mittels EuroQol und SF-36 v.2.0.
Ergebnisse: 94 Patienten (mittleres Alter 69,7 Jahre, 55% männlich) mit einem retrospektiven Beobachtungszeitraum von im Mittel 5,5 Jahre (2-12,9 Jahre) wurden eingeschlossen. An Komorbiditäten war bei 97% eine Hypertonie, 83% eine Dyslipidämie, 67% ein Nikotinabusus, 35% ein Diabetes mellitus, 38% eine koronare Herzkrankheit und 27% eine periphere arterielle Verschlusskrankheit bekannt. Ein zerebrovaskuläres Ereignis hatte vor Einschluss bereits 75% der Probanden, 28% im vertebrobasilären Stromgebiet. Im Follow-Up traten bei 2,4% Schlaganfälle ausschließlich im Carotis-Stromgebiet auf. Bei den stenookklusiven Veränderungen handelte es sich um 63% basiläre (61% leicht-, 25% mittel-, 12% hochgradige, 2% okklusive) und 56% distale vertebrale Läsionen (48%, 15%, 31%, 8%). Bei 21% der Patienten konnten im Follow-Up sonographische Veränderungen beobachtet werden, im hinteren Stromgebiet bei 11% (78% Stenosegrad-Reduktion, 22% -Zunahme) und im vorderen Stromgebiet bei 12% (50%, 60%). Die funktionelle Beeinträchtigung wurde durch den medianen MRS mit 1 (Spanne 0-4; MRS ≤2 88%), den NIHSS mit 0 (0-11) und den MMST mit 29 (22-30) angegeben, im Follow-Up mit leichtem Anstieg des MRS auf 1 (0-6; p=0,038) und des NIHSS auf 1 (0-15; p=0,058). Die klinische Veränderung ging bei 29% mit einer sonographischen Veränderung einher. Die für dieses Kollektiv gute Lebensqualität zeigte im Follow-Up trotz einer signifikanten Besserung der Vitalität eine Reduktion des allgemeinen Gesundheitszustands und der sozialen Funktionalität.
Fazit: In dieser Studie konnten wir trotz eines hohen vaskulären Risikoprofils und einer niedrigen Rate an Sekundärprophylaxe eine Tendenz zur Regredienz der Stenosen im vertebrobasilären Stromgebiet sowie eine sehr niedrige Schlaganfall-Inzidenz beobachten. Im longitudinalen Verlauf zeigte sich ein insgesamt gutes klinisches Outcome mit einer nur leichten, aber signifikanten Verschlechterung. Ursächlich für diese Entwicklung vertebrobasilärer Stenosen sahen wir den im Vergleich zum vorderen Stromgebiet bekannten abweichenden Pathomechanismus, so dass die Schlussfolgerung nahe liegt, dass vertebrobasiläre Stenosen weniger gefährlich sind. Im Weiteren ist zu klären, wie die Entwicklung der vertebrobasilären Stenosen unter verschiedenen Therapieregimen verläuft.
This dissertation focusses on the numerical modelling of resonant destabilization of Alfvén eigenmodes by fast ions in fusion plasmas. It especially addresses non-linear simulations of stellarator plasmas in which particle collisions are retained. It is shown that collisions are required for a realistic description of Alfvén waves in plasmas relevant to nuclear fusion.
We start by carefully verifying the implementation of the collision operators into the electromagnetic version of the gyro-kinetic delta-f particle-in-cell code EUTERPE. After these initial benchmarks are completed successfully, the code is in a position to be applied to realistic tokamak and stellarator scenarios.
Since every collision operator needs to fulfil conservation laws, a momentum-conserving version of the pitch-angle scattering operator is implemented. This is in particular important for neoclassical transport simulations aimed at computing flux-surface variations of the electrostatic potential in stellarators.
Using the simplified CKA-EUTERPE model (employing a fixed-mode-structure approximation), we perform non-linear simulations in tokamaks and stellarators. We show that the non-linear dynamics of fast-ion-driven Alfvén eigenmodes is significantly influenced by collisions. They have the potential to enhance the saturation level and to affect the frequency chirping of the modes.
It is thus concluded that collisions play an essential role in determining Alfvén-eigenmode-induced fast-ion transport - an important issue for future fusion devices. In order to address this issue the CKA-EUTERPE model is extended to evolve multiple modes at the same time. First results of this multi-mode version (which enhances the level of realism of the simulations) are shown in the Appendix of the thesis.
Cerebral palsy (CP) remains one of the most common debilitating diseases in the world.
Factors such as neuromuscular incoordination, use of soft diet and delayed oral
clearance of food make maintenance of optimum oral hygiene a challenging task in
these children. The compromised oral hygiene in turn make these children highly
vulnerable to dental disease. Maintaining optimal oral/dental health in CP children is of
utmost importance as these children usually suffer from several associated general
health problems in addition to their primary condition. Poor dental health further
compromises their general health. Nevertheless, CP children often suffer from dental
diseases including dental caries more than healthy children. This underscores the need
for improvement in oral health of the CP children. The CP children are dependent on
those around them for their oral hygiene maintenance and dietary intake. CP children
spend most of their time with health care workers in special centers for them or with
their parents/care takers at home. Therefore, the attitude of special health care workers
and parents towards their dental health is of prime importance. The purpose of this
project included to determine the attitude of special health care workers towards their
dental health and oral health comprehension by parents of CP children. In addition, a
study on caries experience of CP children and associated risk factors was also completed.
The final objective was to identify various potential areas of improvement with ultimate
goal of improving dental health of the CP children.
The study involving special health care workers in a Disabled Children’s Center revealed
that oral health knowledge and practices among the workers could generally be labeled
as satisfactory, however some weak areas (such as trend towards symptom-oriented
utilization of oral health care and lack of knowledge about fluoridated water) were
identified. There is a need to enhance the workers’ knowledge in these areas.
The study involving parents of the CP children showed mixed results. Some areas of
strong oral health comprehension (such as importance of good dental health, harmful
effects of sweetened foods), others satisfactory (such as need for routine dental visits,
use of fluoride) and some weak areas (use of flavored fizzy drinks, bottled/canned juices
and sweetened/flavored milks, seeking early treatment) were identified among parents
of CP children. The results strongly indicated a need for enhanced efforts towards
improvement of oral health comprehension in the parents of the CP children.
The study about caries experience and risk factors in CP children has provided useful
information in an area where literature has been scarce. Almost all the studied children
had clinical dental caries, and most of the caries were untreated. Very few children in
the present study had optimal oral hygiene. This study confirmed the strong correlation
between high dental caries experience and poor oral hygiene. Routine dental check-up
visits and topical fluoride application clearly resulted in lower caries experience. Bottled
juices and crispy potato chips were the two predictors for high caries experience.
As stated before, the goal of the project was to identify various potential areas of
improvement in oral health attitude of special health care workers, oral health
comprehension of the parents of CP children and risk factors for dental caries in CP
children. It is contemplated that by addressing the identified weak areas, an
improvement in dental health and care of the CP children is expected. It is also expected
that the collected information will help in improvement of clinical preventive as well as
restorative services for the CP children. CP children and their parents lead a challenging
life. This project was an effort to assist these children and their parents/care takers with
ultimate goal of improving their oral health and in turn their overall quality of life.
Die Gebrauchssprache umfasst verwandte Prädikate unterschiedlicher Stelligkeit. Beispiele sind etwa '.. ist wichtig', '.. ist wichtig für den Zweck ..', '.. ist wichtig zum Zeitpunkt ..'. Einige Arten von Verständnisproblemen und Scheindissensen können überwunden oder verhindert werden, indem solche Ausdrücke zur Klärung herangezogen oder bevorzugt braucht werden.
So können etwa die Rezipienten von missverständlichen Äußerungen höherstellige Prädikate verwenden, um klärende Interpretationen zu erstellen. Autoren von Äußerungen können ihrerseits höherstellige Prädikate gebrauchen, um das Risiko von Verständnisproblemen zu minimieren.
Es werden philosophische Methoden entwickelt, die auf dieser gebrauchssprachlichen Praxis des Einsatzes höherstelliger Prädikate aufbauen. Dazu gehören die Interpretation durch Stelligkeitserhöhung, mit der verständnisbefördernde Paraphrasen erstellt werden können, und Methoden der Stelligkeitsrevision, durch die inkonsistente Sprachen in konsistente überführt werden können.
Hintergrund:
Die zunehmende Impfkritik in bestimmten Bevölkerungskreisen wird in Zusammenhang mit der zunehmenden Verbreitung von Komplementärmedizin gebracht. Homöopathie ist einer der stärksten Vertreter unter der wachsenden Komplementär-Medizin. Besonders in der Pädiatrie, wo die meisten Impfungen durchgeführt werden, wird Homöopathie vermehrt eingesetzt. Eine Umfrage aus dem Jahre 1996 zeigte erstmals, dass entgegen der öffentlichen Meinung homöopathische Ärzte in Deutschland keine entschiedenen Impfgegner sind, aber durchaus kritischer und individueller beim Impfen vorgehen.
Methodik:
In der vorliegenden Arbeit werden Impfeinstellung und Impfverhalten unter niedergelassenen Pädiatern in ganz Deutschland untersucht. Hierbei werden Pädiater mit und ohne Zusatzbezeichnung Homöopathie gegenübergestellt.
Mittels einer repräsentativen Querschnittuntersuchung wurden im Jahre 2006/2007 50 % (N=3019) aller niedergelassenen Pädiater aus ganz Deutschland per Post (Zufallsstichprobe) zum Thema Impfen befragt. Ergänzend wurden zeitgleich 245 homöopathisch orientierte Pädiater in die anonymisierte Befragung eingeschlossen. Das Instrument wurde zuvor in einer Pilotstudie unter 200 deutschen Pädiatern evaluiert. Die Auswahl der Pädiater erfolgte über Adressverzeichnisse der Kassenärztlichen Vereinigungen und Ärztekammern der verschiedenen Bundesländer, sowie zusätzlich über den Deutschen Zentralverein für homöopathische Ärzte (DZVhÄ) und der Karl und Veronica Carstens (KVC)-Stiftung um eine möglichst große Vergleichsgruppe an homöopathischen Pädiatern zu erhalten. Die Rückläufe der Zufallsziehung, der zusätzlich homöopathischen Pädiater und der Pilotstudie wurden für die Auswertung gepoolt.
Für einen Vergleich wurden mittels 6 (Teil)-Fragen des Erhebungsinstrumentes Pädiater mit und ohne Schwerpunkt-/Zusatzbezeichnung Homöopathie differenziert. Letztere wurden zusätzlich unterschieden in Pädiater, die Homöopathie oder eine andere alternative/komplementäre Medizin anwenden oder rein konventionelle Medizin betreiben.
Das Impfverhalten wurde im Hinblick auf das Einhalten der STIKO-Empfehlungen anhand von 3 Fragen des Erhebungsinstrumentes als Mittelwert-Score operationalisiert:1. Impfen Sie nach dem empfohlenen Impfkalender der STIKO? 2. Wie würden Sie eigene minderjährige Kinder Impfen? 3. Ab welchem Alter empfehlen Sie in der Regel die erste Durchführung von Impfungen?
Um die Impfeinstellung zu operationalisieren, wurden die skalierten Positionierungen zu 8 vorgegebenen Meinungen zum Impfen zu einem Mittelwert-Score verrechnet. Der Einfluss folgender relevanter Variablen auf Impfeinstellung und Impfverhalten wurde mit einer multivariablen linearen Regression untersucht: Alter, Geschlecht, Ort der Niederlassung, Anteil an Privatpatienten und Zusatzbezeichnung Homöopathie. Für einen Vergleich mit den Studienergebnissen von 1996 wurde ein Impfkritiker-Index erstellt.
Ergebnisse und Diskussion:
Mit insgesamt 3464 angeschriebenen niedergelassenen Pädiatern (über 50 % aller niedergelassenen Pädiater aus jedem Bundesland) handelt es sich um die bisher größte bundesweite Studie zum Thema Impfen. Die Responserate ist mit insgesamt ca. 67 % überdurchschnittlich hoch, was ein großes Interesse zum Impfthema vermuten lässt. Vor dem Hintergrund einer weitestgehend vollständigen und aktuellen Praxis-Adress-Datenbasis kann diese Studie als deutschlandweit repräsentativ angesehen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind trotz leichter methodisch bedingter Einschränkungen in der Konstruktion der Stichprobe einmalig und aussagekräftig.
Pädiater mit und ohne Zusatzbezeichnung Homöopathie unterscheiden sich im Hinblick auf ihre Impfeinstellung und ihr Impfverhalten (orientiert an den STIKO-Empfehlungen) signifikant. Die überwiegend positive, aber kritische Haltung zum Impfen unter homöopathischen Pädiatern ähnelt den Ergebnissen von P. Lehrke von 1996. Das Vorurteil „Homöopathen seien Impfgegner“ konnte für Kinderärzte aussagekräftig widerlegt werden. Mit ca. 70 % hat die Mehrheit der homöopathisch arbeitenden Pädiater in Deutschland eine positive Einstellung zum Impfen. Sie sind aber auch mehrheitlich individuelle Impfkritiker. Die stärkste Impfkritik ist unter rein klassischen Homöopathen zu finden, welche ca. 47 % der Pädiater mit Zusatzbezeichnung Homöopathie ausmachen.
Die Zusatzbezeichnung Homöopathie hat von allen relevanten Variablen den größten Einfluss auf eine impfkritische Einstellung und entsprechendes Verhalten. Abweichungen von den STIKO-Empfehlungen betreffen aber überwiegend spätere Impfungen (überwiegend 1–3 Monate), sowie neuere Impfungen wie gegen Pneumokokken, Varizellen und Meningokokken. Als häufigster Grund für Abweichungen von den STIKO-Richtlinien wurde der Wunsch der Patienten angegeben. Da impfkritische Eltern eher Pädiater mit komplementärmedizinischem Zusatzangebot auswählen, beeinflussen sie auch die Erfahrungen und das Impfverhalten des Arztes. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich das Patientenklientel von Homöopathen und Nicht-Homöopathen systematisch unterscheidet. Unterschiedliche Erfahrungen durch den Umgang mit Ungeimpften und den Möglichkeiten homöopathischer Behandlungen könnten die Veränderungen der Impfeinstellung hin zu mehr Impfkritik im Lebenslauf von Homöopathen erklären. Homöopathen geben mit Abstand am häufigsten (über 60 %) eine Veränderung in ihrer Einstellung zum Impfen im Lebenslauf an, Nicht-Homöopathen in nur ca. 10–22 %. Bezüglich der Impfentscheidung der Patienten hat wiederum die persönliche ärztliche Empfehlung als wichtigste Vertrauensperson einen großen Stellenwert. Erfahrungen und Einstellung beeinflussen sich wechselseitig.
Basierend auf der Zufallsstichprobe haben ca. 10 % aller niedergelassenen Pädiater Deutschlands die Zusatzbezeichnung Homöopathie. Es gibt Hinweise, dass die Zusatzbezeichnung Homöopathie auf Grund der Patientennachfrage zugenommen hat. Das kann die häufige Anwendung von Homöopathie unter Pädiatern ohne Zusatzbezeichnung Homöopathie (ca. 40 %) erklären. Entsprechend dem marktwirtschaftlichen Prinzip des Gesundheitssystems wird die Homöopathie trotz wissenschaftlich strittiger Studienlage zunehmend von den Kassen vergütet, u.a. um konkurrenzfähig zu bleiben und Kosten vor allem im Bereich chronischer Krankheiten zu reduzieren.
Ausblick:
Ein Arzt sollte sich der Wirkung seiner Impf-Einstellung auf seine Patienten bewusst sein und bei seiner Impfberatung die Erwartungen und auch die Impfkritik seiner Patienten berücksichtigen. Die Komplexität und Vielseitigkeit des Impfthemas sollte den Impfentscheidern (Patienten) nicht vorenthalten werden sondern eine eigenverantwortliche Impfentscheidung (wie gesetzlich vorgesehen) fördern. Eine fundierte, neutrale und individualisierte Impf-Beratung sollte daher fester Bestandteil der medizinischen Ausbildung sein und in der Umsetzung auch entsprechend honoriert werden, unabhängig von der Impfentscheidung der Patienten. Damit können Verunsicherungen durch zT. emotionalisierende und polarisierende Informations-Medien (Internet, soziales Umfeld, Hebammen) vorgebeugt werden.
Bei zunehmender Verbreitung von Komplementärmedizin und speziell der Homöopathie sollten das Thema Komplementärmedizin in der medizinischen Ausbildung fest integriert werden und entsprechend den Möglichkeiten zur Heilungsunterstützung in der Forschung und klinischen Anwendung den entsprechenden Stellenwert bekommen.
There is an increasingly urgent need to understand and predict how organisms will cope with the environmental consequences of global climate change. Adaptation in any form can be mediated by genetic adaptation and/or by phenotypic plasticity. Disentangling these two adaptive processes is critical in understanding and predicting adaptive responses to environmental change. Usually, disentangling genetic adaptation from phenotypic plasticity requires common garden experiments conducted under controlled laboratory conditions. While these experiments are powerful, it is often difficult to translate the results into natural populations and extrapolate to naturally occurring phenotypic variation. One solution to this problem is provided by the many examples of invasive species that exhibit wide phenotypic variation and that reproduce asexually. Besides selecting the appropriate in situ model, one must carefully choose a relevant trait to investigate. Ecomorphology has been a central theme in evolutionary biology because it reflects how organisms can adapt to their environment through their morphology. Intraspecific ecomorphological studies are especially well suited to identify adaptive pressures and provide insights into the microevolutionary mechanisms leading to the phenotypic differentiation.
One excellent candidate for an intraspecific ecomorphological study aiming to understand adaptation through genetic adaptation and phenotypic plasticity is the invasive New Zealand mudsnail Potamopyrgus antipodarum Gray (1853). This ovoviviparous snail features high variability in shell morphology and has successfully invaded a wide range of fresh- and brackish water habitats around the world. The evolutionary and ecological situations in this species’ native and invasive ranges is drastically different. In New Zealand, P. antipodarum’s native range, sexual and asexual individuals coexist and experience selective pressure by sterilizing endoparasites. By contrast, only a few asexual lineages have been established in invaded regions around the globe, where parasite infection is extremely rare. Here, we took advantage of the low genetic diversity among asexually reproducing European individuals in an attempt to characterize the relative contribution of genetic variation and phenotypic plasticity to the wide variation in shell morphology of this snail.
Analysing the ecomorphology of 425 European P. antipodarum in a geometric-morphometric framework, using brood size as proxy for fecundity, and mtDNA and nuclear SNPs to account for relatedness and identify reproductive mode, we hypothesized that 1) shell variation in the invasive range should be adaptive with respect to colonization of novel habitats, and 2) at least some of the variation might be caused by phenotypic plasticity. We then expanded our ecomorphological scope by analysing 996 native specimens, expecting 1) genetic and morphological diversity to be higher in the native range compared to invaded regions; 2) morphological diversity to be higher in sexual compared to asexual individuals according to the frozen niche hypothesis; and 3) shell morphology to be habitat specific, hence adaptative. In a last part, we used computational fluid dynamics simulations to calculate relative drag and lift forces of three shell morphologies (globular, intermediate, and slender). Here, we tested the overall hypothesis that shell morphology in gastropods is an adaptation against dislodgement through lift rather than drag forces, which would explain the counterintuitive presence of wider shells with shorter spires in lotic environments. With a final flow tank experiment, we tested the specific hypothesis that the dislocation velocity of living snails is positively linked to foot size, and that the latter can be predicted by shell morphology, in particular the aperture area as assumed by several authors.
As expected, we found genetic and morphological diversity to be higher in native than in invasive snails, but surprisingly no higher morphological diversity in sexual versus asexual individuals. The relationships between shell morphology, habitat, and fecundity were complex. Shape variation was primarily linked to genetic relatedness, but specific environmental factors including flow rate induced similar shell shapes. By contrast, shell size was largely explained by environmental factors. Fecundity was correlated with size, but showed trade-offs with shape in increasingly extreme conditions. With increasing flow and in smaller habitats such as springs, the trend of shell shape becoming wider was reversed, i.e. snails with slender shells were brooding more embryos. This increase in fitness was explained by our CFD simulations: in lotic habitats, slender shells experience less drag and lift forces compared to globular shells. We found no correlation between foot size and shell shape or aperture area showing that the assumed aperture/foot area correlation should be used with caution and cannot be generalized for all aquatic gastropod species. Finally, shell morphology and foot size were not related to dislodgement speed in our flow tank experiment. We concluded that the relationship of shell morphology and flow velocity is more complex than assumed. Hence, other traits must play a major role in decreasing dislodgement risk in stream gastropods, e.g. specific behaviours or pedal mucus stickiness. Although we did not find that globular shells are adaptations decreasing dislodgement risk, we cannot rule out that they are still flow related adaptations. For instance, globular shells are more crush-resistant and might therefore represent a flow adaptation in terms of diminishing damage caused by tumbling after dislodgement or against lotic specific crush-type predators.
At this point, we can conclude that shell morphology in P. antipodarum varies at least in part as an adaptation to specific environmental factors. This study shows how essential it is to reveal how plastic, genetically as well as phenotypically, adaptive traits in species can be and to identify the causal factors and how these adaptations affect the fitness in order to better predict how organisms will cope with changing environmental conditions.
Im Forschungsfeld Klimaschutz und Nachhaltigkeitszertifizierung werden in dieser Arbeit die Treibhausgasemissionen durch Verwendung von Rapsbiodiesel gemäß EU Nachhaltigkeitsvorgaben der EU RED thematisiert. Regionales Bezugssystem sind gemäß EU-Vorgabe die NUTS2-Gebiete. Für 35 NUTS2-Regionen Deutschlands wurden Treibhausgasemissionen, die dem praxisnahen Rapsanbau zugerechnet werden können, berechnet.
Ein entwickeltes sogenanntes Rechenmodul mit dem Rapsanbauverfahren von der Bodenbearbeitung über die Düngung erfasst, beinhaltet einen vom Ifeu-Institut erschaffenen THG-Rechner, der die THG-Emissionen gemäß IPCC-und RED-Vorgabe berechnet. Um zwei Forschungslücken zu schließen, wurden mithilfe des Rechenmoduls insbesondere die Differenzierung der Stickstoffdüngung und die Regionalspezifik von Rapsanbauverfahren beschrieben. Zentraler Parameter ist die Düngung, mit Unterscheidung üblicher Stickstoffmineraldünger, und zusätzlich im Rechenmodul implizierte Wirtschaftsdünger. Die eigentliche Modellierung typischer regionaler Rapsanbauverfahren für 35 NUTS2-Gebiete mit 10 erforderlichen Anbauparametern erfolgte mit der Unterstützung und dem Fachwissen regionaler Experten der Landeseinrichtungen für Landwirtschaft. Folgende Ergebnisse werden dargestellt:
o Quantifizierung der THG-Anbauemissionen definierter Rapsanbauverfahren.
o Quantifizierung der entsprechenden Stickstoffsalden unter Berücksichtigung der Anrechenbarkeit des Stickstoffs aus Wirtschaftsdünger nach Vorgaben der Dün-geverordnung.
o Wirtschaftlichkeit definierter regionaler Rapsanbauverfahren.
o Modellierung von Minderungsverfahren nach Expertenrat.
o Rechenbeispiel Mecklenburg-Vorpommern – Optimierungsvariante nach Dün-geverordnung
o Einschätzung der Erreichbarkeit des Untersuchungszielwerts im Modell.
o Die von der EU gewünschte räumliche Bezugsgröße NUTS2-Region erfordert Durchschnittswerte für unterschiedlich große Gebiete.
o Mit dem entwickelten Rechenmodul sind Anbauverfahren und die erforderlichen Rechengrößen präziser bestimmbar und einzelbetrieblich planbar.
Die THG-Verminderung ist mit folgenden drei Stellschrauben möglich:
(1) N-Düngung (N2O-Feldemissionen) - Mineraldünger (die Vorkettenemissionen implizieren) sind möglichst zu vermindern und am Bedarf gemäß Düngeverordnung zu orientieren (auch um hohe N-Salden zu vermeiden),
(2) Wirtschaftsdünger (generell ohne Vorkettenemissionen) sind effizient einzusetzen, d.h. der N-Gehalt muss berücksichtigt werden,
(3) Dieselkraftstoffeinsatz im Anbauverfahren sollte möglichst verringert werden.
Many intrastate conflicts see more than one mediation effort. As the sequencing of mediation efforts in intrastate conflicts is neglected in existing research, this project addresses the question how and why previous mediation outcomes have an impact on subsequent mediation onset and subsequent mediation success. Drawing on bargaining theory, it is argued that governments and rebel groups engaged in intrastate conflicts account for previous mediation outcomes in their cost-benefit calculations on subsequent mediation onset, and, should subsequent talks set on, their behaviour during subsequent mediation efforts, which influences subsequent mediation success.
If mediation did not produce an agreement, the persistence of the private information problem is noted by the conflict parties. Yet, no new costs of mediation are uncovered, and hence the conflict parties will agree to subsequent mediation onset. Being aware of the necessity to overcome the private information and the commitment problem, the mediator will seek to account for the concerns of the conflict parties, and thereby work towards subsequent mediation success. If mediation produced a partial agreement, the benefits of mediation are underlined. The private information and the commitment problem seem solved with the assistance of the mediator. Subsequent mediation onset and eventually subsequent mediation success are observed. If a mediated agreement was reneged on by the rebel group, the government will refrain from further talks, pointing out the rebel group’s illegitimacy. If the government reneged on the agreement itself, it will also decide against subsequent mediation, as the previous mediation effort produced an agreement which did not mirror the power distribution in the dyad. Costs of mediation, which outweigh the benefits of it, were highlighted. Rebel groups will opt for mediation regardless which side reneged on an agreement. As both governments and rebel groups have to agree to subsequent mediation for talks to set on, subsequent mediation onset is unlikely if a mediated agreement was reneged on. Given the onset of subsequent mediation after a mediated agreement was reneged on, subsequent mediation success is unlikely to be observed, due to the previously underlined hazards of sharing private information and the persistence of the commitment problem.
The theoretical argument is tested with a mixed-methods approach. The quantitative analysis accounts for mediation efforts in African intrastate conflicts between 1993 and 2007. The qualitative analysis scrutinises the mediation efforts between the Government of Uganda and the Lord’s Resistance Army. The results of both parts of analysis largely go hand-in-hand, and show that partial mediation success and mediation which did not produce an agreement have a positive impact on subsequent mediation onset in particular, but also on subsequent mediation success. Reneged on mediated agreements have a severe negative impact on subsequent mediation onset and subsequent mediation success though.
By addressing the question which impact previous mediation outcomes have on subsequent mediation efforts, this research shows that mediation which does not produce an agreement is not the mediation outcome which needs to be feared by the international community. Instead, the deteriorating impact of short-lived agreements, a mediation outcome which is unaccounted for in existing research as an explanatory variable, becomes apparent. This research has important policy implications, especially for mediators, as it suggests that accepting mediation efforts to end without an agreement is more conducive for subsequent mediation efforts. Moreover, this research points towards the necessity of including reneged on agreements in mediation research as an explanatory variable more extensively, thereby shedding more light onto the dynamics at play in consecutive mediation efforts.
Zusammenfassung
Fragestellung
Quarzstäube sind ein Lungenkarzinogen. Dieses Siliziumdioxid wirkt nach inhalativer Aufnahme als inflammatorischer Schlüsselreiz zur Unterhaltung einer chronischen Entzündung. Diese betrifft typischerweise zunächst die pulmonalen Lymphknoten und später die Lunge selbst. Bislang war unbekannt, ob es bei Lungentumoren und gleichzeitig vorliegender Silikose der Lungenlymphknoten Unterschiede bezüglich des histologisch führenden Typs im Vergleich zu anderen Stadien der Silikose gibt. Ebenso war der mögliche Zusammenhang auch für andere, häufige Lungenkarzinogene des Uranbergbaus wie Radon oder Arsen noch nicht untersucht worden.
Methodik
Es wurden Daten von 2.524 Uranbergarbeitern aus dem Sektionsarchiv der SDAG Wismut in Stollberg sowie deren Expositionsdaten verwendet. Referenzpathologisch erfolgte die Einteilung in drei Silikosestadien (keine Silikose, ausschließlich Lungenlymphknotensilikose, Lungengewebs- und Lungenlymphknotensilikose) sowie die Zuordnung zu einem der drei führenden Lungentumorentitäten (Adenokarzinom, Plattenepithelkarzinom, kleinzelliges Karzinom). Unter Berücksichtigung der kumulativen Quarzexposition auf der Grundlage einer Job-Exposure-Matrix wurde die Auftretenswahrscheinlichkeit der Lungentumortypen für jedes Silikosestadium durch ein multinominales Regressionsmodell geschätzt. Gleiches erfolgte für die kumulativen Expositionen gegenüber den relevanten weiteren Karzinogenen Radon und Arsen.
Ergebnisse
Insgesamt waren die Wahrscheinlichkeiten der histologischen Lungentumortypen unter Uranbergarbeitern mit ausschließlicher Lymphknotensilikose den Wahrscheinlichkeiten mit Lungen- und Lymphknotensilikose ähnlicher als den Wahrscheinlichkeiten ohne Silikose. Dies wurde auch für Radon und Arsen bestätigt.
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass die Karzinogenese sowohl durch Quarz als auch durch Radon und Arsen in Lymphknotensilikotikern ähnlicher der Karzinogenese in Lungensilikotikern ist, als deren bei Nichtsilikotikern.
Objektive Eingruppierung sequenzierter Tollwutisolate mithilfe des Affinity Propagation Clusterings.
(2018)
Das International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) reguliert die Nomenklatur von Viren sowie die Entstehung neuer Taxa (dazu gehören: Ordnung, Familie, Unterfamilie, Gattung und Art/Spezies). Dank dieser Anstrengungen ist die Einteilung für verschiedenste Viren in diese Kategorien klar und transparent nachvollziehbar. In den vergangenen Jahrzehnten sind insgesamt mehr als 21.000 Datensätze der Spezies „rabies lyssavirus“ (RABV) sequenziert worden. Eine weiterführende Unterteilung der sequenzierten Virusisolate dieser Spezies ist bislang jedoch nicht einheitlich vorgeschlagen. Die große Anzahl an sequenzierten Isolaten führte auf Basis von phylogenetischen Bäumen zu uneindeutigen Ergebnissen bei der Einteilung in Cluster. Inhalt meiner Dissertation ist daher ein Vorschlag, diese Problematik mit der Anwendung einer partitionierenden Clusteringmethode zu lösen. Dazu habe ich erstmals die Methodik des affinity propagation clustering (AP) für solche Fragestellungen eingesetzt. Als Datensatz wurden alle verfügbaren sequenzierten Vollgenomisolate der Spezies RABV analysiert. Die Analysen des Datensatzes ergaben vier Hauptcluster, die sich geographisch separieren ließen und entsprechend als „Arctic“, „Cosmopolitain“, „Asian“ und „New World“ bezeichnet wurden. Weiterführende Analysen erlaubten auch eine weitere Aufteilung dieser Hauptcluster in 12-13 Untercluster. Zusätzlich konnte ich einen Workflow generieren, der die Möglichkeit bietet, die mittels AP definierten Cluster mit den Ergebnissen der phylogenetischen Auswertungen zu kombinieren. Somit lassen sich sowohl Verwandtschaftsverhältnisse erkennen als auch eine objektive Clustereinteilung vornehmen. Dies könnte auch ein möglicher Analyseweg für weitere Virusspezies oder andere vergleichende Sequenzanalysen sein.
Die vorliegende Studie befasste sich mit der Morphologie des Canalis nasolacrimalis (CN) von Japanischen Makaken (Macaca fuscata) basierend auf der Untersuchung koronaler computertomographischer Schichtaufnahmen. Im ersten Teil der Studie wurde das geschlechtsspezifische Wachstum des CN anhand von 29 Schädeln in unterschiedlichen postnatalen Altersgruppen analysiert. Der zweite Teil befasste sich mit dem Einfluss geographischer und klimatischer Faktoren auf die Morphologie des Tränenkanals adulter Japanischer Makaken, die definierten lokalen Populationen entstammen. Im dritten Teil der Arbeit wurde schließlich die Morphologie des CN von Macaca fuscata mit der anderer Spezies der Faszikularis-Gruppe der Makaken (Macaca cyclopis, Macaca fascicularis, Macaca mulatta) verglichen.
Zur Darstellung der Morphologie des CN wurden anhand der koronalen CT-Schichtaufnahmen mit Hilfe der WinSurf Version 4.0® - Software 3D-Rekonstruktionen des CN angefertigt und die entsprechenden Volumina ermittelt. Darüber hinaus wurde die Länge des CN sowie der Winkel zwischen der Achse des CN und der Horizontalebene mit dem Programm OsiriX® Version 5.8.2 vermessen. Die ermittelten Maße des CN wurden mit externen linearen Schädelmaßen in Beziehung gesetzt, um den Einfluss der Schädelmorphologie auf den CN zu untersuchen.
Männliche und weibliche Japanische Makaken wiesen zahlreiche Übereinstimmungen in der Morphologie des CN auf. So erstreckte sich der CN vom orbitalen Eingang nach kaudal und lateral. Dabei befand sich der orbitale Eingang weiter medial als die Mündungsstelle in der Nasenhöhle. Erst ab der Altersgruppe 2 erschien der Sinus maxillaris gleichzeitig auf einem Schichtbild mit dem CN. Die Maße des CN vergrößerten sich mit zunehmendem Alter, wobei das Volumen des CN adulter männlicher Tiere größer war als das der weiblichen Tiere. Bis auf den linken CN adulter Tiere wiesen weibliche Individuen in allen anderen Altersgruppen einen längeren CN auf als männliche Individuen. Die größte Volumen- und Längenzunahme zeigten sich bei Männchen zwischen der Altersgruppe 3 und 4, bei Weibchen zwischen der Altersgruppe 1 und 2. Die Achse des CN war bei infantilen Tieren nahezu senkrecht zur Horizontalebene ausgerichtet und verlagerte sich mit zunehmenden Alter schräg nach vorne.
Für die Volumen-, Längen- und Winkelmessungen des CN konnten signifikante geschlechtsspezifische Unterschiede beobachtet werden. Jedoch waren die Unterschiede nicht einheitlich und betrafen nicht alle Altersgruppen. Die vorliegende Studie zeigte für Macaca fuscata einen statistisch signifikanten Zusammenhang zwischen dem Wachstum des CN und externen Schädelmaßen. Darüber hinaus zeigten die Vergleiche der Anstiege der Regressionsgeraden zwischen beiden Geschlechtern keine signifikanten Unterschiede. Somit ist anzunehmen, dass sich die Tränennasenkanäle beider Geschlechter mit einem ähnlichen Wachstumsmuster vergrößern.
Der Einfluss klimatischer und geographischer Faktoren auf den CN wurde an 37 Schädeln adulter Japanischer Makaken beiderlei Geschlechts von fünf definierten geographischen Regionen Japans untersucht. Dazu wurden die ermittelten Maße des CN in Relation zu Klimadaten gesetzt. Für das Volumen ergaben sich keine statistisch signifikanten Unterschiede im Populationsvergleich. Jedoch unterschieden sich die Messwerte der lokalen Gruppen hinsichtlich der Länge und der Achsenneigung des CN signifikant voneinander. Zudem konnten für den linken CN signifikante Beziehungen zur geographischen Lage und der kleinsten Januartemperatur herausgearbeitet werden. Da dieser Zusammenhang nur für eine Seite beobachtet werden konnte, besteht weiterer Untersuchungsbedarf.
Schließlich wurden die vier Spezies der Faszikularis-Gruppe bezüglich der Morphologie des CN anhand von 34 adulten Schädeln beiderlei Geschlechts untersucht. Statistisch signifikante Unterschiede ergaben sich für das Volumen und die Länge des CN. Während für den CN von Macaca fuscata bezüglich Volumen und Länge die größten Messwerte bestanden, zeigte Macaca mulatta die kleinsten Messwerte. Hinsichtlich der Ausrichtung des CN zur Horizontalebene bestanden keine Speziesunterschiede.
Die Ergebnisse dieser Untersuchung beschreiben nicht nur den Tränennasengang innerhalb einer Wachstumsreihe von Macaca fuscata, sondern liefern erstmals Erkenntnisse über die Morphologie des CN bei verschiedenen geographischen Populationen der Rotgesichtsmakaken sowie der Faszkularis-Gruppe. Angesichts der bekannten Unterschiede zwischen Catarrhini und Platyrrhini bezüglich der Morphologie der Nasenhöhle sind weiterführende Untersuchungen notwendig um die Faktoren, welche die Morphologie des Tränennasengangs beeinflussen, weiter zu ergründen.
Myxomycetes are protists belonging to the super-group Amoebozoa. The traditional taxonomic system, which is now largely outdated by molecular studies, recognizes five orders: Liceales, Trichiales, Physarales, Stemonitales and Echinosteliales. Molecular phylogenies revealed two basal clades: Physarales and Stemonitales (the so-called dark-spored myxomycetes) are the first; the other above-mentioned orders form the second (the bright-spored myxomycetes). However, except for Echinosteliales none of the traditional orders appears to be monophyletic in the traditionally used delimitation. The dark-spored myxomycetes encompass the majority of the described morphospecies. Due to the high genetic divergence in DNA sequences between the bright- and dark-spored myxomycetes, only the latter are considered in this dissertation. Historically myxomycetes have been described as fungi, due to their macroscopically visible fructifications which, though considerably smaller, resemble those of fungi. These fruit bodies provide enough morphological traits to support a morphological species concept with currently ca. 1000 species described. Therefore diversity studies of myxomycetes have been conducted for over 200 years and a substantial body of data on ecology and distribution of these fructifications exist. From these studies myxomycetes are known to form often distinct communities across terrestrial ecosystems with highly specific habitat requirements, such as snowbanks (nivicolous), herbivore dung (coprophilous) or decaying wood (xylophilous). However knowledge on the myxamoebae – the trophic life stage of the myxomycetes – is very scarce. Only recent advances in molecular techniques such as direct species identification based on DNA sequences from environmental samples (ePCR), have made studies of myxamoebae (and other microbes) possible. From these first molecular based studies myxomycetes are currently estimated to account for between 5 to almost 50% of all soil amoebae, and have been shown to be present in a wide variety of soils. To fully take advantage of these new methods, a molecular DNA marker needs to be established as well as a reference sequence database. The usability of a DNA marker gene depends on its ability to separate species by a distinction between intra- and interspecific divergence between sequences of the same and related species, the so-called ‘barcoding gap’.
The first part of this thesis (article I and II) deals with the subject of establishing such a DNA marker and database, and in doing so touches upon the subject of ‘what is a myxomycetes species?’
A total of 1 200 specimens were compiled into a reference database (the largest database to date of dark-spored myxomycetes). The genetic distance from sequence-to-sequence was used to assess genetic clade structures within morphospecies and putative biospecies (sexually isolated linages) were identified. The result was an estimate of hidden diversity, exceeding that of described morphospecies by 99%. The optimum sequence similarity threshold for OTU-picking (genetic species differentiation, denoted Operational Taxonomic Unit) with the used SSU marker was identified as 99.1% similarity.
The second part of this thesis (article III and IV) presents ecological studies conducted with NGS (ePCR) in which the established threshold and database are applied and are demonstrated to provide reliable and novel insights into the soil myxamoebae community. It is investigated whether the occurrence of fruit bodies reflects the distribution of soil myxamoebae, and the research questions ‘do myxomycetes show broader realized niches as soil amoebae than as fructifications?’ and ‘are myxamoebae distributions correlated to potential prey organisms (fungi and bacteria)?’ are investigated.
In the ecological study presented in article III parallel metabarcoding of bacteria, fungi and dark-spored myxomycete was used for the first time in a joint approach to analyze the communities from an elevational transect in the northern limestone German Alps (48 soil samples). Illumina sequencing of the soil samples revealed 1.68 Mio sequences of a section of the rRNA gene, which were assigned to 578 operational taxonomic units (OTU) from myxomycetes. These show a high similarity (>98%) to 42 different morphospecies (the respective figures for bacteria and fungi were 2.16/5710/215 and 3.68/6133/260, respectively). Multivariate analyses were carried out to disentangle microbial interplay and to identify the main environmental parameters determining the distribution of myxamoebae and thus setting the boundaries for their ecological niches. Potential interactions between the three target organisms were analysed by integrating community composition and phylogenetic diversity with environmental parameters. We identified niche differentiation for all three communities (bacteria, fungi and myxamoebae) which was strongly driven by the vegetation. Bacteria and fungi displayed similar community responses, driven by symbiont species and plant substrate quality. Myxamoebae showed a more patchy distribution, though still clearly stratified among genera, which seemed to be a response to both structural properties of the habitat and specific bacterial taxa. In addition we find an altitudinal species turn-over for all three communities, most likely explained by adaptation to harsh environmental conditions. Finally a high number of myxomycetes OTUs (associated with the genus Lamproderma) not currently represented in our reference database were found, representing potentially novel species. This study is the first to report niche differentiation between the guild of nivicolous (“snowbank”) myxomycetes and thus fine-scale niche differentiation among a predatory soil protist; identifying both potential food preferences and antagonistic interactions with specific bacterial taxa.
Finally, the second ecological study (article IV) focuses on comparing the distribution of myxamoebae revealed by ePCR of soil samples with fructifications collected from the same area (714 specimens determined to 30 morphospecies, which form 70 unique ribotypes that can be assigned to 45 ribotype clusters using a 99.1% similarity threshold). The study found a strong coherency between the two inventories, though with species specific relative differences in abundance, which can in part be attributed to the visibility of the fructifications. In addition, a year to year comparison of fructification records gives support to the hypothesis that the abundance of fructifications depends strongly on the onset of snowfall in the previous autumn and the soil temperature regime throughout the winter.
Hintergrund: Patientennahe und klinische Erhebungsverfahren zur Dokumentation des Therapieverlaufs und des Behandlungserfolgs in der Ambulanten Muskuloskeletalen Rehabilitation (AMR) wurden bisher nur selten im direkten Vergleich hinsichtlich ihrer methodischen Eigenschaften, speziell der Änderungssensitivität untersucht. Für die angemessene Beurteilung medizinischer Behandlungsergebnisse sind begründete Empfehlungen für die Auswahl und Beurteilung geeigneter Outcomeparameter erforderlich.
Ziel: Die methodischen Eigenschaften verschiedener klinischer Messverfahren (Bestimmung der Gelenkbeweglichkeit und des Fingerbodenabstands mit der Neutral-Null-Methode, manuelle Muskelkraftmessung, Gehstreckenbestimmung mit dem Laufband, Staffelsteinscore Version Hüfte und Knie, Harris Hip Score und Knee Society Score) werden ermittelt und verglichen. Es wird untersucht, ob und wie gut diese Erhebungsmethoden mit generischen (SF-36) und spezifischen (WOMAC® bzw. Funktionsfragebogen Hannover-Rückenschmerz) patientennahen Erhebungsinstrumenten korrespondieren. Neben den klassischen Haupt- und Nebentestgütekriterien und den Verteilungseigenschaften wird die Änderungssensitivität bestimmt, um zu zeigen, wie gut die Instrumente in der Lage sind, Veränderungen über die Zeit abzubilden.
Methoden: In die prospektive unkontrollierte Längsschnittstudie mit indirekter Ergebnismessung im Vorher-Nachher-Design werden alle Patienten konsekutiv eingeschlossen, welche vom 1.1.2013 bis zum 1.5.2014 eine durchschnittlich dreiwöchige Ambulante Muskuloskeletale Rehabilitation nach Hüft- oder Knie-TEP-Implantation sowie nach operativer oder konservativer Behandlung der Claudicatio spinalis im Zentrum für Rehabilitation und Physikalische Medizin am SRH Zentralklinikum Suhl absolviert haben. Bei Aufnahme (T1) und bei Entlassung (T2) werden die o.g. klinischen Erhebungsverfahren, anamnestische Daten und bei den Patienten mit Claudicatio spinalis der Funktionsfragebogen Hannover-Rückenschmerz, bei den Endoprothese-Patienten der WOMAC® und bei allen Patienten der SF-36 bestimmt. Die Datenerhebung für WOMAC® und SF-36 erfolgt per Selbstauskunft, mit Hilfe oder als Interview. Die Reliabilität der patientennahen Instrumente wird für T1 mit Cronbach's alpha ermittelt. Für die Änderungssensitivität werden Effektstärken und Standardisierte Mittelwertdifferenzen berechnet und miteinander verglichen. Mit der Pearson-Korrelation wird gemessen, ob und wie gut die Ergebnisse der verschiedenen klinischen Befunde untereinander und mit den patientennahen Erhebungsverfahren korrelieren.
Ergebnisse: Die Untersuchung umfasst 175 Patienten (40 nach Hüft- und 60 nach Knie-TEP-Implantation sowie 75 mit Claudicatio spinalis, davon 24 nach einer Operation). Im Verlauf der Ambulanten Muskuloskeletalen Rehabilitation zeigen sich unabhängig von Alter, Geschlecht und Bildungsstand positive Veränderungen. Die heterogene Datenerhebung mittels schriftlicher Befragung bzw. durch ein persönliches Interview für SF-36 und WOMAC® hat keinen Einfluss auf das Untersuchungsergebnis. Wegen der unterschiedlichen Ergebnisse für die beiden Indikatoren zur Bestimmung der Änderungssensitivität (Effektstärke und Standardisierte Mittelwertdifferenz) ist es empfehlenswert, in Studien grundsätzlich beide Kennziffern zu berechnen und zu vergleichen. Die höchste Änderungssensitivität aller Instrumente erzielt der Staffelsteinscore in beiden Versionen (Knie stärker als Hüfte). Die Änderungssensitivität der anderen klinischen Erhebungsverfahren und des Funktionsfragebogen Hannover-Rückenschmerz fällt schwächer aus, ist aber der Änderungssensitivität der körperlichen Domänen des SF-36 überlegen, die wiederum eine höhere Änderungssensitivität aufweisen als die WOMAC® Subscores. Am niedrigsten ist die Änderungssensitivität für die Psychischen Domänen des SF-36. Es gibt keine relevanten Antwortausfälle. Nennenswerte Boden- und Deckeneffekte zeigen testimmanent nur der WOMAC® und für die Items "Körperliche Rollenfunktion", "Emotionale Rollenfunktion" und "Soziale Funktionsfähigkeit" der SF-36. Der Funktionsfragebogen Hannover-Rückenschmerz, der WOMAC® und mit Einbußen der SF-36 für die Items "Schmerz" und "Allgemeine Gesundheitswahrnehmung" sind zum Zeitpunkt T1 hoch reliabel (Cronbach's alpha). Mit der Pearson-Korrelation wird außer für die Hüft-TEP-Patienten in T1 die Konstruktvalidität für den SF-36 und den WOMAC® bestätigt. Als mögliche Fehlerursache kann nur die geringe Anzahl von 40 Hüft-TEP-Patienten identifiziert werden. Staffelsteinscore, Harris Hip Score und Knee Society Score korrelieren miteinander hochsignifikant. Der Staffelsteinscore ist in beiden Versionen bezüglich der Nebentestgütekriterien und der Korrelation mit dem SF-36 bzw. dem WOMAC® dem Harris Hip Score und dem Knee Society Score insgesamt leicht überlegen. Bei Patienten mit Claudicatio spinalis korrelieren Gehstrecke, Funktionsfragebogen Hannover-Rückenschmerz und mit Abstrichen für T1 der Fingerbodenabstand hochsignifikant miteinander und auch akzeptabel mit dem SF-36. Die Gehstrecke der Totalendoprothese-Patienten korreliert eher weniger gut mit allen Kenngrößen.
Diskussion: Im Ergebnis der Studie kann zur Evaluation und Dokumentation der Prozess- und Ergebnisqualität in der Ambulanten Muskuloskeletalen Rehabilitation für Endoprothese-Patienten die Verwendung des Staffelsteinscores in beiden Versionen und für Patienten mit Claudicatio spinalis die Bestimmung des Funktionsfragebogen Hannover-Rückenschmerz, der Gehstrecke und des Fingerbodenabstandes empfohlen werden. Dabei sind die differierenden Ergebnisse der Hüft-TEP-Patienten zum Zeitpunkt T1 und die heterogene Form der Datenerhebung für SF-36 und WOMAC® zu berücksichtigen. Die Kombination des Staffelsteinscores mit dem Harris Hip Score für die Hüft-TEP- und mit dem Knee Society Score für die Knie-TEP-Patienten bringt keinen Vorteil. Der Einsatz des SF-36 und des WOMAC® in der Routine ist nicht sinnvoll, genau wie das Messen der Gehstrecke mit dem Laufband bei den Endoprothese-Patienten. Weitere Studien an größeren Patientengruppen, im Einrichtungsvergleich, mit praktikableren patientenberichteten Endpunkten für die Endoprothese-Patienten und mit spezifischeren patientennahen Erhebungsverfahren für die Patienten mit Claudicatio spinalis sind genauso notwendig wie Untersuchungen mit anderen Assessmentinstrumenten der Mobilität sowie zur Bestimmung der Gehstrecke in anderer Art und Weise.
Das Nipahvirus (NiV) ist ein Paramyxovirus, welches im Menschen eine tödliche Enzephalitis mit einer hohen Letalität von bis zu 100% und im Schwein vorwiegend eine schwerwiegende Atemwegserkrankung mit hoher Morbidität hervorruft. Es gibt bis heute keine zugelassene antivirale Therapie oder Vakzine. Da neben den neutralisierenden Antikörpern zunehmend auch die Bedeutung einer zellulären Immunabwehr gegenüber einer Henipavirus Infektion diskutiert wird, rücken vor allem Vakzinen in den Fokus, die in der Lage sind, beides zu induzieren. Virus-ähnliche Partikel (VLPs) stellen als nicht-replizierende Systeme eine sehr sichere Vakzine und durch ihren Virion-ähnlichen Aufbau mit repetitiven Strukturen sehr potente Immunogene dar.
In dieser Arbeit wurde die Immunogenität von Henipa VLPs (bestehend aus NiV G, NiV F und Hendravirus (HeV) M) bezüglich der Aktivierung des adaptiven Immunsystems zunächst im Kleintiermodell Maus und anschließend in einer Großtierstudie im natürlichen Wirt Schwein untersucht, um Rückschlüsse auf das Potenzial von Henipa VLPs als Vakzine ziehen zu können.
Durch die Immunisierung mit Henipa VLPs wurde sowohl in C57BL/6 als auch in BALB/c Mäusen eine humorale Immunantwort mit anti-Henipavirus-spezifischen Antikörpern als auch mit NiV neutralisierenden Antikörpern induziert. Außerdem konnte erstmalig gezeigt werden, dass die Henipa VLPs in einem Mausstamm mit einer genetisch bedingten verstärkten Ausprägung einer Th1 Immunantwort (C57BL/6 Mäusen) in der Lage waren, eine zelluläre adaptive Immunantwort zu stimulieren. So konnte eine direkte Antigen-spezifische Proliferation und IFN-γ Expression in den CD8+ T-Zellen sowie die Th1 Zytokine IFN-γ, TNF-α und IL-2 in den Milzzellüberständen Henipa VLP-immunisierter C57BL/6 Mäuse nach homologer Restimulation nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass alle drei inkorporierten Proteine CD8+ T-Zell Epitope aufweisen. Die Kombination der drei Proteine in den Henipa VLPs führte zu einer stärkeren Reaktivierung der CD8+ T-Zellen. Im Rahmen der Immunisierung mit Henipa VLPs bildeten sich Gedächtnis CD8+ T-Zellen aus, die auch bei dreimaliger Applikation des Antigens und einer zusätzlichen Restimulation nicht in den funktionseingeschränkten Zustand der Erschöpfung oder Seneszenz übergingen.
Aufgrund der vielseitigen Immunogenität der Henipa VLPs im Mausmodell, wurde anschließend ihre Fähigkeit zur Induktion des adaptiven Immunsystems im natürlichen Wirt Schwein untersucht. Auch in Schweinen induzierten die Henipa VLPs eine Gedächtnis B-Zellantwort mit anti-Henipavirus-spezifischen Antikörpern und NiV neutralisierenden Antikörpern. Hinzu kam die Stimulation einer MHC-abhängigen als auch der schnelleren, MHC-unabhängigen zellulären Immunantwort. Hierbei waren es vor allem die MHC-unabhängigen γδT-Zellen, die auf eine Henipa VLP Restimulation hin proliferierten und antivirale Zytokine wie IFN γ und TNF α exprimierten. Von den MHC-abhängigen T-Zellen waren es die CD4+ T-Zellen, die die eben genannten löslichen Mediatoren exprimierten. Die CD8α+CD8β+ T-Zellen (klassische CTL) blieben hingegen nahezu unbeeinflusst. Die sowohl in CD8α+ γδT-Zellen als auch in CD8α+CD4+ T-Zellen nachgewiesene Multifunktionalität in Form einer IFN-γ und TNF-α Koexpression deutet auf die Generierung einer zellulären Gedächtnis T-Zellantwort in Schweinen durch die Mehrfachimmunisierung mit Henipa VLPs hin.
In dieser Arbeit konnte das vielversprechende Potenzial von Henipa VLPs als Vakzine durch die Induktion sowohl einer humoralen als auch einer zellulären Immunantwort in Mäusen und zum ersten Mal auch in Schweinen herausgestellt werden. In zukünftigen Infektionsversuchen unter BSL-4 Bedingungen muss geklärt werden, inwieweit diese Henipa VLPs in der Lage sind, einen Schutz und eine sterile Immunität gegenüber einer Henipavirus Infektion zu vermitteln.
Hintergrund:
Geschlecht und Gender sind nicht nebensächlich, sondern spielen eine relevante Rolle in der kindlichen Entwicklung, Erziehung und Gesundheit. Die Diskurse um Geschlecht und Gleichstellung lassen hingegen häufig den durchschnittlichen Reifungsvorsprung der Mädchen außer Acht. Auf diese Weise wird die Kluft zwischen den Geschlechtern bereits im Vorschulalter in beunruhigendem Maße betont. Durch die dichotome Geschlechterperspektive geraten außerdem andere entscheidende Einflussfaktoren wie die soziale und die ethnische Herkunft der Kinder in den Hintergrund. Diese Dissertation setzt den Schwerpunkt daher auf eine angemessene Analyse der Kategorie Geschlecht in ihrer immerwährenden Interaktion mit Anlage und Umwelt.
Methoden:
Die Betrachtungen beruhen auf Daten zu N = 6.447 Kindergartenkindern aus Mecklenburg-Vorpommern (M-V), die im Rahmen der kontrollierten prospektiven Kohortenstudie „Summative Evaluation KiföG M-V“ erhoben wurden. Zur Einschätzung kindlicher Kompetenzen kam das „Dortmunder Entwicklungsscreening für den Kindergarten“ (DESK 3-6) zur Anwendung; weiterhin wurde ein Elternfragebogen zur Erhebung des Sozialstatus eingesetzt. Auf der Grundlage geschlechtsinsensibler Normen erfolgte die Ermittlung kompetenzspezifischer Geschlechtsunterschiede in Abhängigkeit vom Kindesalter, vom Bildungshintergrund und vom Migrationsstatus. Geschlechtsspezifische Normen fanden anschließend Anwendung für die erneute Errechnung der Screeningbefunde von n = 4.251 Kindern im Alter von 48 bis 83 Monaten. Das Effektstärkemaß Cohen’s d diente dabei der Beurteilung der praktischen Relevanz der Geschlechterdifferenzen.
Ergebnisse:
Unter Anwendung der geschlechtsinsensiblen Gesamtnormen schnitten die Jungen jeden Alters schlechter ab – in allen Entwicklungsbereichen und unabhängig vom Kindesalter, vom Bildungshintergrund und vom Migrationsstatus manifestierten sich stets Geschlechtsunterschiede zugunsten der Mädchen. Diese Differenzen vergrößerten sich meist mit zunehmendem Alter und waren stellenweise stärker ausgeprägt bei Kindern aus bildungsnahen Elternhäusern bzw. bei Kindern nicht-deutscher Nationalität. Analysen auf der Grundlage geschlechtsspezifischer Normen ergaben allerdings ein andersartiges, buntes Bild und keine konsistenten Vorteile für ein Geschlecht: Die Unterschiede zwischen Mädchen und Jungen waren alles in allem nicht pädagogisch und praktisch bedeutsam, die Stärken und Schwächen geschlechtstypisch, aber nicht geschlechtsspezifisch verteilt. Die Berücksichtigung geschlechtsbedingter Besonderheiten hatte auch auf die Ermittlung von Entwicklungsrisiken im feinmotorischen und im psychosozialen Bereich einen Einfluss: Die Prävalenzraten wurden dabei durch die geschlechtsinsensiblen Normen für Mädchen mehrheitlich unterschätzt, für Jungen überschätzt.
Schlussfolgerungen:
Die besondere Beachtung geschlechtsspezifischer Entwicklungsaufgaben und Entwicklungsbedingungen entschärft einerseits die „Jungenkrise“ und ermöglicht andererseits eine erweiterte, eine biopsychosoziale Perspektive: Die Unterschiede in den Lernwelten und Lebenswegen von Mädchen und Jungen sind nicht monokausal, sondern multidimensional zu erklären. Statt die Geschlechter gegeneinander auszuspielen, sollte deshalb das Augenmerk auf der Koexistenz von Stärken und Schwächen innerhalb der Geschlechter liegen. Differenzierungen und Diversitäten müssen dringend den Platz von Pauschalisierungen einnehmen, um Behinderungen durch Begriffe und Bilder von Geschlecht gewissenhaft zu umgehen und in angemessener Art und Weise auf ethnische und soziale Herkunft Rücksicht zu nehmen. Im Sinne der Strategien des „Gender Mainstreaming“ und „Managing Diversity“ werden so intersektionale, interdisziplinäre Maßnahmen für mehr Chancengleichheit ins Rollen gebracht. Für frühzeitige Förderung und Frühintervention erscheint entsprechend ein Fokus auf Fähigkeiten und Fertigkeiten statt allein auf Geschlecht und Gender vielversprechend. Kompetenzspezifische, kompensatorische, kultursensible Präventionsansätze bieten die beste Chance, bereits bei Kindergartenkindern die Divergenzen nicht nur im Hinblick auf Geschlecht und Gender, sondern auch auf Ethnizität und Milieu zu verringern.
Die klinischen Ergebnisse von Fusionsoperationen an der Lendenwirbelsäule sind von vielen Faktoren abhängig. Zwei Operationsverfahren stellen derzeit den Goldstandard bei dorsalen lumbalen interkorporellen Fusionsoperationen dar, das PLIF- und das TLIF-Verfahren.
Das Ziel der Entwicklung des neuen dPLIF-Operationsverfahrens und des hierfür entwickelten Cages und Werkzeugs war, die Vorteile der PLIF-Technik und der TLIF-Technik zu vereinen. Kern der Entwicklung war es, über den dorsomedialen PLIF-Zugang einen geraden Cage einzubringen und diesen sicher in eine diagonale Lage, entsprechend der Cagelage bei der TLIF-Technik, zu rotieren. In der Anwendungsbeobachtung sollte die technische Anwendbarkeit im operativen Regelbetrieb bei guten und zur Literatur vergleichbaren klinischen Ergebnissen nachgewiesen werden. Das Cagedesign und die Verfahrenstechnik wurden am Rinderkadaver entwickelt. Nach der CE-Zulassung wurde die prospektive Anwendungsbeobachtung zur lumbalen Fusion von der Ärztekammer genehmigt. Diese umfasste 105 Patienten zwischen 27 und 87 Jahren mit symptomatischer und radiologisch nachweisbarer Wirbelsäuleninstabilität. In 87 von 105 Fällen (82,9%) konnte der dPLIF-Cage in eine diagonale Lage rotiert werden. Wenn intraoperativ eine Cageinsertion oder -rotation aus anatomischen Gründen nicht durchführbar war, war der problemlose Umstieg auf die PLIF-Technik möglich. Es wurde eine Fusionsrate von 95,2% erzielt. In prä- und postoperativen Untersuchungen konnte eine Besserung der neurologischen Symptomatik, der Einschränkungen im Alltag (ODI) und der Schmerzen (VAS) verzeichnet werden. Die Patientenzufriedenheit lag bei 87,6%. Die vorliegende Anwendungsbeobachtung zeigt, dass es möglich ist, mit dem dPLIF-Operationsverfahren einen einzelnen Cage über einen dorsomedialen PLIF-Zugang so zu platzieren, dass seine diagonale Lage der eines TLIF-Cages entspricht. Die Wahl des Operationszugangs ermöglicht die Dekompression des Spinalkanals und die Cageinsertion von nur einer Seite und erspart einen gesonderten Zugang. Dies führt zu einer im Vergleich zur PLIF-Technik kürzeren Operationszeit. Alle klinischen Parameter entsprechen denen der bisherigen Verfahren. Die Daten der Anwendungsbeobachtung ergeben auch, dass die dPLIF-Operationstechnik als sicher zu bewerten ist.
In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene grundlegende Ansätze zur Prävention der Afrikanischen Schweinepest entwickelt und teilweise evaluiert. Die ersten beiden befassten sich mit der Impfstoffentwicklung, wobei einerseits eine vektorbasierte Strategie verfolgt und zum anderen auf eine attenuierte ASPV Lebendvakzine hingearbeitet wurde. Die dritte Herangehensweise war auf die Inhibierung der viralen Replikation in Schweinezellen mittels CRISPR/Cas9 fokussiert, um Hinweise auf die generelle Anwendbarkeit des Systems in transgenen Schweinen zu gewinnen.
Der Pseudorabies-Virus Impfstamm Bartha (PrV-Ba) wurde als potenzieller Vektor für die Expression von ASPV-Antigenen im Schwein gewählt. Dazu wurde zunächst eine Methode etabliert, mit der PrV-Rekombinanten effizient generiert werden konnten. Dabei erwies sich die Verwendung eines artifiziellen bakteriellen Chromosoms (BAC), welches das infektiöse PrV-Genom enthielt, als hilfreich. In diesem wurde ein essentielles PrV-Gen inaktiviert, dass dann durch homologe Rekombination mit einem Transferplasmid in co-transfizierten Säugerzellen rekonstituiert werden konnte. Durch gleichzeitiges CRISPR/Cas9-vermitteltes Schneiden der BAC-DNA am gewünschten Insertionsort konnte die Rekombinationsrate weiter gesteigert werden. Diese Strategie wurde anschließend für die Insertion verschiedener ASPV Gene in das PrV-Genom genutzt, wobei unterschiedliche Promotoren und Kodonoptimierungen getestet wurden. In den meisten Fällen konnten durch Verwendung des CAG-Promotors und eine Kodonadaptation an porcine Gene die höchsten Expressionsraten erreicht werden. Somit wurde eine Methode entwickelt, mit der prinzipiell alle ASPV Gene im PrV Vektorsystem exprimiert und in Impfstudien getestet werden könnten.
In der zweiten Untersuchung wurden zwei Proteine des ASPV mittels monospezifischer Antiseren näher charakterisiert und ASPV-Deletionsmutanten generiert, um Hinweise auf die Funktionen der Proteine zu erhalten. Bei diesen Proteinen handelte es sich um p285L und pK145R. Sie wurden anhand von Daten aus einer vorhergehenden Proteomanalyse von Keßler et al. (2018) ausgewählt, da sie in großen Mengen in ASPV infizierten Zellen nachgewiesen wurden und deshalb wichtige Funktionen (beispielweise auch Virulenz-determinierende Funktionen) haben könnten. Bei p285L handelt es sich um ein früh exprimiertes Virionprotein, das zunächst in den sogenannten Virusfabriken infizierter Wildschweinlungenzellen (WSL) akkumuliert. pK145R ist ein spätes ASPV Protein, das in Virionen nicht nachweisbar ist und eine diffuse Verteilung im Zytoplasma infizierter Zellen zeigt. Beide Proteine sind für die Virusreplikation nicht essentiell, und ihre Deletion führte zu keiner (285L) oder einer nur mäßigen (K145R) Titerreduktion in infizierten WSL Zellen oder primären Blutzellkulturen (PBMC). Durch in vivo Analysen der Deletionsmutanten muss nun geklärt werden, ob p285L und pK145R für die Virulenz bzw. die Wechselwirkung von ASPV mit dem Wirtsimmunsystem wichtig sind und ob sich die Mutanten deshalb als lebend attenuierte Impfstoffe eignen könnten.
In der dritten Studie wurde untersucht, ob das CRISPR/Cas9 System zur Inhibition der ASPV Infektion in vitro geeignet ist. Dazu wurden WSL-Zelllinien generiert, die Cas9 und verschiedene sgRNAs konstitutiv exprimierten. Durch die Expression einer sgRNA gegen das Gen des ASPV Phosphoproteins p30 (CP204L) wurde die Virusreplikation nahezu komplett inhibiert. Die Spezifität des Effektes konnte durch parallele Versuche mit einem Virusisolat, dessen Zielsequenz nicht mit der genutzten sgRNA Sequenz übereinstimmte, gezeigt werden. Dieses ASPV Isolat konnte im Gegensatz zum Virus mit der passenden Zielsequenz in den rekombinanten Zellen genauso gut replizieren, wie in nicht modifizierten Zellen. Zudem wurde die Spezifität durch die Analyse von sporadisch auftretenden Escape-Mutanten bestätigt, die verschiedene Basenaustausche in der Zielsequenz aufwiesen. Somit konnte gezeigt werden, dass das CRISPR/Cas9 System eine effiziente Inhibition der ASPV Replikation in Zellkultur bewirken kann und deshalb möglicherweise auch in entsprechenden transgenen Schweinen eine Resistenz gegen letale ASPV-Infektionen vermitteln könnte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in allen drei Studien grundlegende Experimente erfolgreich durchgeführt wurden, die zur Prävention der Afrikanischen Schweinepest beitragen können.
Functional characterization of a novel protease isolated from a mouse-adapted S. aureus strain
(2018)
Background: The high incidence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus
(MRSA) strengthens the need for new effective antibiotics and a protective vaccine. Up till now, mainly human-adapted Staphylococcus aureus strains were used to study S. aureus pathogenicity in mouse models. However, it is known that S. aureus is highly host-specific. Recently, a mouse-adapted S. aureus strain, JSNZ, was identified. This strain could be a promising tool in developing more appropriate infection models. JSNZ produces high amounts of a putative extracellular protease, named JSNZ extracellular protease (Jep). Since the jep gene was only detected in S. aureus isolates from laboratory mice and wild small rodents and shrews, we hypothesize that Jep is important for colonization and infection in mice. The jep deletion mutant previously created by our collaborators from the University of Auckland, New Zealand, intriguingly showed a reduced survival and growth fitness in murine serum and whole blood as compared to the JSNZ wild type (WT) strain.
Objective: To elucidate the role of Jep in the interaction between S. aureus and its
host by comparing the impact of JSNZ WT with a mutant and a complement strain on the murine immune system. In addition, the elucidation of possible genetic factors behind host-adaptation of S. aureus strains isolated from wild rodents and shrews.
Methods: A jep complemented strain was generated by chromosomal replacement.
JSNZ WT, the jep mutant and the complement strain were subjected to functional
assays (whole blood survival assay, coagulation assay). In addition, the genetic
background that might confer host specificity was tested by staph array genotyping.
Results: The mutant strain JSNZDjep was successfully complemented with the jep
gene using a chromosomal integration approach. The WT strain and the
complemented strain produced the Jep protein in comparable amounts.
Unexpectedly, the complemented strains did not behave like the WT strain but rather like the mutant in a series of in vitro assays. Firstly, the growth of both the deletion mutant and the complemented strains was slightly reduced in TSB as compared to the WT strain. Secondly, the jep knockout strain showed a strongly reduced survival in murine whole blood compared to its wild type counterpart, but so did the complemented strain. Finally, the coagulation of murine plasma was less pronounced for the jep deletion mutant and the complemented strain as compared to the JSNZ WT. To exclude a defect in jep gene expression, we compared the amount of Jep expressed during growth in TSB medium for the three strains. The complemented strain produced Jep in a manner similar to the WT strain in a growth-phase dependent manner, suggesting that Jep expression was not affected during the creation of the complemented strain.
The array data showed some differences in the genetic makeup between animal
isolated strains and matched human strains. For example, while all animal isolates of the CC88 lacked the resistance mecA gene it was found in some human isolates of the same strain.
Conclusion: In conclusion, our unidentified mutation created during the generation
of the jep knock-out strain rather than the jep gene itself manipulated the murine
immune response. The responsible gene and the underlying mechanisms remain to
be clarified. Genetic profiling of S. aureus strains allowed us to obtain some valuable information including data about CC49, the most frequently isolated lineage in wild rodents and shrews where compared to the human isolates the murine strains showed clear signs of host adaptation. However, the analysis had several limitations including the small sample size.
Bacteria are exposed to oxidative stress as an unavoidable consequence of their aerobic lifestyle. Reactive oxygen species (ROS) are generated in the stepwise one-electron reduction of molecular oxygen during the respiration. Pathogens encounter ROS during the oxidative burst of macrophages as part of the host immune defense. Besides ROS, bacteria also have to cope with reactive chlorine, electrophilic and nitrogen species (RCS, RES, RNS). To cope with these reactive species, bacteria have evolved different defense and repair mechanisms. To maintain the reduced state of the cytoplasm, they utilize low molecular weight (LMW) thiols. LMW thiols are small thiol-containing compounds that can undergo post-translational thiolmodifications with protein thiols, termed as S-thiolations. S-thiolations function as major redox regulatory and thiol-protection mechanism under oxidative stress conditions. In eukaryotes and Gram-negative bacteria, the tripeptide glutathione (GSH) functions as major LMW thiol, which is present in millimolar concentrations. The Actinomycetes, such as Mycobacterium and Corynebacterium species do not produce GSH and utilize instead mycothiol (MSH) as their alternative LMW thiol. In Firmicutes, including Bacillus and Staphylococcus species, bacillithiol (BSH) functions as the major LMW thiol. LMW thiols protect protein thiols against the irreversible overoxidation of cystein residues to sulfinic and sulfonic acids. In addition, LMW thiols contribute to the virulence and survival of pathogens, function in metal homeostasis and serve as enzyme cofactors for detoxification of xenobiotics and antibiotics. In this doctoral thesis, we aimed to investigate the roles of MSH and BSH in redox regulation of main metabolic enzymes under oxidative stress in the pathogens Corynebacterium diphtheriae and Staphylococcus aureus. Previous redox proteomics studies identified the glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase GapDH and the aldehyde dehydrogenase AldA as S-thiolated in S. aureus and C. diphtheriae. Thus, we aimed to study the redox regulation of the metabolic enzyme GapDH in C. diphtheriae in response to NaOCl and H2O2 stress by S-mycothiolation, which is described in chapter 1. Moreover, we studied the involvement of the mycoredoxin-1 (Mrx1) and thioredoxin (Trx) pathways in reactivation of S-mycothiolated GapDH in vitro. Using shotgun proteomics, 26 S-mycothiolated proteins were identified under NaOCl stress in C. diphtheriae. These are involved in energy metabolism (Ndh, GlpD) and in the biosynthesis of amino acids (ThrA, LeuB), purines (PurA) and cell wall metabolites (GlmS). The glycolytic GapDH was identified as conserved target for S-thiolation across Gram-positive bacteria. GapDH was the most abundant protein, contributing with 0.75 % to the total cystein proteome. Moreover, GapDH is a conserved target for redox regulation and S-glutathionylation in response to oxidative stress in several prokaryotic and eukaryotic organisms. Treatment of GapDH with NaOCl and H2O2 in the absence of MSH resulted in irreversible enzyme inactivation due to overoxidation. Pretreatment of GapDH with MSH prior to H2O2 or NaOCl exposure resulted in reversible inactivation due to S-mycothiolation of the active site Cys153. Since S-mycothiolation is faster compared to overoxidation, S-mycothiolation efficiently protects the GapDH active site against overoxidation. The activity of S-mycothiolated GapDH could be restored by both, the Mrx1 and Trx pathway in vitro. Interestingly, the recovery of Smycothiolated GapDH by Mrx1 was faster compared to its reduction by the Trx pathway. In previous studies, the reactivation of S-mycothiolated Mpx and MrsA by the mycoredoxin pathway occurred also faster compared to the Trx pathway, which is consistent with our results. We were further interested to analyze the redox regulation of the glyceraldehyde-3phosphate dehydrogenase Gap of S. aureus under NaOCl and H2O2 stress, which is described in chapter 2. Using the quantitative redox proteomic approach OxICAT, 58 NaOCl-sensitive cystein residues with >10% thiol oxidation under NaOCl stress were identified. Gap and AldA showed the highest oxidation increase of 29% under NaOCl stress at their active site cystein residues. Using shotgun proteomics, five S-bacillithiolated proteins were identified, including Gap, AldA, GuaB, RpmJ and PpaC. Gap contributed with 4 % as most abundant cystein protein to the total cystein proteome. Our activity assays demonstrated that Gap of S. aureus is highly sensitive to overoxidation by H2O2 and NaOCl in vitro in the absence of BSH. The active site Cys151 of Gap was oxidized to the BSH mixed disulfide under H2O2 and NaOCl stress in the presence of BSH in vitro, which resulted in the reversible Gap inactivation. Moreover, inactivation of Gap by NaOCl and H2O2 due to S-bacillithiolation was faster compared to overoxidation, indicating that S-bacillithiolation protects the Gap active site against overoxidation in vitro. We further showed that the bacilliredoxin Brx catalyzes the reduction of S-bacillithiolated Gap in vitro. Molecular docking of BSH into the Gap active site revealed that S-bacillithiolation does not require major structural changes. Apart from Gap, the aldehyde dehydrogenase AldA was identified as S-bacillithiolated at its active site Cys279 under NaOCl stress in S. aureus previously. Thus, the expression, function, redox regulation and structural changes of AldA were analysed under NaOCl and aldehyde stress in S. aureus as summarized in chapter 3. AldA was S-bacillithiolated in the presence of H2O2 and BSH as demonstrated in BSH-specific Western blots in vitro. The expression of aldA was previously shown to be regulated by the alternative sigma factor SigmaB in S. aureus. Transcription of aldA was strongly increased in a SigmaB-independent manner under formaldehyde, NaOCl and diamide stress in S. aureus. Using an aldA deletion mutant, we demonstrated that aldA is required for growth and survival under NaOCl stress in S. aureus. The purified AldA enzyme was shown to catalyze the oxidation of various aldehyde substrates, including formaldehyde, methylglyoxal, glycolaldehyde and acetaldehyde in vitro. In addition, the function of the conserved Cys279 for AldA activity was investigated in vivo and in vitro. The purified AldAC279S mutant was shown to be inactive for aldehyde oxidation in vitro. Moreover, the aldAC279S mutant was very sensitive under NaOCl stress in vivo, and this phenotype could be reversed using the aldA complemented strain. These experiments demonstrate the function of Cys279 for AldA activity both in vitro and in vivo. AldA activity assays showed that AldA is sensitive to overoxidation and irreversible inactivation by H2O2 alone in vitro. In the presence of BSH, AldA is protected against overoxidation by reversible Sbacillithiolation in vitro. Molecular docking and molecular dynamics simulations revealed that BSH occupies two different positions in the Cys279 active site, which depend on the NAD+ cofactor. In the apoenzyme, BSH forms the disulfide with Cys279 in the “resting” state position, while Cys279 is S-bacillithiolated in the “attacking” state position in the holoenzyme in the presence of the NAD+ cofactor.
Ein Mangel an spezifischen Symptomen und diagnostischen Möglichkeiten verhindert häufig eine frühe Diagnosestellung und damit eine effektive Therapie des OC. Das Hitzeschockprotein HSP27 ist in die Progression vieler maligner Krebserkrankungen involviert und nachweislich in einer Vielzahl solider Tumoren hochreguliert. HSP27-Serumspiegel korrelieren mit der Aggressivität und Chemotherapieresistenz des OC. Daher stellt HSP27 einen potentiellen Biomarker für die Diagnostik, Prognose und Therapie des OC dar.
Die aktive Sekretion von HSP27 wurde bereits für diversen Zelltypen beschrieben und findet auch in Zellen ovariellen Ursprungs statt. Daher wurde die HSP27-Sekretion in dieser Arbeit im Zellkulturmodell mit den Ovarialkarzinomzelllinien OVCAR-3, SK-OV-3 und TOV-21G untersucht. Die Überexpression von HSP27 wurde sowohl gentechnisch mittels des DNA-Vektors pHSP27, als auch mittels Hitzeschock-Behandlung simuliert. Western Blot und ELISA Messungen dienten der Bestimmung der intra- und extrazellulären HSP27-Konzentration. Die Inhibition des intrazellulären Proteintransportes durch das ER wurde durch BFA realisiert. Der Transfektion der Zellen mit dem Vektor pHSP27 folgte eine Steigerung der intrazellulären HSP27-Expression. Diese war assoziiert mit signifikant erhöhten extrazellulären HSP27-Konzentrationen. Diese Ergebnisse konnten durch die Hitzeschock-Versuche bestätigt werden. Die Inhibition des ER-abhängigen intrazellulären Transportmechanismus durch BFA lässt auf eine aktive Sekretion von HSP27 über einen alternativen Mechanismus schließen.
In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die HSP27-Sekretion in OVCAR-3, SK-OV-3 und TOV-21G Zellen von der intrazellulären HSP27-Konzentration abhängig, aber unabhängig von ER-Transportmechanismen in den Ovarialkarzinomzellen ist. Die Anwesenheit von HSP27 im Serum von Patientinnen deutet darauf hin, dass die HSP27-Sekretion eine Funktion bzgl. der Tumorprogression des OC besitzt. Daher könnte die Konzentration an sekretiertem HSP27 als Biomarker für Diagnostik und Therapieverlauf sowie intrazelluläres HSP27 als Zielmolekül für die Therapie des Ovarialkarzinoms von Bedeutung sein.
The Effect of the Patients Nutritional Status on Immune Alterations Induced by Ischemic Stroke
(2018)
Ischemic stroke is one of the leading causes of death and disability throughout the world.
One important aspect of stroke pathophysiology are immunological changes after stroke, especially a combination of post stroke immunodepression, leading to
infectious complications after stroke and an activation of the immune system, leading to cerebral injury. Adipose tissue has several immunological functions and obesity
leads to immunological complications and is accompanied by a chronic immune activation.
To study the effects of body weight and obesity on the immune system and measure weight and fat tissue changes after ischemic stroke we conducted the LIPS Trial and enrolled 50 stroke patients and 16 control subjects between July 2015 and July 2016. On the day of admission and on the days 1, 2, 3, 4, 5, 7, 30, 90 and 180 after admission stroke patients were weighed with an in-bed scale, body composition was measured with BIA, the triceps-skin fold thickness was measured, the NIHSS scale was obtained and blood was drawn. FACS-analysis was performed and triglycerides,cholesterol, CRP and PCT were measured at the central laboratory facility of the Universitätsmedizin Greifswald. Luminex-multiplex analysis for multiple cyto- and chemokines was performed at the Multiplex Facility at the University Leiden. A cerebral MRI and an abdominal MRI were performed shortly after admission and on days 5-7 for most patients and the infarct volume, abdominal fat and hepatic fat percentage were measured. On days 30, 90 and 180 after stroke Bartel Index and mRS were obtained.
After stroke our patients showed the typical immunological changes described previously as stroke induced immune alterations, namely a post stroke immunodepression as well as signs of an activated immune system and an acute
phase response. Our patients lost weight, but only 1.7 ± 0.5 kg. Skinfold thickness did not change during the course of our trial and abdominal fat measurement did not change in stroke patients. Immunological parameters (leukocytes, neutrophils,CRP, PCT, IL-6) did not differ between BMI subgroups (normal weight: BMI < 25,overweight: BMI ≥ 25, < 30, obese: BMI ≥ 30) and in this trial we could not detect a
difference in patients with normal weight, overweight or obesity in the post stroke periode. In an additional analysis we could show that rapid clinical improvement
did result in a rapid improvement of post stroke immune alterations, especially for leukocytes, neutrophils, IL-6 and CRP.
Zusammenfassung
Die Wundheilung stellt einen komplexen und sensiblen Prozess dar, wobei neben Keratinozyten auch besonders Immunzellen eine wesentliche Rolle spielen. Besonders in der Medizin ist die Behandlung von Wunden eine zentrale Aufgabe und erfordert immer mehr Techniken, um diesen Prozess effizienter ablaufen zu lassen. Seit einigen Jahren steht die Behandlung von Wunden mittels Niedertemperatur Plasma immer mehr im Fokus der Wissenschaft. Dabei besteht Plasma aus zahlreichen Komponenten, wobei jede Komponente die Zelle unterschiedlich beeinflussen kann. Da auch jede Wunde einzigartig im Hinblick auf Beschaffenheit und Erregerspektrum ist, sollte dies auch mit einer individuellen Abstimmung der Plasamkomponenten einhergehen um so die Wundheilung noch effizienter zu gestallten. Ziel dieser Arbeit ist die Modifizierung der Plasma-Komponenten durch einen Gasmantel, um herauszufinden, welche Modifizierung am effektivsten auf Immunzellen und somit auch auf die Wundheilung wirkt.Dafür wurde in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von fünf Gaszumischungen im Mantelgas eines argonbetriebenen kalten Atmosphärendruckplasmajets (kINPen 11) auf die Generierung von reaktiven Spezies in Flüssigkeiten und auf Monozyten in vitro untersucht. Der kINPen (ein Gerät der Firma neoplas,zur Erzeugung von Niedertemperatur-Plasma) war dabei auf 5slm(Standardliter pro Minute Argon) und Burstmodus eingestellt. Die Gaszusammensetzung variiert von 100% Stickstoff (N2) und 0% Sauerstoff (O2) in 25íger Schritten zu 100% O2 und 0% N2. Dabei entstehen abhängig von der O2- und N2-Zufuhr im Gasmantel unterschiedliche reaktive Spezies. Als repräsentativ für die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) wird Wasserstoffperoxid (H2O2) und für reaktiven Stickstoffspezies (RNS) werden Nitrit (NO2–) und Nitrat (NO3–) erfasst. Die Experimente wurden nach Flüssigkeitsanalytik und zellphysiologischen Aspekten gegliedert. Es wurde die THP-1-Monozytenzelllinie verwendet. Zu den Methoden der Flüssigkeitsanalytik gehören die Bestimmung des pH-Werts, die Detektion der NO2–-, NO3–- und H2O2-Konzentration. Zellphysiologisch wurde die Zellviabillität,die Apoptoserate,der Wachstumsfaktor HB-EGF,sowie die Zytokinsekretion detektiert. Zudem wurde die direkte und indirekte Plasma-Behandlung verglichen.Bei derdirekten Plasma-Behandlung stehen die Zellen mit dem Plasmaeffluenten im direkten, kontinuierlich Kontakt, wohingegen bei der indirekten Behandlung nur das Zellkulturmedium behandelt wird und anschließend auf die Zellen gelangt. Die Zellen haben keinen Kontakt mit dem Plasmaeffluenten. Zu der Flüssigkeitsanalytik gehört die gezielte Messung der durch das Plasma entstehenden ROS und RNS in phosphatgepufferte Salzlösung (PBS) und Zellkulturmedium (RPMI-Medium, Roswell Park Memorial Institute). Es konnten keine pH-Wert-Veränderungen durch die Plasma-Behandlung gemessen werden, aber mit Zunahme der Behandlungszeit stieg die Menge an reaktiven Spezies. Der Gasmantel hat besonders Auswirkungen auf den Gehalt der Flüssigkeiten an reaktiven Spezies. Die niedrigsten Nitrat-Anion (NO3–)- und Nitrit-Anion (NO2–)-Konzentrationen ergaben sich bei der 100% und 0%N2-Mantelgaszumischung. Die75%N2-Mantelgaszumischung zeigte die höchste NO3–-Konzentration in PBS. Die H2O2-Konzentration nahm mit dem Anteil an O2 im Mantelgas zu und erreicht ihr Maximum bei Mantelgaszumischung gezeigt werden. Alle anderen Mantelgaszumischungen zeigten zwar bei der Flüssigkeitsanalytik deutliche Unterschiede, doch durch die Anwesenheit von THP-1-Zellen wurde der Einfluss deutlich geringer. Die Gaszumischungen hatten trotz unterschiedlicher Bildung von reaktiven Stickstoff- und Sauerstoffspezies keinen großen Effekt auf die Zelltoxizität. Die 50%-N2-Mantelgaszumischung bewirkte die höchsten Konzentrationen an reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS), was mit einer erhöhten frühen und späten Apoptose einherging und mit niedrigen IL-8-Werten. Die 100% N2-Mantelgaszumischung zeigte die größten Effekte auf die Zytokinsekretion. Die IL-6-Konzentration sank sowohl bei den direkt als auch indirekt mit Plasma behandelten und mit Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierten Proben. Gleichzeitig wurde für die unstimulierte, indirekte Plasma-Behandlung ein deutlicher Anstieg der IL-8-Konzentration gemessen. Neben den erwähnten Ergebnissen konnten weitere zelluläre Effekte unabhängig von den Mantelgaszumischungen gemessen werden. Zum Einen zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen der direkten und indirekten Plasma-Behandlung. Die indirekte Plasma-Behandlung,d.h.diePlasma-Behandlung von Zellkulturmedium und die anschließende Inkubation der Zellen, zeigte eine starke Erhöhung der IL-8-Konzentration, die mit der N2-Konzentration im Mantelgas anstieg. Auch für die IL-6- und IL-8-Konzentrationen nach LPS-Stimulation zeigten sich Unterschiede zwischen der direkten und indirekten Behandlung. Die indirekte Plasma-Behandlung zeigte eine stark reduzierte Zellviabilität gegenüber der direkten Plasma-Behandlung (1 min), die eher aktivierend wirkte. Zum Zweiten zeigte sich nach der Plasma-Behandlung, dass die Zellen im Durchflusszytometer eine Erhöhung des Volumens und der Granularität nach langen Behandlungszeiten aufwiesen und scheinbar erhöhte Zellviabilität. Eine Detektion des Wachstumsfaktors HB-EGF mit Hilfe der FACS-Analyse konnte nicht gezeigt werden. Drittens, konnte durch Zugabe von Katalase ein Anstieg der NO2–-Konzentration im RPMI im Vergleich zur Behandlung ohne Katalase gezeigt werden. Somit spiegelt die Flüssigkeitsanalytik nicht die Stituation in Gegenwart von Zellen in vitro wieder. Erstmalig konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Modifizierung der Umgebungsgase bei der Plasma-Behandlung einen Einfluss auf die Bildung von ROS, RNS und Zytokinen hat. Besonders die 50% N2-Mantelgaszumischung hat mit der Reduktion der IL-8-Konzentration und damit der Reduktion eines für die Angionese relevanten Faktors möglicherweise einen negativen Effekt auf die Wundheilung. Im Gegensatz dazu bewirkt die 100% N2-Mantelgaszumischung durch Abnahme von IL-6 eine Verringerung der Entzündungsmediatoren und durch die Erhöhung von IL-8 eine Zunahme eines für die Angiogenese in Wunden wichtigen Parameters. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass der Einfluss durch die Behandlungszeit und der direkten und indirekten Behandlung einen weitaus größeren Effekt auf Monozyten haben könnte als bisher angenommen. Somit leistet diese Arbeit einen zusätzlichen Beitrag für das weitere Verständnis bei der Aufklärung der zellulären Effekte durch die Plasma-Behandlung. Es kamen aber auch neue Fragen auf, die noch nicht hinreichend geklärt wurden: Erstens, welcher Mechanismus steht hinter der Zunahme der Granularität und des Volumens nach langen Plasma-Behandlungen. Zweitens, in wie weit sind die ohne Katalase-Behandlung gemessenen NO2–-Konzentrationen aussagekräftig. Drittens, haben die indirekte und direkte Plasma-Behandlung den gleichen Effekt in vivo wie in vitro. Um diese Fragen weiter zu klären ist weitere Forschung nötig.
Hintergrund
Aufgrund verschiedenster Erkrankungen müssen Patienten regelmäßig ärztlich verordnete Medikamente einnehmen. Für den Heilungsprozess sowie zur Abwendung von gesundheitlichen Gefahren durch einen sicheren Umgang mit der eigenen Medikation ist eine sachgemäße Einnahme der Medikation entscheidend. Patienten sollten daher bestimmte Kerninformationen zu ihren ärztlich verordneten Medikamenten kennen und auch über diese Auskunft geben können. Sowohl demografische Faktoren als auch ein Medikamenteneinnahmeplan können die Auskunftsfähigkeit von Patienten beeinflussen.
Methode
In dieser Querschnittstudie wurden insgesamt 637 Patienten in zehn Hausarztpraxen im Raum Göttingen und Westthüringen zu den Medikamentenitems Name, Dosierung, Einnahmefrequenz und Indikation ihrer ärztlich verordneten Medikation befragt. Es erfolgte ein Abgleich der Patientenangaben mit der hausärztlichen Dokumentation. Des Weiteren wurde der Einfluss demografischer Faktoren sowie eines Medikamenteneinnahmeplanes auf die Auskunftsfähigkeit von Patienten zur Medikation untersucht. Die Datenerhebung wurde mittels persönlichen Interview in der Arztpraxis, Telefoninterview und postalischer Befragung durchgeführt.
Ergebnisse
Patienten konnten bezüglich ihrer einzunehmenden Medikation mäßig zum Medikamentennamen (67 %) sowie der Indikation (82 %) und sehr gut zur Dosierung (96 %) und zur Einnahmefrequenz (97 %) Auskunft geben. Es bestand eine relevante Diskrepanz zwischen den hausärztlich dokumentierten Medikamentenverordnungen und den von Patienten tatsächlich eingenommenen Medikamenten. Im Abgleich der Patientenangaben mit der hausärztlichen Dokumentation konnten Patienten am besten den Medikamentennamen (75 %) und am schlechtesten die Indikationen (47 %) übereinstimmend benennen. Mit zunehmender Medikamentenanzahl sank die Übereinstimmungsrate.
Einen Medikamenteneinnahmeplan besaßen 65 % der Patienten. Jedoch nutzten lediglich 19 % diesen zur Beantwortung der Fragen. Der Besitz eines Medikamenteneinnahmeplanes alleine zeigte keinen positiven Effekt auf die korrekte Auskunftsfähigkeit von Patienten zur Medikation, jedoch dessen Anwendung. Eine höhere Bildung (≥10 Jahre) war mit einem höheren Anteil korrekter Angaben assoziiert. Die Einnahme jedes zusätzlichen Medikamentes war ein negativer Indikator. Je nach Erhebungsmodalität variierte die Auskunftsfähigkeit von Patienten, insbesondere bezüglich des Medikamentennamens und der Indikation.
Schlussfolgerung
Patienten kennen bestimmte Basisinformationen zu ihren ärztlich verordneten Medikamenten und können häufig zu diesen Auskunft geben. Es besteht jedoch eine relevante Diskrepanz zwischen den hausärztlich dokumentierten Medikamenten und den Patientenangaben. Insbesondere bei steigender Medikamentenzahl ist die Nutzung eines vorhandenen Medikamenteneinnahmeplanes wichtig. Die meisten Patienten jedoch verwenden diesen, obwohl vorhanden, nicht. Daher führt per se die Ausstellung eines Medikamenteneinnahmeplanes nicht zu einer besseren Auskunftsfähigkeit zur Medikation. Technische Lösungen, um die Arzneimitteltherapiesicherheit zu gewährleisten und Informationslücken zu schließen, sollten unabhängig von einem unvollständigen und oft im Bedarf nicht vorhandenen oder nicht genutzten Medikamenteneinnahmeplan aus Papier entwickelt werden.
In this thesis, size-sensitive phenomena of three-dimensional dust crystals emerged in a low temperature plasma are presented. Depending on the number of particles in the system phase transitions, collective vortex motions and large-scaled expansions can be observed. To investigate these fascinating effects an advanced experimental setup as well as new evaluation methods have been developed. This thesis will present these new techniques and the gained insights.
Die therapeutische Anwendung kalter Atmosphärendruckplasmen (CAP) ist der zentrale Schwerpunkt des in einer hoch interdisziplinären Schnittstelle zwischen Natur- und Lebenswissenschaften angesiedelten Forschungsgebiets der Plasmamedizin. Trotz eines auf Basis grundlagentechnologischer und anwendungsorientierter Forschung zunehmenden Erkenntnisgewinns, wirft die Plasmamedizin sowohl bezüglich spezifischer Wirkeffekte als auch Risikopotentiale nach wie vor verschiedene Fragestellungen auf und zeigt, vor dem Hintergrund einer nicht ausschließlich auf Grundlage von in vitro Daten zu prognostizierenden unbedenklichen in vivo Anwendbarkeit, vor allem ein Defizit an klinischen Daten.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgte erstmals eine systematische Langzeituntersuchung eines unter standardisierten Bedingungen mittels kaltem atmosphärischen Plasma behandelten Probandenkollektivs. Die 5 Probanden waren 5 Jahre zuvor Teil einer Untersuchung zum CAP-Einfluss auf die Wundheilung CO2-Laser-induzierter Hautläsionen, im Zuge derer jeweils 3 der 4 Läsionen mit unterschiedlichen Applikationsschemata (1 x 10 s; 1 x 30 s; 3 x 10 s) mittels des kINPen® MED behandelt wurden.
Neben einer klinischen Evaluation wurde die Nachuntersuchung durch aufwendige, bildgebende Diagnostika wie Dermatoskopie, konfokale Laserscanmikroskopie (KLSM) und Hyperspectral Imaging (HSI) assistiert sowie fragebogengestützt hinsichtlich plasmavermittelter Hautveränderungen (POSAS) und einer möglichen therapieassoziierten Beeinträchtigung der Lebensqualität (DLQI) ergänzt.
Im Ergebnis konnten weder klinisch-makroskopisch, dermatoskopisch, noch mittels KLSM oder HSI malignitätssuspekte Veränderungen, Anzeichen chronischer Entzündungsreaktionen, pathologische Modifikationen der Zellarchitektur und Zellmorphologie oder mikrozirkulatorische Pathologien in den plasmabehandelten Arealen, gegenüber dem umliegenden, nicht mittels Kaltplasma therapierten Gewebe, belegt werden.
Die in dieser Komplexität im Rahmen einer Langzeituntersuchung am Menschen bisher einzigarten Daten tragen, insbesondere auf dem hochaktuellen Diskussionsfeld plasmaassoziierter Risikopotentiale, zu einem weiteren Erkenntnisgewinn bei. Zur Sicherung indikationsspezifischer Dosisempfehlungen und Behandlungsfenster bedarf es, aufgrund verschiedener allgemeiner und spezieller Limitationen, jedoch weiterer klinischer Studien.
In Deutschland gibt es ca. 3 Millionen Kontaktlinsenträger und pro Jahr ca. 12000 kontaktlinsen-assoziierte Keratitiden. Die Hauptursache dieser Keratitiden ist die mangelnde Compliance der Kontaktlinsenträger hinsichtlich einer adäquaten Kontaktlinsenhygiene. Leider sind jedoch die gängigen Reinigungsmethoden, besonders die am häufigsten angewandte chemische Reinigung mit den so genannten All-in-One-Lösungen besonders anfällig für Hygienefehler (Austauschrhythmen, Einwirkzeiten, mechanische Vorreinigung).
In dieser Arbeit wurde nun ein neues Desinfektionsverfahren getestet, das weitestgehend unabhängig von der Compliance der Anwender ist. Dazu setzten wir UVC-Strahlung ein und bestrahlten damit weiche Monatslinsen. Wir verwendeten zwei unterschiedlich dimensionierte Prototypen (UVC-Bestrahlungsgerät, LED-UVC-Bestrahlungsgerät). Wir testeten das Verfahren anhand der Vorschriften der Europäischen Norm EN ISO 14729. Diese Norm regelt die mikrobiellen Anforderungen und Prüfverfahren für Produkte und Systeme zum Hygienemanagement von Kontaktlinsen. Sie verlangt zwei verschiedene Test. Der Stand Alone Test ist die Pflegemitteldirektprüfung. Dabei wird das neue Desinfektionsverfahren an einer Keimaufschwemmung getestet. Der Regimen Test ist die Prüfung des Verfahrens anhand der eigenen Pflegeanleitung. Das Verfahren muss dazu an 5 Testkeimen (Staphylococcus aureus, Serratia marcescens, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Fusarium solani) getestet werden.
Parallel zur UVC-Bestrahlung testeten wir noch vier handelsübliche All-in-One-Lösungen (Perfect Aqua Plus (MPG&E), Opti-Free Replenish (Alcon), All-in-One light (Sauflon Pharmaceuticals), Solo Care Aqua (Ciba Vision)) und verglichen dann die Ergebnisse.
Die Versuche bewiesen, dass die UVC-Bestrahlung sehr gut geeignet ist, um weiche Kontaktlinsen zu desinfizieren. Es reichten nur 30 s (UVC-Bestrahlungsgerät) bzw. 2 Stunden (LED-UVC-Bestrahlungsgerät) Bestrahlung aus um die geforderte Log-Reduktion von 3-5 Logstufen bei allen 5 Testorganismen zu erreichen.
Leider mussten wir feststellen, dass die All-in-One-Lösungen deutlich schlechter abschnitten und die Norm somit zum größten Teil nicht erfüllten, wenn man auf den Schritt der manuellen Vorreinigung verzichtete.
Zusammenfassend ist also zu sagen, dass die UVC-Bestrahlung eine sehr gute Alternative für die mikrobielle Reinigung von Kontaktlinsen, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, darstellt und dass ihre Wirksamkeit dabei weitestgehend unabhängig von der Compliance der Anwender ist.
Das Ziel dieser Arbeit lag in der Untersuchung der Rolle des Renin Binding Proteins (RenBP) bei der kardioprotektiven Wirkung des zytosolischen Renins in H9c2 Zellen, die einer Glucosedepletion ausgesetzt waren.
Die Ergebnisse der Immunhistochemie ließen eine Kolokalisation beider Proteine nach Glucosedepletion erkennen. Mittels chemischen Detergenzien und Renin gelang im Nativen Western Blot die Unterscheidung zwischen RenBP Homodimer, Heterodimer und Monomer. Ein artifizieller ATP-Mangel durch Apyrase, ähnlich der Glucosedepletion, bewirkte eine Heterodimerbildung. Allerdings gelang mit dieser Methode kein Nachweis des endogenen zytosolischen Renins mit dem verwendeten Antikörper. Der Abfall der NAGE-Aktivität unter Überexpression des zytosolischen Renins und Glucosemangel in Zusammenhang mit den bisher erhobenen Ergebnissen konnte die initial vermutete Interaktion zwischen RenBP und zytosolischen Renin bestätigen.
Im zweiten Teil der Arbeit sollte geklärt werden, ob ein RenBP Knock down ähnliche Effekte ausübt, wie eine Interaktion zwischen RenBP und zytosolischem Renin. Der Knock down hatte keinen Einfluss auf die Nekroserate unter Kontrollbedingungen. Im Gegensatz zu den Kontrollzelllinien konnte bei Zellen mit einem milden RenBP Knock down ein weiterer Glucosedepletion-induzierter Anstieg der Nekroserate vermieden werden. Anhand dieser Daten schlussfolgern wir, dass unter Ischämie-relevanten Bedingungen, wie einer Glucosedepletion, die zytosolische Bildung von RenBP-Renin-Heterodimeren mit einer Zellprotektion assoziiert ist. Weitere Untersuchungen müssen nach kritischer Betrachtung dieser Erkenntnis zur Verifizierung folgen.
Insgesamt weisen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit auf die Notwendigkeit des RenBP beim zytoprotektiven Effekt des zytoslischen Renins in H9c2 Zellen hin. Neben der Suche anderer Interaktionspartner für das zytosolische Renin ist zudem die Klärung des Stellenwertes des RenBP im Zellmetabolismus mit Auswirkung auf Prozesse wie Sialisierung und Glykosylierung zukünftig notwendig.
Background/Aim: Laparoscopic single-port surgery has emerged as a growing trend in minimally invasive surgery. Single-port access is preferred among women undergoing gynecologic surgery who have cosmetic concerns about scarring. Furthermore, this approach results in comparable clinical outcomes to standard laparoscopic surgery and perioperative morbidity rates have been reported to be low. The hypothesis is that a single-port technique might offer such advantages over the standard multi-port laparoscopy as less postoperative pain and better cosmetic results by decreasing abdominal wall tissue trauma. The potential disadvantages of single-port approaches are the larger umbilical incision and the technical difficulties. There are only a few randomized studies in the literature that investigate the value and safety of single-incision laparoscopic surgery in gynecological surgery. The aim of this study was to compare the safety and quality of life in patients who undergo single-incision laparoscopic assisted vaginal hysterectomy and those who undergo conventional laparoscopic assisted vaginal hysterectomy.
Methods: In a prospective randomized trial, 64 patients from three different centers in Germany were randomized (1:1) to conventional laparoscopic assisted vaginal hysterectomy (n=32) or single-incision laparoscopic assisted vaginal hysterectomy (n=30). Data was collected on 60 patients who fulfilled the criteria.
Results: The baseline characteristics of patients were similar in both groups. The mean operative time was comparable in both groups (68.2 vs 73.6 min., p = 0.409). Within the two groups, no differences were seen regarding estimated blood loss (p = 0.915), intra- and postoperative complications (p = 0.944), and wound infection rates (p = 0.944). Patients within the single-incision laparoscopic surgery group experienced significantly less pain in the first 24 hours postoperatively (p = 0.006), while pain scores at days 3, 5, 7 and 2 months postoperatively were comparable.
Conclusion: This study demonstrates that single-incision laparoscopic assisted vaginal hysterectomy is a reliable and safe setup in gynecologic surgery. Compared to conventional laparoscopic assisted vaginal hysterectomy, Notably, patients undergoing single-incision laparoscopic assisted vaginal hysterectomy experienced less pain postoperatively.
Herpesviruses are a fascinating group of enveloped DNA viruses, which rely on membrane fusion for infectious entry and direct cell-to-cell spread. Compared with many other enveloped viruses, they utilize a remarkably complex fusion machinery. Three conserved virion proteins, the bona fide fusion protein gB, and the presumably gB activating gH/gL heterodimer constitute the conserved core fusion machinery and are believed to drive membrane fusion in a cascade-like fashion. Activation of this cascade in most alphaherpesviruses is proposed to be triggered by binding of gD to specific host cell receptors. The molecular details of this fusion process, however, remain largely elusive. Yet, a detailed mechanistic knowledge of this process would be greatly beneficial for the development of efficient countermeasures against a variety of diseases. In this thesis, the functional relevance of individual components of the essential gH/gL complex of the alphaherpesvirus PrV has been assessed by two different approaches: by reversion analysis (paper II) and site-directed mutagenesis (papers III-V). In contrast to other herpesviruses, gL-deleted PrV is able to perform limited cell-to-cell spread, providing the unique opportunity to passage the entry-deficient virus in cell culture to select for PrV revertants capable of infecting cells gL-independently. This approach already resulted in an infectious gL-negative PrV mutant (PrV-ΔgLPass), in which the function of gL was compensated by formation of a gDgH hybrid protein. Here, the requirements for gL-independent infectivity of a second independent revertant (PrV-ΔgLPassB4.1), were analyzed. Sequencing of the genes encoding for gB, gH and gD, revealed mutations in each of them. By means of a robust infection-free, transfection-based cell-cell fusion assay (paper I), we identified two amino acid substitutions in the gL-binding domain I of gHB4.1 (L70P, W103R) as sufficient to compensate for lack of gL. Two mutations in gB (G672R, ΔK883) were found to enhance fusogenicity, probably by lowering the energy, required for gB refolding from pre- to postfusion conformation. Coexpression of gHB4.1 and gBB4.1 led to an excess fusion, which was completely suppressed by gDB4.1 in the fusion assays. This was surprising since PrV gD is normally not required for in vitro fusion or direct viral cell-to-cell spread, clearly separating this process from fusion during entry, for which PrV gD is essential. The fusion inhibiting effect of gDB4.1 could be attributed to a single point mutation resulting in an amino acid substitution within the ectodomain (A106V). In conclusion, these results indicated that gL is not central to the fusion process, as its function can be compensated for. As found so far, gL-independent infectivity can be realized by compensatory mutations in gH (as in PrV-ΔgLPass) or in gH plus gB (as in PrV-ΔgLPassB4.1). Excessive fusion induced by gHB4.1 and gBB4.1 was counter-regulated by gDB4.1, indicating that the interplay between these proteins is precisely regulated and further implies that gL and gD, despite being not absolutely essential for the fusion process, have important regulatory functions on gH and/or gB.
Both PrV-ΔgLPass mutants had acquired compensatory mutations in gH affecting the predicted gL-binding domain I in gH. By construction of an artificial gH32/98, which lacked the predicted gL-binding domain and was similar to the recently crystallized gH-core fragment present in the gDgH hybrid protein, we identified the N-terminal part of PrV gH as essential for gH function during fusion (paper III). gH32/98 was unable to promote fusion of wild-type gB in fusion assays and led to a total loss of function in the viral context. These results indicated that the gD moiety, present in gDgH, is critical for proper function of the gH-core fragment. We hypothesize that the gD moiety may adopt a stabilizing or modulating influence on the gH structure, which is normally executed by gL and important for interaction of gH with wild-type gB. Remarkably, substitution of wild-type gB by gBB4.1 rescued function of gH32/98 in the cellular and viral contexts. These findings suggest that gBB4.1 has been selected for interaction with “gL-less” gH. In conclusion, these results demonstrated that gL and the gL-binding domain are not strictly required for membrane fusion during virus entry and spread but that compensatory mutations must be present in gB to restore a fully functional fusion machinery. These results strongly support the notion of a functional gH-gB interaction as a prerequisite for membrane fusion.
In addition to the N-terminal domain, we identified the transmembrane domain of PrV gH as an essential component of the fusion machinery, while the cytoplasmic domain was demonstrated to play a modulatory but nonessential role (paper IV). Whereas truncation or substitution of the PrV gH TMD by a gpi-anchor or the analogous sequence from PrV gD rendered gH non-functional, the HSV-1 gH TMD was found to functionally substitute for the PrV gH TMD in cell-cell fusion and complementation assays. Since residues in the TMD which are conserved between HSV and PrV gH but absent in PrV gD, are placed on one face of an α-helical wheel plot, we hypothesize that the gH TMD has an intrinsic property to interact with membrane components such as lipids or other molecules as a requirement for promoting membrane fusion.
In a final study focusing on the function of gH, we identified the N-glycosylation sites utilized by PrV gH, and determined their individual role in viral infection (paper V). PrV gH was found to be modified by N-glycans at five potential glycosylation sites. N-glycans at PrV specific N77 and the highly conserved site N627 were found to be critical for efficient membrane fusion in the fusion assays, and during viral entry and cell-to-cell spread. N627 was further shown to be crucial for proper gH transport and maturation. In contrast, inactivation of N604, conserved in the Varicellovirus genus, enhanced in vitro fusion activity and viral cell-to-cell spread. These findings demonstrated a role of the N-glycans in proper localization and function of PrV gH.
Der Transport von Substanzen innerhalb eines Organismus stellt eine wesentliche Vorausset-zung zur Aufrechterhaltung von Stoffwechselprozessen dar. Neben endogenen Stoffen unter-liegen auch die meisten exogenen Substanzen zahlreichen Transportvorgängen, darunter auch die meisten Arzneistoffe. Deren Pharmakokinetik wird oft entscheidend von ihrer Affini-tät zu bestimmten Transportproteinen beeinflusst. Von diesen präsentiert neben den ABC-Transportern die Familie der SLC-Transporter das größte Spektrum einzelner Vertreter. Auf-grund ihrer Beteiligung sowohl an physiologischen als auch pharmakokinetischen Prozessen erweisen sich darunter die OATPs als besonders interessant. Obwohl deren Bedeutung am Stofftransport durch umfassende Charakterisierung ihrer Expression und Funktion unbestrit-ten ist, erweist sich ihr zugrundeliegender Transportmechanismus noch immer als nicht voll-ständig verstanden. Jedoch bieten Untersuchungen an verwandten Transportern, wie der bak-teriellen Lactose-Permease, Erkenntnisse, die sich möglicherweise auch auf die OATPs über-tragen lassen. Für diese wurde ein Rocker-switch-Mechanismus vorausgesagt, bei dem die Bindung des Substrats zu einer Konformationsänderung führt. Hierdurch wird das Substrat entlang einer zentralen Pore durch das Transportprotein befördert. Eine Möglichkeit derartige Konformationsänderungen, die mit einer Verschiebung der Abstände innerhalb des Moleküls einhergehen, zu untersuchen, stellt der Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) dar. Dieser beschreibt die strahlungslose Energieübertragung zwischen zwei Chromophoren, deren Effizi-enz mit dem Abstand der Chromophore zu- bzw. abnimmt.
Erstes Ziel dieser Arbeit war es OATP2B1, als einen Vertreter der OATPs, so zu modifizieren, dass er für die Untersuchung mittels FRET zugänglich werden würde. Dies erfolgte durch die Herstellung von OATP2B1-Fusionsproteinen, bei denen der Transporter mit den FRET-geeig-neten Fluorophoren ECFP/EYFP bzw. ECFP/FlAsH ausgestattet wurde. Die Integration des ECFP erfolgte dabei jeweils am C-Terminus, während EYFP und FlAsH jeweils in die intrazellulären Schleifen des Proteins eingebracht wurden. Im Weiteren galt es, diese Fusionsproteine hin-sichtlich ihrer Funktion (Transport radioaktiv-markierter Substrate) und Lokalisation in der Zelle (Mikroskopie) zu charakterisieren. Hierbei wurde gezeigt, dass lediglich die Modifikation mit FlAsH in der dritten intrazellulären Schleife zu keiner Funktionsbeeinflussung führte und dieses Fusionsprotein auch als einziges eine membranäre Lokalisation aufwies. Der Schwerpunkt lag jedoch auf der Messung der FRET-Effizienzen der Fusionsproteine mithilfe konfoka-ler Laser-Scanning-Mikroskopie. Dabei konnte zunächst bei allen Fusionsproteinen ein FRET-Signal erfasst werden, das in Abhängigkeit der Position des FRET-Partners in der intrazellulä-ren Schleife eine unterschiedliche Effizienz aufwies. Die FRET-basierte Berechnung der Ab-stände innerhalb des Moleküls brachte Ergebnisse hervor, die vergleichbar mit denen waren, die anhand von Kristallstrukturanalysen verwandter Transporter erhoben wurden. Teilweise Übereinstimmungen ergaben sich daneben auch beim Vergleich der berechneten Abstände mit denen computergestützter Modelle. Die Ergebnisse zeigen damit das Potenzial dieser Me-thode, die Struktur des OATP2B1 aufzuklären. Außerdem stützen sie zum Teil die prognosti-zierte Strukturverwandtschaft der OATPs zu der strukturell besser charakterisierten Lactose-Permease. Letztes Ziel war es zu untersuchen, ob sich die gemessenen FRET-Effizienzen durch Zugabe des OATP2B1-Substrats E1S beeinflussen ließen. Es konnte für fast alle Fusionsproteine eine Beeinflussung festgestellt werden, wobei die FRET-Effizienzen in Abhängigkeit von der Position des FRET-Partners sowohl ab- als auch zunahmen. Daneben zeigte auch die Zugabe des OATP2B1-Inhibitors Rifampicin eine verschieden ausgeprägte Beeinflussung. Die Zugabe des Nicht-OATP2B1-Substrats 17β-Estradiol-3-glucuronid führte zu keiner Beeinflussung. Die Ergebnisse zeigen damit eine substanzspezifische Beeinflussung des Fusionsproteins. Die be-rechneten Änderungen des Abstandes waren vergleichbar mit den aus Kristallstrukturanaly-sen gewonnenen Abständen der Lactose-Permease. Es konnten hierdurch erste Hinweise ge-liefert werden, dass der dem OATP2B1 zugrundeliegende Transportmechanismus einem ähn-lichen Prinzip folgt, wie es für den Rocker-Switch beschrieben wurde. Die Bindung und der Transport des Substrats an das OATP2B1 führen zu einer Abstandsänderung innerhalb des Moleküls, die sich am ehesten über eine Konformationsänderung erklären ließe.
Diese Arbeit kann insgesamt erste Grundlagen zur weiteren Charakterisierung der Struktur und des Transportmechanismus der OATPs liefern. Sie zeigt, dass die Herstellung eines funk-tionsfähigen FRET-Fusionsproteins möglich ist und dass deren Untersuchung nachvollziehbare Ergebnisse liefern kann. Außerdem bietet sie einen Ansatz, FRET-basierte Screening-Verfah-ren für Transportersubstrate zu etablieren. Inwieweit diese praktisch umzusetzen sind, muss jedoch durch aufbauende Arbeiten geklärt werden.
In dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von atmosphärendruckplasmaaktivierten Natriumchloridlösungen (NaCl-Lösungen), unter Anwendung von nass-chemischen und mikrobiologischen Analysenverfahren, untersucht. Es zeigte sich, dass plasmaaktivierte NaCl-Lösungen sowohl mit kurzzeitigen als auch mit langzeitigen antimikrobiellen Effekten generiert werden können. Diese Effekte korrelieren mit einer Änderung der chemischen Zusammensetzung der flüssigen Phase. Molekularbiologische Untersuchungen zeigten, dass die antimikrobiellen Effekte auf unterschiedlichen Wirkmechanismen, vor allem auf oxidativem und nitrosativem Stress, beruhen. Anwendungsorientierte Untersuchungen haben gezeigt, dass plasmaaktivierte NaCl-Lösungen über ein enges Wirkspektrum (grampositive und gramnegative Erreger) verfügen, sich keine schnellen Resistenzen gegen den Testorganismus ausbilden und eine Kombination mit handelsüblichen Antibiotika ein vielversprechender Ansatz für eine Wirkungssteigerung der verwendeten Antibiotika ist.
Die differentialdiagnostische Einordnung der Polyneuropathie (PNP), insbesondere die Frage nach dem Vorliegen einer inflammatorisch bedingten PNP, die prinzipiell einer immunmodulatorischen Therapie zugängig ist, kann im Alltag eine große Herausforderung darstellen. Neben der Standarddiagnostik mit klinischer, laborchemischer und
elektrophysiologischer Untersuchung hat sich im Laufe der letzten Jahre die Ultraschalldiagnostik peripherer Nerven als zusätzliches Diagnostikum etabliert. In den zu Beginn der Datenerhebung der vorliegenden Arbeit publizierten Studien zur Sonographie peripherer Nerven bei PNP konnte gezeigt werden, dass besonders inflammatorisch bedingte demyelinisierende PNP zu einer Vergrößerung der Nervenquerschnittsfläche (CSA) der Nerven der oberen Extremität führen. Die Daten zur Veränderung der CSA der Nerven der unteren Extremität, die in Anbetracht des häufigen Auftretens längenabhängiger PNP mit klinischer Manifestation an den Beinen besonders praxisrelevant ist, sind jedoch bislang spärlich. In der vorliegenden Fall-Kontroll-Studie sollte daher untersucht werden, ob die CSA des N. suralis bei Patienten mit PNP größer ist als bei Gesunden und ob Zusammenhänge zwischen der CSA des N. suralis und dem Schädigungsmuster, der Ätiologie und der Neurographie bestehen. Untersucht wurden insgesamt 36 Patienten mit PNP unterschiedlicher Ätiologien und 18 gesunde Probanden. Von den 36 Patienten wiesen 25 Patienten ein axonales und 11 Patienten ein demyelinisierendes Schädigungsmuster auf. Die sonographische Messung der CSA des N. suralis erfolgte an 3 zuvor definierten Punkten (Anastomose des N. cutaneus surae medialis und des N. cutaneus surae lateralis, Beginn der Sehne des M. triceps surae und im Bereich des Retinaculum musculorum peroneorum) an beiden Beinen. Um den Einfluss möglicher Messfehler gering zu halten, wurden für die weiteren Analysen die mittlere CSA (Mean CSA) als arithmetisches Mittel aus den 6 Messwerten sowie die Mean of the Max der CSA (MMax der CSA) als Mittelwert aus dem jeweiligen Maximalwert der CSA des rechten und linken N. suralis verwendet. Durch wiederholte Untersuchung 5 weiterer Probanden im Abstand von 24 Stunden konnte eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Mean CSA und der MMax der CSA sichergestellt werden(Intraclass- Korrelationskoeffizient jeweils 0,98). Die wichtigsten Ergebnisse der Studie sind, dass der N. suralis bei Patienten mit inflammatorischer PNP eine größere CSA aufweist als bei Patienten mit CIAP und Vitamin- Mangel- Polyneuropathien (2,2 mm2 vs. 1,7 mm2, p=0,03) und dass die Patienten mit einem demyelinisierendem Schädigungsmuster ebenfalls eine höhere CSA des N. suralis aufweisen als jene mit einem axonalen Schädigungsmuster. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der aktuellen Literatur, sodass die sonographische Untersuchung des N. suralis als einziger rein sensibler Nerv und Vertreter der kleinen Nerven der unteren Extremität heute einen wichtigen Bestandteil von standardisierten). Untersuchungsprotokollen (beispielsweise Ultrasound pattern sum score, UPSS)darstellt.Ein signifikanter Unterschied zwischen der der CSA des N. suralis bei PNP-Patienten und Gesunden besteht nicht. Weiterhin konnte wie auch an anderen peripheren Nerven zuvor schon gezeigt, auch für den N. suralis eine große Streuung der CSA des N. suralis bei Patienten mit diabetischer PNP nachgewiesen werden, sodass kein signifikanter Unterschied zu PNP anderer Ätiologien oder zu Gesunden besteht. Stärken der vorliegenden Arbeit sind die hohe Standardisierung der Untersuchungen sowie insbesondere die Vielfalt der verglichenen Ätiologien. Limitierend ist die nicht gewährleistete Verblindung der Untersucherin bezüglich des Status des zu Untersuchenden als Patient oder Proband und der der Erkrankung zugrunde liegenden Ätiologie. Insgesamt ist damit nicht nur die Sonographie der peripheren Nerven der oberen Extremität sondern auch des N. suralis ein sinnvolles Add-On zur Standarddiagnostik und erleichtert die Differenzierung zwischen inflammatorischen PNP und längenabhängigen axonalen PNP. Die Sonographie ist leicht zu erlernen, bietet eine Darstellung in Echtzeit, ist kostengünstig und im Gegensatz zu anderen bildgebenden Verfahren wie der Magnetresonanztomographie gibt es keine Kontraindikationen für die Untersuchung. Gegenstand zukünftiger Studien sollten die Heterogenität morphologischer Veränderungen der Nerven bei diabetischen PNP sowie der Einsatz der Sonographie bei seltenen Kompressionssyndromen des N. suralis sein.
Hintergrund: Nickel-Titan-Systeme sind heutzutage weit verbreitet und ermöglichen eine verlaufsgetreuere sowie effizientere Wurzelkanalaufbereitung als mit Handinstrumenten. In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl neuer NiTi-Instrumente entwickelt, mit dem allgemeinen Trend eines hohen Grades an Flexibilität bei höchster Sicherheit und Effektivität. In der vorliegenden Studie wurden fünf vollrotierende Aufbereitungssysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich ihrer Aufbereitung simulierter, s-förmiger Wurzelkanäle verglichen.
Methode: Es wurden 50 s-förmig gekrümmte Kunststoffmodelle mit ProTaper Next, HyFlex CM, F6 SkyTaper, BioRace und Mtwo bis ISO 25 und einer Konizität von 6% aufbereitet. Es wurden neben den Zentrierungseigenschaften entlang des Kanalverlaufes von koronal nach apikal die Aufbereitungszeit und die Arbeitssicherheit untersucht.
Ergebnis: Alle untersuchten Systeme können als sicher bewertet und zur Aufbereitung s-förmiger Wurzelkanäle empfohlen werden. Der Erhalt des s-förmigen Wurzelkanalverlaufes wurde am Besten mit den thermomechanisch modifizierten Systemen HyFlex CM gefolgt von ProTaper Next garantiert. Das Einfeilensystem F6 SkyTaper lag apikal zentrierter als alle anderen Systeme und bereitete insgesamt ähnlich gut zentriert auf wie ProTaper Next. Hinsichtlich der Geschwindigkeit arbeiteten ProTaper Next und F6 SkyTaper am effizientesten. Die „Controlled Memory“-Technologie der HyFlex CM-Feilen liefert einen besonders hohen Grad an Flexibilität und Bruchresistenz. Die Gleitpfadpräparation mit dem ProGlider und PathGlider erscheint vorteilhaft.
Diskussion: Obgleich bereits gezeigt wurde, dass Untersuchungsergebnisse an simulierten Probekörpern tendenziell auf menschliche Zähne übertragbar sind, sollten weitere Studien an extrahierten, humanen Zähnen sowie klinische Studien durchgeführt werden, um die gewonnenen Erkenntnisse zu untermauern und die Praxisrelevanz dieser bewerten zu können.
Das Kohärenzgefühl im höheren Lebensalter -Entwicklung und Validierung eines Messinstrumentes-
(2018)
In unserer Gesellschaft vollzieht sich ein demografischer Wandel, der zu einer zunehmend alternden Bevölkerung führt. Dies erfordert, Menschen höheren Lebensalters vermehrt in den Fokus von Forschung und Medizin zu rücken, einem Anspruch, dem die vorliegende Arbeit gerecht werden möchte. Zielsetzung war die Entwicklung eines auf das von Antonovsky begründeten Konzeptes der Salutogenese ausgerichteten Messinstrumentes, zur Erfassung des Kohärenzgefühls im höheren Lebensalter. Die neue Skala sollte einerseits die testspezifischen Gütekriterien Objektivität, Reliabilität und Validität erfüllen, gleichzeitig aber auch forschungsökonomischen Prinzipien gerecht werden und das vor dem Hintergrund einer zielgruppenorientierten Ausrichtung.
Die Fragebogenentwicklung vollzog sich in mehreren Teilschritten. Als Einstieg diente eine explorative Vorstudie in Form von Gruppendiskussionen, die der Itemgenerierung diente. Hieraus entstand ein Pool von 90 Items, der im Anschluss einer Expertenbefragung hinsichtlich seiner Eignung für den Fragebogen unterzogen wurde. Als Resultat entstand eine 30 Items umfassende Sammlung, in der jede SOC-Komponente quantitativ gleich vertreten war. Diese wurde einer Gruppe von sechs Probanden zur Testung auf Verständlichkeit zugeführt. In der Folge wurde ein Item umformuliert, die anderen konnten unverändert in die vorläufige Fragebogenversion, Meine Lebensorientierung, übernommen werden. Diese wurde, eingebettet in eine umfangreiche Fragebogenbatterie, im Rahmen der Greifswalder Studie zur Lebensorientierung im Alter, im Oktober 2011 in drei Kleinstädten in Norddeutschland eingesetzt. Im Anschluss fand die statistische Datenauswertung statt. Mittels Itemanalyse wurden nicht geeignete Items identifiziert und aus der Sammlung eliminiert. Als Resultat entstand eine neue Skala, Das Kohärenzgefühl im höheren Lebensalter, mit 15 Items, jeweils fünf pro SOC-Komponente. In der durchgeführten Studie zeigte diese Skala eine gute interne Konsistenz. Hingegen ließen sich die theoriegeleiteten drei SOC-Komponenten faktorenanalytisch nicht reproduzieren, auch von dem Vorliegen eines Generalfaktors ist, als weitere wichtige Erkenntnis, nicht auszugehen. Die externe Validität wurde in der Untersuchung als mittelstark berechnet.
Abschließend lässt sich festhalten, dass die finale Skala, Das Kohärenzgefühl im höheren Lebensalter, ein reliables und valides Messinstrument darstellt, das zur ökonomischen Erfassung des Kohärenzgefühls, z. B. als Screening-Methode im Rahmen der hausärztlichen oder geriatrischen Betreuung, sinnvoll seinen Einsatz finden kann.
Halsschmerzen gehören zu den häufigen Beratungsanlässen in der Hausarztpraxis und sind zu circa 90% viral bedingt. Um nicht-indizierte Behandlungen mit Antibiotika zu vermeiden gibt es symptomatische Therapieoptionen. AMC / DCBA (Amylmetacresol und 2,4-Dichlorbenzylalkohol) ist eine nicht verschreibungspflichtige Wirkstoffkombination, die in Lutschtabletten (z.B. Strepsils®) enthalten ist. Die Wirkung ist antiseptisch und lokalanästhetisch.
Wir durchsuchten die Datenbanken Medline, Cochraine und EMBASE nach randomisiert kontrollierten Studien, in denen AMC / DCBA gegen Placebo oder andere lokale Behandlungsmethoden getestet wurde. Zwei Gutachter prüften unabhängig Relevanz, Einschlusskriterien und Bias der Studien. Aus den Daten der eingeschlossenen Studien wurden die gewichteten mittleren Differenzen der Schmerzreduktion berechnet.
Diese Metaanalyse fast 3 RCTs mit insgesamt 660 Patienten zusammen und vergleicht AMC / DCBA (0,6 mg Amylmetacresol, 1,2 mg 2,4-Dichlorbenzylalkohol) mit wirkstofffreien Lutschtabletten bei der Behandlung von Halsschmerzen. Berechnet wurden die gewichteten mittleren Differenzen (SMD). Hauptstudienergebnis war die Reduktion der Schmerzintensität von -1,04 Punkten (-1,28 bis -0,79; p<.00001) nach 2 Stunden im Vergleich zum Ausgangswert, gemessen auf einer 11-Punkte Ordinalskala, zum Vorteil für AMC / DCBA. Für die Nebenergebnisse wurden die Schmerzlinderung auf einer 7-Punkte-Skala von 0,89 (1,04 bis 0,73; p<0,00001) und die Linderung der Schluckbeschwerden auf der VAS100 von -0,90 (-1,06 bis -0,75; p<0,00001) nach 2h beobachtet, ebenfalls zugunsten von AMC / DCBA.
In beiden Gruppen berichteten 2 bis 16% der Probanden von Nebenwirkungen, welche meist mild und bezogen auf die eigentliche Atemwegsinfektion waren. 3 Patienten jedoch berichteten von Ulzerationen im Mund, ein Zusammenhang mit der Studienmedikation kann jedoch nicht bewiesen werden [21-23].
Die Verlängerung des Magenaufenthalts von oralen Arzneiformen steht seit mehr als 30 Jahren im Fokus internationaler Forschungsgruppen. Trotz der Vermarktung diverser Systeme gelang es bislang nicht, eine sichere und reproduzierbare Gastroretention von Arzneiformen zu realisieren. Dies würde jedoch enorme Möglichkeiten für die Therapie mit oral applizierten Arzneimitteln mit sich bringen. Die Reduktion der Einnahmefrequenz, das Vermeiden von Plasmaspiegelspitzen sowie die gesteigerte Patientenadhärenz sind nur einige der denkbaren Vorteile. Die größte Hürde gastroretentiver Systeme ist dabei die Motilität des menschlichen Magens. Starke Kontraktionswellen sind für eine rasche Entleerung insbesondere unter Nüchternbedingungen verantwortlich. Daneben kommt es zu höchsten Belastungen auf Arzneiformen, was wiederum die Wirkstofffreisetzung beschleunigen kann, mit drastischen Folgen für den Patienten. In der präklinischen Testung neu entwickelter Systeme fehlt häufig der Bezug zur Physiologie des Magens und die Vorhersagekraft von Freisetzungstests ist dementsprechend gering. Ziel der Arbeit war daher die Charakterisierung der relevanten Parameter im Magen im Rahmen einer Humanstudie. Die aus dieser Humanstudie gewonnenen Daten zu pH-Werten, Temperaturen und insbesondere Drücken im Magen sollten anschließend genutzt werden, um die im Arbeitskreis verfügbaren, biorelevanten Freisetzungsmodelle weiterzuentwickeln. Abschließend sollten verschiedene, kommerziell erhältliche gastroretentive Arzneiformen unter Berücksichtigung der Magenphysiologie auf ihr Freisetzungsverhalten getestet werden. Die Ergebnisse der Humanstudie zeigten die enorme Abhängigkeit der Magenaufenthaltszeit einer telemetrischen Kapsel vom prandialen Status der Probanden. Nach Einnahme der Standardmahlzeit, wie sie in klinischen Studien zu Nahrungsmitteleffekten Verwendung findet, kam es zu Magentransitzeiten von über 20 h. Dagegen wurde die Kapsel unter Nüchternbedingungen spätestens nach 2,7 h aus dem Magen entleert. Die intragastralen Drücke nach postprandialer Einnahme der Kapsel betrugen mindestens 240 mbar und waren aufgrund des verlängerten Magenaufenthalts deutlich zahlreicher im Vergleich zur Nüchterneinnahme. Die Ergebnisse der In vitro-Untersuchungen zeigten, dass die herkömmlich verwendeten Freisetzungstestgeräte nicht in der Lage sind, biorelevante Belastungen auf eine telemetrische Kapsel auszuüben. Maximale Drücke von 14 mbar waren im eintauchenden Zylinder zu beobachten, welche wir jedoch auf den hydrostatischen Druck beim Eintauchen zurückführen konnten. Im Gegensatz dazu waren wir mit Hilfe unserer neuartigen In vitro-Freisetzungsmodelle in der Lage, vollständige Druckprofile nachzustellen, wie sie auch in vivo beobachtbar waren. Die Freisetzungsuntersuchungen der gastroretentiven Präparate Glumetza® 1000 und Madopar® Depot unter biorelevanten Bedingungen offenbarten die extreme Drucksensitivität dieser Systeme. Hierfür definierten wir auf Basis der In vivo-Daten drei realistische Druckprofile und stellten diese in vitro nach. Früh auftretende, leichte Belastungen während der Freisetzungstests führten bei der flotierenden Arzneiform Madopar® Depot bereits zur vollständigen Wirkstofffreisetzung. Glumetza® 1000 schien abhängig vom Quellungszustand auf die Belastungen zu reagieren, wobei spätestens stärkere Belastungen nach 6 h zur vollständigen Freisetzung des Wirkstoffs führten. Auf Basis dieser Ergebnisse ist anzuzweifeln, dass die bislang erhältlichen gastroretentiven Systeme über einen längeren Zeitraum im Magen intakt bleiben und kontrolliert ihren Wirkstoff freisetzen. Daneben können die entwickelten Testmethoden dazu genutzt werden, um die Entwicklung neuartiger gastroretentiver Systeme voranzutreiben.
Because Moringa is rich in secondary metabolites and phenolics, we faced a challenge in extracting a pure DNA required for AFLP (the first proposed genotyping method). Later, different DNA isolation methods were tested to overcome the obstacles caused by phenolics and sugars, an AFLP protocol that worked well with the cultivated seedlings at the botanical garden in Greifswald. The markers for the Internal Transcribed Spacer (ITS) were as well tested that showed a monomorphic structure between all samples. Finally, SSR (microsatellite) markers were established. To optimize DNA extraction, the method of Doyle and Doyle was modified and optimized. This is an ideal method for obtaining a non-fragmented DNA that could be used for AFLP. In addition, two other DNA extraction methods; (KingFisher Flex robot using Omega M1130 extraction Kits, and spin columns and 96-plates using Stratec kits). Although we achieved similar results for both Robot kits (Omega) and Stratec kits, the amplification for most of the samples extracted with Robot did not work, therefore the Stratec kit was the method of choice as it has also a lower cost, combined with a high quality of DNA. For ITS, no polymorphism was found for 28 samples of M. peregrina from Sinai (sequences submitted to GenBank). However, since microsatellite markers of M. peregrina were not known, it was a challenge to try a cross amplification from other species with well-known microsatellite primers. Cross-amplification of 16 primers known from the related species M. oleifera was tested, and three multiplex PCR reactions were established after testing different annealing temperatures and different primers concentrations. This included 13 primers out of the 16 investigated markers which gave a reliable band. All methods used for genetic assessments for the different Moringa species are compiled in a comparative review to look for connections between the different Moringa species. For Moringaceae, M. oleifera and M. peregrina are closely related to each other. Both species have slender trunks, with thick, tough bark and tough roots and bilaterally symmetrical flowers with a short hypanthium. All but one SSR markers used in this study are highly informative However, the degree of polymorphy varied considerably within the 13 markers used. The Probability of Identity (PI) for all loci was 2.6 x 10-9 with high resolution. The percentage of polymorphic loci for all populations was 88.5±2.2; figures for single populations were 92.3%, 84.6%, 84.6%, and 92.3% for the wadis WM, WA, WF, and WZ, respectively. The genotype accumulation curve as well demonstrated that 7–8 markers were necessary to discriminate between 100% of the multilocus genotypes. Significant departures from HWE were detected for eight loci (P < 0.001), probably due a high degree of inbreeding within population. The observed (HO) and expected (HE) heterozygosities ranged from 0 to 0.86 and from 0 to 0.81, respectively. However, for the pooled population, excluding the monomorphic locus MO41, HO and HE ranged from 0.069 to 0.742 and from 0.126 to 0.73 with averages of 0.423 and 0.469, respectively. The mean of FST was 0.133, indicating that, due to the long generation time of M. peregrina, there is still relatively little differentiation between the four remaining populations. An analysis of molecular variance (AMOVA) revealed that the old populations of M. peregrina are still genetically diverse where 75% of variance was recorded within individuals and 83% within populations. An analysis with STRUCTURE, varying the parameter K between 1 and 7, revealed the most pronounced genetic structure for K=3, thus uniting the populations from two neighboured wadis (W. Agala and W. Feiran). The three groups seem to be now genetically isolated. (They may be remainders of a formerly contiguous population, especially when considering the change towards a drier climate in Northern Africa within the last 6000 years). Six clones of each two individuals collected from the same wadi were found, pointing to vegetative dispersal via broken twigs, which may have rooted after flash floods. It may be an alternative mode of reproduction under harsh conditions. Our data reveal a low gene flow between three of the four wadis, suggesting that the trees are relictual populations. In general, conservation of populations from the three genetically most diverse wadis and cross-breeding of trees within a reforestation program is recommended as an effective strategy to ensure the survival of M. peregrina at Sinai, Egypt.
Das uterine Karzinosarkom ist eine hochmaligne Erkrankung des weiblichen Genitale. Insbesondere in Europa existieren nur wenige Studien, die dieses Krankheitsbild umfassend hinsichtlich der Klinik, der Primärtherapie, der postoperativen Behandlung und der Überlebensdaten beschreiben.
Diese Arbeit ist im Rahmen der ´Promotions- und Forschungsgruppe genitaler Sarkome´ des ´Deutschen klinischen Kompetenzzentrums für genitale Sarkome und Mischtumoren´ entstanden. In die Studie wurden insgesamt 192 Patientinnen mit einem uterinen Karzinosarkom eingeschlossen. Die Datenauswertung der gemischt retro- und prospektiven Studie erfolgte longitudinal über einen Zeitraum von zehn Jahren [04/2006 – 05/2016]. Der Schwerpunkt dieser Promotion lag in der Charakterisierung und der Interpretation von epidemiologischen, klinischen und diagnostischen Befunden sowie von therapeutischen und postoperativen Maßnahmen mit Bezug auf das progressionsfreie- und das Gesamtüberleben.
Zur Erfassung der Rezidiv- bzw. Progresshäufigkeit und der adjuvanten Therapie wurde ein Fragebogen [siehe Anhang] an 181 Patientinnen bzw. behandelnde Ärzte versendet, deren Beratung mindestens sechs Monate zuvor erfolgt war. Die Anzahl der Rücksendungen belief sich auf 133, was einer Rücklaufquote von 73,5% [133/181] entspricht. Die Schätzung der Überlebensrate erfolgte mittels des Kaplan-Meier-Modells. Eine statistische Signifikanz wurde unter Anwendung des Log-rank-Tests [univariate Analyse] bei p ≤ 0,05 festgelegt.
Das Alter der Frauen zum Zeitpunkt der Erstdiagnose betrug im Mittel 63,8 Jahre. 85,9% der Patientinnen [165/192] befanden sich in der Postmenopause. Die Berechnungen ergaben, dass jüngere Frauen [< 70 Jahre] ein signifikant geringeres Rezidiv- und Progressrisiko sowie einen späteren Todeszeitpunkt aufwiesen als ältere Frauen [≥ 70 Jahre].
Am häufigsten stellten sich unspezifische Symptome wie Unterbauchschmerzen und Blutungsauffälligkeiten dar. In der bildgebenden Diagnostik [Magnetresonanztomografie, Computertomografie, Sonografie] zeigten sich bei nur etwa Dreiviertel der Patientinnen Auffälligkeiten. Von insgesamt 157 durchgeführten fraktionierten Abrasiones wurde primär nur in 65,0% der Fälle [102/157] die korrekte Diagnose gestellt. Die häufigsten Fehldiagnosen waren ein Endometriumkarzinom [36/157; 22,9%] und ein reines Sarkom [12/157; 7,6%].
Das uterine Karzinosarkom hatte im Mittel einen Durchmesser von 6 cm. Eine primäre Fernmetastasierung lag bei 23,4% der Fälle [45/192] vor. Patientinnen mit einem uterinen Karzinosarkom und heterologer Tumorkomponente leben weder signifikant kürzer, noch treten mögliche Rezidive bzw. Progresse früher ein.
Insgesamt 2,1% der Karzinosarkome [4/192] wurden mittels einer suprazervikalen Hysterektomie, 49,0% [94/192] mittels einer totalen und 42,2% [81/192] mittels einer radikalen Hysterektomie operiert. Letztere zeigte gegenüber einer totalen Hysterektomie keinen Vorteil betreffs des progressionsfreien- und Gesamtüberlebens.
70,3% der Patientinnen [135/192] erhielten eine Lymphadenektomie. Bei durchschnittlich 31 entfernten Lymphknoten stammte der überwiegende Anteil [2855/4164; 68,6%] aus dem kleinen Becken. Eine Lymphadenektomie hatte weder einen Einfluss auf das Überleben, noch auf das Auftreten möglicher Rezidive bzw. Progresse.
41,1% der Patientinnen [79/192] erhielten eine postoperative Therapie: 31,6% [25/79] eine Chemotherapie, 25,3% [20/79] eine Radiotherapie und 40,5% [32/79] eine Chemoradiotherapie. Nur in zwei Fällen erfolgte eine zusätzliche Hormontherapie.
Etwa ein Drittel der Frauen [66/192; 34,4%] verstarb bis Mai 2016 an den Folgen der Tumorerkrankung. Das durchschnittliche Zeitintervall von der Erstdiagnose bis zum Tod betrug 20,6 Monate. Das mediane Gesamtüberleben über alle FIGO-Stadien lag bei 28,8 Monaten. Aufgrund der hohen Anzahl an Zensierungen innerhalb der ersten 500 Tage der Nachbeobachtungszeit und des sogenannten ´Lost to Follow-Up´ bei den überlebenden Patientinnen wird die Berechnung aller Überlebensraten vermutlich unterschätzt. Weder eine alleinige Radio- noch eine alleinige Chemotherapie konnten das Gesamtüberleben verbessern oder das Risiko eines Rezidivs bzw. Progresses verringern im Gegensatz zu einer kombinierten Radiochemotherapie. Bei der Hälfte der Patientinnen [96/192; 50%] trat ein Rezidiv oder Progress auf. Das rezidivfreie Intervall betrug durchschnittlich 11,6 Monate. Ein zweites Rezidiv wurde bei 45,8% [44/96], ein drittes bei 29,5% der Frauen [13/44] diagnostiziert.
Die wesentlichen Erkenntnisse der vorliegenden Promotion lauten zusammengefasst:
- Ein Alter ≥ 70 Jahren ist mit einem verkürzten progressionsfreien- und Gesamtüberleben verbunden.
- Der prognostische Nutzen einer regionären Lymphadenektomie lässt sich nicht belegen.
- Eine postoperative Radiochemotherapie ist mit einem signifikant verlängerten progressionsfreien- und Gesamtüberleben verbunden.
- Im Stadium FIGO I kann eine radikale gegenüber einer totalen Hysterektomie, jeweils mit bilateraler Salpingo-Oophorektomie, keine Verbesserung der Prognose erzielen.
Einleitung und Fragestellung:
Die dynamische kontrastmittelverstärkte MR-Mammografie besitzt eine hohe Sensitivität für die Entdeckung von Mammakarzinomen in frühen Stadien und wird zunehmend in der Diagnostik des Mammakarzinoms als auch als Screeningverfahren bei Hochrisikopatientinnen eingesetzt. Dabei kommt dem Kontrastmittelverhalten detektierter Läsionen als auch des Brustparenchyms eine zentrale Bedeutung zu.
In der vorliegenden Studie wurde die Variabilität der nativen Baseline T1w-Signalintensität (BSI) und des relativen Kontrastmittelenhancements (RCE) des gesundes Brustparenchyms in der dynamischen kontrastmittelgestützten MR-Mammographie innerhalb einer Bevölkerungsstudie untersucht und Prädiktoren auf deren Variabilität identifiziert. Es wurden der Einfluss anthropometrischer Parameter (Alter, Größe, Gewicht, BMI), des Menopausenstatus, exogener Hormone (orale Kontrazeptiva, postmenopausale Hormonersatztherapie) sowie der Einfluss früheren Stillverhaltens untersucht.
Methodik:
Im Rahmen eines Ganzkörper-MRT-Projektes innerhalb der Study of Health in Pomerania (SHIP) wurden 651 Frauen (mittleres Alter 48,96 Jahre ± 12,35 [Standardabweichung]) in eine kontrastmittelgestützte MR-Mammografie Substudie unter Verwendung einer T1-gewichteten, dreidimensionalen TWIST Sequenz vor und nach Injektion von 0,1 mmol/kg Körpergewicht Gadobutrol eingeschlossen. Nach Ausschluss von 192 (29,5%) Frauen aufgrund von früheren Brustkrebserkrankungen, Brustoperationen, vollständiger Parenchyminvolution oder Herdbefunden wurden die Daten von 459 (71,5%) Frauen analysiert. Davon waren 234 (51.0%) prämenopausal und 225 (49.0%) postmenopausal. 69 der prämenopausalen Frauen gaben an, orale Kontrazeptiva einzunehmen und 24 der postmenopausalen Frauen gaben an, eine Hormonersatztherapie anzuwenden.
Unter Verwendung der Mean-Curve Funktion der MRT-Workstation für die Mammadiagnostik wurde eine Freihand-Region-of-Interest (ROI) manuell so platziert, dass das gesamte fibroglanduläre Gewebe der Brust auf jeweils zwei Schichten oberhalb und unterhalb der Mamille eingeschlossen wurde. Eine Zeit-Signalintensitäts-Kurve wurde für die Zeitpunkte vor bzw. 1 bis 5 Minuten nach Gadobutrol-Injektion
generiert. Für die weiteren Analysen wurde das relative prozentuale Kontrastmittelenhancement (RCE) anhand der Formel RCE= [SI (t1-5) – SI (Baseline)] / SI (Baseline)* 100 berechnet, wobei SI (t1-5) die Signalintensität nach Gabe von Gadobutrol ist. Da der zeitliche Kontrastmittelverlauf in beiden Brüsten identisch war, wurde das mittlere RCE über beide Brüste in allen weiteren Analysen modelliert.
Ergebnisse:
Die BSI variierte erheblich zwischen den Probandinnen mit einem Mittelwert (Standardabweichung - SD) von 167,7 (±49,2) in der rechten Brust und einem Mittelwert (SD) von 175,9 (± 48,9) in der linken Brust (p < 0,001). Die BSI stieg linear mit dem Alter (p<0,001), dem Körpergewicht (p<0,001) und dem BMI (p<0,001) an und nahm linear mit der Körpergröße (p<0,001) ab. Postmenopausale Frauen hatten eine signi- fikant höhere BSI (p<0,001).
Die BSI und das RCE waren für alle Zeitpunkte in der rechten Brust signifikant nied- riger als in der linken Brust (p=0,001). Das RCE zeigte einen steigenden Verlauf, der mit zunehmender Zeit abschwächte. Es betrug zu den Zeitpunkten 1, 2, 3, 4 und 5 Minuten nach Kontrastmittelgabe 8,07%, 13,78%, 18,23%, 22,14% und 24,56%. Al- lerdings variierte das RCE stark zwischen den Probandinnen (p=0,001).
Das RCE nahm mit steigendem Körpergewicht signifikant zu (p=0,0001); je schwerer die Frau, desto steiler die Zunahme. Der Einfluss des Alters und der Menstruations-Zyklusphase auf das RCE des Brustparenchyms waren dagegen vernachlässigbar. Das RCE des gesunden Brustparenchyms war mit dem Menopausenstatus stark assoziiert (p=0,001). Das Brustparenchym prämenopausaler Frauen hatte initial eine niedrigere BSI (p=0,0001), aber anschließend ein im Mittel 30% steileres RCE (p<0,0001) im Vergleich zu dem postmenopausaler Frauen.
Während bei prämenopausalen Frauen das RCE des Brustparenchyms signifikant geringer unter der Einnahme oraler Kontrazeptiva (OC) im Vergleich zu Frauen ohne eine hormonelle Kontrazeption (p=0,01) war, hatte bei postmenopausalen Frauen eine Hormonersatztherapie keinen signifikanten Einfluss auf das RCE des Brustparenchyms HT (p=0,052).
Das RCE des Brustparenchyms war bei Frauen, die angaben gestillt zu haben signifikant höher als bei Frauen, die nicht gestillt haben (p=0,04), was sowohl bei prämenopausalen als auch bei postmenopausalen Frauen zu beobachten war.
Schlussfolgerung:
Die BSI und das RCE des gesunden Brustparenchyms variierten erheblich zwischen den Probandinnen einer populationsbasierten Kohortenstudie. Körpergewicht (p<0,001) und Alter (p<0,001) waren signifikante Prädiktoren der BSI; Menopausen- status (p<0,001) und Körpergewicht (p<0,001) signifikante Prädiktoren des RCE. Diese Prädiktoren könnten neben dem Kontrastmittelenhancement des gesunden Brustparenchyms auch die Analysen der Kontrastmittelkinetik von Brustläsionen beeinflussen. Daher sollten bei der Analyse dynamischer MR-Mammografien patientenbezogene Faktoren, insbesondere der Menopausenstatus und das Körpergewicht berücksichtigt werden.
Da die körpergewichtbezogene Erhöhung der absoluten Kontrastmittelmenge zu einer signifikanten Erhöhung des RCE im Brustparenchym führte, sollte die Kalkulation der Kontrastmitteldosis basierend auf dem absoluten Körpergewicht in der MR-Mammografie überdacht werden und alternative Berechnungen z.B. basierend auf dem mageren Körpergewicht (ohne Fettanteil) untersucht werden.
Da postmenopausale Hormonersatzpräparate keinen signifikanten Einfluss auf das RCE haben und prämenopausale orale Kontrazeptiva das RCE eher reduzieren, scheint ein Absetzen hormoneller Präparate vor einer MR-Mammografie-Untersuchung basierend auf den vorliegenden Daten nicht notwendig.
As the tree of life is populated with sequenced genomes ever more densely, the new challenge is the accurate and consistent annotation of entire clades of genomes. In my dissertation, I address this problem with a new approach to comparative gene finding that takes a multiple genome alignment of closely related species and simultaneously predicts the location and structure of protein-coding genes in all input genomes, thereby exploiting negative selection and sequence conservation. The model prefers potential gene structures in the different genomes that are in agreement with each other, or—if not—where the exon gains and losses are plausible given the species tree. The multi-species gene finding problem is formulated as a binary labeling problem on a graph. The resulting optimization problem is NP hard, but can be efficiently approximated using a subgradient-based dual decomposition approach.
I tested the novel approach on whole-genome alignments of 12 vertebrate and 12 Drosophila species. The accuracy was evaluated for human, mouse and Drosophila melanogaster and compared to competing methods. Results suggest that the new method is well-suited for annotation of a large number of genomes of closely related species within a clade, in particular, when RNA-Seq data are available for many of the genomes. The transfer of existing annotations from one genome to another via the genome alignment is more accurate than previous approaches that are based on protein-spliced alignments, when the genomes are at close to medium distances. The method is implemented in C++ as part of the gene finder AUGUSTUS.
Analysis of partial migration strategies of Central European raptors based on ring re-encounter data
(2018)
The phenomenon of partial migration in birds in
which some individuals of a population are migratory while others stay in the breeding area is of increasing scientific interest. The strategies of partial migratory raptors from Central Europe are, however, unclear for most species. We analysed ring re-encounter data of Common Kestrels Falco tinnunculus, Eurasian Sparrowhawks Accipter nisus and Common Buzzards Buteo buteo ringed in Germany in terms of distances and directions between ringing and re-encounter sites. We investigated possible differences between sexes and age classes, as well as effects of ringing region, seasonal weather (in the form of North Atlantic Oscillation indices) and long-term temporal changes (including climate change) on migratory strategies by means of generalized linear models. We found that migration is mostly conducted by juveniles, although migratory adults were also found. In general, males tend to migrate less than females and juveniles less than adults.
Kestrels showed differences between age classes and sexes and they responded to weather in summer and autumn. The migration activities of Kestrels decreased over years. Sparrowhawks from different regions showed no differences in migration activity and no responses to long-term temporal changes. They did not respond to seasonal weather either. Buzzards showed strong responses to winter weather (‘winter escapes’) predominantly in highland regions, and a reduction of migratory intensity probably due to global warming.
The explanatory power of ringing data, however, is limited by low re-encounter rates and temporal and spatial heterogeneity in re-encounter probability. Spatial heterogeneity mainly depends on the distribution of observers as well as on their willingness to report a re-encountered ring to the corresponding ringing scheme. We analyzed a data set of ringing and re-encounter data of Kestrels, Buzzards and Sparrowhawks provided by the EURING Data Bank. We calculated monthly re-encounter rates across Europe and, for different time periods, we predicted re-encounters for individuals of these species ringed in Germany, on the assumption that re-encounter probabilities are evenly distributed at the highest value observed within the respective home ranges. Subsequently, we tested for correlation between re-encounter rates and human population density. The number of predicted re-encounters exceed the observed by 50-300 %. We found differences between monthly re-encounter rates and between different prediction periods. Distances (between ringing and re-encounter sites) differ significantly between observations and predicted re-encounters, with higher distances in predictions. Correlation between re-encounter rates and human population density is significant, but correlation coefficients are low (ρ = 0.291-0.511). Correcting for observer heterogeneity can help to analyze ring re-encounter data e.g. in terms of dispersal and migration. However, a comprehensive data collection and a digitalization of possible prior data records by the respective ringing schemes may allow advances in this method even further.
Iodine deficiency disorders (IDD) result from insufficient iodine intake, and may lead to many adverse effects on growth, development and thyroid diseases in humans.
Pakistan is a country with history of iodine deficiency.
Before reunification both parts of Germany were iodine deficient. In the Eastern part, however, due to mandatory iodine prophylaxis adaptation in 1983, the iodine status of the population improved from moderate to mild iodine deficiency. After the reunification of Germany in 1989 “voluntary principle” was adopted leading again to a decrease in iodine intake. Germany and Pakistan present different socioeconomics, cultural values and adaptations to the IDD eradication but have resemblance in history of iodine deficiency. In the recent years Germany has improved in IDD eradication more than Pakistan. The purpose of this research was to study the regional influence on iodine nutritional status of pregnant women in Pakistan and to monitor the effectiveness of the iodine fortification programme in the North-East German population.
Pregnant women data was obtained from randomly selected (public and private) prenatal clinics in five districts of the KPK province of Pakistan. Women visited there for their routine checkup between March and September 2012. Data were obtained from almost 250 pregnant women from each district reaching to a total of 1260 in all five districts.
The SHIP project consists of two population-based cohorts, for which only individuals with German citizenship and main residency in the study area were recruited. In the first SHIP cohort; SHIP-0, individuals aged 20-79 years were selected from population registries by a two-stage cluster sampling method. The net sample (without migrated or deceased persons) comprised 6265 eligible subjects, of which 4308 (response 68.8%) participated between 1997 and 2001. A separate stratified random sample of 8826 adults aged 20-79 years was drawn for SHIP-Trend, of which 4420 subjects participated between 2008 and 2012 (response 50.1%) in SHIP-Trend-0.
All the pregnant women were asked to complete a short interview questionnaire containing the information related to sources and reasons for intake and non-intake of iodized salt. The questionnaire also comprised questions related to knowledge of iodized salt nutrition. Information on the number of previous pregnancies and/or abortions (fetal loss due to various reasons, not including voluntary termination of pregnancy) was also obtained. The gestational age of the pregnant women was determined from the first day of the last regular menstrual period with gestational ages of ≤14.9, 28.9, and ≥29 weeks comprising the first, second, and third trimesters of pregnancy, respectively. For goiter assessment in pregnant women the WHO/UNICEF/IGN recommended palpation method was used. UIC was measured using a modification of the Sandell-Kolthoff reaction with spectrophotometric detection. Evaluation of group iodine status was based on median UIC categories defined by the WHO/IGN. These are: recommended – median 150-249 μg/L; mild iodine deficiency – median <150 μg/L.
For the analysis of monitoring trends of thyroid diseases in SHIP, diagnosed thyroid disorders were assessed by computer-assisted personal interviews. Medication data were obtained online using the IDOM program (online drug-database leaded medication assessment) and classified according to the Anatomical-Therapeutic-Chemical (ATC) classification system.In SHIP population goiter assessment was based on thyroid volume determined with ultrasonography. Goiter was defined as a thyroid volume exceeding 18 mL in women and 25 mL in men. Urinary iodine concentrations were measured from spot urine samples by a photometric procedure. Urinary creatinine concentrations were determined with the Jaffé method. Evaluation of group iodine status was based on median UIC categories defined by the WHO/IGN. The iodine/creatinine ratio was calculated by dividing urinary iodine by urinary creatinine concentrations. Serum TSH, fT3, fT4 levels in SHIP study were measured by an immunochemiluminescent procedure. A method comparison between the two TSH laboratory methods showed only negligible differences. High and low serum TSH levels were based on the reference range established from data for SHIP-0 (0.25 mIU/L - 2.12 mIU/L) and SHIP-TREND-0 (0.49 mIU/L - 3.29 mIU/L) respectively (21,22). Anti-TPO Abs were measured by an enzyme immunoassay in the whole SHIP study. The anti-TPO Abs status was defined as follows: normal < 60 IU/ml in men and < 100 IU/ml in women; increased > 60 IU/ml in men and > 100 IU/ml in women; positive: > 200 IU/ml in both sexes.
Thyroid ultrasonography was performed in SHIP-0 using an ultrasound VST-Gateway with a 5 MHz linear array transducer. In SHIP-Trend-0 ultrasonography was performed with a portable device using a 13-MHz linear array transducer. In both studies intra- and inter-observer reliabilities were assessed before the start of the study and semi-annually during the study. For thyroid volume all inter-observer and inter-device variabilities showed mean differences (±2 SD)of < 5% (<25%). Thyroid volume was calculated as length x width x depth x 0.479 (ml) for each lobe (26). The normal thyroid echo pattern was classified as homogeneous. A homogeneous echo pattern with reduced echogenicity was defined as hypoechogenic. Nodular changes exceeding 10 mm in diameter were defined as thyroid nodules.
Multivariable logistic regression analysis adjusting for age was used to regress the outcome measures (knowledge about IDD, iodized salt intake, UIC <150mIU/L and goiter prevalence) on regional influences (as exposure) in each specific district. These results are presented as odd ratios and their 95% confidence interval.
For the analysis in SHIP, all analyses were standardized by base-weights to account for different sampling probabilities. In SHIP-Trend-0, additionally, inverse probability weights for study participation were calculated, which were multiplied with the base-weights. Differences in median levels between SHIP-0 and SHIP-Trend-0 were tested by median regression models; prevalence differences between SHIP-0 and SHIP-Trend-0 were tested by Poisson regression models.
The majority of pregnant women (88.0%) had no knowledge about IDD. A very high (79%) percentage of pregnant women were not taking iodized salt, out of which 36.6% reported that iodized salt would negatively affect reproduction and for 17.0%, it was too expensive. Iodized salt intake in pregnant women was high in the big cities (Peshawar, Nowshehra) and in the urban areas (27.0%)
In 41.3% of the pregnant women, we observed a UIC of >150mIU/L. The median UIC level for the pregnant women was 131µg/L. The total goiter prevalence in pregnant women was 25.5%. The prevalence of UIC <150mIU/L in pregnant women did not differ between rural and urban areas. The results based on logistic regression analysis shows that the prevalence on knowledge about IDD, iodized salt intake, UIC <150mIU/L, and goiter did not differ in pregnant women between urban and rural areas. In district Lakki Marwat except, the pregnant women from urban residence had higher odds of having knowledge on IDD and iodized salt intake than their rural counterparts.
The prevalence of diagnosed thyroid disorders increased from 7.6% [CI 6.9-8.5] in SHIP-0 to 18.9% [CI 17.6-20.1] in SHIP-Trend-0. Likewise, the prevalence of thyroid medication intake increased from 6.2% [CI 5.5-7.0] to 11.1% [CI 10.1-12.2]. The median urinary iodine excretion levels decreased significantly, which was more pronounced in females than in males. The median iodine-to-creatinine ratio declined in all sex- and age-groups with stronger decrease in females than in males. The prevalence of median urinary iodine excretion levels <100µg/L increased between SHIP-0 and SHIP-Trend-0. Median serum TSH levels increased significantly between SHIP-0 and SHIP-Trend-0, resulting in a right shift of the serum TSH level distribution. The prevalence of high serum TSH levels remained almost stable between SHIP-0 and SHIP-Trend-0. Likewise, the prevalence of low TSH remained almost stable between SHIP-0 and SHIP-Trend-0. The prevalence of increased anti-TPO Abs and positive anti-TPO Abs decreased from SHIP-0 to SHIP-Trend-0 in the whole study population. The prevalence of hypoechogenic thyroid pattern decreased from SHIP-0 to SHIP-Trend-0. The median thyroid volume remained similar between SHIP-0 and SHIP-Trend-0 in the whole study population. Goiter prevalence decreased significantly; more pronounced in males than in females, while the prevalence of thyroid nodules increased between SHIP-0 and SHIP-Trend-0.
In pregnant women in Pakistan due to insufficient awareness campaigns and low literacy ratio in rural areas urinary iodine excretion levels indicate a stable iodine supply, which is still not sufficient. Our results show that rural/urban disparity is affecting the IDD prevention program in rural districts, but not in general. The SHIP data indicate that the improved iodine supply over the past two decades in Germany is paralleled by a reduction in prevalence of IDDs, while no increase was observed in markers of autoimmune thyroid disorders arguing for an optimal iodine supply of the general adult population in Northeast Germany. The increase in prevalence of diagnosed thyroid disorders and the intake of thyroid medication might be because of inappropriate therapeutical decisions which should be made with caution, based on regional TSH reference ranges, its prognostic value, and compliance with treatment.
The fear of somatic sensations is highly relevant in the etiology and maintenance of various disorders. Nevertheless, little is known about this fear of body symptoms and many questions are yet unanswered. Especially physiological studies on interoceptive threat are rare. Therefore, the present thesis investigated defensive mobilization, autonomic arousal, and brain activation during the anticipation of, exposure to, and recovery from unpleasant body sensations. Symptoms were provoked using a standardized hyperventilation procedure in a sample of high (and as controls: low) anxiety sensitive individuals - a population high at risk for developing a panic disorder and high in fear of internal body symptoms.
In study one, anxious apprehension was investigated during anticipation of interoceptive threat (somatic sensations evoked by hyperventilation) and exteroceptive threat (electric shock). Symptom reports, autonomic arousal, and defensive mobilization assessed by the startle eyeblink response were analyzed. Extending the knowledge on anticipation of interoceptive threat, study two investigated the neural networks activated during anxious apprehension of unpleasant body sensations. Symptom reports and startle response data were collected during a learning session after which participants high and low in fear of somatic symptoms attended a fMRI session anticipating threat (hyperventilation – learned to provoke unpleasant symptoms) or safety (normal breathing). Study three examined the actual exposure to internal body symptoms, investigating symptoms reports, autonomic arousal, and the startle eyeblink response during guided breathing (hyperventilation and, as a non-provocative comparison condition, normoventilation) and during recovery. And finally, study four addressed changes in the defensive mobilization during repeated interoceptive exposure via a hyperventilation procedure. High and low anxiety sensitive persons went through two guided hyperventilation and normoventilation procedures that were spaced one week apart while symptom reports, breathing parameters, and startle response magnitudes were measured.
In study one it was demonstrated that the anticipation of exteroceptive threat led to a defensive and autonomic mobilization in high and low anxiety sensitive individuals, while during interoceptive threat only high anxiety sensitive participants were characterized by a potentiated startle response and autonomic activation. Imaging data of study two revealed that 1) during anticipation of hyperventilation all participants were characterized by an increased activation of a fear network consisting of anterior insula/ orbitofrontal cortex and rostral parts of the dorsal anterior cingulate cortex/ dorsomedial prefrontal cortex, 2) high fear individuals showed higher anxious apprehension than low fear controls during the entire context (safe and threat conditions), indexed by an overall stronger activation of the described network, and 3) while low fear controls learned that (undisclosed to all participants) in the fMRI scanner the threat cue was not followed by an unpleasant hyperventilation task, high fear participants continued to show stronger fear network activation to this cue. In study three it was demonstrated, that the hyperventilation procedure led to a marked increase in somatic symptoms and to autonomic arousal. While high and low anxiety sensitive groups did not differ during hyperventilation, in the early recovery only high anxiety sensitive individuals showed defensive mobilization, indicated by potentiated startle response magnitudes, and increased autonomic arousal after hyperventilation as compared to after normoventilation. Substantiating these findings, in study four all participants reported more symptoms during hyperventilation than during normoventilation, in both sessions. Nevertheless, only high anxiety sensitive participants displayed a potentiation of startle response magnitudes after the first hyper- vs. normoventilation. One week later, when the exercise was repeated this potentiation was no longer present and thus both groups no longer differed in their defensive mobilization. Even more, the number of reported baseline symptoms decreased from session one to session two in the high-AS group. While high anxiety sensitive persons reported increased baseline anxiety symptoms in session one, groups did not anymore differ in session two.
These data indicate that the standardized hyperventilation procedure is a valid paradigm to induce somatic symptoms. Moreover, it induces anxious apprehension especially in persons highly fearful of internal body symptoms. The repetition of interoceptive exposure, however, reduces associated fear in highly fearful individuals. Thus, this paradigm might provide an innovative method to study anxious apprehension and also treatment effects in patients with panic disorder. The present findings are integrated and discussed in the light of the current literature.
Manipulating and utilizing plasmas becomes a more and more important task in various research fields of physics and in industrial developments. Especially in nowadays spacerelevant applications there are different ideas to modify plasmas concerning particular tasks.
One major point of interest is the ability to influence plasmas using magnetic fields. To study the underlying physical effects that were achieved by these magnetic fields for both scenarios Particle-in-Cell simulations were done. Two examples are discussed in this thesis.
The first example originates from an experiment performed by the European Space Agency ESA in collaboration with the German Space Agency DLR. To verify the possibility of heat-flux reduction by magnetic fields onto the thermal protection system of a space vehicle a simplified experiment on earth was developed. Most of the heat that is created during re-entry comes from compression of the air ahead of the hypersonic vehicle, as a result of the basic thermodynamic relation between temperature and pressure. The shock front, which builds up in front of the vehicle deflects most of the heat and prohibits the surface of the space vehicle from direct contact with the maximum flux. State of the art spacecrafts use highly developed materials like ceramics to handle the enormous heat. An attractive approach to reduce costs is to use magnetic fields for heat-flux reduction. This would allow the use of cheaper materials and thus reduce costs for the whole space mission. A partially-ionized Argon beam was used to create a certain heat-flux onto a target. The main finding of the experimental campaign was a large mitigation of heat-flux by applying a dipole-like magnetic field. The Particle-in-Cell method was able to reproduce experimental observations like the heat-flux reduction. An additionally implemented optical diagnostics module allowed to confirm the results of the spectroscopy done during the experiment. The underlying effect that is responsible for the heat-flux reduction was identified as a coupling between the modified plasma and the dominating neutral flux component. The plasma, that is guided towards the target, act as a shield in front of the target surface for arriving neutrals. These neutrals are slowed down by charge-exchange collisions. Furthermore the magnetic field induces an increased turbulent transport that is also needed to reach a reduction in heat-ux. The turbulent transport was also obtained by three-dimensional Direct Simulation Monte Carlo simulations. Unfortunately, such source driven turbulence can not be expected in space, so that a heat flux reduction in real space applications is questionable. Nevertheless, other effects like the induced turbulence by the rotating vehicle can compensate the missing source driven effect.
The second scenario in which a magnetic field is used to modify the heat flux of a plasma is the operation of the pulsed cathodic arc thruster. The same Particle-in-Cell code was used to simulate a typical pulse of this newly developed thruster of Neumann Space Pty Ltd. The typical behavior of the thruster could be reproduced numerically. The thrust is mainly produced by fast electrons. These electrons are accelerated by electric fields as a result of a plasma-beam instability. This plasma-beam instability was verified by a phase space diagnostics for the electrons. To demonstrate the influence of the magnetic field a simulation of the cathodic arc thruster without magnetic field and one with magnetic field were compared. It was shown that the use of a magnetic field leads to a ten times larger thrust by directing the heat ux. The resulting narrow plume is an additional Advantage of the particle guiding magnetic field. This narrowness of the plume reduces the danger of interaction with other components of the space vehicle.
Both scenarios demonstrate the different capabilities for electromagnetic fields to manipulate plasmas and especially the corresponding heat-flux with respect to certain tasks. The possibilities range from reducing the heat-flux onto a target to maximizing the thrust by directing the heat-ux. This thesis demonstrates that simulations are a great tool to support experiments and to deliver an improved physics understanding. They help to identify the basic physics principles in the different systems, because they can deliver information not accessible to experiments.
In particular, a better understanding of the influence of electromagnetic fields on the heat-flux distribution in space-relevant applications was obtained. This can be the basis for further simulation-guided optimization, e.g. for the design of more effective cathodic arc thrusters. Here, the goal is to minimize costs for prototypes by replacing the hardware by virtual prototypes in the simulations. This allows to test basic design ideas in advance and get more highly-optimized designs at a fraction of time and costs.
Ion thrusters are Electric Propulsion systems used for satellites and space missions. Within
this work, the High Efficient Multistage Plasma Thruster (HEMP-T), patented by the
THALES group, is investigated. It relies on plasma production by magnetised electrons.
Since the confined plasma in the thruster channel is non-Maxwellian, the near-field plume
plasma is as well. Therefore, the Particle-In-Cell method combined with a Monte-Carlo
Collision model (PIC-MCC) is used to model both regions. In order to increase the sim-
ulated near-field plume region, a non-equidistant grid is utilised, motivated by the lower
plasma density in the plume. To minimise artificial self-forces at grid points bordered by
cells of different size a modified method for the electric field calculation was developed in
this thesis. In order to investigate the outer plume region, where electric field and collisions
are negligible, a ray-tracing Monte-Carlo model is used. With these simulation methods,
two main questions are addressed in this work.
What are the basic mechanisms for plasma confinement, plasma-wall-interaction
and thrust generation?
For the HEMP-T the plasma is confined by magnetic fields in the thruster channel, generated
by cylindrical permanent magnets with opposite polarity. Due to different Hall parameters,
electrons are magnetised, while ions are not. Therefore, the dominating electron transport
is parallel to the magnetic field lines. In the narrow cusp regions, the magnetic mirror effect
reduces the electron flux towards the wall and confines the electrons like in a magnetic
bottle. At the anode, propellant gas streams into the thruster channel, which gets ionised
by the electrons creating the plasma. As a result of the electron oscillation between the two
cusp regions, ionisation of the propellant gas is efficient.
The magnetic field configuration of the HEMP-T also influences the plasma potential inside
the thruster channel. Close to the symmetry axis, the mainly axial magnetic field results in
a flat potential. At the inner wall, the field configuration reduces the plasma wall interaction
to only the narrow cusp regions. Here, the floating potential of the dielectric channel wall
and its plasma sheath result in a rather low radial potential drop compared to the applied
anode potential. As a result, the electric potential is rather flat and impinging ions at the
thruster channel wall have energies below the sputter threshold energy of the wall material.
Therefore, no sputtering appears at the dielectric wall. At the thruster exit the confinement
by the magnetic field is weakened and the potential drops with nearly the full anode voltage.
The resulting electric field accelerates the generated ions into the plume and generate the
thrust, but they are also able to sputter surfaces. During terrestrial testing, sputteringat vacuum vessel walls leads to the production of impurities. The amount of back-flux
towards the channel exit is determined by the sputter yield of the vacuum chamber wall. A
large distance between thruster exit and vessel wall reduces the back-flux and smooths the
pattern of deposition inside the thruster channel. Dependent on their material, the evolving
deposited layers can get conductive, modify by this the potential distribution and reduce
the thrust.
For the HEMP-T, ions are mainly generated at high potential close to the applied anode
potential. Therefore, the accelerated ions producing the thrust gain the maximum energy
as observed in experiment. Ions emitted from the thruster into different angles in the
plume contribute mainly to the ion current at angles between 30 ◦ and 90 ◦ . They mainly
originate from ionisation at the thruster exit. The resulting angular distribution of the
ejected ion current is close to the one of the experiment, slightly shifted by about ten
degrees to higher emission angles. In front of the thruster exit, electrons are trapped by
electrostatics forces. This enhanced density allows ionisation and an additional electron
density structure establishes.
What are possible physics based ideas for optimisation of an ion thruster?
An optimised thruster should have a high ionisation rate inside the thruster channel, low
erosion and an ion angular distribution with small contributions at high angles for min-
imised thruster satellite interactions. In experiments, the HEMP-T satisfies already quite
nicely these requests. In the simulations, low erosion inside the thruster channel and angular
ion distributions close to the experimental data are demonstrated. However, the ionisation
efficiency is lower and radial ion losses are larger than in experiment. A possible explanation
of these differences is an underestimated transport perpendicular to the magnetic field lines,
well known for magnetised plasmas.
A successful example for an optimisation using numerical simulations is the reduction of
back-flux of sputtered impurities during terrestrial experiments by an improved set-up of
the vacuum vessel. The implementation of baffles reduces the back-flux towards the thruster
exit and therefore deposition inside the channel. These improvements were successfully im-
plemented in the experiment and showed a reduction of artefacts during long time measure-
ments. This leads to a stable performance, as it is expected in space.
Das Ziel dieser randomisierten kontrollierten Studie war es, die Effektivität eines häuslichen physiotherapeutischen Übungsprogramms mit visueller Anleitung zur Reduktion von CMD-Schmerzen im Vergleich zur Standardtherapie Okklusionsschiene zu testen.
Material und Methode: 32 Patienten mit Schmerzen im craniomandibulären Bereich und dem Wunsch nach einer Behandlung wurden in die Studie einbezogen. Als Einschlusskriterium galt ein Wert für Schmerzen von ≥ 3 auf der numerischen Analogskala (NAS). Die Befunderhebung erfolgte anhand der Research Diagnostic Criteria for Temporomandibular Disorders (RDC/TMD) und auf der Basis von Fragebögen zur Selbstauskunft über Belastungsfaktoren (DASS) sowie der Schmerzchronifizierung (GCPS). Nach Randomisierung ergaben sich für die Gruppe Schiene 16 Patienten (m/w = 4/12; Alter: 40,19 Jahre) sowie für die Gruppe DVD ebenfalls 16 Patienten (m/w = 2/14; Alter: 44,81 Jahre). Patienten der Gruppe Schiene erhielten eine okklusal adjustierte Okklusionsschiene mit Front-Eckzahnführung aus hartem Kunststoff und wurden angehalten, diese über einen Zeitraum von 4 Wochen jede Nacht zu tragen. Den Patienten der Gruppe DVD wurde die DVD ausgehändigt. Anschließend wurden sie instruiert, die darauf dargestellten Anleitungen für das häusliche Physiotherapieprogramm 3x täglich für 4 Wochen zu wiederholen. Eine Zwischenkontrolle erfolgte in beiden Gruppen eine Woche nach Therapiebeginn. Vier Wochen nach Therapiebeginn wurde eine erneute klinische Untersuchung angesetzt. Als Bewertungsmaßstab für den Therapieerfolg wurden insbesondere folgende Parameter einbezogen: mittlerer Wert auf der NAS-Schmerzskala sowie der Skala zur Bestimmung der Leistungseinschränkung und mittlere Anzahl druckschmerzhafter Bereiche der Kiefergelenke und Kaumuskulatur in den jeweiligen Gruppen jeweils vor und nach Therapie. Als statistische Verfahren zur Datenauswertung kamen sowohl deskriptive und bivariate Analysen, als auch die Interpretation von Konfidenzintervallen zur Anwendung.
Ergebnisse: Beide Gruppen zeigten eine signifikante Verbesserung hinsichtlich der Parameter Schmerz, Leistungseinschränkung und Zahl der druckschmerzhaften Bereiche. Eine Schmerz-reduktion von mindestens 30% wurde in der Gruppe Schiene bei 62,5% und in der Gruppe DVD bei 68,8% der Probanden erreicht. Im Vergleich beider Gruppen war in allen Parametern kein klinisch signifikanter Unterschied (p>0,05) bzw. keine Unterlegenheit der DVD gegenüber der Schiene zu verzeichnen. Bei der Reduktion druckschmerzhafter Bereiche war die DVD der Schiene sogar überlegen.
Schlussfolgerungen: Es konnte gezeigt werden, dass das Selbstmanagement von CMD-Schmerzen mittels häuslicher physiotherapeutischer Übungen im Verlauf von vier Wochen ebenso wirksam ist wie die Eingliederung einer Okklusionsschiene, vielleicht sogar dahin-gehend Vorteile hat, dass die Gesamtpersönlichkeit des Patienten angesprochen und er in die Beschwerde-/ Schmerzbefreiung aktiv einbezogen wird.
Der Zahnverlust, überwiegend bedingt durch Karies und Parodontitis, ist eine der häufigsten Erkrankungen unserer Gesellschaft. Herausnehmbarer Zahnersatz spielt eine große Rolle bei der Wiederherstellung von Kau- und Sprechfunktion, sowie der Ästhetik, daher ist das Ziel dieser Studie, die klinischen Parameter einer rein konuskronengetragenen oder kombiniert konuskronen- und klammergetragenen Prothese zu untersuchen und Folgeleistungen darzustellen. Weiterhin wurde die Zufriedenheit der Patienten mit diesem Zahnersatz in Abhängigkeit von der Art des Zahnersatzes überprüft.
Von April 2011 bis Juni 2012 wurden 24 Frauen und 25 Männer mit einem Durchschnittsalter von 68,9 Jahren untersucht. 43 Ober- und 37 Unterkieferprothesen befanden sich im Mittel 5,1 Jahre in situ. Es wurden 158 Konuskronen und 38 Klammerzähne klinisch untersucht. Dabei wurden Eckzähne und Prämolaren vor allem zur Konuskronenverankerung und Molaren häufig zur Klammerretention verwendet.
Es konnte gezeigt werden, dass im Unterkiefer durchschnittlich weniger Zähne (2,97) zur Retention der Prothesen benötigt werden als im Oberkiefer (3,29). Die Sondierungstiefen waren mesial durchschnittlich am höchsten. Rund 72 % der Pfeilerzähne wiesen einen Lockerungsgrad von 0 – 1 auf. Ein kariöser Defekt im Randbereich der Innenkoni trat selten auf (1,1 %).
Am zufriedensten waren die Teilnehmer mit der Ästhetik und dem Sprechen mit den Prothesen. Am schlechtesten schnitten die Prothesen beim sicheren Halt bzw. der Lagestabilität ab.
In den verfügbaren Patientenakten wurde am häufigsten die Druckstellenentfernung dokumentiert, gefolgt von den Rezementierungen der Primärkronen und der Friktionsverminderung.
Im Durchschnitt wurden bei den rein konuskronengetragenen Prothesen Kosten von insgesamt 344,97 € fällig (Eigenanteil (EA) der Patienten: 112,85 €; Krankenkassen-Anteil (KK): 218,32 €). Die kombiniert konuskronen- und klammergetragenen Konstruktionen waren bei der Instandhaltung etwas teurer: insgesamt 386,21 € (EA: 138,64 €; KK: 282,57 €).
Diese Arbeit kann als Orientierung zur Planung von prothetischen Behandlungsmaßnahmen und zur Aufklärung der Patienten dienen. Es kann abgeschätzt werden, welche Nachsorgeleistungen für den Zahnarzt und ggf. für das Dentallabor, sowie Folgekosten für den Patienten entstehen könnten. Die Analyse der Zufriedenheit mit dem doppelkronengetragenem Zahnersatz in Bezug auf Lage, Stabilität und Ästhetik könnte für Zahnärzte ebenfalls zur Argumentation bei der Beratung zu einer Neuversorgung mittels konuskronengetragenem Zahnersatz hinzugezogen werden.
Weiterhin ist diese Arbeit Grundlage für weiter klinische Studien zur Abschätzung klinischer Parameter in Bezug auf den prothetischen Erhaltungsaufwand und die Patientenzufriedenheit von anderen prothetischen Versorgungskonzepten Zahnersatz und deren Folgekosten.