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Im Rahmen der in dieser Arbeit vorgestellten Daten konnten zwei Erkenntnisse gewonnen
werden:
1. Der Einsatz volatiler Anästhetika bei der Narkose erhöht die extrazellulären Laktatspiegel im
Gehirn der Maus.
2. Die Applikation von Laktat entfaltet neuroprotektive Wirkung im fokalen Schlaganfallmodell
der Maus und zwar in Abhängigkeit von dem für das Modell verwendete Anästhetikum.
Im 1. Teil der Arbeit wurde in ersten Voruntersuchungen mit Hilfe der Mikrodialysetechnik
ein starker Anstieg extrazellulärer Laktatspiegel im Gehirn von Mäusen unter einer Narkose mit
Isofluran detektiert. Ein Kernthema dieser Arbeit war die Untersuchung der neuroprotektiven
Wirkung von Laktat im Schlaganfallmodell der Maus. Da dieses Modell zwingend eine Narkose
erforderte und Isofluran eine deutliche Wirkung auf den zerebralen Laktatstoffwechsel aufwies,
wurden die metabolischen Wirkungen weiterer, in der tierexperimentellen Forschung gebräuchlichen,
Anästhetika untersucht.
In mehreren Mikrodialyseexperimenten wurden die metabolischen Wirkungen inhalativer
(Sevofluran, Isofluran und Halothan) und injizierbarer Anästhetika (Ketamin/Xylazin, Chloralhydrat,
Propofol und Pentobarbital) auf die extrazellulären Glukose- und Laktatspiegel im
Gehirn von Mäusen untersucht. In separaten Versuchen wurde für das jeweilige Anästhetikum
zusätzlich die Glukose- und Laktatwerte im Blut und CSF der Tiere bestimmt. Begleitet wurden
diese Versuche mit der Untersuchung physiologischer Parameter (Blutgase und zerebraler Blutfluss)
innerhalb der Narkose mit verschiedenen Anästhetika. Abschließend wurde in einem in
vitro-Experiment mit inkubierten Hirnschnitten die lokale, metabolische Wirkung von Isofluran
untersucht.
Die Experimente zeigten, dass volatile Anästhetika spezifisch die extrazellulären Laktatwerte
im Gehirn von Mäusen erhöhen (um das 3-4 fache) und so eine metabolische Wirkung auf den
zerebralen Laktatstoffwechsel besitzen, welcher bisher in der Literatur nicht beschrieben worden
ist. Mit dem Vergleich der Laktatdaten aus den CSF/Blut-proben, aus den in vitro-Versuchen,
sowie aus der Analyse der physiologischen Parameter konnte zusammenfassend folgendes festgestellt
werden: die durch inhalative Anästhetika induzierte Laktaterhöhung ist dosisabhängig, tritt
unabhängig von peripheren Einflüssen lokal im Gehirn auf und wird weder durch eine Hypoxie
noch durch eine Hypotension verursacht. Injizierbare Anästhetika (Ketamin/Xylazin, Chloralhydrat
und Propofol) besaßen diese Wirkung auf die Laktatwerte nicht und fielen vielmehr durch
eine moderate Erhöhung der Glukosekonzentrationen (um das 1,5-2 fache) im Blut und Extrazellularraum
des Gehirns auf, die wiederum bei den volatilen Anästhetika nicht zu beobachten war.
Nur Pentobarbital zeigte als einziges Anästhetikum keine Veränderungen in den extrazellulären
Glukose- und Laktatwerten im Gehirn der Tiere und verminderte sogar die Laktatspiegel im
Blut.
Ausgehend von den durchgeführten Untersuchungen wird für inhalative Anästhetika die
Stimulation von „Two-pore“-Kaliumkanälen als Ursache für die Erhöhung der extrazellulären
Laktatwerte vermutet. Dieser stellt für die Gruppe der volatilen Anästhetika einen spezifischen
Wirkmechanismus dar. Andere Wirkmechanismen von Anästhetika wie der NMDA-Rezeptor-
Antagonismus und der GABA-Rezeptor-Agonismus konnten ausgeschloßen werden, da eine Erhöhung
der extrazellulären Laktatspiegel im Gehirn der Tiere unter Ketamin/Xylazin- und
Pentobarbitalnarkose nicht auftrat. Der genaue Wirkmechanismus muss aber in weiteren Versuchen
näher geklärt werden.
Die aus den Mikrodialysedaten gewonnenen Erkenntnisse bildeten eine wichtige Grundlage
für ein besseres Verständnis der Schlaganfallexperimente und deren Zusammenhang zwischen
Laktat, Neuroprotektion beim Schlaganfall und der zerebralen, metabolischen Wirkung einzelner
Anästhetika.
Im 2. Teil der Arbeit wurde, als eine der ersten Arbeiten, die neuroprotektive Wirkung von
Laktat im permanenten und transienten Schlaganfallmodell der Maus getestet. Dies bot sich vor
dem Hintergrund der derzeit stattfindenden Neuinterpretation des Laktats als wichtigem Energiemetabolit
an.
Für den Schlaganfall in der Maus wurde ein silikonbeschichteter Nylonfaden verwendet, mit
welchem die mittlere Zerebralarterie der Tiere verschlossen wurde. Im permanenten Schlaganfallmodell
verblieb der implantierte Faden die gesamte Zeit über im Gehirn der Maus, während
beim transienten Modell der Faden nach einer gewissen Okklusionszeit (30-60 min) wieder
entfernt und der zerebrale Blutfluss wieder hergestellt wurde. Laktat (250 mg/kg) wurde im
permanenten Modell zu unterschiedlichen Zeitpunkten (45, 30, 15 min vor und 15 min nach
der Okklusion) intraperitoneal verabreicht. Als Anästhetika kamen Isofluran und Pentobarbital
zum Einsatz. Die Applikation im transienten Modell erfolgte direkt nach der wiederhergestellten
Reperfusion ebenfalls intraperitoneal. Hierbei kamen Isofluran und Ketamin/Xylazin als Anästhetika
zum Einsatz. Einen Tag später wurde für jedes Tier das allgemeine Verhalten, die
motorische Koordination im Cornertest sowie der Gewichtsverlust dokumentiert. Anschließend
wurde das Gehirn entnommen, eine TTC-Färbung durchgeführt und das Infarktvolumen und
der Schweregrad des Infarkts anhand der Graustufendifferenz bestimmt.
Eine neuroprotektive Wirkung des Laktats konnte sowohl im permanenten und als auch
im transienten Schlaganfallmodell der Maus nachgewiesen werden. Im permanenten Modell war
unter Isoflurannarkose eine neuroprotektive Wirkung erkennbar, die sich durch Reduktion des
Infarkvolumens, Verminderung der Graustufendifferenz sowie eine Reduktion des Gewichtsverlusts
bei Gabe von Laktat (30 und 15 min vor der Okklusion) nachwiesen ließ. In der allgemeinen
Verhaltensanalyse und im Cornertest war kein signifikanter Unterschied zu erkennen. Unter
Pentobarbitalnarkose trat diese Form der Neuroprotektion nicht auf. Im transienten Schlaganfallmodell
war eine Neuroprotektion des Laktats (bei Gabe direkt nach der Reperfusion) sowohl
unter Isofluran- als auch unter Ketamin/Xylazin-Narkose nachzuweisen. Diese äußerte sich in der
Reduktion des Infarktvolumens und der Graustufendifferenz. Eine Veränderung in der Reduktion
des Gewichtverlustes, in der allgemeinen Verhaltensanalyse und im Cornertest war jedoch nicht
zu sehen. Unter Bezugnahme der Mikrodialysedaten verschiedener Anästhetika, ist festzustellen,
dass die neuroprotektive Wirkung des Laktats davon abhängt, welches Anästhetikum zum
Einsatz kommt und wie dieses den Laktatstoffwechsel moduliert. So war eine Neuroprotektion
durch Laktat unter Verwendung von Anästhetika feststellbar, die die peripheren Laktatspiegel im
Blut erhöhen (Isofluran) oder nicht beeinflussen (Ketamin/Xylazin). Bei Pentobarbital, welches
die peripheren Laktatwerte im Blut der Tiere verminderte, zeigte die exogene Laktatgabe keine
Wirkung.
Die Experimente konnten also nachweisen, dass Laktat neuroprotektive Wirkungen im Schlaganfallmodell
von Mäusen besitzt.Weiterführende Versuche bieten sich hier an, um Aussagen über
die optimale Dosierung und den geeignetsten Therapiezeitpunkt zu ermöglichen, bevor eine Untersuchung des klinischen Nutzens beim Menschen sinnvoll erscheint.
Das Schilddrüsenkarzinom (SK) ist der häufigste maligne endokrine Tumor des
Menschen. Histologisch lässt er sich in eine differenzierte (papilläre: pap, follikuläre:
fol) und eine undifferenzierte (anaplastische, medulläre) Form unterteilen.
Bisher gilt die Strahlenexposition im Kindesalter als einzig gesicherter Risikofaktor
für die Entstehung des differenzierten SK.
Vitamin D hat neben seiner zentralen Regulationsfunktion im Calcium- und
Phosphatstoffwechsel antiproliferative, apoptotische, antiangiogenetische und
immunmodulierende Eigenschaften und ist daher mit der Pathogenese von Tumoren
assoziiert.
Auf der Suche nach genetischen Risikomarkern für das differenzierte SK hat die
vorliegende Arbeit Polymorphismen und Haplotypen der am Vitamin D Metabolismus
beteiligten Enzyme, der 25-Hydroxylase (CYP2R1-rs10741657), der 1α-
Hydroxylase (CYP27B1-rs10877012), der 24-Hydroxylase (CYP24A1-rs2296241,
CYP24A1-rs2248137) sowie des Vitamin D bindenden Proteins (DBP-rs4588,
DBP-rs7041) und des Vitamin D Rezeptors (ApaI, BsmI, FokI, TaqI) untersucht.
Im gesamten Patientenkollektiv war das Allel G des CYP24A1-rs2296241-SNP
und das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs im Vergleich zu den gesunden
Kontrollen häufiger vorzufinden. In der Untergruppe der Patienten mit ausschließlich
fol SK zeigte sich das Allel a des ApaI-SNPs öfter. Bei allen erkrankten
Frauen kam das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs zahlreicher vor.
Während das Allel C des DBP-rs4588-SNP, das Allel G des DBP-rs7041-SNPs,
die Genotypen aa und Aa des ApaI-SNPs bei Frauen mit fol SK häufiger vorkamen,
wurde das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs bei Frauen mit pap SK
vermehrt vorgefunden. Bei Männern mit fol SK waren der Genotyp GG und AA
und das Allel G des CYP24A1-rs2296241-SNP vielfacher vorzufinden und bei
Männern mit pap SK das Allel G des CYP24A1-rs2248137-SNP. Die verbleibenden
untersuchten Polymorphismen CYP2R1-rs10741657, FokI, TaqI und BsmI
zeigten keine Assoziation mit dem differenzierten SK. Die oben aufgeführten
Genotypen bzw. Allele können folglich als Risikomarker für das differenzierte
SK gelten. Da sich das fol SK in der Feinnadelbiopsie nicht vom fol Adenom
abgrenzen lässt, könnten die in der Subgruppe der fol SK häufiger vorgefundenen
Allele möglicherweise als diagnostische Marker zur präoperativen Planung
beitragen.
SNPs können zu funktionellen Unterschieden ihrer Proteine führen und damit
direkte Auswirkungen auf den Vitamin D-Spiegel und die Tumorgenese haben.
Daher wurden die Genotypen mit den Vitamin D-Spiegeln korreliert. Die Genotypen
CC und AC von DBP-rs4588, sowie die Genotypen GT von DBP-rs7041, GG
und AG von CYP2R1-rs10741657, AC und CC von CYP27B1-rs10877012, CG von
CYP24A1-rs2248137, AA von CYP24A1-rs2296241 und FF von FokI waren mit einem
niedrigeren 1,25(OH)2D3-Spiegel assoziiert. Die Korrelation mit 25(OH)D3
war unauffällig. Folglich können diese Genotypen für den niedrigen
1,25(OH)2D3-Spiegel einerseits selbst verantwortlich sein oder aber andererseits
in einem starken Linkage Disequilibrium zu einem dafür ursächlichen Genotyp
stehen. In jedem Fall könnten sie eine schlechtere Prognose für das differenzierte
SK bedeuten.
Da mehrere SNPs zusammen die Tumorgenese beeinflussen können, hat die
vorliegende Arbeit Haplotypen des CYP24A1-rs2248137 und des CYP24A1-
rs2296241, sowie den vier SNPs des VDR und den beiden DBP-SNPs gebildet.
Die Auswertung auf eine Assoziation mit dem differenzierten SK ergab zahlreiche
Haplotypen, die je nachdem ob sie häufiger oder seltener vorkamen, als
Risikomarker oder protektive Marker gehandelt werden können.
Zahlreiche Krebsarten sind mit einem Vitamin D-Mangel assoziiert. Daher wurde
überprüft ob dies auch für das SK zutrifft. Während die 25(OH)D3-
Konzentration bei Patienten mit differenziertem SK im Normalbereich lag, war
1,25(OH)2D3 statistisch signifikant erniedrigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass
sich das SK durch einen noch ungeklärten Mechanismus vor dem antikanzerogenen
1,25(OH)2D3 schützt.
Die vorliegende Arbeit hat erstmals SNPs und Haplotypen der am Vitamin D
Metabolismus beteiligten Proteine im Hinblick auf das differenzierte SK untersucht
und konnte eine Assoziation belegen. Außerdem konnte gezeigt werden,
dass das SK mit niedrigen 1,25(OH)2D3-Spiegeln verbunden ist und stützt damit
die These, nach der diverse Tumorarten mit einem 1,25(OH)2D3-Mangel einhergehen.
Die vorgefundene Assoziation von genetischen SNPs und Haplotypen
mit dem differenzierten SK legt funktionelle Unterschiede der Proteine nahe.
Weitere Untersuchungen sind daher notwendig um die vorgefundene Assoziation
zu fundieren.
Towards a THz Bloch laser
(2011)
The realisation of tunable THz laser sources working at room temperature would give
rise to further applications in this range of the electromagnetic spectrum. The THz
Bloch laser could therefore become the basis for a technological breakthrough. Beside
this practical relevance, the physics of the gain mechanism has been investigated
theoretically for a long time and the experimental implementation of a self-starting
laser still has not been achieved.
At the beginning of this thesis the basic principles of Bloch oscillations and the
related Bloch gain are described. The need of a superlattice structure to make Bloch
oscillations possible in a semiconductor material is discussed. In this context, the effect
of negative differential resistance and its influence on the field distribution due to Gunn
domains is explained. The latter lead to an inhomogeneous field which may suppress
the Bloch gain mechanism. The Krömer criterion is introduced and the concept of
field-pinning layers to improve the field homogeneity is deduced. Finally, the design of
the laser material is shown and different types of laser waveguides are compared.
In chapter 3 detailed recipes for the processing of samples are given. Different types of
contacts (ohmic and Schottky), the wafer bonding process required for double-metal
lasers and the application of different photoresists for different purposes are described.
An explanation of the formation of waveguides due to dry etching, wet etching
and ion implantation follows. Dry etching is an established technique in the field
of microstructure processing but the challenge of etching about 20 μm has led to
problems. The high etching depth also makes wet etching difficult but this method
could be improved due to a hard bake of the photoresist. The protection of critical
areas on the surface of the samples with photoresist during ion implantation was
increased by optimising the spin coating process. However, a full implantation of the
active layer between the waveguides was not achieved which was the reason for the
development of the hybrid technology. Here a prior wet etching of about 10 μm is
performed and the rest of the material is implanted.
The experimental setup is shown in chapter 4. An alternative method for the electrical
contacting with the help of a copper bar is introduced. This improves the current
distribution and the risk of an electrical breakdown during the measurements could
therefore be lowered. Devices for THz beam guidance and spectroscopic measurements
are shown and the method of biasing the samples with pulses below 100 ns and
determining the effective voltage applied to the sample is depicted. These short pulses
are required to prevent the samples heating up drastically due to high power.
Chapter 5 contains the current-voltage characterisation of several structures including
I-V-samples, Bloch laser samples and a quantum cascade laser. Different contacts
(ohmic and Schottky) and different techniques for the formation of the ridges have
been used in the processing of these samples (performed at the University of Frankfurt
in all cases) and their influence on the I-V-dependence is discussed. The properties of
the THz emission of the quantum cascade laser are in good agreement with published
results from lasers processed with the same material. Another important result of
this chapter is that the Bloch laser samples show unstable behaviour compared to the
quantum cascade structure even with short pulses (of about 10 ns) where the risk of an
electrical breakdown or the building of filaments is low. THz radiation emitted from
one of the Bloch laser samples could not be observed.
Two aspects that may have prevented the Bloch laser to emit are discussed in
chapter 6. The saturation of the gain for higher amplitudes of the THz wave is
investigated in single mode and multiple mode operation (the latter could occur due
to the Bloch gain being expected to be broadband). In both cases it is shown that
the saturation effect would limit the output power only to values clearly above the
detection limit. In the subsequent section the distribution of the electric field is
simulated with SILVACO software. Structures with transit layer lengths above the
Krömer criterion are compared with structures which include field-pinning layers. It is
shown that the latter are useful to avoid propagating Gunn domains as they build up
in similar structures without field-pinning layers. Nevertheless, the electric field inside
the superlattice regions is not stable. Beside spatial inhomogeneities also temporal
variations of the field magnitude are observed. The lack of a suitable field distribution
is expected to be the main reason for the samples not to work.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Epoxyeicosatriensäuren (EETs) hinsichtlich ihrer Beteiligung an der Verarbeitung nozizeptiver Information untersucht. Im ersten Teil der Arbeit lag der Fokus auf der löslichen Epoxidhydrolase (sEH) und der drei von ihr metabolisierten EETs, 8,9-, 11,12-, und 14,15-EET. Dabei stellte sich heraus, dass sEH-defiziente Mäuse eine verlängerte mechanische Hyperalgesie bei zymosan-induziertem pathophysiologischen Nozizeptorschmerz aufwiesen. Anhand von Lipidmessungen mittels LC-MS/MS konnte gezeigt werden, dass zum Zeitpunkt des stärksten Schmerzempfindens (48 Stunden nach Zymosan-Injektion) vorwiegend 8,9-EET in den Dorsalwurzelganglien der sEH-defizienten Mäuse akkumuliert. Zudem wurde anhand von Calcium-Imaging-Versuchen gezeigt, dass 8,9-EET Calcium-Einströme in primär afferenten Neuronen von Wildtyp-Mäusen hervorruft, und eine Stimulation von Ischiasnerven mit 8,9-EET zu erhöhter Freisetzung des pronozizeptiven Peptids CGRP führt. Schließlich konnte gezeigt werden, dass Wildtyp-Mäuse nach intraplantarer 8,9-EET-Injektion eine geringere mechanische Schmerzschwelle aufweisen. Die Resultate dieses Teils der Arbeit weisen darauf hin, dass die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) eine wichtige Rolle in der späten Phase des pathophy-siologischen Nozizeptorschmerzes spielt, indem sie 8,9-EET zu seinem bioinaktiven Metaboliten 8,9-DHET umsetzt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde 5,6-EET gesondert untersucht, da es nicht durch sEH metabolisiert wird. Dabei wurde beobachtet, dass 5,6-EET bei akutem Schmerz in DRGs freigesetzt wird. In Calcium-Imaging-Versuchen mit DRG-Neuronen aus Wildtyp- TRPV4- und TRPA1-defizienten Mäusen sowie transfizierten Zelllinien zeigte sich, dass schon geringe Konzentrationen an 5,6-EET den TRPA1- (transient receptor potetntial ankyrin 1-) Kanal aktivieren (EC50 193 nM) und den TRPV1-Kanal sensibilisieren können. Auch die CGRP-Freisetzung am Ischiasnerv ist nach 5,6-EET-Stimulation signifikant erhöht. Zudem konnte beobachtet werden dass eine periphere Injektion von 5,6-EET zu akuter mechanischer Hyperalgesie in Wildtyp-, aber nicht in TRPA1-defizienten Mäusen führt. Die Resultate dieses Teils der Arbeit weisen 5,6-EET als bisher potentesten endogenen TRPA1-Aktivator aus, und implizieren eine wichtige Rolle dieses Lipids beim Übergang von physiologischem zu pathophysiologischem Nozizeptorschmerz und zu neruogener Inflammation. Darüber hinaus leisten die Resultate einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis endogener TRP-Kanal-Aktivatoren bei der Schmerzwahrnehmung.
Reflexive Freud-Orthodoxie
(2011)
Rezension zu: Sergio Benvenuto: Perversionen. Sexualität, Ethik und Psychoanalyse. Wien u.a.: Verlag Turia + Kant 2009. 254 Seiten, ISBN 978-3-85132-549-2, € 29,00
Abstract: Sergio Benvenuto entkoppelt die beiden Bereiche Moral und Perversion – um stattdessen ein basales Verhältnis von Ethik und Perversion zu skizzieren. Dieses diskutiert er zum einen im Rückgriff auf die freudsche Psychoanalyse. Zum anderen greift der Autor auf sozial- und moralphilosophische Erwägungen zurück. In erster Linie erweist sich der Kantische Imperativ als wegweisend für die letztlich favorisierte soziale Verhältnisbestimmung von Moral, Sexualität und Perversion.
Orangutans (Pongo) are the only great ape genus with a substantial Pleistocene and Holocene fossil record, demonstrating a much larger geographic range than extant populations. In addition to having an extensive fossil record, Pongo shows several convergent morphological similarities with Homo, including a trend of dental reduction during the past million years. While studies have documented variation in dental tissue proportions among species of Homo, little is known about variation in enamel thickness within fossil orangutans. Here we assess dental tissue proportions, including conventional enamel thickness indices, in a large sample of fossil orangutan postcanine teeth from mainland Asia and Indonesia. We find few differences between regions, except for significantly lower average enamel thickness (AET) values in Indonesian mandibular first molars. Differences between fossil and extant orangutans are more marked, with fossil Pongo showing higher AET in most postcanine teeth. These differences are significant for maxillary and mandibular first molars. Fossil orangutans show higher AET than extant Pongo due to greater enamel cap areas, which exceed increases in enamel-dentine junction length (due to geometric scaling of areas and lengths for the AET index calculation). We also find greater dentine areas in fossil orangutans, but relative enamel thickness indices do not differ between fossil and extant taxa. When changes in dental tissue proportions between fossil and extant orangutans are compared with fossil and recent Homo sapiens, Pongo appears to show isometric reduction in enamel and dentine, while crown reduction in H. sapiens appears to be due to preferential loss of dentine. Disparate selective pressures or developmental constraints may underlie these patterns. Finally, the finding of moderately thick molar enamel in fossil orangutans may represent an additional convergent dental similarity with Homo erectus, complicating attempts to distinguish these taxa in mixed Asian faunas.
NF-κB is involved in immune responses, inflammation, oncogenesis, cell proliferation and apoptosis. Even though NF-κB can be activated by DNA damage via Ataxia telangiectasia-mutated (ATM) signalling, little was known about an involvement in DNA repair. In this work, we dissected distinct DNA double-strand break (DSB) repair mechanisms revealing a stimulatory role of NF-κB in homologous recombination (HR). This effect was independent of chromatin context, cell cycle distribution or cross-talk with p53. It was not mediated by the transcriptional NF-κB targets Bcl2, BAX or Ku70, known for their dual roles in apoptosis and DSB repair. A contribution by Bcl-xL was abrogated when caspases were inhibited. Notably, HR induction by NF-κB required the targets ATM and BRCA2. Additionally, we provide evidence that NF-κB interacts with CtIP-BRCA1 complexes and promotes BRCA1 stabilization, and thereby contributes to HR induction. Immunofluorescence analysis revealed accelerated formation of replication protein A (RPA) and Rad51 foci upon NF-κB activation indicating HR stimulation through DSB resection by the interacting CtIP-BRCA1 complex and Rad51 filament formation. Taken together, these results define multiple NF-κB-dependent mechanisms regulating HR induction, and thereby providing a novel intriguing explanation for both NF-κB-mediated resistance to chemo- and radiotherapies as well as for the sensitization by pharmaceutical intervention of NF-κB activation
Because of the imbalance in the supply and demand of red blood cells (RBCs), especially for alloimmunized patients or patients with rare blood phenotypes, extensive research has been done to generate therapeutic quantities of mature RBCs from hematopoietic stem cells of various sources, such as bone marrow, peripheral blood, and cord blood. Since human embryonic stem cells (hESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) can be maintained indefinitely in vitro, they represent potentially inexhaustible sources of donor-free RBCs. In contrast to other ex vivo stem-cell-derived cellular therapeutics, tumorigenesis is not a concern, as RBCs can be irradiated without marked adverse effects on in vivo function. Here, we provide a comprehensive review of the recent publications relevant to the generation and characterization of hESC- and iPSC-derived erythroid cells and discuss challenges to be met before the eventual realization of clinical usage of these cells.
In der Neurobiologie nimmt die Untersuchung der Großhirnrinde (Neokortex) eine gewisse Sonderstellung ein, weil das Verständnis dieser hierarchisch übergeordneten Region für die Analyse bzw. Rekonstruktion der Hirnfunktionen insgesamt von entscheidender Bedeutung ist.
Dabei macht Folgendes die bedeutungsvolle Stellung des Neokortex aus: seine späte stammesgeschichtliche und ontogenetische Entwicklung, welche bei mehreren Säugetiergruppen mit einer ungewöhnlichen Massenzunahme und Plastizität verbunden ist und letzten Endes auch Raum für Individualität und Intelligenz schafft. Dabei kommt es speziell bei Primaten inklusive des Menschen zu einer zunehmenden Diversifizierung in Areale, welche primär den Sinnessystemen (Sehen, Hören, Tastsinn) sowie der Motorik zugeordnet sind. Mit steigender "Evolutionshöhe" der Säugetiere treten aber auch hierarchisch übergeordnete sekundäre, tertiäre und weitere Areale auf, welche zunehmend der Assoziation bzw. Integration von Sinnessystemen gewidmet sind. All diese Areale steuern die Interaktion des Individuums mit seiner Umwelt, d.h. sie formulieren anhand des aus der Peripherie eingehenden afferenten Inputs eine biologisch sinnvolle (motorische) Reiz-Antwort und ermöglichen in ihrer Gesamtheit (vor allem beim Menschen) auch kognitive Prozesse, so z.B. multisensorisches und assoziatives Denken, aber auch Antrieb, Planung, Erinnerung und ein hochkompliziertes Sozialverhalten.
Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit besteht darin, bei verschiedenen, teilweise extrem unterschiedlichen Säugetiergruppen über die vergleichende Morphologie der primären Neokortex-Areale zu einem besseren Verständnis grundsätzlicher neokortikaler Funktionsprinzipien (Input, intrinsische Verschaltung, Output) beizutragen. Die Einbeziehung phylogenetischer Aspekte kann dabei helfen, die kortikalen Spezifika der jeweiligen Säugetiere auf ihren Anpassungswert hin kritisch zu überprüfen.
Im Detail werden die vier primären Rindenfelder des auditorischen [A1], motorischen [M1], somatosensiblen [S1] und visuellen Systems [V1]) bei Spezies aus unterschiedlichen Ordnungen wie den Primaten (Mensch, Gorilla), Raubtieren (Hund), Paarhufer (Artiodactyla: Schwein, Schaf) sowie der Wale und Delphine (Zahnwale oder Odontoceti; u.a. Großer Tümmler, Schweinswal) anhand einer ganzen Palette von qualitativen und quantitativen Methoden konsequent miteinander
verglichen. Als eine solide Basis dient hier die allgemeine Zytoarchitektonik (Nissl- und teilweise Golgi-Färbung), welche durch immunhistochemische Marker (Calbindin, Calretinin, Parvalbumin und Neurofilament) um eine funktionell-neurobiologische Ebene erweitert wird. Die neben den Primaten im Fokus stehenden Delphine, welche sich durch eine erstaunliche Uniformität ihrer Großhirnrinde auszeichnen, werden mittels der “design-basierten“ Stereologie zusätzlich auf die Neuronendichte der kortikalen Areale bzw. ihrer Rindenschichten hin untersucht. Dabei wurden anhand phylogenetischer und evolutionsbiologischer Überlegungen jeweils die Rindenschichten III-V als "Schlüsselregion" ausgewählt, um über die Berechnung von Neuronendichten innerhalb dieser Schichten III und V mehr über die funktionellen Implikationen dieses eigentümlichen Neokortex herauszufinden.
Insgesamt zeigt sich, dass der Neokortex im Laufe der Evolution wohl gerade bei den landlebenden Primaten besonders stark diversifiziert worden ist: ihre vier primären Rindenfelder unterscheiden sich im Vergleich mit anderen Säugetieren besonders deutlich: hinsichtlich der Rindengliederung, der Ausstattung mit Neuronentypen sowie der intrinsischen Verschaltung erreicht dieser Kortex ein Höchstmaß an Komplexität. Besonders deutlich wird dies in den granulären Arealen, welche besonders viele Körnerzellen aufweisen (vor allem in der inneren Körnerzellschicht, Lamina IV).
Demgegenüber finden sich bei den holaquatischen Delphinen stark abweichende Verhältnisse. Ihre Großhirnrinde erscheint nicht nur allgemein recht einheitlich bzw. monoton, sondern auch in ihrer intrinsischen Funktionsweise stark abgeleitet: hier zeigt sich ein genereller Trend zur Entwicklung einer uniformen Rinde auf gänzlich pyramidal-agranulärer Basis, welche durch das Fehlen einer deutlich erkennbaren Schicht IV gekennzeichnet ist.
Bei einem Vergleich der bearbeiteten Säugetiergruppen ergibt sich ein neokortikales Kontinuum zwischen der granulären und der pyramidalen Bauweise zweier herausgehobener “Modellsäuger“, welche einander gewissermaßen als morphologische und funktionelle Extreme gegenüberstehen: mit den Primaten als dem einen (granulären) Endpunkt und den Delphinen als dem anderen (pyramidalen) Endpunkt sowie dazwischen vermittelnden Übergangsformen.
Die Hirnrinde des terrestrischen Karnivoren (Hund) zeigt dabei zuweilen Charakteristika, welche ihn eher in die Nähe der Primaten rücken. Bei den
terrestrischen Paarhufern (Schaf, Schwein) finden sich dagegen manche Kortex-Merkmale, welche an die Situation bei Delphinen erinnern.
Von besonderer Bedeutung ist hier nun die Feststellung, dass wohl gerade die sekundäre Anpassung der Zahnwale (Delphine) an eine ausschließlich aquatische Lebensweise für die Ausbildung ihres ureigenen Typus von Kortex entscheidend gewesen sein dürfte. In diesem Zusammenhang werden die physikalischen Eigenschaften von Wasser die Rahmenbedingungen für evolutionäre Abwandlungen innerhalb des Gehirns als Ganzem vorgegeben haben. Interessanterweise werden neben den höchst- enzephalisierten Vertretern unter den Primaten (Hominidae; Mensch und Menschenaffen) auch den Zahnwalen (Delphinen) von manchen Neurobiologen herausragende kognitive und intellektuelle Fähigkeiten zugeschrieben - trotz der diametral unterschiedlichen Organisation ihres Kortex. Ob und inwieweit dies zutrifft, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verlangen für die Zukunft nach weiteren gleichartigen Untersuchungen der nicht-primären, also hierarchisch übergeordneten neokortikalen Assoziationsareale im Hinblick auf funktionelle und evolutions-biologische Implikationen.
Die überwältigende Expansion des Neokortex und die daran gekoppelte starke Zunahme der neurobiologischen Kapazität des Gehirns insgesamt dürfte nicht nur bei den Primaten, sondern (in bescheidenerem Umfang) auch bei Delphinen zur Entstehung von kortikalen "Freiräumen" geführt haben. Beim Menschen handelt es sich bei diesem Zuwachs an Hirnmasse und Hirnkapazität vermutlich um das Substrat für die Entstehung der phylogenetisch jüngsten und kognitiv höchstabgeleiteten Merkmale, nämlich Sprache, Persönlichkeit und Vernunft.