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Orotracheale Keimverschleppung während der Umintubation und bei verschiedenen Tracheotomietechniken
(2002)
Langzeitbeatmete Patienten sind häufig von nosokomialen Pneumonien betroffen. Für diese Patienten stehen zur Optimierung des Airwaymanagement verschiedene Techniken zur Verfügung. In der vorliegenden Studie wurden diese Techniken (nasale Umintubation, konventionelle Tracheotomie und perkutane Tracheotomie einschließlich GWDF, PDT und TLT) auf eine Keimverschleppung aus den oberen in die unteren Atemwege untersucht. Bei insgesamt 200 Patienten erfolgte ein mikrobiologisches Monitoring durch Gewinnung von Rachen- und Trachealabstrichen am Morgen des Eingriffs und am darauffolgenden Tag. Abweichend hiervon wurde in der Gruppe der nasotracheal umintubierten Patienten statt eines Rachenabstrich ein Nasenabstrich gewonnen. Die Proben wurden mikrobiologisch hinsichtlich eines Wachstums von Bakterien bzw. Pilzen untersucht. Zur Differenzierung wurden bei jedem Isolat die biochemischen Eigenschaften und das antibiotische Resistenzverhalten erhoben. Die Eingriffe wurden im Mittel am 3. Tag (Umintubation), 8. Tag (konventionelle Tracheotomie und GWDF), 9. Tag (TLT) und 10. Tag (PDT) des Aufenthalts auf der Intensivstation durchgefiihrt. Bei 155 von 200 Patienten (77,5 %) gelang ein positiver Erregernachweis im Rachen- bzw. Nasenabstrich, bei 143 von 200 Patienten (71,5%) ein positiver Erregernachweis im Trachealsekret. Die am häufigsten isolierten Erreger waren S. aureus, Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Stenotrophomonas maltophilia und Candida sp.. Bezogen auf alle Erregernachweise (n = 859) funden sich in 165 Fällen grampositive Erreger (19,2 %), in 403 Fällen granmegative Erreger (46,9 %) und in den restlichen 291 Fällen Pilze (33,8 %). In der Gruppe der nasotracheal umintubierten Patienten kam es bei 10 von 40 Patienten (25,0 %) zu einem positiven postinterventionellen Nachweis eines Erregers im Trachealsekret, der vor der Intervention nur im Nasenabstrich nachgewiesen wurde. In den restlichen Gruppen erfolgte dieser postinterventionelle Erregernachweis im Trachealsekret bei je 6 von 40 Patienten (15 %) in den Gruppen PDT und TLT, sowie bei je 7 von 40 Patienten (17,5 %) in den Gruppen konventionelle Tracheotomie und GWDF. Die von uns ermittelte Inzidenz von Keimbesiedlungen der oberen Atemwege (77,5 %) und der unteren Atemwege (71,5 %) entspricht der allgemeinen Inzidenz bei beatmeten Intensivpatienten. Der hohe Anteil von gramnegativen Erregern (46,9 %) ist Ausdruck eines Wechsel des Erregerspektrums in den gramnegativen Bereich bei schwerstkranken Patienten auf Intensivstationen. Die TLT scheint aufgrund einer im Vergleich zu den anderen Verfahren nicht erhöhten Inzidenz einer Keimverschleppung aus den oberen in die unteren Atemwege als infektionsepidemiologisch risikoarme Technik. Die nasotracheale Umintubation weist im Vergleich zu den anderen Verfahren eine höhere, aber statistisch nicht signifikante Inzidenz von Keimverschleppungen auf. Die Nase stellt aufgrund ihrer Keimbesiedlung ein wesentliches Erregerreservoir dar, das im Zusammenhang mit der nasotrachealen Umintubation hinsichtlich nosokomialer Pneumonien eine Rolle spielen könnte.
During the past several years, ceramide has emerged as an important second messenger triggering cell responses including proliferation, differentiation, growth arrest and apoptosis. This thesis has focused on the regulation of neutral ceramidase which critically determines, in concert with ceramide generating sphingomyelinases, the intracellular ceramide levels. In the first part it is reported that besides a rapid and transient increase in neutral sphingomyelinase activity a second delayed peak of activation occurs after hours of IL-1beta treatment. This second phase of activation is first detectable after 2 h of treatment, and steadily increases over the next two hours reaching maximal values after 4 h. In parallel, a pronounced increase in neutral ceramidase activity is observed, which accounts for a constant or even decreased level of ceramide after long-term IL-1beta treatment, despite continuous sphingomyelinase activation. The increase in neutral ceramidase activity is due to expressional up-regulation, as detected by an increase in mRNA level and enhanced de novo protein synthesis. The increase of neutral ceramidase protein levels and activity can be blocked dosedependently by the p38- mitogen-activated protein kinase (p38-MAPK) inhibitor, SB 202190, whereas the classical MAPK pathway inhibitor U0126, and the PKC inhibitor Ro 31-8220 were ineffective. Moreover, co-treatment of cells for 24 h with IL-1~ and SB 202190 leads to an increase in ceramide formation. Interestingly, IL-1beta-stimulated neutral ceramidase activation is not reduced in mesangial cells isolated from mice deficient in MAPK-activated protein kinase 2 (MAPKAPK-2), which is one possible downstream substrate of the p38-MAPK, thus suggesting that the p38-MAPK-mediated induction of neutral ceramidase occurs independently of MAPKAPK-2. The results suggest a biphasic regulation of sphingomyelin hydrolysis in cytokine-treated mesangial cells with a delayed de novo synthesis of neutral ceramidase counteracting sphingomyelinase activity and apoptosis. Neutral ceramidase may thus represent a novel cytoprotective enzyme for mesangial cells exposed to inflammatory stress conditions. In a second part, the effect of NO on neutral ceramidase was studied. Ceramide levels are strongly increased in a delayed fashion by stimulation of renal mesangial cells with NO. This effect is due to a dual action of NO, comprising an activation of sphingomyelinases and an inhibition of ceramidase activity. The inhibition of neutral ceramidase activity correlates with the decrease of neutral ceramidase protein. A complete loss of neutral ceramidase protein is obtained after 24h of NO stimUlation. Moreover, the NO-induced degradation is reversed by the protein kinase C (PKC) activator, 12-0-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) , but also by the physiological PKC activators platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB), angiotensin II and ATP, resulting in a normalisation of neutral ceramidase protein as well as activity. In vivo phosphorylation studies using 32Pj-labelled mesangial cells, reveal that TPA, PDGF-BB, angiotensin II and ATP trigger an increased phosphorylation of the neutral ceramidase, which is blocked by the broad-spectrum PKC inhibitor Ro-31 8220, but not by CGP 41251, which has a preferential action on Ca2+-dependent PKC isoforms, thus suggesting the involvement of a Ca2+-independent PKC isoenzyme. In vitro phosphorylation assays using recombinant PKC isoenzymes and neutral ceramidase immunoprecipitated from unstimulated mesangial cells, show that particularly the PKC-alpha isoform, and to a lesser extent the PKC-a isoform, are efficient in directly phosphorylating neutral ceramidase. The data show that NO is able to induce degradation of neutral ceramidase thereby promoting accumulation of ceramide in the cell. This effect is reversed by PKC activation, most probably by the PKC-delta isoenzyme, which may directly phosphorylate and thereby, prevent neutral ceramidase degradation. In the third chapter it is demonstrated that the NO-triggered degradation of neutral ceramidase involves activation of the ubiquitin/proteasome complex. The specific proteasome inhibitor, lactacystin, completely reverses the NO-induced degradation of ceramidase protein and neutral ceramidase activity. As a consequence, the cellular amount of ceramide, which drastically increases by NO stimulation, is reduced in the presence of lactacystin. Furthermore, ubiquitinated neutral ceramidase accumulates after NO stimulation. The data clearly show that the ubiquitin/proteasome complex is an important determinant of neutral ceramidase activity and thereby regulates the availability of ceramide. In a last part, the cellular localisation of neutral ceramidase was investigated using green fluorescent protein (GFP) as fusion protein to examine cellular distribution and translocation of neutral ceramidase. Unstimulated HEK 293 cells reveal after transient transfection experiments that neutral ceramidase is preferentially localized in the cytoplasm. PKC activation led to an accumulation of neutral ceramidase at the nuclear membrane. In summary, this work demonstrates that the neutral ceramidase is a fine regulated protein that plays a critical role in regulating intracellular ceramide levels and thereby the cell's fate to undergo apoptosis or survive. Regulation of neutral ceramidase can be achieved on all levels, i.e. on the mRNA level, the protein level or posttranslationally by phosphorylation and subcellular translocation. Future work will reveal whether neutral ceramidase can serve as a therapeutic target in the development of novel antiinflammatory and anti-tumour drugs.
Proliferative Erkrankungen der Brust gehören zu den häufigsten Erkrankungen der Frau. Viele der Risiko- und Einflussfaktoren auf Brusterkrankungen stehen in engem Zusammenhang zu der endogenen oder exogenen Östrogenexposition. Da Steroidhormone eine proliferationsfördernde Wirkung auf das Epithel der Brustdrüse besitzen, wird ihnen eine Schlüsselfunktion bei der Pathogenese des Mammakarzinoms aber auch der benignen Brusterkrankungen zugeschrieben. Der Nachweis eines derartigen Zusammenhanges ist schwierig, da punktuelle Östrogenspiegelmessungen nicht die Langzeitexposition einer Frau darstellen und eine lange Latenzzeit zwischen Initiation und Erkrankungsmanifestation angenommen wird. Da Östrogen über eine vermehrte Produktion von ossären Wachstumsfaktoren und Zytokinen sowie über die direkte Stimulation von Osteoblasten auch eine anabole Wirkung am Knochen entfaltet, wurde die Bestimmung der Knochendichte als Indikator einer kumulativen Östrogenexposition postuliert. Während eine limitierte Zahl kontrollierter Studien, mit teilweise erheblichen methodischen Unterschieden bei der Bestimmung der Knochendichte, für Mammakarzinome sowohl erhöhte als auch erniedrigte Werte nachweisen konnten, finden sich bisher keine Untersuchungen über die Zusammenhänge zwischen Östrogen, Knochendichte und benignen Brusterkrankungen. Die vorliegende Fall-Kontroll-Studie untersucht daher an einem Kollektiv von 229 Frauen den Zusammenhang zwischen proliferativen Brustveränderungen und der Knochendichte, unter besonderer Berücksichtigung benigner Veränderungen. Eingeschlossen wurden 84 Frauen mit neu diagnostiziertem, histologisch gesichertem Mammakarzinom sowie 96 Frauen mit benigner Brusterkrankung. Als Kontrollgruppe dienten 49 Frauen ohne Erkrankungen der Brust. Die Knochendichtemessung wurde bei allen Probandinnen mittels Quantitativer Ultraschall-Osteodensitometrie (QUS) am Os calcaneus durchgeführt. Ermittelt wurden die Messparameter BUA (Breitband-Ultraschall-Abschwächung), SOS (Schalleitungsgeschwindigkeit) und SI (Stiffness-Index), welche die physikalischen Eigenschaften des Knochens, insbesondere seine Mineraldichte bestimmen. Weiterhin wurden mögliche Einfluss- und Risikofaktoren für die Entstehung proliferativer Brusterkrankungen (Alter, Gewicht, Menarchenalter, Menopausenalter, Gesamtstillzeit, Geburtenzahl, Östrogenexpositionszeit, Hormonersatz-therapie sowie familiäre Brustkrebsbelastung) mittels Fragebogen für alle Patientinnen erhoben. In unserer Studie wiesen die Karzinompatientinnen nach Altersadjustierung in allen Messparametern eine erhöhte Knochendichte im Vergleich zu den Patientinnen mit benignen Brusterkrankungen und den Kontrollen auf. Der Vergleich zwischen benignen Brusterkrankungen und den Kontrollen ergab hingegen keine Gruppenunterschiede bezüglich der Knochendichte. Um die Bedeutung weiterer östrogenabhängiger und -unabhängiger Faktoren zu untersuchen, führten wir Korrelationsanalysen zwischen unseren Messergebnissen und den erhobenen Risikofaktoren durch. Dabei konnte für die Parameter Alter, Menarchenalter, Hormonersatztherapie sowie die familiäre Karzinombelastung ein signifikanter Einfluss auf die Knochendichte nachgewiesen werden, wobei sich diesbezüglich keine Unterschiede zwischen den Karzinompatientinnen und den Patientinnen mit benignen Brusterkrankungen ergaben. Ein Erklärungsmodell für die Entstehung von benignen Brusterkrankungen ohne messbare Veränderung der Knochendichte könnte in der für diese Entität beschriebenen Imbalance zwischen relativ vermehrtem Östrogen bei vermindertem, proliferationshemmendem Gestagen bestehen. Weiter sind alternative und östrogenunabhängige Parameter mit Einfluss auf die Gewebe der Brust und des Knochens (z.B. Insulin-like-growth-factor I) zu diskutieren und bei zukünftigen Studien zu berücksichtigen. Die verwendete Methode der Quantitativen Ultraschall-Osteodensitometrie erreicht nach den Ergebnissen dieser Studie eine ausreichende Präzision und Reproduzierbarkeit und erscheint, nicht zuletzt aufgrund ihrer sehr geringen Kosten- und Patientenbelastung, für die Bearbeitung ähnlicher Fragestellungen empfehlenswert.
Simultaneingriffe in der Gefäßchirurgie : eine therapeutische Alternative zum zweizeitigen Eingriff?
(2002)
Immer wieder werden dem Chirurgen Patienten mit operationswürdigen Mehrfacherkrankungen begegnen. Die Operationsreihenfolge richtet sich zumeist nach dem Schweregrad der Erkrankungen. Zeitversetzte Einzeleingriffe werden präferiert. Das simultanoperative Vorgehen stellt insbesondere in der Gefäßchirurgie seltenst eine therapeutische Option dar. Aus Angst vor einem erhöhten Risiko für eine Wundheilungsstörung oder eine Protheseninfektion wird die Kombination einer gefäßchirurgischen Rekonstruktion und eines nicht gefäßchirurgischen Eingriffes vehement abgelehnt. Bereits 1987 haben Carstensen und Schreiber aufgefordert „in wissenschaftlichen Erhebungen und Untersuchungen den Risikoumfang zu erfassen, der bei simultan oder präventiv ausgeführten Operationen entsteht“ [37]. Diese Aufforderung erweist sich komplexer als sie auf den ersten Blick erscheint: der Entscheidungsprozeß für oder gegen eine simultane Operation lässt sich in Anbetracht der vielfältigen Komplikationen nicht auf den Vergleich der Komplikationshäufigkeit für eine Wundheilungsstörung und eine Protheseninfektion reduzieren, vielförmige Kombinationsvarianten gefäßchirurgischer Simultaneineingriffe verursachen ein inhomogenes Patientenkollektiv und die Vergleichbarkeit von Komplikationshäufigkeiten bei Simultaneingriffen zu zeitversetzten Einzeleingriffen ist nicht geklärt Für die vorliegende Untersuchung wurde jeder gefäßchirurgische Simultaneingriff retrospektiv erfasst, der zwischen dem 01. Januar 1992 und 31. Oktober 1997 erfolgte. Eine umfangreiche Dokumentation jeglicher Komplikation im postoperativen Verlauf ermöglichte eine umfassende Risikobeurteilung. Aortenchirurgische Simultaneingriffe kombiniert mit einem intraabdominellen Zweitbefund stellten das größte Teilkollektiv auch in dieser Untersuchung dar, so dass der postoperative Verlauf der aortenchirurgischen Simultaneingriffe zusätzlich an dem postoperativen Verlauf einer Kontrollgruppe aortenchirurgischer Einzeleingriffe gemessen wurde. Die Kontrollgruppe unterschied sich in ihrer Zusammensetzung nicht von den aortenchirurgischen Simultaneingriffen. Die Häufigkeit eines komplikationsbehafteten Verlaufes war in der Gruppe der gefäßchirurgischen Simultaneingriffe im Vergleich zu den publizierten Ergebnissen über gefäßchirurgische Einzeleingriffe nicht erhöht. Es bestand kein signifikanter Unterschied zwischen den aortenchirurgischen Simultaneingriffen und den aortenchirurgischen Einzeleingriffen im postoperativen Verlauf. Von allen Komplikationen, die dokumentiert wurden, bestand für die Nachblutung im Operationsgebiet des nicht gefäßchirurgischen Eingriffes, für die inguinale Fistel und für das Abdomen apertum im gesamten Kollektiv der gefäßchirurgischen Simultaneingriffe ein erhöhtes Risiko, ohne dass sich ein signifikanter Zusammenhang im Teilkollektiv der aortenchirurgischen Simultaneingriffe und der Kontrollgruppe nachweisen ließ. Hieraus wurde die Empfehlung abgeleitet, dass der Chirurg über das sonstige Maß hinaus intraoperativ auf ein sorgfältiges Vorgehen achten sollte. Das Auftreten von Wundheilungsstörungen und Protheseninfektion wurde durch ein simultanoperatives Vorgehen nicht gefördert. Für einige Komplikationen, wie zum Beispiel der peripheren Nervenschädigungen, war eine Aussage zum Risikopotential nicht vertretbar, weil Richtlinien zur Berechnung von Komplikationsraten bei Simultaneingriffen fehlen. Konträr zu anderen Publikationen war in der eigenen Untersuchung die Mortalität beim gefäßchirurgischen Simultaneingriff gegenüber der Mortalität des gefäßchirurgischen Einzeleingriffes erhöht, ohne dass ein Zusammenhang zum simultanoperativen Vorgehen nachweisbar war. Der perioperative Verlauf von gefäßchirurgischen Simultaneingriffen wurde häufiger durch Komplikationen erschwert, wenn der Patient älter als 70 Jahre war oder eine ASA-Klassifikation von Stufe IV oder höher vorlag. Ab dem 70. Lebensjahr wurden signifikant mehr letale Verläufe beobachtet. Für die ASA-Stufe IV und V bestand eine auffällige Abweichung der standardisierten Residuen, so dass ein Zusammenhang für den letalen Verlauf anzunehmen war. Aortenchirurgische Simultaneingriffe dauerten signifikant länger als aortenchirurgische Einzeleingriffe, ohne dass ein Zusammenhang zwischen dem postoperativen Verlauf und der Operationsdauer aufgezeigt wurde. Das Risiko für eine Komplikation war bei den nicht geplanten Simultaneingriffen höher als bei den geplanten Simultaneingriffen. Die Entscheidung für oder gegen einen Simultaneingriff ist ein multifaktorieller Prozess. Gefäßchirurgische Simultaneingriffe sollten primär bei Patienten indiziert werden, die jünger als 70 Jahre und in eine ASA-Stufe bis höchstens Klasse III eingestuft sind. Der Simultaneingriff soll geplant erfolgen und lediglich, wenn bei einem intraoperativ entdeckten Zweitbefund eine absolute Indikation vorliegt, ist der gefäßchirurgische Simultaneingriff vertretbar. Die retrospektive Untersuchung der eigenen Simultaneingriffe und die Literaturanalyse zeigte auf, dass das simultane Vorgehen eine therapeutische Alternative für Patienten mit einem Aortenaneurysma und einem intraabdominellen Zweitbefund, mit einer Stenose der A. carotis interna und der A. subclavia, mit einer Erweiterung der Aorta abdominalis und Stenose der A. renalis sowie mit arteriosklerotischen Veränderungen an unterschiedlichen Extremitätenarterien darstellt. Beim zeitgleichen Vorliegen eines abdominellen Aortenaneurysmas und einer Stenose der A. carotis interna soll zuerst die Desobliteration der A. carotis interna und im zeitlichen Intervall der aortenchirurgische Eingriff erfolgen. Der Kombinationseingriff an der A. carotis interna und einem Zweitorgan, speziell an der Schilddrüse, soll restriktiv wegen der Gefahr einer Nachblutung im Operationsgebiet des nicht gefäßchirurgischen Zweiteingriffes indiziert werden. Das simultane Vorgehen beim Vorliegen einer peripheren Arteriosklerose ist, bis auf die kombinierte Rekonstruktion zweier Extremitätenarterien, zu vermeiden. Der Simultaneingriff in der Gefäßchirurgie stellt für ein selektiertes Patientengut eine therapeutische Alternative dar. Abschließend wird betont, dass sich das Risiko, mit der ein unerwünschtes Ereignis in einer Gesamtmenge auftreten kann, durch eine Wahrscheinlichkeit quantifizieren lässt. Die Risikoeinschätzung ist jedoch nur eine Entscheidungshilfe. Die Entscheidung selbst muss individuell am Patienten getroffen werden.
Die Verfügbarkeit tierexperimentelle Leberzirrhosemodelle ist für das Studium der pathogenetischen Mechanismen, die zu einer fortschreitenden Fibrosierung der Leber führen, von entscheidender Bedeutung. Das gegenwärtige Wissen über die Ursachen der Fibrogenese und die mit der Leberzirrhose einhergehenden morphologischen, pathophysiologischen und pathobiochemischen Veränderungen beruht in großem Maße auf solchen Studien, wobei der Reproduzierbarkeit der Modelle sowie der Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse mit dem klinischen Bild der Leberzirrhose beim Menschen besonderes Gewicht zukommt. Männliche Wistar-Ratten wurden nach hilus- oder duodenumnaher, operierter Ligatur des Ductus choledochus über einen Zeitraum von 1. bis 4. Woche beobachtet. Die Ergebnisse wurden anschließend mit denen eines laparotomierten Rattenkollektivs ohne Ligatur des Ductus choledochus verglichen. Trotz der bekannten anatomischen Unterschiede zwischen dem Pankreas des Menschen und der Ratte ist die Gallengangsligatur ein geeignetes tierexperimentelles Modell zur Untersuchung cholestatisch bedingter Stoffwechselveränderungen. Die Gallengangsligatur rief eine rasch einsetzende extensive Gallengangsproliferation hervor, die zur Bildung neuformierter intralobulärer Gallengänge führte und mit einer ödematösfibrotischen Verbreiterung der Portalfelder, Parenchymnekrosen und periportaler Fibrosierung mit porto-portalen und porto-venösen Septenbildungen einherging. Die vorgelegte Arbeit leistet einen Betrag zum Verständnis der Pathogenese einer kompletten obstruktiven Cholestase. Es wurde am Modell der gallengangsligierten Ratte untersucht, in welcher Weise bzw. in welchem Ausmaß die NOS- Expression aller NOS- Synthase –Isoformen unter den Bedingungen einer obstruktiven Cholestase verändert ist. Dabei wurde die APAAP- Methode auf Paraffinschnitten mit verschiedenen spezifischen NOS- Antikörper angewendet. Nach Fixierung und Anfertigung der Paraffinschnitte folgte der Nachweis der Stickstoffmonoxidsynthasen (NOS) durch Immunhistochemie mit Antikörpern (APAAPMethode), die jeweils spezifisch für die neuronale- (NOS 1), die induzierbare- (NOS 2) oder die endotheliale (NOS 3) NO- Synthase waren. Im Epithel fand sich eine deutlich erhöhte Expression aller NOS- Isoformen unter cholestatisch chronisch entzündlichen Bedingungen. Zellen regulieren über NO ihre Stoffwechselvorgänge und sekretorische Funktionen und kommunizieren über dieses Molekül mit anderen Zellen. NO spielt zudem eine bedeutende Rolle bei der Regulation der unspezifischen Immunabwehr. NO kann durch drei Isoenzyme der NO-Synthase (nc, i-, und ec-NOS) in zahlreichen Zellen konstitutiv und/ oder induzierbar synthetisiert werden. Die Expression der NO- Synthase ist in der Literatur für verschiedene Organe belegt. Die NOS- Expression für die Strukturen der Lebern ist dabei in letzter Zeit zunehmend im Mittelpunkt gerückt. Die erwarteten signifikanten Unterschiede im Expressionsmuster der gesunden und gallengangsligierten Gruppe konnten in dieser Untersuchung bestätigt werden. In der vorliegenden Studie konnte dargelegt werden, dass in den Lebern unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen alle bekannten NO-Synthasen-Isoformen enthalten sind, die NO in verschiedenen Strukturen und unterschiedlichem Umfang exprimieren, wobei allerdings kein signifikanter Unterschied im Expressionsmuster zwischen den NOS- Isoformen zu erbringen war. Es erfordert jedoch weitere Studien den genauen Mechanismus der diskutierten regulierenden Wirkungen noch eingehender zu erforschen. Stickstoffmonoxid (NO) ist ein wichtiger Mediator des Immunsystems. Die Synthese von NO, einem einfachen Radikal mit vielfältigen Funktionen in physiologischen und pathologischen Prozessen, stellt einen unspezifischen Mechanismus der Immunantwort dar. Es existieren zwei Isoenzyme, die NO synthetisieren. Die induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (i-NOS) lässt sich nach Stimulation mit LPS und Zytokinen in verschiedenen Zellen nachweisen. Diese Zellen v.a Makrophagen setzen unter dem Einfluß von Zytokinen NO in sehr hohen Konzentrationen frei. Indem es mit Superoxidanionen zu dem stark toxischen Peroxynitrit reagiert, kann NO einen unspezifischen toxischen Effekt ausüben. Andererseits hat NO auch eine Schutzfunktion. In einem Sepsis-Modell an Ratten wirkt die Stimulation von iNOS hepatoprotektiv. Viele Autoren vergleichen die Synthese von NO durch die NOS mit einem zweischneidigem Schwert oder teilen NO eine duale Rolle zu, mit physiologisch in niedrigen Konzentrationen auftretenden wünschenswerten, essentiellen und hepatoprotektiven Effekten und in höheren Konzentration vorkommenden zytotoxischen, krankheitsauslösenden- oder vermittelnden destruierenden Effekten, so dass man bei der in Zukunft möglichen Entwicklung pharmakologisch wirksamer NOS- Inhibitoren oder NO Donatoren beides, heilsame Therapie und mögliche pathophysiologische Nebenwirkungen abgewogen werden müssen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen nahe, dass der Expression aller NOS-Synthase-Isoformen und der Bildung von Stickstoffmonoxid in Lebern eine zentrale Bedeutung für die sekundär cholestasebedingte Leberzirrhosen zukommt.
ATP ist ein weit verbreitetes Signalmolekül im ZNS. Seine Hauptfunktionen betreffen die präsynaptische Modulation der Transmitterfreisetzung und die schnelle exzitatorische Transmission. Die Aktivierung ionotroper P2X-Rezeptoren durch ATP beinhaltet den Einstrom von Kalzium in die Zelle. Unter pathologischen Bedingungen, wie bei Epilepsie oder Ischämie, ist die ATP-Freisetzung erhöht und könnte einen neuronalen Zelltod induzieren. Eine anhaltender Aktivierung von NMDA-Rezeptoren und der dadurch erhöhte Einstrom von Kalzium in die Zelle stellt dabei den primären Effektor der Neurotoxizität dar. Dieses, als Exzitotoxizität bezeichnete Phänomen, ist an vielen neurologischen Krankheiten beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von ATP und anderen Purin- und Pyrimidin-Nukleotiden und von Adenosin auf die Überlebensrate von Neuronen bei induzierter Toxizität in hippokampalen Primärkulturen untersucht. Neurotoxizität wurde durch die Applikation der Glutamat-Rezeptor-Agonisten NMDA (30 μM) oder Kainat (300 μM) und durch Applikation von KCl (30 mM) induziert. Purin- und Pyrimidin-Nukleotide wurden in verschiedenen Konzentrationen von 10 μM – 1000 μM koappliziert. Nach 24 Stunden wurde die Überlebensrate der Neurone mit der Methode des Neuronen-spezifischen zellulären ELISA quantifiziert. Applikation von NMDA reduzierte den Anteil lebender Zellen auf 56 ± 3%. Der NMDARezeptor-Antagonist MK-801 verhinderte die NMDA-induzierte Toxizität. Die Koapplikation von ATP (0,01-1 mM) schwächte die zytotoxischen Wirkung von NMDA konzentrationsabhängig ab. Die Purine ITP und GTP zeigten ebenfalls eine protektive Wirkung und reduzierten die NMDA-induzierte Toxizität, wohingegen die Pyrimidin-Nukleotide UTP und CTP keinen protektive Wirkung zeigten. Weitere getestete P2-Rezeptor-Agonisten, wie ADP, AMP, Adenosin, α,β-meATP, 2MeSATP, das Dinukleotid Ap4A, α,β-meADP und BenzoylATP waren unwirksam. Der P2-Rezeptor-Antagonist Reactive Blue 2 (100 μM) inhibierte die Wirkung von ATP. Suramin und PPADS (100 μM) verhinderten die protektive Wirkung von ATP nicht. Applikation von Kainat reduzierte den Anteil lebender Zellen auf 37 ± 0,3%. Der Antagonist CNQX (100 μM) verhinderte die Kainat-induzierte Toxizität. Weder ATP noch GTP zeigten eine protektive Wirkung nach Kainat-induzierter Toxizität. Dies steht im Gegensatz zu ihrer protektiven Wirkung nach NMDA-vermittelter Toxizität. Applikation von KCl reduzierte den Anteil lebender Zellen auf 61 ± 4%. Die Purin- und Pyrimidin-Nukleotide (1 mM) zeigten bei K+-Depolarisation ein völlig anderes Wirkungsspektrum als bei Applikation von NMDA: GTP > ITP > ATP > ADP > CTP > α,β-meATP > UTP > AMP. 2MeSATP, α,β-meADP, Ap4A, BenzoylATP und Adenosin veränderten die Überlebensrate der Zellen nach KCl-induzierter Toxizität nicht. Weder Suramin noch PPADS (100 μM) inhibierten die protektive Wirkung von ATP. Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß die protektive Wirkung von ATP, GTP und ITP weder P2- noch Adenosin-Rezeptor-vermittelt war. Zudem schienen sie spezifisch für eine NMDARezeptor-vermittelte Toxizität, da ATP und GTP nach Kainat-Applikation keine Wirkung erzielten und die alleinige Applikation der verwendeten P2-Rezeptor-Agonisten und Antagonisten (Kontrollen) keine Wirkung auf das Überleben von Neuronen hatte. Deshalb wurde eine direkte Inhibition des NMDA-Rezeptors durch ATP postuliert. In einer Kooperationsarbeit führte Dr. Bodo Laube vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main elektrophysiologische Messungen an Oozyten und hippokampalen Neuronen zur Bestätigung dieser Hypothese durch. ATP inhibierte in Oozyten NMDA-induzierte Einwärtsströme kompetitiv durch Bindung an die NR2B-Rezeptor-Untereinheit. ITP, GTP, AMP waren an dieser rekombinanten NR1/NR2BRezeptorkombination ebenso effektiv, wohingegen UTP, CTP, ADP und Adenosin nur schwache inhibitorische Wirkungen zeigten. In kultivierten hippokampalen Neuronen inhibierte ATP auch NMDA-induzierte Ströme, nicht jedoch Kainat-induzierte Ströme. Die Expression der beiden NMDA-Rezeptor-Untereinheiten NR1 und NR2B wurde durch immunzytochemische Untersuchungen in den hippokampalen Neuronen bestätigt. Die Resultate zeigten, daß ATP direkt NMDA-Rezeptoren mit einer bestimmten Untereinheitenzusammensetzung inhibierten. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit, daß ATP und andere Purinund Pyrimidin-Nukleotide durch Inhibition des NMDA-Rezeptors neuroprotektive Wirkungen vermitteln können. Dies ist eine neue Funktion von ATP zu der bereits beschriebenen direkten Aktivierung von postsynaptischen P2X-Rezeptoren und zu seiner Rolle als eine extrazelluläre Quelle des synaptischen Modulators Adenosin an glutamatergen Synapsen.
Drevermanns Name ist in der Geologie nicht mit bahnbrechenden Ideen und Theorien verknüpft. Er hat nicht seine gesamte Energie auf seine Forschungen gerichtet. Stattdessen seine - manchmal auch schwache - Kraft (vgl. 3.6.) auf die Lehre (bei der Senckenbergischen Naturforschenden Gesellschaft und Universität), die Aufklärung des Volkes (in Vorträgen und „Natur und Museum“) und vor allem auf sein Museumsengagement aufgeteilt. Schon in seinem zweiten Senckenberg-Jahr zeichnete sich das Engagement für die Museumskunde ab. Er arbeitete sicher in der ersten Zeit eher angeleitet, später freier planend und ergänzend für die Vollständigkeit der Sammlung. Und schon 1911 leidet Drevermann daran, daß er zu wenig Zeit für seine eigene Arbeit hat. Er bat am 10. Oktober 1911 den Anfang seiner „Dienststunden auf 9 statt um 8“ festzusetzen, also die „Anzahl reduzieren von 42 auf 36“ Stunden. Als Grund nannte er: „Während der Arbeitszeit im Museum ist es wegen der fortwährenden und vielseitigen Inanspruchnahme meiner Tätigkeit nicht möglich, zu eigener wissenschaftlichen Tätigkeit zu gelangen.“ Er schreibt weiter, daß er dadurch hofft, „länger am Abend arbeiten“ zu können. Schon damals zeigt sich sein offensichtlicher Zeitmangel für seine eigenen Forschungsarbeiten. Dies sollte ihn sein ganzes Leben begleiten. Als fast tragisch ist deswegen zu werten, daß er seine schon 1915 begonnene Arbeit über Placodus trotz großer Anstrengungen in 1930 und 1931 nicht mehr beenden kann. Als ausschlaggebend für den Wandel und für die Abkehr von der eigenen devonischen Forschung und den Beginn des enormen Museumsengagements darf die Schenkung des Diplodocus gewertet werden. Dieses Museumsexponat verlegte Drevermanns Forschungsschwerpunkt zu den fossilen Wirbeltieren, im speziellen den Dinosauriern und Artverwandten, und damit hin zu einem für Drevermann und damit für das Senckenberg-Museum noch heute erfolgreichen Museumsthema. Drevermann ging damit den Weg vom klassischen Devon-Paläontologen hin zum Museumswissenschaftler. In seinen Schaffensjahren zeigt sich sein Werdegang zum Agitator, er setzte die Akzente und arbeitete für seine Museumsvorstellungen. Dazu ein Zitat Drevermanns aus seiner frühen Veröffentlichung über die Meersaurier im Senckenberg-Museum (1914): „Das Streben unseres Museums nach einer möglichst vollständigen Vertretung aller wichtigen Typen des Tierlebens der Vorzeit ist am ersten bei den Meersauriern mit Erfolg gekrönt worden. Durch das wiederholte verständnisvolle Eingreifen mehrerer Gönner des Museums ist es gelungen, in einem Jahrzehnt eine Sammlung zu schaffen, auf die das Museum stolz sein kann.“ Drevermann deutet hier nur versteckt an, daß das angesprochene Jahrzehnt sein erstes im Senckenberg-Museum war. Mit Hilfe von Gönnern, deren Wohlwollen er in der Lage war sich zu verschaffen, gelang es ihm durch Täusche und Käufe diese Sammlung aufzubauen. Er wurde zur prägenden Persönlichkeit. Deswegen machte ihn die Senckenbergischen Naturforschende Gesellschaft zum ersten Geologieprofessor der jungen Frankfurter Universität. Ein Ergebnis seiner intensiven engagierten Arbeit: 1924 wird er zum geschäftsführenden Direktor des Senckenberg-Museums ernannt. Drevermann betrieb als Museumswissenschaftler eine populäre Wissenschaft. Die Beispiele dafür sind mannigfaltig: seine Texte in der Frankfurter Zeitung, das Entwickeln der Zeitschrift „Natur und Museum“ und seine Veröffentlichungen und Fragenbeantwortung hierin, seine vielen Reden, seine Radio-Aktivitäten. Das außerordentliche Engagement Drevermanns für „sein“ Museums-Periodikum zeigt dabei deutlich, wie er als Museumswissenschaftler agierte und nicht als forschender Naturwissenschaftler. Und er ist als Museumswissenschaftler erfolgreich, weil er besondere Qualitäten als Autor und Redner hat. Er beschreibt anschaulich - auch für den Laien - , aber wissenschaftlich genau. Beschäftigt hat sich Drevermann tatsächlich mit geologisch und paläontologischer Forschung nur sekundär. Er war nicht der Spezialist, sondern der Generalist - er verstand viele geologische und paläontologische Fragestellungen. Denn er war immer auf der Höhe des disziplinären Diskussionen – auch wenn er selbst nur einen geringen Beitrag an Lösungen dazu lieferte. Er selbst liest die Veröffentlichungen über die Forschungsarbeiten anderer, spricht in seinen Vorlesungen und Reden darüber, stellt Bücher vor, greift auch in die fachliche Diskussion ein mit Stellungnahmen und Essays, aber entfacht keine solche. Letzteres war nur einmal der Fall: bei seinen Vorstellungen über das Museum der Zukunft. Dieses Thema ist das eigentliche Vermächtnis Drevermanns.
Methoden zur Präparation und Charakterisierung von time dependent haze auf Siliziumoberflächen
(2002)
Zwischen der Herstellung von Siliziumwafern und ihrer weiteren Verarbeitung zu Halbleiterbauelementen liegt eine Zeitspanne, in welcher die Scheiben in Kunststoffboxen aufbewahrt werden. Während dieser Lagerung kann es zu einem Ansteigen der Oberflächenrauhigkeit kommen. Dieses Phänomen wird als Time Dependent Haze (TDH) bezeichnet und durch chemische Prozesse von Verunreinigungen auf der Siliziumoberfläche verursacht. Diese Kontaminationen entstammen dem Kunststoff der Transportboxen, der Reinraumluft oder den Chemikalien der naßchemischen Waferreinigung. Time Dependent Haze wurde künstlich hergestellt und charakterisiert. Die Präparationen erfolgten in verschiedenen Versuchsreihen mit organischen und anorganischen Verbindungen. Diese gezielten Kontaminationen erlauben Rückschlüsse auf Substanzen und Einflußgrößen, welche TDH verursachen. Nach einer Lagerungsperiode wurden die Siliziumoberflächen mittels Streulichtmessungen untersucht. Das Auftreten von Licht-Punkt-Defekten diente als Maßstab für die TDH-Bildung. Mit verschiedenen analytischen Methoden, insbesondere dem Rasterkraftmikroskop, wurde TDH in einem frühen Entstehungszustand untersucht. Präparationen mit flüchtigen organischen Verbindungen zeigten, daß solche Substanzen TDH erzeugten, die sowohl einen hohen Dampfdruck als auch eine gute Wasserlöslichkeit besitzen. Beide Eigenschaften sind notwendig, um über die Gasphase auf die hydrophile Oberfläche eines Wafers zu gelangen. Die Morphologie dieses TDH fiel sehr unterschiedlich aus. Im Fall der Präparation mit Aceton enstanden Partikel von wenigen Nanometern Durchmesser. Die gezielte Verunreinigung mit Tetrahydrofuran führte zu einem Kontaminationsfilm mit einer sehr geringen Mikrorauhigkeit. Anorganische Verbindungen wie beispielsweise Schwefelsäure, die in der Waferreinigung Verwendung findet, können bei fehlerhaften Reinigungsschritten TDH bilden. Unter dem Einfluß einer solchen Lösung, bestehend aus H2SO4/H2O2, entstanden sulfathaltige Kristallite, welche im Verlauf der Waferlagerung agglomerierten. Das gleiche Resultat ergab eine Präparation, bei der Siliziumwafer einer Atmosphäre aus Schwefeldioxid ausgesetzt waren. Sehr wahrscheinlich existieren die Kristallisationskeime bereits unmittelbar nach der Präparation. Aufgrund ihrer geringen Größe können diese von der Streulichtmessung nicht als Partikel erfaßt werden. Erst nach mehr monatiger Waferlagerung ist das Kristallwachstum soweit fortgeschritten, daß das untere Detektionslimit der Streulichtmethode erreicht wird und die Partikel als solche registriert werden können. Auf Wafern mit organischem TDH konnte Kupfer nachgewiesen werden. Dieses Metall ist als Verunreinigung im Reinstsilizium enthalten. Es diffundiert innerhalb der Lagerungsperiode zur Oberfläche und scheidet sich ab. Dort fungiert Kupfer als Nukleationszentrum für Kontaminanten und fördert auf diese Weise die TDH-Entstehung. Experimente mit mehreren Einflußgrößen, bei welchen Siliziumwafer verschiedenen Parametern gleichzeitig ausgesetzt waren, zeigten synergetische Effekte in Bezug auf die Bildung von Time Dependent Haze. Im Vergleich zu Präparationen mit nur einem Kontaminanten lag die Zahl der neu entstandenen Licht-Punkt-Defekte unerwartet hoch. Innerhalb dieser Versuchsmatrix hatten die Anwesenheit von Ammoniumsulfat und eine hohe Luftfeuchtigkeit einen deutlichen Einfluß auf die TDH-Entstehung. Die Siliziumoberfläche wird durch einzelne Substanzen aktiviert und die Abscheidung weiterer Kontaminationen dadurch erhöht. Eine nähere Untersuchung von TDH bestehend aus verschiedenen Kontaminanten erfolgte mit Hilfe des Pulsed Force Mode/AFM. Diese Methode ermöglicht anhand der Bestimmung der Adhäsion zwischen einer AFM-Meßspitze und der Oberfläche die Unterscheidung verschiedener Materialien mit der hohen Auflösung eines Rasterkraftmikroskops. Zu Beginn der Untersuchungen erfolgte eine Evaluation der Methode. Dabei zeigte sich, daß die Adhäsion unbeeinflußt von der Partikelgröße ist. Das Adhäsionssignal ist abhängig vom Radius der AFM-Spitze und von der umgebenden Luftfeuchtigkeit. Dieses Signal setzt sich zusammen aus der Oberflächenenergie des Materials und aus dem Wasser- und Kontaminationsfilm, welcher die Oberfläche bedeckt. Adhäsionsmessungen an kontaminierten Wafern zeigten außer der rasterkraftmikroskopischen Abbildung der Oberfläche zusätzliche Strukturen. Diese deuten auf das gleichzeitige Auftreten von TDH-Partikeln mit unterschiedlicher Zusammensetzung hin. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigten ein bereits existierendes Modell zur Entstehung von Time Dependent Haze. Unter Berücksichtigung der neuen Erkenntnisse konnte dieses Modell erweitert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte ein Anti-PGE2-Antikörperfragment exprimiert werden, mit dem über NMR-Spektroskopie genauere Strukturdaten der Antikörperbindungsdomäne zu erhalten wären. Da Fab-, Fv- und scFv-Fragmente die Antigenbindungsstelle besitzen und sich gegenüber einem vollständigem IgG zusätzlich durch ihre geringere Größe auszeichnen, wurden die korrespondierenden Antikörperfragmente für diese Arbeiten gewählt. Ausgehend von einer etablierten Hybridom-Zelllinie konnten über cDNA-Synthese und Assembly-PCR die Gene für die Antikörperfragmente bereitgestellt werden. Zum Verifizieren von DNA-Sequenz und Bindungseigenschaften stand ein Anti-PGE2-Fab-Fragment früherer Arbeiten von Frau Dr. Ilse Zündorf zur Verfügung. Für Strukturuntersuchungen müssen relativ große Proteinmengen bereit gestellt werden, daher ist es notwendig, hohe Ausbeuteverluste durch Präzipitation, Degradierung, Aufreinigungsverluste u.a. zu vermeiden. Um zunächst eine möglichst gute Proteinexpression zu erhalten, wurde der Bakterienstamm Escherichia coli BL21DE3 und das pET-Expressionssystem gewählt. In diesem System war zu erwarten, dass die überexprimierten Antikörperfragmente unter den gewählten Bedingungen in Form unlöslicher Aggregate, sogenannter inclusion bodies, in den Zellen vorliegen werden. Die der Klonierung der VH-, Vk- und scFv-Gene folgende Expression der Proteine zeigte, dass es tatsächlich zur Bildung von inclusion bodies kommt. Die Vorteile dieser Aggregatbildung, wie hohe Proteinmenge, Proteaseunempfindlichkeit aufgrund der hohen Dichte sowie die hohe Homogenität, sollten für die Gewinnung nativer Antikörperfragmente genutzt werden. Hierfür konnte ein System etabliert werden, das im wesentlichen auf der Solubilisierung der Aggregate und der Reduktion falscher Disulfidbrücken mit anschließender Rückfaltung und Rekonstituierung der Disulfidbrücken beruht. Kritische Parameter, die den Rückfaltungsprozess beeinflussen, wurden untersucht. Hierunter fallen insbesondere die Zusammensetzung des Renaturierungssystems wie Pufferbedingungen, das Verhältnis von oxidierten zu reduzierten Glutathion und der Zusatz von sogenannten Faltungsenhancern, die Additiva. Für fast alle wesentlichen Punkte konnten Systemkomponenten etabliert werden, die für das scFv-Fragment eine nahezu vollständige Überführung der inclusion bodies in die lösliche Form erlauben. Auch eine Bindung an das Antigen Prostaglandin E2 konnte unter Anwendung von Radioimmunoassays gezeigt werden. Problematisch ist die Aufkonzentrierung der in niedriger Konzentration vorliegenden renaturierten scFv-Fragmente. Je stärker aufkonzentriert wird, desto stärker präzipitieren die scFv-Moleküle in der Ultrafiltrations- bzw. Zentrifugationsfiltereinheit. Antikörper und Antikörperframente sind ohne Frage eine sehr wichtige Molekülgruppe von molekularbiologischen und biochemischen Interesse, nicht nur in dieser Arbeitsgruppe. Im Rahmen einer möglichen Weiterführung dieser Arbeit müsste geklärt werden, ob das Präzipitationsverhalten der scFv-Fragmente eine inhärente Eigenschaft des Anti-PGE2 scFv ist, oder ob hier doch eine zumindest teilweise inkorrekte Faltung der Proteinkette vorliegt. Mögliche weitere Experimente könnten in der Variation des Linkers liegen oder das etablierte Verfahren an einem weiteren scFv-Fragment zu testen. Da die genannten Probleme bei der Aufkonzentrierung der Proteinlösung auftreten, sollten statt der angewandten Techniken alternative Methoden geprüft werden. Auch wäre es interessant zu sehen, ob sich ein z.B. kommerziell verfügbares scFv-Fragment, dessen Bindungseigenschaften bekannt sind, nach Denaturierung wieder in die native Form überführen lässt. Abschließend lässt sich sagen, dass die Herstellung von nativen Protein aus inclusion bodies viele Vorteile bietet, die für die Präparation größerer Proteinmengen nicht ungenutzt bleiben sollten.