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Toni Pierenkemper widmet sich der Geschichte des RWI seit Kriegsende. Hierzu gehört die Wiederbegründung und Neuorientierung des RWI (1945 bis 1952) ebenso wie die Rolle des Instituts im wirtschaftlichen Strukturwandel und in der neuen Wirtschafts- und Währungsordnung (1952 bis 1974), in den Krisen der folgenden Jahre (1974 bis 2000) und schließlich die Neuausrichtung im neuen Jahrtausend (2000 bis 2018). Die komplexen Beziehungen zwischen Wirtschaft, Politik und wirtschaftspolitischer Beratung werden dabei offenbar.
Die digitale Pathologie ist ein neues, aber stetig wachsendes, Feld in der Medizin. Die kontinuierliche Entwicklung von verbesserten digitalen Scannern erlaubt heute das Abscannen von kompletten Gewebeschnitten und Whole Slide Images gewinnen an Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist die Methodenentwicklung zur Analyse von Whole Slide Images des klassischen Hodgkin Lymphoms. Das Hodgkin-Lymphom, oder Morbus Hodgkin, ist eine Tumorerkrankung des Lymphsystems, bei der die monoklonalen Tumorzellen in der Regel von B-Lymphozyten im Vorläuferstadium abstammen.
Etwas mehr als 9.000 Hodgkin-Lymphom-Fälle werden jährlich in den USA diagnostiziert. Zwar ist die 5-Jahre-Überlebensrate für Hodgkin-Lymphome mit 85,3 % vergleichsweise hoch, dennoch werden etwa 1.100 Todesfälle pro Jahr in den USA registriert. Auf mikroskopischer Ebene sind die Hodgkin-Reed-Sternberg Zellen (HRS-Zellen) typisch für das klassische Hodgkin Lymphom. HRS-Zellen haben einen oder mehrere Zellkerne, die stark vergrößert sind und eine grobe Chromatinstruktur aufweisen. Immunhistologisch gibt es für HRS-Zellen charakterisierende Marker, so sind HRS-Zellen positiv für den Aktivierungsmarker CD30.
Neben der konventionellen Mikroskopie, ermöglichen Scanner das Digitalisieren von ganzen Objektträgern (Whole Slide Image). Whole Slide Images werden bisher wenig in der Routinediagnostik eingesetzt. Ein großer Vorteil von digitalisierten Gewebeschnitten bietet sich bei der computergestützten Analyse. Automatisierte Bildanalyseverfahren wie Zellerkennung können Pathologen bei der Diagnose unterstützen, indem sie umfassende Statistiken zur Anzahl und Verteilung von immungefärbten Zellen bereitstellen.
Die untersuchten immunohistologischen Bilder wurden vom Dr. Senckenbergisches Institut für Pathologie des Universitätsklinikums Frankfurt bereit gestellt. Die betrachteten Gewebeschnitte sind gegen CD30 immungefärbt, einem Membranrezeptor, welcher in HRS-Zellen und aktivierten Lymphozyten exprimiert wird. Die Gewebeschnitte wurden mit einem Aperio ScanScope slide scanner digitalisiert und liegen mit einer hohen Auflösung von 0,25 μm pro Pixel vor. Bei den vorliegenden Gewebeschnittgrößen ergeben sich Bilder mit bis zu 90.000 x 90.000 Pixeln.
Der untersuchte Bilddatensatz umfasst 35 Bilder von Lymphknotengewebeschnitten der drei Krankheitsbilder: Gemischtzelliges klassisches Hodgkinlymphom, noduläres klassisches Hodgkinlymphom und Lymphadenitis. Die Bildverarbeitungspipeline wurden teils neu implementiert, teils von etablierten Bilderkennungssoftware und -bibliotheken wie CellProfiler und Java Advanced Imaging verwendet. CD30-positive Zellobjekte werden in den Gewebeschnitten automatisiert erkannt und neben der globalen Position im Whole Slide Image weitere Morphologiedeskriptoren berechnet, wie Fläche, Feret-Durchmesser, Exzentrität und Solidität. Die Zellerkennung zeigt mit 84 % eine hohe Präzision und mit 95 % eine sehr gute Sensitivität.
Es konnte gezeigt werden, dass in Lymphadenitisfällen im Schnitt deutlich weniger CD30- positive Zellen präsent sind als in klassisches Hodgkinlymphom. Während hier im Schnitt nur rund 3.000 Zellen gefunden wurden, lag der Durchschnitt für das Mischtyp klassisches Hodgkinlymphom bei rund 19.000 CD30 positiven Zellen. Während die CD30-positiven Zellen in Lymphadenitisfällen relativ gleichmäßig verteilt sind, bilden diese in klassischen Hodgkinlymphom-Fällen Zellcluster höherer Dichte.
Die berechneten Morphologiedeskriptoren bieten die Möglichkeit die Gewebeschnitte und den Krankheitsverlauf näher zu beschreiben. Zudem sind bisher Größe und Erscheinungsbild der HRS-Zellen hauptsächlich anhand manuell ausgewählter Zellen bestimmt worden. Ein Maß für die Ausdehnung der Zellen ist der maximale Feret-Durchmesser. Bei CD30-Zellen im klassischen Hodgkinlymphom liegt dieser im Durchschnitt bei 20 μm und ist somit deutlich größer als die durchschnittlich gemessenen 15 μm in Lymphadenitis.
Es wurde ein graphentheoretischer Ansatz gewählt, um die CD30 positiven Zellen und ihre räumliche Nachbarschaft zu modellieren. In CD30-Zellgraphen von klassischen Hodgkinlymphom-Gewebeschnitten ist der durchschnittliche Knotengrad gegenüber den von Lymphadenitis-Bildern stark erhöht. Der Vergleich mit Zufallsgraphen zeigt, dass die beobachteten Knotengradverteilungen nicht für eine zufällige Verteilung der Zellen im Gewebeschnitt sprechen. Eigenschaften und Verteilung von Communities in CD30-Zellgraphen können hinzugenommen werden, um klassisches Hodgkinlymphom Gewebeschnitte näher zu charakterisieren.
Diese Arbeit zeigt, dass die Auswertung von Whole Slide Image unterstützend zur Verbesserung der Diagnose möglich ist. Die mehr als 400.000 automatisch erkannten CD30-positiven Zellobjekte wurden morphologisch beschrieben, und zusammen mit ihrer Position im Gewebeschnitt ist die Betrachtung wichtiger Eigenschaften des klassischen Hodgkinlymphoms realisierbar. Zellgraphen können durch weitere Zelltypen erweitert werden und auf andere Krankheitsbilder angewendet werden.
We present a detailed investigation of X-ray emission from both flat and nanowire zinc oxide targets irradiated by 60 fs 5 × 1016 W/cm2 intensity laser pulses at a 0.8 µm wavelength. It is shown that the fluence of the emitted hard X-ray radiation in the spectral range 150–800 keV is enhanced by at least one order of magnitude for nanowire targets compared to the emission from a flat surface, whereas the characteristic Kα line emission (8.64 keV) is insensitive to the target morphology. Furthermore, we provide evidence for a dramatic increase of the fast electron flux from the front side of the nanostructured targets. We suggest that targets with nanowire morphology may advance development of compact ultrafast X-ray sources with an enhanced flux of hard X-ray emission that could find wide applications in highenergy density (HED) physics.
Effects of seasonal or daily temperature variation on fitness and physiology of ectothermic organisms and their ways to cope with such variations have been widely studied. However, the way multivoltines organisms cope with temperature variations from one generation to the next is still not well understood. The aim of this study was to investigate whether the multivoltine midge Chironomus riparius Meigen (1803) responds mainly via acclimation as predicted by current theories or whether rapid genetic adaptation is involved. To investigate this issue, a common garden approach has been applied. A mix of larvae from five European populations was raised in the laboratory at three different pre‐exposure temperatures (PET): 14, 20, and 26°C. After three and five generations, respectively, larvae were exposed to three treatment temperatures (TT): 14, 20, and 26°C. Mortality was monitored for the first 48 hr and after emergence. After three generations, significant mortality rate differences depended on an interaction of PET and TT. This finding supports the hypothesis that chironomids respond rapidly to climatic variation via adaptive mechanisms and to a lesser extent via phenotypic plasticity. The result of the experiment indicates that three generations were sufficient to adapt to warm temperature, decreasing the mortality rate, highlighting the potential for chironomids to rapidly respond to seasonally changing conditions.
Seit einigen Jahren ist bekannt, dass Sphingolipide nicht nur eine strukturgebende Funktion in der Plasmamembran aufweisen, sondern ebenfalls als Botenstoffe intra- und extrazellulär aktiv sind. Sphingosin-1-Phosphat (S1P) bildet dabei einen Schlüssel-Metaboliten, da es verschiedene Zellfunktionen wie Wachstum und Zelltod beeinflusst. Es wird durch zwei Isoformen der Sphingosinkinasen, SK1 und SK2, gebildet. Die SK1 wurde bereits gut untersucht und es konnte gezeigt werden, dass sie eine wichtige Rolle beim Zellwachstum einnimmt und einen entscheidender Regulator bei inflammatorischen Erkrankungen und Krebs darstellt. Über die SK2 ist soweit wenig bekannt und die Ergebnisse sind zum Teil kontrovers. Sowohl pro-proliferative als auch anti-proliferative Funktionen der SK2 wurden beschrieben. Andererseits handelt meine Arbeit von Nierenfibrose, da beschrieben wurde, dass Sphingolipide einen wichtigen Einfluss auf die Entwicklung chronischer Nierenerkrankungen nehmen. Nierenfibrose stellt das Endstadium chronischer Nierenerkrankungen dar und führt zu einer Akkumulation der Extrazellulärmatrix, Organvernarbung und zum Verlust der Nierenfunktion. Die SK1 spielt dabei eine protektive Rolle bei der Entstehung von Nierenfibrose. Deshalb sollte in dieser Arbeit die Rolle der Sk2 bei der Entstehung von Nierenfibrose untersucht werden.
Im ersten Teil meiner Arbeit wurde das Mausmodell der unilateralen Ureterobstruktion (UUO) verwendet, welches zur Entwicklung einer tubulointerstitiellen Nephritits und nachfolgender Fibrose führt. Es konnte dabei gezeigt werden, dass sowohl die Protein-Expression als auch die Aktivität der SK2 im fibrotischen Nierengewebe gesteigert wurden. Allgemein wiesen die SK2-/--Mäuse eine verminderte Fibrose in Folge des UUO auf im Vergleich zu den Wildtyp-Mäusen. Dies wurde bestätigt durch eine reduzierte Kollagenakkumulation, sowie eine verminderte Protein-Expression von Fibronektin-1, Kollagen-1, α-smooth muscle actin, connective tissue growth factor (CTGF) und Plasminogen-Aktivator-Inhibitor1 (PAI-1). Diese Effekte gingen einher mit einer gesteigerten Protein-Expression des inhibitorischen Smad7 und erhöhten Sphingosin-Spiegeln in SK2-/--UUO-Nieren. Auf mechanistischer Ebene vermindern die erhöhten Sphingosin-Spiegel die durch transforming growth factor-β (TGFβ) induzierte Kollagenakkumulation, die PAI-1- und CTGF-Expression, aber induzieren die Smad7-Expression in primären Nierenfibroblasten. In einem komplementären Versuch mit hSK2 tg-Mäusen wurde eine verstärkte Entstehung von Nierenfibrose mit erhöhter Kollagenakkumulation, sowie erhöhte Protein-Expressionen von Fibronektin-1, Kollagen-1, α-smooth muscle actin, CTGF und PAI-1 festgestellt. Die Smad7-Expression dagegen war vermindert.
Im zweiten Teil meiner Arbeit stand der glomeruläre Teil der Niere im Fokus und es wurde untersucht, ob die Überexpression der SK2 zu einer phänotypischen Veränderung der glomerulären Mesangiumzellen führt. Mesangiumzellen wurden dazu aus den hSK2 tg-Mäuse isoliert und charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass hSK2 und mSK2 in den transgenen Zellen hauptsächlich in der zytosolischen Fraktion lokalisiert sind, während S1P ausschließlich im Kern akkumulierte. Weiterhin konnte eine verminderte Proliferation unter normalen Wachstumsbedingungen der hSK2 tg-Zellen im Vergleich zu den Kontrollzellen beobachtet werden. Die Zellen reagierten auch sensitiver auf Stress-induzierte Apoptose. Auf molekularer Ebene konnte dies durch eine reduzierte ERK- und Akt/PKB-Aktivierung erklärt werden. Nach Staurosporin-Behandlung wurde Apoptose durch den intrinsischen, mitochondrialen Apoptosesignalweg induziert. Dabei konnte eine reduzierte anti-apoptotische Bcl-xL-Expression und vermehrte Prozessierung von Caspase-9 und Caspase-3 und PARP beobachtet werden.
Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine verminderte tubulointerstitielle Fibrose-Entstehung durch die Deletion der SK2, sowie anti-proliferative und Apoptose-induzierende Effekte durch die SK2 in Mesangiumzellen nachgewiesen werden konnten. Somit könnten SK2-Inhibitoren die Entstehung tubulointerstitieller Fibrose und mit Proliferation assoziierte Erkrankungen wie mesangioproliferative Glomerulonephritis positiv beeinflussen.
Einleitung: Feedback ist ein elementarer Bestandteil effektiven Lernens, auch im Medizinstudium, insbesondere beim Erlernen praktischer Fertigkeiten. Feedback kann in verschieden Formen gegeben werden, die Einfluss auf das Erlernen und Behalten der Fertigkeit haben.
Videofeedback, auf der Grundlage von Videoaufzeichnungen einer Tätigkeit, erscheint hierbei eine effektive Methode zum Verstärken des Lerneffektes bei komplexen praktischen Fertigkeiten darzustellen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die vergleichende Effektivitätsanalyse von Videofeedback im Vergleich zu mündlichem Feedback auf das Erlernen des sterilen Arbeitens bei der Wundversorgung als Beispiel für eine komplexe praktische Fertigkeit.
Methode: Medizinstudierende an der Goethe-Universität Frankfurt am Main absolvieren im Rahmen ihrer curricularen Ausbildung im 2. bzw. 3. klinischen Semester das dreiwöchige Blockpraktikum Chirurgie. Hierbei durchlaufen sie das einwöchige „Training praktischer Fertigkeiten“ im Skillslab. Im Rahmen dieses aus 12 Modulen bestehenden Trainings absolvieren die Studierenden unter anderem das Modul „Wundversorgung“. In dieser 210-minütigen Trainingseinheit erlernen und üben sie die Versorgung einer einfacher Schnittwunden (von der Anamnese über das sterile Abdecken bis zum Anlegen des Verbandes) unter Anleitung und Supervision eines Peer-Tutors.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Studierenden in eine Interventions- und eine Kontrollgruppe randomisiert. Die Interventionsgruppe wurde beim Üben auf Video aufgezeichnet. Im Anschluss erhielten die Studierenden anhand der Videoaufzeichnung Feedback durch einen Peer-Tutor. Die Kontrollgruppe erhielt nach dem Üben Feedback durch den Peer-Tutor ohne Videoaufzeichnung.
Direkt im Anschluss an das Modul absolvierten die Studierenden zwei strukturierte checklistenbasierte formative Prüfungsstationen im Sinne von zwei Objective Structured Clinical Examination-Stationen (OSCE); 2 bis 3 Monate nach dem Training erfolgte die zweite Datenerhebung im Rahmen des summativen curricularen OSCE als Abschlussprüfung des Blockpraktikums Chirurgie.
Ergebnisse: Insgesamt nahmen 107 Studenten an der vorliegenden Studie teil. Am Messzeitpunkt 1 zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen Interventions- und Kontrollgruppe. Am Messzeitpunkt 2 mussten an der Prüfungsstation „Wundversorgung“ 39 Studierende durch veränderte und damit nicht mehr vergleichbare Prüfungsbedingungen ausgeschlossen werden. An der zweiten Prüfungsstation konnten alle Studierenden in die Auswertung inkludiert werden. Auch am Messzeitpunkt 2 zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen Interventions- und Kontrollgruppe.
Schlussfolgerung: Im Kontext des curricularen chirurgischen Training praktischer Fertigkeiten konnte für das Erlernen des sterilen Arbeitens kein Unterschied zwischen reinem mündlichen Feedback und Videofeedback nachgewiesen werden.
Sphingosine kinase (SK) catalyses the formation of sphingosine 1-phosphate (S1P), which acts as a key regulator of inflammatory and fibrotic reactions, mainly via S1P receptor activation. Here, we show that in the human renal proximal tubular epithelial cell line HK2, the profibrotic mediator transforming growth factor β (TGFβ) induces SK-1 mRNA and protein expression, and in parallel, it also upregulates the expression of the fibrotic markers connective tissue growth factor (CTGF) and fibronectin. Stable downregulation of SK-1 by RNAi resulted in the increased expression of CTGF, suggesting a suppressive effect of SK-1-derived intracellular S1P in the fibrotic process, which is lost when SK-1 is downregulated. In a further approach, the S1P transporter Spns2, which is known to export S1P and thereby reduces intracellular S1P levels, was stably downregulated in HK2 cells by RNAi. This treatment decreased TGFβ-induced CTGF and fibronectin expression, and it abolished the strong induction of the monocyte chemotactic protein 1 (MCP-1) by the pro-inflammatory cytokines tumor necrosis factor (TNF)α and interleukin (IL)-1β. Moreover, it enhanced the expression of aquaporin 1, which is an important water channel that is expressed in the proximal tubules, and reverted aquaporin 1 downregulation induced by IL-1β/TNFα. On the other hand, overexpression of a Spns2-GFP construct increased S1P secretion and it resulted in enhanced TGFβ-induced CTGF expression. In summary, our data demonstrate that in human renal proximal tubular epithelial cells, SK-1 downregulation accelerates an inflammatory and fibrotic reaction, whereas Spns2 downregulation has an opposite effect. We conclude that Spns2 represents a promising new target for the treatment of tubulointerstitial inflammation and fibrosis.
The endoplasmic reticulum (ER) forms a complex endomembrane network that reaches into the cellular compartments of a neuron, including dendritic spines. Recent work discloses that the spine ER is a dynamic structure that enters and leaves spines. While evidence exists that ER Ca2+ release is involved in synaptic plasticity, the role of spine ER morphology remains unknown. Combining a new 3D spine generator with 3D Ca2+ modeling, we addressed the relevance of ER positioning on spine-to-dendrite Ca2+ signaling. Our simulations, which account for Ca2+ exchange on the plasma membrane and ER, show that spine ER needs to be present in distinct morphological conformations in order to overcome a barrier between the spine and dendritic shaft. We demonstrate that RyR-carrying spine ER promotes spine-to-dendrite Ca2+ signals in a position-dependent manner. Our simulations indicate that RyR-carrying ER can initiate time-delayed Ca2+ reverberation, depending on the precise position of the spine ER. Upon spine growth, structural reorganization of the ER restores spine-to-dendrite Ca2+ communication, while maintaining aspects of Ca2+ homeostasis in the spine head. Our work emphasizes the relevance of precise positioning of RyR-containing spine ER in regulating the strength and timing of spine Ca2+ signaling, which could play an important role in tuning spine-to-dendrite Ca2+ communication and homeostasis.
Background/Aims: Sphingosine 1-phosphate (S1P) is considered as a key molecule regulating various cell functions including cell growth and death. It is produced by two sphingosine kinases (SK) denoted as SK-1 and SK-2. Whereas SK-1 has been extensively studied and has been appointed a role in promoting cell growth, the function of SK-2 is controversial, and both pro-proliferative and pro-apoptotic functions have been suggested. In this study we investigated whether renal mesangial cells isolated from transgenic mice overexpressing the human Sphk2 gene (hSK2-tg) showed an altered cell response towards growth-inducing and apoptotic stimuli.
Methods: hSK2-tg mice were generated by using a Quick KnockinR strategy. Renal mesangial cells were isolated by a differential sieving method and further cultivated in vitro. Lipids were quantified by mass spectrometry. Protein expression was determined by Western blot analysis, cell proliferation was determined by 3H-thymidine incorporation, and apoptosis was determined by a DNA fragmentation ELISA.
Results: We show here that kidneys and mesangial cells from hSK2-tg mice express the hSK2 as well as the endogenous mouse mSK2. hSK2 and mSK2 predominantly resided in the cytosol of quiescent transgenic cells. However, S1P accumulated strongly in the nucleus and only minimally in the cytosol of transgenic cells. Functionally, hSK2-tg cells proliferated less than control cells under normal growth conditions and were also more sensitive towards stress-induced apoptosis. On the molecular level, this was reflected by reduced ERK and Akt/PKB activation, and upon staurosporine treatment, by a sensitized mitochondrial pathway as manifested by reduced anti-apoptotic Bcl-XL expression and increased cleavage of caspase-9, downstream caspase-3 and PARP-1.
Conclusion: Altogether, these data demonstrate that SK-2 exerts an antiproliferative and apoptosis-sensitizing effect in renal mesangial cells which suggests that selective inhibitors of SK-2 may promote proliferation and reduce apoptosis and this may have impact on the outcome of proliferation-associated diseases such as mesangioproliferative glomerulonephritis.
Background: Severely injured patients experience substantial immunological stress in the aftermath of traumatic insult, which often results in systemic immune dysregulation. Regulatory T cells (Treg) play a key role in the suppression of the immune response and in the maintenance of immunological homeostasis. Little is known about their presence and dynamics in blood after trauma, and nothing is known about Treg in the porcine polytrauma model. Here, we assessed different subsets of Treg in trauma patients (TP) and compared those to either healthy volunteers (HV) or data from porcine polytrauma.
Methods: Peripheral blood was withdrawn from 20 TP with injury severity score (ISS) ≥16 at the admittance to the emergency department (ED), and subsequently on day 1 and at day 3. Ten HV were included as controls (ctrl). The porcine polytrauma model consisted of a femur fracture, liver laceration, lung contusion, and hemorrhagic shock resulting in an ISS of 27. After polytrauma, the animals underwent resuscitation and surgical fracture fixation. Blood samples were withdrawn before and immediately after trauma, 24 and 72 h later. Different subsets of Treg, CD4+CD25+, CD4+CD25+FoxP3+, CD4+CD25+CD127−, and CD4+CD25+CD127−FoxP3+ were characterized by flow cytometry.
Results: Absolute cell counts of leukocytes were significantly increasing after trauma, and again decreasing in the follow-up in human and porcine samples. The proportion of human Treg in the peripheral blood of TP admitted to the ED was lower when compared to HV. Their numbers did not recover until 72 h after trauma. Comparable data were found for all subsets. The situation in the porcine trauma model was comparable with the clinical data. In porcine peripheral blood before trauma, we could identify Treg with the typical immunophenotype (CD4+CD25+CD127−), which were virtually absent immediately after trauma. Similar to the human situation, most of these cells expressed FoxP3, as assessed by intracellular FACS stain.
Conclusion: Despite minor percental differences in the recovery of Treg populations after trauma, our findings show a comparable decrease of Treg early after polytrauma, and strengthen the immunological significance of the porcine polytrauma model. Furthermore, the Treg subpopulation CD4+CD25+CD127− was characterized in porcine samples.