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Das Protein p21 (Cip1/Waf1/Sdi1), ein Mitglied der Familie der Cyclin abhängigen Kinasen-Inhibitoren, ist ein wichtiger Modulator des Zellwachstums und der Reaktion auf DNA-Schädigung. Die Funktion von p21 hängt von der Stabilität des Proteins ab. p21 ist besonders stabil in der Phase G0/G1 des Zellzyklus. Phoshorylierungsvorgänge sowie Interaktionen mit anderen Proteinen spielen in der Stabilität von Proteinen eine wichtige Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit war, herauszufinden, ob die Phosphorylierung von p21 durch die Proteinkinase AKT oder die durch diese Phosphorylierung beeinflusste Interaktion mit dem Proliferating cell nuclear antigen, kurz PCNA, einen Einfluß auf die Stabilität von p21 hat. Mittels Proteinhalbwertszeitbestimmung konnte demonstriert werden, daß die Phosphorylierung am Threonin 145 durch AKT keinen signifikanten Einfluß auf die Stabilität von p21 aufwies. Durch Pulse chase und Westem-Blot Versuche konnte aber nachgewiesen werden, daß die Anwesenheit von PCNA das Protein p21 stabilisierte und die Degradation beeinflusste. Es konnte mittels p21 Mutanten, deren PCNA- Bindung durch Austausch der Aminosäure (M147) inhibiert ist, gezeigt werden, daß nur eine direkte Bindung von PCNA an p21 die Degradation beeinflussen konnte. Die Bestimmung der subzellulären Lokalisation von p21, die zur weiteren Abklärung der erhöhten p21-Stabilität durch PCNA diente, zeigte in Immunopräzipitationsversuchen nach subzellulärer Fraktionierung eine Interaktion von p21 mit PCNA vorwiegend im Zytoplasma. Dies ließ sich auch durch Immunofluoreszenzuntersuchungen bestätigen. Schließlich zeigten die Untersuchungen, daß die subzelluläre Lokalisation von der direkten Bindung an PCNA abhängig war. Zusammenfassend zeigte die Arbeit auf, daß die Stabilität von p21 durch seinen Bindungspartner PCNA beeinflusst werden konnte, und dies vermutlich durch subzelluläre Translokation erfolgt.
Beim Adenokarzinom des ösophago-gastralen Übergangs handelt es sich trotz einer erheblichen Weiterentwicklung in der Diagnostik und Therapie der gastrointestinalen Tumoren weiterhin um eine Erkrankung mit extrem schlechter Prognose. Im untersuchten Patientengut waren innerhalb eines Jahres bereits 67,9 % der Patienten verstorben. Es konnte nur bei 8,9% eine Heilung erreicht werden. Die Ursachen hierfür liegen in unterschiedlichen Bereichen. Obwohl er in den letzten Jahren vermehrt in den Mittelpunkt des Interesses gerückt ist, kommt es bei diesem Tumor immer noch zu einer oft verspäteten Diagnosestellung, sodass zu diesem Zeitpunkt bereits nur noch eine palliative Therapie in Frage kommt. In der vorliegenden Studie bestanden bei 51,8% der Patienten zum Zeitpunkt der Operation bereits Fernmetastasen. Zum einen liegt das daran, dass der Tumor aufgrund seiner Lage erst relativ spät zu Beschwerden führt und es aufgrund der bisher nicht bekannten Ätiologie keine Präventions- oder Screening-Untersuchungen gibt, die wie beim Magenkarzinom zu einer Entdeckung und Behandlung früherer Erkrankungsstadien führen könnten. Zum anderen fehlt beim Kardiakarzinom immer noch ein einheitliches stadiengerechtes Therapiekonzept. Außer einer onkologischen Resektion, für die es oft genug bereits zu spät ist, kann den Patienten keine wirksame Therapie angeboten werden. Hier ist der erste Schritt die Einführung einer einheitlichen, bezüglich Therapie und Prognose aussagefähigen Klassifikation, wie die von Siewert vorgeschlagene, die in der vorliegenden Arbeit verwendet wurde. Wie gezeigt werden konnte, lässt sich die Klassifikation problemlos auf die Kardiakarzinome anwenden. In der vorliegenden Arbeit fand sich eine weitgehend gleiche zahlenmäßige Verteilung der Tumoren auf die Typen I-III wie in der Orginalpublikation von Siewert beschrieben. Die Klassifikation ermöglicht es, die Ergebnisse verschiedener Zentren zu vergleichen und schafft damit die Vorraussetzung für weitere Forschungen. Bisher wurden weder eine erfolgversprechende Radiatio, noch eine suffiziente Chemotherapie gefunden, diese Therapien beschränken sich weitgehend auf Versuchsreihen von Forschungszentren oder sind als palliative Therapieversuche zu sehen. Auch in der vorliegenden Arbeit wurde bei 23,2% aller Patienten eine palliative Radio- oder Chemotherapie durchgeführt. Da es sich zwar um einen in den letzten Jahrzehnten in der westlichen Welt an Häufigkeit zunehmenden, aber insgesamt seltenen Tumor handelt, gibt es nur wenige Studien mit größeren Fallzahlen. In dieser Arbeit wurden 56 Fälle untersucht, die in einem Zeitraum von 15 Jahren im Klinikum Offenbach behandelt wurden. Andere Autoren berichten über ähnliche Fallzahlen. Aufgrund der unterschiedlichen Schwerpunkte lassen sich die Arbeiten zudem in der Regel nicht direkt vergleichen. Um ein evidenzbasiertes Therapiekonzept zu erstellen, wäre die Zusammenarbeit aller großen internationalen Tumorzentren nötig.
Die Theorie der Quantenelektrodynamik (QED) starker Felder sagt vorher, dass sich unter dem Einfluss sehr starker elektromagnetischer Felder der Vakuumzustand verändert. Überschreitet das äußere (im einfachsten Fall elektrostatische) Feld eine gewisse kritische Stärke, dann kommt es zur spontanen Erzeugung von Elektron-Positron-Paaren und im Gefolge zur Ausbildung eines geladenen Vakuums. Charakteristisch dafür sind gebundene Elektronenzustände mit einer Bindungsenergie von mehr als der doppelten Ruhenergie. Dieser Effekt wurde bisher meist für sphärisch symmetrische Systeme untersucht, insbesondere für das Coulombpotential eines schweren Kerns. In der vorliegenden Arbeit wird erkundet, wie sich das überkritische Phänomen beim Übergang von sphärischer zu zylindrischer Geometrie verhält. Dazu werden die Lösungen der Dirac-Gleichung für Elektronen im elektrostatischen Potential eines langen dünnen geladenen Zylinders ("geladener String") berechnen und darauf aufbauend das überkritische Phänomen untersucht. Da das logarithmische Potential eines unendlich langen Strings unbegrenzt anwächst, sollten alle Elektronzustände überkritisch sein (Möglichkeit des Tunnelns durch den Teilchen-Antiteilchen-Gap). Die Zentralladung sollte sich dann mit einer entgegengesetzt geladenen Hülle aus Vakuumelektronen umgeben und damit neutralisieren. Um diese Phänomene quantitativ zu beschreiben untersuchen wir die Lösungen der Poisson-Gleichung und der der Dirac-Gleichung in Zylindersymmetrie. Zunächst wird eine Reihenentwicklung für das elektrostatische Potential in der Mittelebene eines homogen geladenen Zylinders von endlicher Länge und endlichem Radius hergeleitet. Anschließend benutzen wir den Tetraden- (Vierbein-) Formalismus zur Separation der Dirac-Gleichung in Zylinderkoordinaten. Die resultierende entkoppelte radiale Dirac-Gleichung wird in eine Schrödinger-artige Form transformiert. Die gebundenen Zustände werden mit der Methode der uniformen Approximation, einer Variante der WKB-Näherung, berechnet und ihre Abhängigkeit von den Parametern Stringlänge, Stringradius und Potentialstärke wird studiert. Die Näherungsmethode wird auch benutzt, um den überkritischen Fall zu untersuchen, bei dem sich die gebundenen Zustände in Resonanzen im Antiteilchen-Kontinuum verwandeln. Der zugehörige Tunnelprozess wird studiert und die Resonanz-Lebensdauer abgeschätzt. Schließlich wird das Problem der Vakuumladung und Selbstabschirmung angegangen. Die Vakuumladung wird durch Aufsummation der Ladungsdichten aller überkritischen (quasi-)gebundenen Zustände berechnet. Die Vakuumladung tritt als Quellterm in der Poisson-Gleichung für das elektrostatische Potential auf, welches wiederum die Wellenfunktionen bestimmt. Auf die volle selbstkonsistente Lösung dieses Problems wird verzichtet. Wir zeigen jedoch dass die Vakuumladung wie erwartet gross genug ist, um eine Totalabschirmung des geladenen Strings zu bewirken.
Die mittelamerikanische Jagdspinne Cupiennius salei Keys. zeigt nach Reizung ventraler Tasthaare auf den proximalen Beingliedern in freier Natur und auch im Labor das relativ einfache, reflektorische Verhalten des „Körperanhebens“. Ziel der vorliegenden Arbeit war, den am Körperanheben maßgeblich beteiligten Coxamuskel c2 hinsichtlich seiner Anatomie, seiner funktionellen Faserzusammensetzung und Innervation sowie seiner Aktivität beim „Körperanheben“ und bei weiteren Bewegungsweisen der Spinne zu untersuchen. (1) Der c2-Muskel liegt im Prosoma der Spinne und setzt für jedes Bein am anterioren Coxarand an. In den 1. - 3. Beinpaaren liegt c2 zweigeteilt (apodemaler und tergaler Anteil), im Hinterbeinpaar dagegen einteilig (nur tergaler Anteil) vor. (2) Histochemische Nachweisreaktionen (Glykogengehalt, relative Succinatdehydrogenase- und relative myofibrilläre Adenosintriphosphatase-Aktivität) ergeben eine heterogene Faserzusammensetzung des c2-Muskels aus 4 Muskelfasertypen (A, B, C, D). Der apodemale c2-Anteil besteht homogen aus A-Fasern. (3) Messungen mit Laserdiffraktometrie zeigen für die A- und B-Fasern signifikant kürzere Sarkomerlängen als für die C- und D-Fasern. (4) Sodium-Dodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese weist als Besonderheit für die A- und B-Fasern eine Paramyosin-Isoform P1 (107 kDa), eine Isoform der leichten Ketten des Myosins LC2 (22 kDa) und vermehrt eine Troponin-Isoform T4 (46 kDa) nach. In den Cund D-Fasern kommt allein eine 43-kDa-Bande und vermehrt eine Troponin-Isoform T2 (50 kDa) vor. (5) Der c2-Muskel der Vorder- und Hinterbeine wird durch einen eigenen Nerv innerviert. Retrograde Anfüllungen („Backfills“) des Nervs mit neuronalen Tracern legen eine polyneurale Innervation des c2-Muskels aller Beine dar, höchstwahrscheinlich jeweils durch 6 Motoneurone. Zwei davon sind jeweils positiv GABA (Gamma-Amino-Buttersäure) -immunreaktiv; dies ist ein Hinweis auf eine mögliche inhibitorische Innervation des c2-Muskels. (6) Wie Elektromyogramme freilaufender Spinnen zeigen, besteht das Körperanhebeverhalten aus zwei aufeinanderfolgenden Reaktionen: einer lokalen c2-Kontraktion im taktil gereizten Bein, die eine Bewegung im zugehörigen Prosoma-Coxa-Gelenk verursacht, und einer durch diese aktive Bewegung hervorgerufenen plurisegmentalen Reaktion im c2 der übrigen 7 Beine. Wird eine Coxa passiv bewegt, kann auch in festgelegten Spinnen eine plurisegmentale Reaktion aller 8 Beine ausgelöst werden. (7) Sowohl bei der lokalen als auch bei der plurisegmentalen Reaktion des „Körperanhebens“ rekrutiert c2 die gleichen neuromuskulären Einheiten. Dies deutet auf die gleiche zentalnervöse Endstrecke beider Reaktionen hin. Die Anzahl der elektrophysiologisch unterscheidbaren neuromuskulären Einheiten stimmt mit der der anatomisch nachgewiesenen Motoneuronen und Fasertypen überein. (8) Der tergale c2-Anteil ist immer, der apodemale Anteil nur bei schnellem Körperanheben, schnellen Laufstarts und bei Schreckreaktionen (Flucht) der Spinne aktiv. Hierbei rekrutiert der apodemale Teil nur zu Beginn der Verhaltensweise schnelle phasische Einheiten. (9) Ich diskutiere bei welchen Bewegungsweisen der Spinne die 4 Fasertypen vermeindlich zum Einsatz kommen, wie sie höchstwahrscheinlich innerviert werden und welche Konsequenzen die c2-Zweiteilung in den vorderen Beinpaaren (1 - 3) auf die Beinbewegung im Verhalten haben könnte. Am wahrscheinlichsten ist eine verstärkte Druckerhöhung zur Beinextension durch schnelle anfängliche Kontraktionen des „apodemalen Hebels“ und eine vektorielle Kräfteaddition der zwei Muskelteile. (10) Anhang II behandelt den internen Gelenkrezeptor R0 im Prosoma-Coxa-Gelenk. Ausschaltversuche weisen R0 als unentbehrlich für das Zustandekommen der plurisegmentalen Reaktion aus. Lage und Anordnung der R0-Sinneszellen sind in den Beinpaaren 1 - 3 und den Hinterbeinen verschieden.
Die Anzahl der Patienten mit einer erworbenen Immunsuppression hat in den letzten 20-30 Jahren deutlich zugenommen. Einerseits ist dies durch eine deutlich aggressivere Chemotherapie bei Tumorpatienten bis hin zur Knochenmarkstransplantation bedingt, andererseits durch das Auftreten der HIV-Infektion. Somit ist auch die Inzidenz der mit der Immunsuppression verbundenen Komplikationen gestiegen. Eine gefürchtete Komplikation stellt die invasive broncho pulmonale Aspergillose (IPA) dar, die bei inadäquater Therapie oder verzögertem Therapiebeginn mit einer Mortalitätsrate bis zu 100% einhergeht. Eine Früherkennung und die rechtzeitige Einleitung einer entsprechenden Therapie sind daher von entscheidender prognostischer Bedeutung. Therapeutisch kommt es primär zum Einsatz systemisch wirkender Antimykotika. Hierbei spielen Amphotericin B oder alternativ Itraconazol die Hauptrolle. Eine derartige Therapie sollte nicht ohne sicheren Hinweis auf das Vorliegen einer IPA erfolgen, da es sich hierbei um eine langwierige Therapie mit erheblichen Nebenwirkungen handelt (u.a. Nephrotoxizität). Zusätzlich ist diese Therapieform mit sehr hohen Kosten verbunden. Invasive Verfahren (OP, Biopsie, Gewinnung von sterilem Untersuchungsmaterial) zum sicheren Nachweis einer IPA stellen in der Mehrzahl der Fälle ein erheblichesRisiko für immunsupprimierte Patienten dar. Andere diagnostische Verfahren, die alleine einen zeitgerechten und zuverlässigen Nachweis der IPA ermöglichen, stehen derzeit nicht zur Verfügung. Von der European Organization for Research and Treatment of Cancer / Invasive Fungal Infections Cooperative Group (EORTC) und dem National Institute of Allergy and Infectious Diseases/Mycoses Study Group (MSG) wurden aus diesem Grund Richtlinien zur Definition invasiver fungaler Infektionen erarbeitet. In diesen Richtlinien werden unterschiedliche Wahrscheinlichkeitsgrade definitiert. Im Einzelnen werden eine sichere, wahrscheinliche und möglichen IPA unterschieden. Während von einer sicheren IPA nur beim Vorliegen eines direkten oder kulturellen Nachweises aus sterilen Untersuchungsmaterialien (invasive Verfahren, OP, Biopsie) ausgegangen werden kann, ist eine mögliche IPA lediglich durch einen Host-Faktor in Verbindung mit Antigen-Nachweis oder klinischer Symptomatik gekennzeichnet. Da aus oben genannten Gründen der direkte Aspergillus-Nachweis meistens nicht möglich und die Definition der möglichen IPA sehr allgemein gehalten ist, nimmt die Definition der wahrscheinlichen IPA einen besonderen Stellenwert ein. Sie wird anhand eines Host- und eines mikrobiologischen Faktors sowie eines klinischen Kriteriums beschrieben, bestehend aus einem Haupt- oder zwei Nebenkriterien. Die klinischen Hauptkriterien setzen sich aus drei computertomographischen Zeichen der IPA zusammen. Es handelt sich hierbei um das Halo- und Air-Crescent-Sign sowie kavitäre Lufteinschlüsse. Somit kommt diesen radiologischen Zeichen im Rahmen der Diagnostik eine tragende Rolle zu. Diese Studie wurde im Zentrum der Radiologie des J. W. Goethe Universitätsklinikums, Frankfurt am Main mit der Zielsetzung durchgeführt, die radiologischen Charakteristika einer IPA im eigenen Patientengut darzustellen. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen einer retrospektiven Studie 115 Patienten, bei denen per Definition eine sichere oder wahrscheinliche IPA vorlag, in diese Untersuchung aufgenommen und deren zur Verfügung stehendes Bildmaterial ausgewertet. Bei Auswertung des Erstbefundes der initial angefertigten CT-Thorax-Aufnahmen können alle unter den klinischen Hauptkriterien der EORTC/MSG genannten radiologischen Zeichen nachgewiesen werden. Zusätzlich lassen sich weitere in der Literatur beschriebene Charaktersitika der IPA darstellen. Zu diesen zählen Rundherde, polymorphe- und keilförmige Infiltrate, offene Bronchien, breitbasiger Pleurakontakt, Schwammzeichen und intrakavitäre Septierungen. Am häufigsten tritt in unserer Studie ein Zeichen auf, das in der Literatur im Zusammenhang mit der IPA bisher nicht erwähnt wird. Auf Grund seiner Morphologie wird es als Feeding Vessel bezeichnet. Das Halo-Sign, in den meisten Veröffentlichungen als das häufigste und typischste Charakteristikum der IPA beschrieben, lässt sich in unserer Studie seltener nachweisen als beispielsweise Feeding Vessels, breitbasiger Pleurakontakt, Rundherde oder offene Bronchien. Pulmonale Infiltrate finden sich häufiger in der rechten als in der linken Lunge. Ihre durchschnittliche Größe beträgt 30 mm. Die Mehrzahl der Patienten zeigt auf der initialen CT-Thorax-Untersuchung eine einseitige pulmonale Infiltration. Bei steigender Anzahl der Infiltrate verschiebt sich die Verteilung der Herde deutlich in Richtung beidseitigem Lungenbefall. Generell weisen die auf den computertomographischen Aufnahmen darstellbaren Infiltrate kein gleichförmiges Bild auf. Die Charakteristik dieser Infiltrate ergibt sich vielmehr aus der Kombination respektive dem gemeinsamen Auftreten der genannten Röntgenzeichen. Durchschnittlich entfallen auf einen Herd 3 für die IPA typische Zeichen. Es lassen sich auch 6 polymorphe Infiltrate nachweisen, die keines dieser Charakteristika zeigen. Auch Pleuraergüsse und vergrößerte Lymphknoten treten in unserem Patientengut auf. Dies scheint nicht in direktem Zusammenhang mit dem Vorliegen einer IPA zu stehen. Ein Vergleich einzelner Patientengruppen, die sich aus AIDS-Patienten, Patienten mit einer Erkrankung des blutbildenden Systems und Patienten mit sonstigen Erkrankungen zusammensetzten, erbringt nur wenige Unterschiede. Im Quervergleich dieser drei Patientengruppen zeigt sich ein deutlich häufigeres Auftreten des Halo-Signs bei Patienten mit Erkrankung des blutbildenden Systems im Gegensatz zu den beiden anderen Gruppen. Ein weiterer Unterschied stellt sich in der Patientengruppe mit sonstigen Erkrankungen heraus. Hier sind die Herde im Schnitt deutlich größer als in den Vergleichsgruppen. Außerdem treten Feeding Vessels und offene Bronchien in der dritten Gruppe deutlich seltener auf. Andererseits können in dieser Gruppe weitaus häufiger Lufteinschlüsse in Form von Einschmelzungen oder dem Air-Crescent-Sign dargestellt werden. Verlaufsuntersuchungen, die bei allen Patienten mit vorhandenem Bildmaterial ausgewertet wurden, zeigen bei den meisten Patienten (65%) eine deutliche Befundverbesserung zwischen initialer und erster CT-Nachfolgeuntersuchung. So kann zusätzlich auch die Effektivität einer Antimykotikatherapie beurteilt werden, denn alle Patienten wurden seit der Verdachtsdiagnose IPA mit einem Antimykotikum behandelt. Trotz rechtzeitig eingeleiteter Therapie kommt es bei nahezu einem Drittel der Patienten (29%) zu einer Befundverschlechterung. Die Größe der Infiltrate scheint nicht prädisponierend für eine Verschlechterung des Ausgangsbefundes zu sein, jedoch zeigt sich bei steigender Anzahl der Infiltrate tendenziell eine deutliche Befundverschlechterung in den Verlaufsuntersuchungen. Zudem ist bei Befundverschlechterung die Mehrzahl der Infiltrate im Ausgangsbefund in den Oberlappen beider Lungen lokalisiert. Im Verlauf verändert sich die äußere Form der Infiltrate deutlich. Liegen im Ausgangsbefund vor allem Rundherde vor, so überwiegen in den Nachfolgeuntersuchungen polymorphe Infiltrate. Die Zahl an keilförmigen Infiltraten nimmt ebenfalls zu. Ein Halo-Sign lässt sich im Rahmen der Nachfolgeuntersuchungen immer seltener nachweisen. Dennoch kommt es auch nach der Eingangsuntersuchung weiterhin zur Darstellung. Im Verlauf zeigt sich ein leichter Anstieg an Lufteinschlüssen (Einschmelzungen, Air-Crescent-Sign, intrakavitäre Septen und Schwammzeichen). Auch offene Bronchien nehmen im Untersuchungsverlauf an Häufigkeit zu, während Feeding-Vessels einen kontinuierlichen Rücklauf aufweisen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass sich deutlich mehr radiologische Zeichen durch CT-Diagnostik bei Vorliegen einer IPA darstellen lassen, als durch die Richtlinien der EORTC/MSG vorgegeben werden (149). Zwar scheinen diese Richtlinien einen Weg aufzuweisen, schnellstmöglich eine adäquate Therapie einleiten zu können, es zeichnet sich jedoch anhand unserer Ergebnisse ab, dass IPA typische Infiltrate in sehr unterschiedlicher Form in Erscheinung treten, so dass eine Erweiterung der klinischen Hauptkriterien der EORTC/MSG durch Hinzufügen weiterer Zeichen und deren Kombination sinnvoll erscheint, um das diagnostische Vorgehen zu optimieren. Zumindest Feeding vessels, offene Bronchien und die geringe Anzahl an Infiltraten sollten unserer Meinung als weitere radiologische Zeichen in die Richtlinien der EORTC/MSG aufgenommen werden.
In der Literatur des 16. bis 18. Jahrhunderts finden sich sechs für eine medizinhistorische Analyse geeignete Darstellungen von operativen Eingriffen am Magen: 1521 wurde eine Magenfistel nach perforierender Stichverletzung des Magens operativ versorgt. Die Magenwunde wurde durch 4 Nähte verschlossen, die Laparotomiewunde ebenfalls vernäht. 1602 erfolgte die Entfernung eines verschluckten Messers nach gedeckter Perforation der Messerspitze in die Bauchdecke („der böhmische Messerschlucker“; Operateur: Meister Florian Matthis in Prag). Von dem Chirurgen wurde eine Inzision der Haut über der in der Bauchdecke tastbaren Messerspitze durchgeführt. 1635 wurde ein verschlucktes Messers durch Laparotomie und Gastrotomie operativ entfernt („der preußische Messerschlucker“; Operateur: Chirurg Daniel Schwabe in Königsberg/Pr.). Die Magenwunde wurde nicht genäht, es wurden nur Hautnähte angelegt. 1678 wurde eine Magenfistel nach abdomineller Schußverletzung durch ein „blechernes“ Röhrchen versorgt, das als Drainage nach außen funktionierte (Operateur: Chirurg Matthäus Gottfried Purmann [1649-1711] in Stralsund). 1692 erfolgte eine schrittweise Extraktion (über 6 Wochen) eines verschluckten Messers, das sekundär in die Bauchdecken gedeckt perforiert war („der Hallische Messerschlucker“; Operateur: Dr. med. Wolfgang Wesener in Halle). Es wurde eine Inzision des Bauchdeckenabszesses durchgeführt. 1720 wurde ein verschlucktes Messer mit einer Zange durch Laparotomie und Gastrotomie entfernt („die ermländische Messerschluckerin“; Operateure: Dr. med. Heinrich Bernhard Hübner und der Chirurg Johann Horch bei Rastenburg/Pr.). In allen publizierten Fallberichten überlebten die operierten Patienten den Eingriff. Mit Ausnahme der ältesten Operation [1521] wurden alle Berichte von den Operateuren bzw. von an der Operation direkt beteiligten Ärzten verfaßt. Die Eingriffe wurden zunächst von Handwerkschirurgen [1635, 1678], später [1692, 1720] auch von studierten Ärzten (medici) durchgeführt. Die Indikation zur Operation wurde aber immer von den akademisch ausgebildeten „Medici“ gestellt. Als Nahtmaterial wurde bei den geschilderten Operationen „Seide“ verwendet [1643,1692]. Als Instrumente werden neben „Messer“ zur Inzision der Bauchdecken bzw. des Magens, „Zangen“ [1635, 1720] und „krumme Nadeln“ [1635] erwähnt. In einem Fall wurden sogar Haltefäden zur Fixierung des Magens vor der Gastrotomie angelegt [1635]. Der Zugangsweg zur Bauchhöhle durch die einzelnen Schichten der Bauchwand wurde anatomisch begründet durchgeführt [1635, 1678, 1720]. Spezielle Angaben zur perioperativen Schmerzbehandlung werden nicht gemacht, es wurden aber verschiedene alkoholhaltige Heilpflanzenextrakte („innerlich und äußerlich Artzneyen“) angewendet [1692]. Warum wurden die Eingriffe am Magen erst Ende des 19. Jahrhunderts häufiger durchgeführt, obwohl das operative Können, das anatomische Verständnis und das dazu notwendige Instrumentarium bereits seit dem 17. Jahrhundert vorhanden gewesen sind und in mindestens sechs Einzelfällen auch erfolgreich eingesetzt wurde? Im Zeitalter der Humoralpathologie, die bis in das 19. Jahrhundert hinein die vorherrschende Krankheitstheorie in Mitteleuropa gewesen ist, hatte eine chirurgische Behandlung von „inneren“ Magenerkrankungen noch keine theoretische Begründung. Krankheiten infolge Säfteungleichgewichte lassen sich nicht operativ behandeln. Die Chirurgie beschränkte sich als „Wundarznei“ daher vorwiegend auf die Versorgung von Wunden und von Verletzungen. Dazu gehörten auch Magenverletzungen von außen (perforierende Stichverletzungen, Schußverletzungen) oder von innen (gedeckte Perforation durch das verschluckte Messer). Erst die Durchsetzung eines lokalistischen, organbezogenen Denkens („Organpathologie“, „Zellularpathologie“) in der Medizin war die entscheidende theoretische Voraussetzung für eine Chirurgie von inneren Erkrankungen. Hinzu kamen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ein vermehrtes Wissen über Schmerzbekämpfung (Narkose mit Chloroform oder Äther) und Antisepsis (Asepsis), die das Risiko von Wundinfektionen und Peritonitis deutlich herabsetzten.
Tumorerkrankungen, insbesondere solche im metastasierenden Stadium, erfordern effiziente Therapien. Krebstherapien wie Bestrahlung oder Chemotherapie wirken über die Induktion von Apoptose. Resistenz gegen diese Behandlungsansätze geht einher mit der Blockierung relevanter apoptotischer Signalwege. Dennoch haben Tumorzellen nicht grundsätzlich die Fähigkeit verloren, apoptotischen Zelltod zu sterben, d. h. mit einem geeigneten Stimulus kann in jeder Tumorzelle Apoptose induziert werden. In dieser Arbeit wurden Proteine entwickelt, die Enzyme apoptotischer Signalkaskaden selektiv in Tumorzellen einschleusen. Um Spezifität für transformierte Zellen zu erlangen, wurden diese Proteine mit Zellbindungsdomänen gekoppelt, die an tumorassoziierte Antigene binden. Als Zielstrukturen auf der Oberfläche von Krebszellen dienten die Rezeptoren der ErbB Familie „epidermal growth factor receptor“ (EGFR) und ErbB2. Überexpression dieser Rezeptoren wird auf einer Vielzahl von Tumoren epithelialen Ursprungs beobachtet und ist ursächlich beteiligt an der malignen Transformation. Als Apoptoseinduktoren wurden die Serinprotease Granzym B (GrB) sowie das Protein „apoptosis inducing factor“ (AIF) eingesetzt. GrB induziert Apoptose durch direkte Aktivierung von Caspasen und Spaltung zentraler Caspasen-Substrate. Damit greift die Protease am unteren Effektorende apoptotischer Signalwege ein und umgeht so die meisten Resistenzmechanismen transformierter Zellen. Um GrB in Tumorzellen einzuschleusen, wurde die Protease mit dem ErbB2 spezifischen Antikörperfragment scFv(FRP5) gekoppelt. Zunächst wurde eine biotinylierte Variante der Protease (bGrB) über die hochaffine Streptavidin/ Biotin Interaktion mit einem Fusionsprotein komplexiert, das aus dem scFv(FRP5) und Streptavidin besteht (SA-5). Komplexe aus enzymatisch aktivem bGrB und SA-5 wiesen selektive cytotoxische Aktivität gegenüber ErbB2 exprimierenden Zellen auf, die allerdings von der Präsenz des endosomolytischen Reagenz Chloroquin abhing. Dies zeigt die Notwendigkeit einer Translokation vom endosomalen Kompartiment, um internalisiertem GrB Zugang zu seinen cytosolischen Substraten zu ermöglichen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen, die grundsätzlich nachweisen, daß das Einbringen von GrB in Tumorzellen ausreichend ist, um in diesen Zellen Apoptose zu induzieren, wurden Fusionsproteine abgeleitet, in denen GrB direkt mit Zellbindungsdomänen fusioniert ist. Neben dem scFv(FRP5) wurde auch der EGFR-Ligand TGFalpha eingesetzt. Fusionsproteine bestehend aus reifem GrB und scFv(FRP5) (GrB-5) bzw. TGFalpha (GrB-T) wurden in der Hefe Pichia pastoris exprimiert und mit hohen Ausbeuten gereinigt. GrB-5 und GrB-T zeigten enzymatische Aktivität und wiesen Affinität zu ErbB2 bzw. EGFR auf. In Gegenwart von Chloroquin zeigten GrB-5 und GrB-T selektive cytotoxische Aktivität gegenüber Zellen, die den jeweiligen Zielrezeptor exprimieren. Die IC50 Werte der Proteine lagen im pico- bis nanomolaren Bereich und sind damit vergleichbar mit denen rekombinanter Immun- bzw. Wachstumsfaktortoxine, die Exotoxin A (ETA) aus Pseudomonas aeruginosa als Effektor nutzen. Induktion von Apoptose erfolgte durch GrB-5 und GrB-T allerdings deutlich schneller (3 h) als durch ETA Fusionsproteine (72 h), da GrB im Gegensatz zu ETA direkt in apoptotische Signalkaskaden eingreift. Um die weitere Charakterisierung von GrB-5 und GrB-T zu erleichtern, wurden in der vorliegenden Arbeit Möglichkeiten für eine Optimierung der Expression dieser Fusionsproteine in Hefe untersucht. Dazu wurde eine Strategie entwickelt, die auf der Beobachtung beruht, daß die Löslichkeit und Stabilität von Proteinen durch Fusion mit solchen Domänen erhöht werden kann, die selbst eine hohe Löslichkeit und Stabilität besitzen. Ein Protein mit diesen Eigenschaften ist das Maltose Bindungsprotein (MBP) aus E. coli. In dieser Arbeit wurde MBP bei der Expression rekombinanter Proteine in P. pastoris eingesetzt, um die Ausbeute löslicher Proteine zu steigern. Es wurde eine Strategie entwickelt, die es erlaubt, MBP posttranslational in vivo vom Fusionspartner zu trennen. Hierzu wurde eine Erkennungssequenz der Protease Furin (furS) zwischen MBP und Fusionspartner eingefügt. Zunächst wurde untersucht, ob GrB als MBP Fusionsprotein in enzymatisch aktiver Form exprimiert werden kann, was eine Grundvoraussetzung für die Expression tumorspezifischer GrB Fusionsproteine in diesem System darstellt. Die Ausbeute von GrB konnte durch diese Strategie erheblich gesteigert werden. Daneben war eine vollständige Prozessierung der Fusionsproteine innerhalb der Furin-Erkennungssequenz nachweisbar. Als MBP Fusionsprotein exprimiertes GrB wies allerdings keine enzymatische Aktivität auf. Weitere Untersuchungen zeigten, daß das terminale Serin der furS-Sequenz, das nach Spaltung durch Furin am N-Terminus von GrB zurückbleibt, die enzymatische Aktivität der Serinprotease inhibiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher nicht weiter versucht, die Ausbeute an tumorspezifischen GrB Fusionsproteinen durch Fusion mit löslichen Proteindomänen zu erhöhen. Für Proteine, die ein N-terminales Serin tolerieren, stellt das hier entwickelte System allerdings eine neuartige Strategie dar, um die Ausbeute in P. pastoris um ein Vielfaches zu steigern. Dies wurde anhand von rekombinantem ErbB2 als Modellprotein bestätigt. Als alternativer Effektor in tumorspezifischen Fusionsproteinen wurde AIF als caspasenunabhängig agierendes proapoptotisches Signalmolekül eingesetzt. In apoptotischen Zellen bewirkt die Freisetzung von AIF aus dem mitochondrialen Intermembranraum die nachfolgende Translokation des Proteins in den Zellkern, woraufhin DNA-Fragmentierung induziert wird. Zum Einschleusen von AIF in Tumorzellen wurde das Flavoprotein mit dem scFv(FRP5) fusioniert (5-AIF). Um eine cytosolische Translokation von AIF zu erreichen, wurde ein Konstrukt abgeleitet, das zusätzlich die Translokationsdomäne von Exotoxin A enthält (5-E-AIF). Diese Domäne ist beim Wildtyp-Toxin notwendig für dessen retrograden Transport vom Endosom über den Golgi Apparat und das ER in das Cytosol. Innerhalb der Translokationsdomäne findet zudem eine Prozessierung durch die endosomale Protease Furin statt. AIF Fusionsproteine wurden in E. coli exprimiert, gereinigt und renaturiert. Die Proteine wiesen Affinität für ErbB2 auf und interagierten mit DNA, eine Eigenschaft, die essentiell für die proapoptotische Aktivität von AIF ist. 5-E-AIF zeigte gegenüber ErbB2 exprimierenden Zellen cytotoxische Aktivität, die vergleichbar mit der des Immuntoxins scFv(FRP5)-ETA war. Diese Aktivität war allerdings nur in Gegenwart von Chloroquin gegeben. Das Protein 5-AIF, in dem die Translokationsdomäne fehlt, zeigte auch in Kombination mit Chloroquin keine Cytotoxizität. Eine mögliche Folgerung hieraus ist, daß die N-terminale Antikörperdomäne der Fusionsproteine die proapoptotische Aktivität der AIF Domäne blockiert. 5-E-A wird sehr wahrscheinlich durch die endosomale Protease Furin „aktiviert“, die den scFv(FRP5) durch proteolytische Spaltung innerhalb der ETA-Domäne entfernt haben könnte. Für die eigentliche Translokation reicht der ETA-Anteil allerdings nicht aus, wahrscheinlich, weil in dem hier abgeleiteten Konstrukt ein für die Funktionsweise des Wildtyp-Toxins essentielles ER Retentionssignal fehlte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, daß durch Einsatz apoptotischer Signalmoleküle in tumorzellspezifischen Fusionsproteinen hohe und selektive cytotoxische Aktivitäten erzielt werden können. Eine weitere Entwicklung dieser Proteine als mögliche Tumortherapeutika erscheint daher sinnvoll.
Um das Potential von modernen Arzneistoffe wie Nukleinsäuren und ihren Analoga ausnutzen zu können und sie an ihren Wirkort ins Zellinnere bringen können, benötigt man Transportvehikel, da sie selbst nur über eine schlechte Zellmembrangängigkeit verfügen. Bei der Entwicklung zukunftsträchtiger Arzneiformen spielen biokompatible, kolloidale Trägersysteme, die zielgerichtet bestimmte Gewebe / Zellen ansteuern, eine große Rolle. Ihre Aufgabe ist es dem Wirkstoff zur Überwindung von Zellmembranen zu verhelfen, wobei gleichzeitig ein Schutz vor enzymatischem Abbau gewährleistet wird. Zur Erhöhung der Zell- und Gewebeselektivität können die Träger dann mit diversen Targeting-Liganden bestückt werden. Als Trägerstoff können verschiedenste synthetische und natürliche Polymere eingesetzt werden. Zum Einsatz kamen hier die beiden natürlichen Proteine Gelatine und Albumin, die untoxisch, biokompatibel und bioabbaubar sind. Die partikulären Strukturen wurden durch Lösungsmittelzusatz zu einer wässrigen Proteinlösung in einem Desolvatationsprozess gewonnen. Der Nukleinsäureeinschluss erfolgte adsorptiv und kovalent in die Polymermatrix oder kovalent an die Oberfläche. Als Drug-Targeting-Ligand wurden aufgrund ihrer großen Spezifität, Selektivität und Variabilität Antikörper eingesetzt. Durch chemische Oberflächenmodifikationen wurde die Voraussetzung geschaffen, biotinylierte Strukturen kovalent an die Nanopartikeloberfläche zu binden, so dass ein spezifisches Drug-Targeting-System entstand. Die kolloidalen, proteinbasierten Nanopartikel wurden hinsichtlich ihrer verschiedenen physikalischen Parameter analysiert. Neben den Parametern wie Größe, Zetapotential, Morphologie und Stabilität wurde auch die Zelltoxizität untersucht. Das Antikörper-beladene Trägersystem wurde auf seine Funktionalität und Effizienz in Zellkultur getestet. Albumin Nanopartikel: Zur Schaffung eines universell einsetzbaren Trägersystems wurden auf der Nanopartikeloberfläche reaktive SH-Gruppen eingeführt. Der Einsatz eines bifunktionalen Crosslinkers schuf die Möglichkeit mit Avidin ein zweites Protein, welches einen stabilen Komplex mit Biotin bildet an die Oberfläche zu binden. Man verfügt jetzt über ein 200 – 350 nm große, negativ geladene und untoxische Trägerpartikel, die mit vielen unterschiedlichen biotinylierten Liganden verbunden werden können. Sie verfügen weiterhin über eine ausreichende Stabilität im Zellkulturmedium. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Oligonukleotid-Beladung der Nanopartikel wurde auf drei verschiedenen Bindungswegen vollzogen. Die Wirkstoffeinbindung erfolgte zum Ersten adsorptiv über elektrostatische Wechselwirkungen in die Trägermatrix beim partikelformenden Prozess selbst. Die folgende Einführung von Thiolgruppen und die Kopplung mit Avidin über einen bifunktionalen Crosslinker wurde erfolgreich umgesetzt. Zweitens wurde eine kovalente Wirkstoffverknüpfung wieder über einen bifunktionalen Crosslinker entwickelt. Dafür wurden durch die Umsetzung mit einem Spacer die freien Aminogruppen des Trägermaterials aktiviert. Das verwendete Oligonukleotid wurde mit einer Thiolgruppe versehen und so an das aktivierte HSA gebunden. Das gebildete lösliche Konjugat wurde wieder durch Desolvatation zu Nanopartikeln umgesetzt. Als dritte Möglichkeit erfolgte eine oberflächliche Komplexbildung über das Avidin-System mit biotinylierten Phosphorothioaten. Gelatine-Nanopartikel: Für die Herstellung der Nanopartikel wurde ein doppeltes Desolvatationsverfahren eingesetzt. Die Oberflächenmodifikationen wurden analog zu den Umsetzungsbedingungen von HSA-NP durchgeführt. Die Bindungsfähigkeit des NeutrAvidins kann auch hier wieder durch die Kopplung an die Partikeloberfläche und den Aufreinigungsprozess beeinträchtigt sein. Daher wurde eine Nachweisreaktion mit einem fluoreszenzmarkierten Biotinderivat etabliert und die Funktionsfähigkeit des Avidins nachgewiesen. Um ein spezifisches Drug-Targeting-System zu etablieren, wurde der Träger zur Überwindung der Zellmembranen mit zwei verschiedenen biotinylierten Antikörpern ausgestattet. Eingesetzt wurde ein biotinylierter anti-CD3-AK, der von T-Lymphozyten internalisiert wird und ein biotinylierter anti-Her2neu-AK (Trastuzumab). Für die Bestimmung der gebundenen Antikörpermenge wurden zwei Methoden etabliert und lieferten für beide Antikörper eine Bindungseffizienz von nahezu 100%. In den anschließenden Zellkulturversuchen konnte eindrucksvoll eine rezeptorvermittelte Zellaufnahme in Lymphozyten und Brustkrebszellen über die an Gelatine-Nanopartikel gekoppelten, spezifischen Drug-Targeting-Liganden anti-CD3 und Trastuzumab gezeigt werden.