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Hartholzauwälder gehören mit bis zu acht Baumarten in der Kronenschicht zu den Wäldern mit der höchsten Baumartenvielfalt in Europa und beherbergen eine Vielzahl gefährdeter Pflanzen- und Tierarten. Das Fehlen von Eichen in der Etablierungsphase in ansonsten eichenreichen Waldgesellschaften wie Hartholzauen ist daher naturschutzfachlich gravierend. Vielerorts wird mit starken waldbaulichen Eingriffen und finanziellem Aufwand versucht, zumindest einen Anteil an Stieleiche in die nächste Bestandesgeneration hinüber zu retten. Hinzu kommt die eher konzeptionelle Frage der Natürlichkeit der Stieleiche in Hartholzauwäldern. In der Hartholzaue im Naturschutzgebiet Kühkopf-Knoblochsaue in Hessen wurde Stieleichenverjüngung in der Etablierungsphase auf zwei unterschiedlichen ungesteuerten Sukzessionsflächen untersucht, welche nach starken Hochwässern entstanden und von Hochwasser geprägt sind. Dies beinhaltet die Beschreibung des Standorts, die Quantifizierung der Eichenanteile, die Einschätzung ihrer Vitalität sowie die Charakterisierung des Wuchses der Stieleiche. Auf der insgesamt 4,53 Hektar großen Inventurfläche fanden sich fünf Strukturtypen (Straten) in Form (1) eines strauchreichen Pionierwalds; (2) eines offenen bis lückigen Gehölzkomplexes; (3) eines halboffenen bis geschlossenen Gehölzkomplexes; (4) eines fast geschlossenen Gebüschkomplexes, gezäunt; sowie (5) eines geschlossenen Pionierwalds, gezäunt. Auf diesen kamen insgesamt 155 Stieleichen vor und wurden aufgenommen (34 Stieleichen/ha). Es zeigte sich, dass Wildverbiss die Etablierung der Eiche zwar behinderte, dennoch in allen Straten stabile, vitale Jungeichen heranwachsen konnten. Starke Überschirmung und Konkurrenz durch Bodenvegetation wirkten sich negativ auf das Wachstum aus, bis hin zum Ausfall von Eichenverjüngung in Herden von Goldrute (Solidago canadensis) und Reitgras (Calamagrostis epigeios). Die Bestände am Kühkopf zeigen, dass sich die Stieleiche nach starken Hochwasserereignissen auf neu aufgelandetem Substrat unter den dann konkurrenzarmen Bedingungen und bei zugleich kontrolliertem Wildstand in Hartholzauen erfolgreich natürlich etabliert und auch in die Baumschicht einwächst, also Bestandteil der natürlichen Vegetation dieses Lebensraumes ist. Das Ausbleiben der natürlichen Eichenetablierung in den heutigen Überflutungsauen ist demnach auf die dort weitgehend fehlende Substratdynamik nach starken Hochwässern und damit fehlende natürliche Auensukzession sowie hohe Rehwilddichten zurückzuführen.
Vegetationsdynamik verlandeter Biberteiche auf der Insel Navarino (Feuerland-Archipel, Chile)
(2009)
Die vorliegende Fallstudie veranschaulicht die Auswirkungen des invasiven Nordamerikanischen Bibers (Castor canadensis) auf den autochthonen Nothofagus-Wald der ca. 2500 km2 großen Insel Navarino im Feuerland-Archipel (Archipiélago de Tierra del Fuego), Chile. Dazu wurden auf den Sukzessionsflächen verlandeter Biberteiche (1) Diversität (absolute Artenzahl, mittlere Artenzahl, Artendichte, Shannon-Wert und Evenness), (2) Artenzusammensetzung, (3) Anteil gebietsfremder Pflanzenarten. (4) Baumartenzusammensetzung, (5) Dichte, (6) Stammdurchmesser und (7) die Wuchshöhe der Gehölzverjüngung untersucht. Die Ergebnisse zeigen auf den Sukzessionsflächen eine deutliche Zunahme der Diversität mit Ausnahme der mittleren Artenzahl. Die ehemaligen Biberteiche zeichnen sich durch eine charakteristische Artenzusammensetzung aus, die insbesondere durch Weide- und Überschwemmungszeiger bestimmt wird und sich erheblich von biberfreien Waldflächen unterscheidet. Der Anteil gebietsfremder Pflanzenarten variiert stark, wofür noch keine Determinanten festgestellt werden konnten. Im Unterschied zu von Bibern unbeeinflussten Nothofagus-Wäldern wird die Verjüngung auf den Sukzessionflächen von Nothofagus antarctica dominiert. Es wurden folgende fünf Faktoren identifiziert, die als wesentliche Steuergrößen für die Etablierung von Nothofagus in Betracht gezogen werden können: (1) relative Lage des Spenderbiotops, (2) Vorkommen von Totholz, (3) Beweidung, (4) Konkurrenz und (5) Überschwemmung.
Die Bergwiesen des Thüringer Waldes entstanden im Mittelalter durch Rodung von Wäldern und anschließende bäuerliche Nutzung. Es handelt sich um artenreiche und kulturhistorisch bedeutsame Bestände. In den 1960er und 1970er Jahren sind zahlreiche Wiesen durch Düngung, Umbruch und Neueinsaat artenärmer geworden. Heutzutage sind viele Wiesen durch Brache bedroht, da sich die Bewirtschaftung kleiner und entlegener Flächen nicht mehr lohnt. Durch Nutzungsaufgabe ändern sich die Konkurrenzbedingungen im Grasland schlagartig und viele Wiesenpflanzen werden innerhalb weniger Jahre verdrängt. Sollen diese Bestände wieder regeneriert werden, kann der Diasporenvorrat im Boden eine wichtige Rolle spielen. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen dieses Regenerationspotenzial anhand von qualitativen und quantitativen Analysen der Samenbank. Weiterhin wird auf die Bedeutung von Samen als Zeiger für frühere Nutzungsformen hingewiesen. Im Biosphärenreservat Vessertal wurde hierzu der Samenvorrat im Boden von 12 Aufnahmeflächen mit unterschiedlichen Nutzungsformen bestimmt. Ausgewählt wurden Bestände von Polygono-Trisetion, Violion caninae, Calthion palustris sowie eine aufgeforstete Wiese. Feuchte Böden, die von Beständen des Calthion palustris besiedelt werden, weisen besonders hohe Samenmengen auf. Hier überwiegen deutlich Juncus effusus und J. articulatus. Teilweise sind sie auch dann im Boden vertreten, wenn sie der aktuellen Vegetation fehlen. Kennzeichnende Arten des Polygono-Trisetion, die an trockeneren Standorten Vorkommen, haben dagegen fast ausnahmslos kurzlebige Samen (z. B. Geranium sylvaticum, Phyteuma spicatum). Moose und Farne konnten häufig nachgewiesen werden. Verschiedene Arten zeigen ehemals andere Standortbedingungen bzw. Bewirtschaftungsformen an. Samen typischer Magerkeitszeiger wurden auch an Wuchsorten gefunden, die heute von Stickstoffzeigern besiedelt werden. Diasporen von Carex pilulifera, Galium saxatile und Potentilla erecta treten als Zeiger für ehemalige Graslandnutzung im Boden einer vor 30 Jahren aufgeforsteten Wiese auf.
Collateral sprouting of surviving axons contributes to the synaptic reorganization after brain injury. To study this clinically relevant phenomenon, we used complex organotypic tissue cultures of mouse entorhinal cortex (EC) and hippocampus (H). Single EC-H cultures were generated to analyze associational sprouting, and double EC-H cultures were used to evaluate commissural sprouting of mossy cells in the dentate gyrus (DG) following entorhinal denervation. Entorhinal denervation (transection of the perforant path) was performed at 14 days in vitro (DIV) and associational/commissural sprouting was assessed at 28 DIV. First, associational sprouting was studied in genetically hybrid EC-H cultures of beta-actin-GFPtg and wild-type mice. Using calretinin as a marker, associational axons were found to re-innervate almost the entire entorhinal target zone. Denervation experiments performed with EC-H cultures of Thy1-YFPtg mice, in which mossy cells are YFP-positive, confirmed that the overwhelming majority of sprouting associational calretinin-positive axons are mossy cell axons. Second, we analyzed associational/commissural sprouting by combining wild-type EC-H cultures with calretinin-deficient EC-H cultures. In these cultures, only wild-type mossy cells contain calretinin, and associational and commissural mossy cell collaterals can be distinguished using calretinin as a marker. Nearly the entire DG entorhinal target zone was re-innervated by sprouting of associational and commissural mossy cell axons. Finally, viral labeling of newly formed associational/commissural axons revealed a rapid post-lesional sprouting response. These findings demonstrate extensive and rapid re-innervation of the denervated DG outer molecular layer by associational and commissural mossy cell axons, similar to what has been reported to occur in juvenile rodent DG in vivo.
Development of T cells in the thymus is tightly controlled to continually produce functional, but not autoreactive, T cells. miRNAs provide a layer of post-transcriptional gene regulation to this process, but the role of many individual miRNAs in T-cell development remains unclear. miR-21 is prominently expressed in immature thymocytes followed by a steep decline in more mature cells. We hypothesized that such a dynamic expression was indicative of a regulatory function in intrathymic T-cell development. To test this hypothesis, we analyzed T-cell development in miR-21-deficient mice at steady state and under competitive conditions in mixed bone-marrow chimeras. We complemented analysis of knock-out animals by employing over-expression in vivo. Finally, we assessed miR-21 function in negative selection in vivo as well as differentiation in co-cultures. Together, these experiments revealed that miR-21 is largely dispensable for physiologic T-cell development. Given that miR-21 has been implicated in regulation of cellular stress responses, we assessed a potential role of miR-21 in endogenous regeneration of the thymus after sublethal irradiation. Again, miR-21 was completely dispensable in this process. We concluded that, despite prominent and highly dynamic expression in thymocytes, miR-21 expression was not required for physiologic T-cell development or endogenous regeneration.
The present study evaluated the tissue response toward a resorbable collagen membrane derived from bovine achilles tendon (test group) in comparison to physiological wound healing (control group). After subcutaneous implantation in Wistar rats over 30 days, histochemical and immunohistochemical methods elucidated the cellular inflammatory response, vascularization pattern, membrane protein and cell absorbance capacity. After 30 days, the test-group induced two different inflammatory patterns. On the membrane surface, multinucleated giant cells (MNGCs) were formed after the accumulation of CD-68-positive cells (macrophages), whereas only mononuclear cells (MNCs) were found within the membrane central region. Peri-implant vascularization was significantly enhanced after the formation of MNGCs. No vessels were found within the central region of the membrane. Physiological wound healing revealed no MNGCs at any time point. These dynamic changes in the cellular reaction and vascularization within the test-group are related typical indications of a foreign body reaction. Due to the membrane-specific porosity, mononuclear cells migrated into the central region, and the membrane maintained its integrity over 30 days by showing no breakdown or disintegration. The ex vivo investigation analyzed the interaction between the membrane and a blood concentrate system, liquid platelet-rich fibrin (liquid PRF), derived from human peripheral blood and consisting of platelets, leukocytes and fibrin. PRF penetrated the membrane after just 15 min. The data question the role of biomaterial-induced MNGCs as a pathological reaction and whether this is acceptable to trigger vascularization or should be considered as an adverse reaction. Therefore, further pre-clinical and clinical studies are needed to identify the types of MNGCs that are induced by clinically approved biomaterials.
Stem cell-based therapies require cells with a maximum regenerative capacity in order to support regeneration after tissue injury and organ failure. Optimization of this regenerative potential of mesenchymal stromal/stem cells (MSC) or their conditioned medium by in vitro preconditioning regimens are considered to be a promising strategy to improve the release of regenerative factors. In the present study, MSC were isolated from inguinal adipose tissue (mASC) from C57BL/6 mice, cultured, and characterized. Then, mASC were either preconditioned by incubation in a hypoxic environment (0.5% O2), or in normoxia in the presence of murine epidermal growth factor (EGF) or tumor necrosis factor α (TNFα) for 48 h. Protein expression was measured by a commercially available array. Selected factors were verified by PCR analysis. The expression of 83 out of 308 proteins (26.9%) assayed was found to be increased after preconditioning with TNFα, whereas the expression of 61 (19.8%) and 70 (22.7%) proteins was increased after incubation with EGF or in hypoxia, respectively. Furthermore, we showed the proliferation-promoting effects of the preconditioned culture supernatants on injured epithelial cells in vitro. Our findings indicate that each preconditioning regimen tested induced an individual expression profile with a wide variety of factors, including several growth factors and cytokines, and therefore may enhance the regenerative potential of mASC for cell-based therapies.
Auswertungen von Untersuchungen über frühere Waldnutzungen sowie Waldweide legen nahe, dass die Verjüngung der mitteleuropäischen laubabwerfenden Eichenarten Stieleiche (Quercus robur L.) und Traubeneiche (Quercus petraea Liebl.) ein episodischer Prozess ist, mit oft langen Phasen ausbleibender Verjüngung im Wechsel mit Phasen der erfolgreichen Etablierung einer neuen Generation. Eine Vielzahl von Faktoren wirkt sich auf die Verjüngung der Eichen aus. Als besonders bedeutsam werden genannt die Lichtversorgung; Prädation der Eicheln insbesondere durch Mäuse, Wildschweine und andere Tiere; Verbiss durch Wildtiere und Weidetiere; Befall der Blätter durch Mehltau (Microsphaera alphitoides); Konkurrenz durch die Bodenvegetation; Spätfrost; sowie der Wasserhaushalt des Standorts. All diese Faktoren wirken in einem komplexen Wechselspiel zusammen. Zur Ansamung und erfolgreichen Etablierung der Eichen im Wald sind eine Auflichtung des Kronendachs sowie eine niedrigwüchsige Bodenvegetation notwendig. Letztere können beispielsweise durch Beweidung erreicht werden. Verbiss wird bei guter Lichtversorgung durch die Jungeichen gut vertragen, es bilden sich bonsai-artige Krüppelbäumchen mit tiefreichendem Wurzelwerk heraus. Ein Höhenwachstum setzt jedoch erst dann ein, wenn der Weidedruck reduziert wird. Dies kann durch zeitliche oder räumliche Schwankungen des Verbissdrucks erreicht werden (Weideruhe). Die laubabwerfende Stiel- und Traubeneiche muss daher als Intermediärtyp zwischen Pionierbaumart und „stresstolerator“ sensu GRIME et al. (1978) eingestuft werden. In vielen Kulturlandschaften finden sich Bedingungen zur erfolgreichen natürlichen Eichenetablierung, also ohne unterstützende waldbauliche Maßnahmen, heute nur mehr an linienförmigen saum- und mantelartigen Randstrukturen von Wäldern, in Hecken und Gebüschen – dort trotz des Vorhandenseins von Wild. Naturschutzfachliche Gründe und zu erwartende Klimaänderungen legen jedoch eine stärkere Beachtung und Förderung der Eichenverjüngung nahe. Hierzu stellt Beweidung im Wechsel mit Weideruhe eine in Vergessenheit geratene und heute nur mehr wenig bekannte Möglichkeit dar.
Various strategies have been employed to speed tissue regeneration using bioactive molecules. Interestingly, platelet concentrates derived from a patient’s own blood have been utilized as a regenerative strategy in recent years. In the present study, a novel liquid platelet formulation prepared without the use of anti-coagulants (injectable-platelet-rich fibrin, i-PRF) was compared to standard platelet-rich plasma (PRP) with gingival fibroblasts cultured on smooth and roughened titanium implant surfaces. Standard PRP and i-PRF (centrifuged at 700 rpm (60× g) for 3 min) were compared by assays for fibroblast biocompatibility, migration, adhesion, proliferation, as well as expression of platelet-derived growth factor (PDGF), transforming growth factor-β (TGF-β), collagen1 (COL1) and fibronectin (FN). The results demonstrate that i-PRF induced significantly higher cell migration, as well as higher messenger RNA (mRNA) levels of PDGF, TGF-β, collagen1 and fibronectin when compared to PRP. Furthermore, collagen1 synthesis was highest in the i-PRF group. These findings demonstrate that liquid platelet concentrates can be formulated without the use of anticoagulants and present much translational potential for future research. Future animal and clinical trials are now necessary to further investigate the potential of utilizing i-PRF for soft tissue regenerative protocols in combination with various biomaterials.