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Zusammenfassung der Dissertation "9,10-Dihydro-9,10-diboraanthracen: Ein neuartiges ditopes Hydroborierungsreagenz zum Aufbau photolumineszenter pi-konjugierter Organylborane" von Andreas Lorbach (2011) Borhaltige pi-konjugierte Verbindungen eignen sich u.a. als Chemosensoren zur Detektion von Lewis-Basen sowie als Materialien für optoelektronische Bauteile, wie z.B. organische Leuchtdioden. Vertreter dieser Substanzklasse sind Vinylborane, welche sich sehr effizient durch Addition von Hydroboranen an terminale Alkine erzeugen lassen. Diese Reaktivität nutzten Chujo et al. zum Aufbau pi-konjugierter Polymere, wobei sie Aryldiine mit sterisch anspruchsvollen Organylboranen RBH2 (R = 2,4,6-Trimethylphenyl; 2,4,6-Triisopropylphenyl; 1,1,2-Trimethylpropyl) umsetzten. Zur Detektion von Lewis-Basen sind sterisch weniger anspruchsvolle Substituenten R, die einen freien Zugang zum Boratom ermöglichen, von Vorteil. Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe haben jedoch gezeigt, dass sich die entsprechenden Organylborane RBH2 nicht als Hydroborierungsreagenzien eignen, da sie stattdessen unter Abspaltung von Diboran spontan zu Diorganylboranen kondensieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass sich diese unerwünschte Substituentenübertragung durch Einbindung des Borzentrums in ein cyclisches Molekülgerüst verhindern lässt und 9,10-Dihydro-9,10-diboraanthracen (1) somit ein isolierbares ditopes Hydroboran darstellt. Mittels eines in dieser Dissertation entwickelten dreistufigen Synthesewegs kann 1 in guten Ausbeuten aus 1,2-Dibrombenzol gewonnen werden. Im Festkörper bildet 1 eine polymere supramolekulare Struktur [1]n aus, in der die 9,10-Dihydro-9,10-diboraanthracen-Einheiten über 2-Elektronen-3-Zentren-BHB-Bindungen miteinander verknüpft sind. Durch Umsetzung von schwerlöslichem [1]n mit Dimethylsulfid lässt sich das supramolekulare Aggregat aufbrechen und man erhält das lösliche Addukt 1(Me2S)2, das als kristallines Material in hoher Reinheit isoliert werden kann. Bei 1(Me2S)2 handelt es sich um ein hervorragendes Hydroborierungsreagenz, welches bei Raumtemperatur mit terminalen Alkinen zu den entsprechenden Vinylboranen reagiert. Aus 1 lassen sich mit Diethinylarenen außerdem lumineszente pi-konjugierte Hydroborierungspolymere erzeugen. Die Umsetzung mit bidentaten Lewis-Basen, wie z.B. Pyridazin, führt zu sehr stabilen symmetrischen Addukten, in denen die Base die beiden aziden Borzentren des Diboraanthracens verbrückt. Um einen Einblick in die elektronischen Eigenschaften des 9,10-Dihydro-9,10-diboraanthracens (1) zu erhalten, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit das zu Anthracen isoelektronische dianionische Diborataanthracen ([1]2-) isoliert und hinsichtlich seiner Festkörperstruktur und Reaktivität untersucht.
Seit einigen Jahrzehnten ist Lysozym eines der am meisten erforschten Proteine in der Literatur und wird hauptsächlich als Modell Protein zur Aufklärung der Faltungs- und Entfaltungsprozesse genutzt. Da die Frage nach Fehlfaltung und deren Verknüpfung mit neurodegenerativen Krankheiten bis zum heutigen Tag nicht vollständig geklärt ist, besteht hier ein großer Spielraum für weitere Forschungsansätze. In der vorliegenden Arbeit wurden daher zwei Modellsysteme verwendet, Hühereiweiß-Lysozym und menschliches Lysozym, jeweils in ihrem nicht-nativen ungefalteten Zustand. Diese ungefalteten Ensembles wurden mit Hilfe NMR spektroskopischer Methoden untersucht und ergaben sehr detaillierte, zum Teil auch überraschende neue Einblicke in Struktur und Dynamik der beiden Proteine und liefern somit wichtige Erkenntnisse zu Faltungs- und Aggregationsprozessen. ...
The miniaturization of electronics is reaching its limits. Structures necessary to build integrated circuits from semiconductors are shrinking and could reach the size of only a few atoms within the next few years. It will be at the latest at this point in time that the physics of nanostructures gains importance in our every day life. This thesis deals with the physics of quantum impurity models. All models of this class exhibit an identical structure: the simple and small impurity only has few degrees of freedom. It can be built out of a small number of atoms or a single molecule, for example. In the simplest case it can be described by a single spin degree of freedom, in many quantum impurity models, it can be treated exactly. The complexity of the description arises from its coupling to a large number of fermionic or bosonic degrees of freedom (large meaning that we have to deal with particle numbers of the order of 10^{23}). An exact treatment thus remains impossible. At the same time, physical effects which arise in quantum impurity systems often cannot be described within a perturbative theory, since multiple energy scales may play an important role. One example for such an effect is the Kondo effect, where the free magnetic moment of the impurity is screened by a "cloud" of fermionic particles of the quantum bath.
The Kondo effect is only one example for the rich physics stemming from correlation effects in many body systems. Quantum impurity models, and the oftentimes related Kondo effect, have regained the attention of experimental and theoretical physicists since the advent of quantum dots, which are sometimes also referred to as as artificial atoms. Quantum dots offer a unprecedented control and tunability of many system parameters. Hence, they constitute a nice "playground" for fundamental research, while being promising candidates for building blocks of future technological devices as well.
Recently Loss' and DiVincenzo's p roposal of a quantum computing scheme based on spins in quantum dots, increased the efforts of experimentalists to coherently manipulate and read out the spins of quantum dots one by one. In this context two topics are of paramount importance for future quantum information processing: since decoherence times have to be large enough to allow for good error correction schemes, understanding the loss of phase coherence in quantum impurity systems is a prerequisite for quantum computation in these systems. Nonequilibrium phenomena in quantum impurity systems also have to be understood, before one may gain control of manipulating quantum bits.
As a first step towards more complicated nonequilibrium situations, the reaction of a system to a quantum quench, i.e. a sudden change of external fields or other parameters of the system can be investigated. We give an introduction to a powerful numerical method used in this field of research, the numerical renormalization group method, and apply this method and its recent enhancements to various quantum impurity systems.
The main part of this thesis may be structured in the following way:
- Ferromagnetic Kondo Model,
- Spin-Dynamics in the Anisotropic Kondo and the Spin-Boson Model,
- Two Ising-coupled Spins in a Bosonic Bath,
- Decoherence in an Aharanov-Bohm Interferometer.
Sojabohnen sind aufgrund ihres hohen Proteingehaltes ein wichtiges Nahrungsmittel und insbesondere bei Kindern ein häufig austretendes allergenes Lebensmittel. Der einizige zur Zeit mögliche Schutz vor einer allergischen Reaktion auf Soja ist die strikte Vermeidung der Aufnahme. Die allergenen Substanzen sind Proteine und Glykoproteine. Es gibt eine Reihe von Produkten aus Soja, die kein oder nur geringe Mengen Protein enthalten, aber in zahlreichen Lebensmitteln enthalten sind. Die Prüfung der potenziellen Allergenität von solchen Produkten, wie z.B. Vitamin E aus Soja, ist von grundlegendem Interesse für allergische Personen. Vitamin E aus Soja wird vielen Produkten z.B. als Antioxidanz zugesetzt und müsste nach den rechtlichen Kennzeichnungsvorschriften als Allergen auf der Verpackung angegeben werden. Ein Ziel dieser Promotionsarbeit war daher die Entwicklung von sensitiven und spezifischen Detektionmethoden für den Nachweis von Sojaprotein in Tocopherol (VitaminE) aus der Sojabohne. Aber auch die Charakterisierung von Sojaallergenen für die Entwicklung von diagnostischen und therapeutischen Methoden ist wichtig. Das zweite Ziel der Arbeit war somit die genauere Charakterisierung von β-Conglycinin (Gly m 5) als Sojaallergen sowie die Identifizierung der IgE-bindenden Bereiche des untersuchten Proteins. Zum Nachweis, dass in dem hoch prozessierten Sojaprodukt Tocopherol kein Sojaprotein mehr vorhanden war, wurden mehrere proteinbiochemische und immunologische Methoden entwickelt und validiert. Der sojaspezifische ELISA zur Detektion von hydrophilen Sojaproteinen aus der Tocopherolmatrix mit einer realen Nachweisgrenze von 10 ppm zeigte eine gute Reproduzierbarkeit. Die Detektion von lipophilen, denaturierten und hydrophilen Sojaproteinen aus Tocopherol im Immunoblot mit einer Nachweisgrenze von 20 ppm war ebenfalls gut reproduzierbar. Der etablierte IgE Immunoblot mit Sojaallergikerseren wies eine vergleichbare Sensitivität auf. In keiner der 10 untersuchten Tocopherolproben wurde mit den etablierten sensitiven sojaspezifischen Methoden Sojaprotein detektiert. Bei in vivo Studien von klinischen Partnern wurde bei Sojaallergikern weder eine Reaktion auf Tocopherol im Hauttest noch in der oralen Provokation von 500 mg Tocopherol beobachtet. Dass Gly m 5 ein wichtiges Sojaallergen ist und als diagnostischer Marker für schwere allergische Reaktionen genutzt werden kann, wurde in einer früheren Publikation unserer Arbeitsgruppe beschrieben. Die genauere Charakterisierung von Gly m 5 in dieser Arbeit zeigte, dass es ein Hauptallergen bei sojaallergischen Kindern und bei Sojaallergikern mit anaphylaktischen Reaktionen darstellt. Dabei zeigten alle Gly m 5 sensibilisierten Sojaallergiker spezifisches IgE gegen eine der drei Gly m 5 Untereinheiten, das Gly m 5.03. Diese Untereinheit kann somit als diagnostischer Marker für eine Gly m 5 Sensibilisierung eingesetzt werden. Es konnte ebenfalls in dieser Arbeit bestätigt werden, dass die meisten Gly m 5 sensibilisierten Sojaallergiker moderate bis schwere allergische Reaktionen zeigten und Gly m 5 somit einen potenziellen Marker für die Schwere einer Sojaallergie darstellt. Zur Identifizierung von IgE-bindenden Bereichen des Gly m 5 und des homologen Erdnussallergens Ara h 1 wurde die hoch sensitive und spezifische CelluSpot Technik etabliert, welche im Vergleich zur häufig angewendeten SPOT Membran-Technik nicht nur Zeit und Serumvolumen spart, sondern auch die individuelle Testung der Seren unter ständiger Mitführung von Positiv-und Negativkontrollen ermöglichte. Diese Methode stellt damit eine geeignete Technik zur Untersuchung von IgE reaktiven linearen Bereichen der Gly m 5 Untereinheiten und des Ara h 1 dar. Die Mehrheit der Gly m 5 sensibilisierten Sojaallergiker besaß spezifisches IgE gegen sequenzielle synthetische Peptide der Gly m 5 Untereinheiten, wobei jedes Allergikerserum ein individuelles IgE Bindungsmuster zeigte. Zusammengefasst wurden fünf sequenzielle Regionen auf allen drei Gly m 5 Untereinheiten identifiziert, welche die größte IgE Bindungshäufigkeit aufwiesen. Alle fünf Bereiche waren zwischen 12-17 Aminosäuren groß und auf der Moleküloberfläche lokalisiert. Sie bildeten gemeinsam zwei zusammenhängende Bereiche in der Kernregion der Gly m 5 Moleküle und lassen vermuten, dass sie Teile von Konformationsepitopen darstellen. Zur Untersuchung einer möglicherweise vorhandenen serologischen Kreuzreaktivität zwischen den zwei Leguminosen Soja und Erdnuss, wurden sowohl Sojaallergiker mit Erdnussallergie als auch Erdnussallergiker ohne Sojaallergie auf Reaktivitäten gegen Peptide des Erdnussallergens Ara h 1 untersucht. Dabei wurden drei sequenzielle Bereiche identifiziert, die von der Mehrheit der Sojaallergiker, jedoch nur selten von den Erdnussallergikern erkannt wurden. Diese drei Bereiche wiesen eine Sequenzähnlichkeit zu den reaktivsten Bereichen der Gly m 5 Untereinheiten auf. Die Untersuchung von Allergikerseren auf Aminosäuresequenzebene könnte als diagnostische Methode zur Unterscheidung der klinischen Ausprägung einer Sojaallergie im Vergleich zur Erdnussallergie dienen und somit die Anzahl der risikobehafteten Nahrungsmittelprovokationen zur Bestätigung einer Sojaallergie senken. Die Identifizierung von B-Zell Epitopen ist eine wichtige Grundlage für die Herstellung von Hypoallergenen mit verringerter B-Zell Aktivität, bei gleichbleibender T-Zell-Aktivierung. Solche hypoallergenen Mutanten sind eine hoffnungsvolle Perspektive für eine Immuntherapie von Sojaallergikern, da sie womöglich das Risiko einer allergischen Reaktion während der Behandlung verringern können.
Aufgrund der problematischen Situation von mobilen Notebook-Arbeitsplätzen mit mannigfaltigen negativen Einflüssen auf den Muskel- und Skelettapparat wurde ein neuartiges, wandlungsfähiges Notebook entwickelt. Dieses besitzt ein ausziehbares Display. Ziel dieses Forschungsvorhabens war die erste wissenschaftliche Analyse und Evaluation der Anwendung dieses Notebooktyps. Es wurden verschiedene Testungen durchgeführt, die die Eigenschaften des Displays, welches sich mit Teleskopschienen nach oben herausziehen lässt, auf wissenschaftlicher Ebene analysiert.
In der Studie wurden Probanden in unterschiedlichen Stellungen bei der Arbeit an einem klassischen Notebook mit gewöhnlicher Notebook-Stellung, sowie an einem höhenverstellbaren Notebook untersucht. Die Daten zeigen, dass es hochsignifikante Unterschiede in den unterschiedlichen Stellungen gibt. Die ausgefahrene Stellung des höhenverstellbaren Notebooks ist dabei mit einem hochsignifikant geringeren Neigungswinkel des Kopfes verbunden. Da die vertikale Belastung der WS direkt von der Neigung des Kopfes abhängig ist, ist davon auszugehen, dass die ausgefahrene Displaystellung eine wesentlich geringere vertikale Belastung der Wirbelkörper induziert als eine gewöhnliche Notebookhaltungsposition. Diese Eigenschaften des höhenverstellbaren Notebooks entsprechen eher den ergonomischen Forderungen der BildscharbV. In Hinblick auf eine Trennung von Bildschirm und Tastatur, wie es die BildscharbV vorsieht, lassen sich allerdings die Defizite von Notebooks funktionsbedingt nicht ausräumen.
Die Untersuchungen zeigen, dass es keine Unterschiede zwischen Männern und Frauen bezüglich des Kopfneigungswinkels gibt.
Die Untersuchungen zeigen ferner, dass es in dieser Hinsicht auch keine Unterschiede zwischen Sehhilfeträgern und Nicht-Sehhilfeträgern gibt.
Zukünftige Studien sollten den Einsatz bei Patienten mit Erkrankungen des Muskel- und Skelettapparates untersuchen. Für zukünftige Studien sind darüber hinaus Einflüsse auf den gesamten oberen Haltungsapparat, sowie die Position der Tastatur von Interesse.
Elektronische Gesundheitsnetzwerke entwickeln sich zunehmend zu einer wichtigen Sparte im Bereich der Gesundheitsinformation. Mittlerweile stehen zahlreiche Online-Foren und -Expertenräte für den Austausch von Patienten untereinander oder zur Ratsuche in Gesundheitsfragen zur Verfügung. Besonders chronisch kranken Patienten kann so der Kontakt zur Außenwelt erleichtert und einer psychosozialen und medizinischen Unterversorgung entgegen gewirkt werden. Während es unstrittig ist, dass virtuelle Foren und Expertenräte bedeutende Chancen eröffnen, gibt es bisher kaum wissenschaftlich begleitete Projekte, die die Qualität und Effizienz der verfügbaren Dienste evaluieren. In der vorliegenden Arbeit wird der Nutzen elektronischer Gesundheitsnetzwerke am Beispiel des Online- Expertenrats muko.info analysiert. Das Modellprojekt wurde 2003 in Kooperation zwischen der Johann- Wolfgang- Goethe- Universität Frankfurt und dem Mukoviszidose e.V. zum Schwerpunktthema „Mukoviszidose“ initiiert. Hierbei wird die Hypothese geprüft, dass professionelle Beratungsangebote im Internet geeignet sind, einen relevanten Beitrag in dem vielschichtigen Versorgungskonzept chronisch kranker Patienten mit Mukoviszidose zu leisten. Im Rahmen einer 4- jährigen Projektphase wurden insgesamt 1.035 Kontaktaufnahmen mit 2.045 gestellten Fragen registriert. Davon verteilten sich 1.922 der Fragen auf das Patientenforum, während 123 Fragen aus dem Fachforum stammten. Die Fragen wurden unter Berücksichtigung quantitativer, qualitativer sowie emotionaler und psychosozialer Parameter untersucht. Als quantitative Parameter fanden in unserer Analyse die Gesamtzahlen der Kontakte und Fragestellungen, der Ratsuchenden und Ratgeber sowie eine Auswahl von 15 thematischen Kategorien Berücksichtigung. Ebenso ging die Unterscheidung zwischen Fragestellern und Patienten sowie die jeweilige Geschlechter- und Altersverteilung, aber auch die Berufsparten und Fachrichtungen sowohl der berufsbedingten Fragesteller als auch der Experten mit ein. Hinsichtlich der qualitativen Parameter wurden die Gründe der Ratsuchenden für ihre Teilnahme am jeweiligen Forum, die professionellen Rahmenbedingungen des Projekts und die Patientenzufriedenheit in die Auswertung miteinbezogen. Hierfür war ebenfalls die Betrachtung sowohl der inhaltlichen und haftungsrechtlichen Richtlinien als auch der organisatorischen, ethischen und prozeduralen Prinzipien erforderlich. Ferner fand eine Analyse der verbalisierten Emotionen in den Fragetexten statt. Es wurde eine Einteilung in 10 Emotionen gewählt und diese quantitativ der Anzahl der rein sachlich formulierten Antworten gegenübergestellt. Die daraus gewonnenen Ergebnisse wurden in Korrelation mit speziellen Rubriken, Altersklassen und Personengruppen gesetzt. Die Ergebnisse unserer Analyse belegen eine ausgeglichene Frequentierung des Expertenrats während der Projektzeit, wobei sich ein deutlicher Überhang weiblicher Fragesteller in beiden Foren zeigte. Die Gründe für die Teilnahme der Patienten beruhten in beiden Foren primär auf dem Wunsch nach Beantwortung fachlichmedizinischer Fragen, relevant häufig auch in den Bemühungen um eine Zweitmeinung. Qualitativ herrschte im Expertenrat eine grundsätzlich freundliche und spannungsarme Atmosphäre, welche von dem professionellen Verhalten der Experten sowohl in fachlicher als auch in psychosozialer Hinsicht gestützt wurde. Der sensible und ermutigende Umgang mit den Patienten sowie die meist zeitnahe, ausführliche und fundierte Bearbeitung der Anliegen wurde von den Fragestellern hoch geschätzt und wiederholt positiv bewertet. Im Zusammenhang der emotionalen und psychosozialen Situation der Betroffenen spiegelten sich im Patientenforum die enormen Belastungen und der starke emotionale Druck der Menschen im Umgang mit der chronischen Erkrankung in einer Vielzahl der Fragen wider. Demgegenüber wies sich das Fachforum durch fachlich- distanzierte, meist sachlich formulierte Anliegen aus. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Qualität der Antworten und die Patientenzufriedenheit wesentlich davon abhängen, ob es dem Experten gelingt, sich von der rein fachlichen Problematik zu lösen und seinen Blick für die emotionalen Bedürfnisse der Patienten zu öffnen. Ein respektvoller, ermutigender Umgang mit den Fragestellern sowie die Berücksichtigung ihrer emotionalen Bedürfnisse konnten neben der medizinisch- fundierten Beratung als wichtigste Aufgaben der Experten registriert werden. Finden diese Basisvariablen ihre Anwendung, hat ein professioneller Expertenrat im Internet nicht nur das Potential, einen ergänzenden Beitrag zum bestehenden Versorgungssystem für Patienten mit Mukoviszidose zu leisten. Vielmehr zeigte sich der Expertenrat vor dem Hintergrund der spezifischen Vorteile des Mediums Internet in einem geschützten, professionellen Rahmen als geeignetes Angebot für chronisch kranke Menschen, um diese zeitlich, geographisch, fachlich sowie emotional zu entlasten und zu stabilisieren. Die komplexen Anforderungen des Online- Expertenrats stellen die aktiven Mitglieder vor besondere Belastungen. Unsere Ergebnisse machen deutlich, dass neben medizinisch- fachlicher Expertise auch psychosoziale Kompetenz notwendig ist, welche ggfs. im Rahmen projektbegleitender Schulungen vermittelt und gepflegt werden sollte.
Zwei flavonoidhaltige Pflanzenextrakte, der neuartige Extrakt WS1261, sowie der standardisierte Ginkgo biloba L.-Extrakt EGb761 wurden auf antidepressive Wirkungsmechanismen untersucht, zusätzlich als chemisch definierte Einzelsubstanz das in beiden enthaltene Flavonoid Isorhamnetin. Methodisch wurden hierzu Effekte auf Transporter und Enzyme des Monoaminstoffwechsels, depressionsrelevante Stresshormone neurotrophe Eigenschaften untersucht.
WS1261 hemmte in höheren Konzentrationen in vitro die (Wieder-) Aufnahmetransportmechanismen von NA und 5-HT. Ex vivo war ein Effekt auf die Aufnahme von NA und 5-HT weder nach 1 h, noch 4 h nach Akutbehandlungen zu sehen, sondern erst nach (14-taegiger) subchronischer Behandlung, und dann auch nur Ufer 5-HT zu messen. Nach subchronischer Behandlung konnte eine ebenfalls in vitro festgestellte Hemmung der MAO-A durch WS1261 ebenfalls ex vivo gezeigt werden.
EGb761 hemmte in vitro die Wiederaufnahme von NA, 5-HT und DA. Ex vivo war dieser Effekt weder 1 h, noch 4 h nach einer Akutgabe, allerdings nach 14-taegiger Dauerbehandlung im Bezug auf eine Hemmung der NA-Aufnahme messbar, ohne dass MAO-A oder MAO-B-Aktivitaet beeinflusst wurden.
WS1261 erhoehte nach 14-taegiger Behandlung konzentrationsabhaengig die Plasma-Corticosteronspiegel. WS1261 war in der Lage, die Ausdifferenzierung von PC12-Zellen konzentrationsabhaengig zu fördern, wodurch auf eine Wirkung ähnlich dem neurotrophen Wachstumsfaktor NGF geschlossen werden kann. Die Konzentration des Wachstumsfaktor BDNF wurde in zwei relevanten Hirnregionen durch WS1261 nicht, in einer jedoch durch Isorhamnetin allein erhoeht.
Zusammengefasst ergaben sich Hinweise darauf, dass eine mögliche antidepressive Wirkung von WS1261 durch eine Wirkung auf eine Beeinflussung des Monoaminstoffwechsels, oder die Erhöhung depressionsrelevanter Stresshormonlevel erklärbar sein koennte, insbesondere nach subchronischer Behandlung. Es ergaben sich ausserdem Hinweise auf wachstumsfaktoraehnliche Wirkungsweisen. Eine Wirkung ueber eine Erhšhung zentraler BDNF-Konzentrationen konnte durch die vorliegende Untersuchung im Beobachtungszeitrum nicht festgestellt werden.
Die literaturbekannte kognitionsverbessernde Wirkung des Ginkgo biloba-Extraktes EGb761 koennte erklärbar sein durch eine nach subchronischer Behandlung feststellbare Hemmung des Noradrenalintransporters NET, da im frontalen Cortex vor allem ueber diesen die synaptische Elimination des hier mit Aufmerksamkeit und Lernprozessen im Zusammenhang stehenden Neurotransmitters Dopamin erfolgt.
Das in beiden Extrakten enthaltene Flavonoid Isorhamnetin kann hšchstens mit einem Teil dieser festgestellten Effekte in Verbindung stehen, da die Extrakte sich in ihrer Wirkungsweise unterschieden, und Isorhamnetin alleine teilweise andere Effekte zeigte, als die isorhamnetinhaltigen Extrakte WS1261 und EGb761. Dies koennte jedoch auch durch die unterschiedlichen in den Extrakten enthaltenen Mengen erklärbar sein.
Recent data indicate that reactive oxygen species (ROS) are produced in the nociceptive system during persistent pain and contribute to pain sensitization. Aim of this study was to investigate potential antinociceptive effects of ROS scavengers in different animal models of pain. Intrathecal injection of ROS scavengers 1-Oxyl-2,2,6,6-tetramethyl -4-hydroxypiperidine (TEMPOL) or Phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN) significantly inhibited formalin-induced nociceptive behavior in mice, suggesting that ROS released in the spinal cord are involved in nociceptive processing. Formalin-induced nociceptive behavior was also inhibited by intraperitoneal injection of a combination of vitamin C and vitamin E, but not of vitamin C or vitamin E alone. Moreover, the combination of vitamin C and E dose-dependently attenuated mechanical allodynia in the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain. The SNI-induced mechanical allodynia was also reduced after intrathecal injection of the combination of vitamin C and E, and western blot analyses revealed that vitamin C and E treatment can ameliorate the activation of p38 MAPK in the spinal cord and in DRGs. These data suggest that a combination of vitamin C and E can inhibit the nociceptive behavior in animal models of pain, and points to a role of the spinal cord as an important area of ROS production during nociceptive processing.
The present work comprises different projects within the scope of public health. In detail, they all aim at combating the high-burden diseases HIV/AIDS, malaria and tuberculosis more effectively. Since there was, and still is, no harmonization between the existing biowaiver guidelines, the biowaiver dissolution test conditions by WHO and FDA were compared against each other using drug products, which had already demonstrated BE to the comparator in vivo. Thereby it could be shown that the dissolution conditions proposed by the WHO are more appropriate for granting biowaivers than those of the FDA. Further, the applicability of the WHO dissolution test conditions was investigated using the APIs ethambutol, isoniazid and pyrazinamide (all BCS Class III) as model compounds. These investigations demonstrated that the concept of the biowaiver proved to work properly, i.e. leading to no false positive BE decision and an acceptable incidence of false negative BE decisions. In addition, four new biowaiver monographs were published addressing important APIs in the treatment of HIV/AIDS and malaria. Before these efforts, there were only a very few biowaiver monographs available for antiviral or antimalarial APIs, i.e. the database of biowaiver monographs has been clearly improved. The last part of the present work dealt with the extension of the biowaiver concept to related areas such as the WHO Prequalification of Medicines Programme. Investigations revealed that the biowaiver tools are generally eligible for prequalification of drug products containing ethambutol, isoniazid, pyrazinamide, or lamivudine to prove BE between an appropriate comparator and the test candidate. By contrast, some APIs are excluded from the biowaiver procedure. In conclusion, the implementation of the biowaiver tools for prequalification of biowaivable APIs is, along with BCS-based biowaiver approval of new generics, an important step towards making essential, high-quality drug products more cost-effective and, as a consequence, more accessible for a larger percentage of the population. In that way, the treatment conditions for those in need living in the developing countries can be improved enormously, so that those who are poor do not have to receive poor treatment. The quality standard of essential medicines will increase worldwide, thereby helping to combat the high-burden diseases better and, in turn, lead to an improvement of the global health status.
Visual perception has increasingly grown important during the last decades in the robotics domain. Mobile robots have to localize themselves in known environments and carry out complex navigation tasks. This thesis presents an appearance-based or view-based approach to robot self-localization and robot navigation using holistic, spherical views obtained by cameras with large fields of view. For view-based methods, it is crucial to have a compressed image representation where different views can be stored and compared efficiently. Our approach relies on the spherical Fourier transform, which transforms a signal defined on the sphere to a small set of coefficients, approximating the original signal by a weighted sum of orthonormal basis functions, the so-called spherical harmonics. The truncated low order expansion of the image signal allows to compare input images efficiently, and the mathematical properties of spherical harmonics also allow for estimating rotation between two views, even in 3D. Since no geometrical measurements need to be done, modest quality of the vision system is sufficient. All experiments shown in this thesis are purely based on visual information to show the applicability of the approach. The research presented on robot self localization was focused on demonstrating the usability of the compressed spherical harmonics representation to solve the well-known kidnapped robot problem. To address this problem, the basic idea is to compare the current view to a set of images from a known environment to obtain a likelihood of robot positions. To localize the robot, one could choose the most probable position from the likelihood map; however, it is more beneficial to apply standard methods to integrate information over time while the robot moves, that is, particle or Kalman filters. The first step was to design a fast expansion method to obtain coefficient vectors directly in image space. This was achieved by back-projecting basis functions on the input image. The next steps were to develop a dissimilarity measure, an estimator for rotations between coefficient vectors, and a rotation-invariant dissimilarity measure, all of them purely based on the compact signal representation. With all these techniques at hand, generating likelihood maps is straightforward, but first experiments indicated strong dependence on illumination conditions. This is obviously a challenge for all holistic methods, in particular for a spherical harmonics approach, since local changes usually affect each single element of the coefficient vector. To cope with illumination changes, we investigated preprocessing steps leading to feature images (e.g. edge images, depth images), which bring together our holistic approach and classical feature-based methods. Furthermore, we concentrated on building a statistical model for typical changes of the coefficient vectors in presence of changes in illumination. This task is more demanding but leads to even better results. The second major topic of this thesis is appearance-based robot navigation. I present a view-based approach called Optical Rails (ORails), which leads a robot along a prerecorded track. The robot navigates in a network of known locations which are denoted as waypoints. At each waypoint, we store a compressed view representation. A visual servoing method is used to reach a current target waypoint based on the appearance and the current camera image. Navigating in a network of views is achieved by reaching a sequence of stopover locations, one after another. The main contribution of this work is a model which allows to deduce the best driving direction of the robot based purely on the coefficient vectors of the current and the target image. It is based on image registration as the classical method by Lucas-Kanade, but has been transferred to the spectral domain, which allows for great speedup. ORails also includes a waypoint selection strategy and a module for steering our nonholonomic robot. As for our self-localization algorithm, dependance on illumination changes is also problematic in ORails. Furthermore, occlusions have to be handled for ORails to work properly. I present a solution based on the optimal expansion, which is able to deal with incomplete image signals. To handle dynamic occlusions, i.e. objects appearing in an arbitrary region of the image, we use the linearity of the expansion process and cut the image into segments. These segments can be treated separately, and finally we merge the results. At this point, we can decide to disregard certain segments. Slicing the view allows for local illumination compensation, which is inherently non-robust if applied to the whole view. In conclusion, this approach allows to handle the most important criticism to holistic view-based approaches, that is, occlusions and illumination changes, and consequently improves the performance of Optical Rails.