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Primäre Hirntumore des Zentralen Nervensystems (gehen aus Nervenzellen, Gliazellen, Hirnhäute (Meningen) und auch Hirngefäße aus. Das anaplastische Astrozytom, Oligodendrogliom und Oligoastrozytom (WHO-Grad III) und auch die bösartigste Form, das Glioblastoma multiforme (WHO-Grad IV) bilden den wesentlichen Anteil der astrozytären Tumoren. Bedingt durch die ungünstige Prognose für Patienten mit Glioblastomen bedarf es einer Optimierung der therapeutischen Maßnahmen. Die momentane Therapie besteht nach Konstitution des Patienten und der Lokalisation des Tumors meist aus der Operation mit angeschlossener Strahlen- und eventueller adjuvanten Chemotherapie. Die Prognose ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der Ausbreitung und der Lokalisation des Tumors und hat sich in den letzten Jahren leider nur unwesentlich verbessert, da immer noch von einer medianen Überlebenszeit des Patienten zwischen 8 und 15 Monaten im Falle eines Glioblastoms ausgegangen werden kann. Die Entstehung und Progression von malignen Tumorerkrankungen sind eng mit Störungen und Defekten in Signalwegen, die das Zellüberleben und den Zelltod regulieren, verknüpft. Aberrationen, wie die Blockade von Tumorsuppressorgenen, oder die Aktivierung bzw. Überexpression von Onkogenen, führen zur veränderten Expression von Zelltod-inhibitorischen Genen wie den anti-apoptotischen Bcl-2 Familienmitgliedern, und letztendlich zu Abweichungen der normalen zellulären Homöostase. Veränderungen dieser Art bewirken, dass Tumorzellen die Fähigkeit erhalten, unkontrolliert zu proliferieren, infiltrativ zu wachsen und eine eigene Vaskularisierung zu initiieren. Tumorzellen besitzen eine erhöhte Apoptose- und Zelltodresistenz, die maßgeblich durch die stark erhöhte Expression von anti-apoptotischen Bcl-2-Proteinen gekennzeichnet ist. In der vorliegenden Arbeit stand daher die Fragestellung im Mittelpunkt, inwieweit anti-apoptotische Proteine der Bcl-2-Familie zur Resistenz von malignen Gliomzellen gegen die Apoptose und den autophagischen Zelltod beitragen und wie diese Mechanismen gezielt überwunden werden können. Die Blockade der vier Familienmitglieder der Bcl-2-Subfamilie (Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1, Bcl-w) wurde über den Einsatz von spezifischen Inhibitoren, den sogenannten BH3-Mimetika, vermittelt. BH3-Mimetika besitzen eine hohe Affinität zur Bindungstasche der Bcl-2-Proteine, wobei durch die Bindung eine Blockade des Proteins hervorgerufen wird. Die eingesetzten BH3-Mimetika haben unterschiedliche Bindungsprofile und können daher ein, zwei oder mehrere Proteine der Bcl-2-Familie inhibieren. Die verwendeten Inhibitoren BH3I-2, HA14-1 und ABT-737, die nur eine limitierte Wirkung auf den Zelltod von Gliomzellen entfalteten, sind allesamt nicht in der Lage, Mcl-1 zu blockieren. Deshalb wurde zusätzlich ein Pan-Bcl-2-Inhibitor, das (-)-Gossypol, verwendet. Dieser Inhibitor hemmt alle anti-apoptotischen Bcl-2-Familienmitglieder, und steigerte über die Inhibition und Degradation von Mcl-1 effizient den Zelltod von Gliomzellen. Dagegen zeigte die (-)-Gossypol-Behandlung in nicht transformierte Astrozytenkulturen keine zytotoxischen Effekte. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass durch das BH3-Mimetikum (-)-Gossypol ein autophagischer Zelltod induziert wird. Unter der Verwendung eines charakteristischen Markerproteins, dem LC3-Protein, konnte nach Induktion des nicht-apoptotischen, autophagischen Zelltodes durch (-)-Gossypol eine Translokation von GFP-LC3 in die Autophagosomen und Autolysosomen festgestellt werden. Viele Gliome weisen eine Methylierung des MGMT-Promotors auf, die es den Zellen erschwert, schnell DNA-Schäden zu reparieren. Aufgrund dieser Methylierung sind diese Tumoren sensitiv für eine Behandlung mit alkylierenden Substanzen (Temozolomid). Auf Grundlage dieser Beobachtungen wurden die kombinatorischen Effekte von BH3 Mimetika und Temozolomid in MGMT-positiven (U87) und MGMT-negativen (U343) Gliomzelllinien verglichen, wobei sich lediglich in MGMT-negativen U343-Gliomzellen signifikante, kombinierte Effekte ergaben. Dieser Zelltod war mit einer Potenzierung der Autophagie assoziiert, nicht jedoch mit einer Aktivierung von Caspasen und einer lysosomalen Dysfunktion. Die Depletion des endogenen Autophagieinhibitors mTOR bewirkte nach den Behandlungen mit (-)-Gossyol und TMZ einen zusätzlichen zytotoxischen Effekt. Im Gegensatz dazu wurde durch lentivirale RNA-Interferenz gegen die Autophagiegene ATG5 und Beclin1 eine potente Reduktion der zellulären Autophagie und des autophagischen Zelltodes erreicht. Insgesamt unterstreichen diese Daten die zentrale Rolle von Bcl-2 Proteinen für die Regulation der Autophagie und legen nahe, dass durch (-)-Gossypol und (-)-Gossypol in Kombination mit Temozlomid in Gliomzellen zytotoxische Autophagie induziert wird.
In der vorliegenden Arbeit wurde in einer Fall-Kontroll-Studie mit 483 Fällen und 300 Kontrollen das Risiko für die berufsbedingte Supraspinatussehnenruptur durch Arbeiten auf oder über Schulterniveau untersucht. Dabei ergab sich eine statistisch signifikante Risikoerhöhung durch das Arbeiten auf oder über Schulterniveau. Eine Dosis-Antwortbeziehung zeigte einen Zusammenhang der Ereignisse. Am stärksten war die Risikoerhöhung bei Patienten, die lebenslang kumulativ mindestens 3195 Stunden auf oder über Schulterniveau arbeiteten. Die adjustierte Odds Ratio dafür betrug 2,1 (CI 1,2-3,7), das Ergebnis ist statistisch signifikant. Neben dem beruflichen Arbeiten auf oder über Schulterniveau gibt es andere Faktoren, die die Entstehung einer Rotatorenmanschettenruptur begünstigen. Dabei sind Alter, Heben/Tragen von Lasten über 20 kg und Arbeiten mit handgeführten vibrierenden Werkzeugen zu nennen. Deshalb wurden die Daten hinsichtlich dieser Faktoren adjustiert. Auch einige Sportaktivitäten können das Risiko für die Rotatorenmanschettenruptur erhöhen. Deshalb wurden die Daten auch für Geräteturnen, Kugelstoßen, Speer- und Hammerwerfen, Ringen und Tennis adjustiert, und die sportliche Anstrengung wurde als Confounder behandelt. Die Ergebnisse stehen im Einklang mit Ergebnissen früherer Studien, die ebenfalls eine Risikoerhöhung für die Entstehung der Rotatorenmanschettenruptur durch Arbeiten auf oder über Schulterniveau zeigen. Eine genaue Dosis, die zu dieser Risikoerhöhung führt, wurde in der Literatur bisher nicht genannt. Die vorliegende Arbeit liefert die Evidenz für die Annahme eines erhöhten Risikos der Ruptur der Sehne des M. supraspinatus bei Arbeiten auf oder über Schulterniveau. Weiterhin besteht ein Potential für eine primäre Prävention, indem Arbeiten auf oder über Schulterniveau möglichst ganz vermieden wird. Daher sollte die Ruptur der Sehne des M. supraspinatus als eigene Berufskrankheit in die Liste der Berufskrankheiten aufgenommen und die Betroffenen bei kumulativem Arbeiten von mindestens 3200 Stunden auf oder über Schulterniveau entschädigt werden.
Zielsetzung: Die Evaluation der transarteriellen Chemoembolisation (TACE) bei nicht resektablen primären (CCC) und sekundären (Lebermetastasen verschiedener Primärtumoren) Lebermalignomen anhand des lokalen Tumoransprechens, des klinischen Ansprechens und der Überlebensdaten. Material und Methodik: Im Zeitraum vom 1999 bis 2009 wurden in unserem Tumorzentrum 898 Patienten mit CCC und Lebermetastasen mittels TACE behandelt. Die behandelten Tumorentitäten waren im Einzelnen das cholangiozelluläre Karzinom (CCC) (n=46; 5,1%) sowie Lebermetastasen des: kolorektalen Karzinoms (CRC) (n=463; 51,7%), Mammakarzinoms (n=208; 23,2%), Aderhautmelanoms (n=33; 3,7%), Nierenzellkarzinoms (n=22; 2,5%), neuroendokrinen Karzinoms (NET) (n=48; 5,4%), Magenkarzinoms (n=25; 2,8%), Ovarialkarzinoms (n=30; 3,3%) und nicht-kleinzelligen Bronchialkarzinoms (NSCLC) (n=21; 2,3%). Als Zytostatika wurden Mitomycin C (8 mg/m²), Gemcitabine (1000 mg/m²), Irinotecan (150 mg/m²) und Cisplatin (60 mg/m²) verwendet. Als Embolisat wurden Lipiodol und Microsphären (EmboCept®) verwendet. Mindestens drei TACE Sitzungen pro Patient wurden in vierwöchigen Abständen ambulant durchgeführt. Das radiologische Tumoransprechen wurde mittels Magnetresonanztomographie (MRT) und/oder Computertomographie (CT) bestimmt und nach den RECIST-Kriterien klassifiziert. Das klinische Ansprechen wurde im Verlauf der Behandlung in neoadjuvant, palliativ und symptomatisch eingeteilt. Die Überlebensdaten wurden nach der Kaplan-Meier-Methode berechnet. Ergebnisse: Die Mindestzahl der durchgeführten TACE war drei. Bei 46 Patienten mit CCC wurden bei 11% PR, bei 60,7% SD und bei 28,3% PD bei einer medianen Überlebenszeit von 14,5 Monaten dokumentiert. 2,2% der Patienten wurden neoadjuvant, 73,9% palliativ und 23,9% symptomatisch behandelt. Bei 463 Patienten mit Lebermetastasen des CRC wurden bei 14,7% PR, bei 48,2% SD und bei 37,1% PD dokumentiert. Die mediane Überlebenszeit lag bei 14 Monaten. 12,9% der Patienten wurden neoadjuvant, 72,4% palliativ und 14,7% symptomatisch behandelt. Bei 208 Patienten mit Lebermetastasen des Mammakarzinoms wurden bei 13% PR, bei 50,5% SD und bei 36,5% PD bei einer medianen Überlebenszeit von 18,5 Monaten dokumentiert. Die Patienten wurden zu 18,75% neoadjuvant, zu 15,38% symptomatisch und zu 65,87% palliativ behandelt. Bei Patienten mit Lebermetastasen des Aderhautmelanoms wurden bei 15,2% PR, bei 42,4% SD und bei 42,4% PD dokumentiert. Die mediane Überlebenszeit betrug 18 Monate. Die klinische Situation war zu 3% neoadjuvant, zu 24,2% symptomatisch und zu 72,8% palliativ. Bei Patienten mit Lebermetastasen des Nierenzellkarzinoms wurden bei 13,7% PR, bei 59% SD und bei 27,3% PD bei einer medianen Überlebenszeit von 6,6 Monaten dokumentiert. Die klinische Situation war zu 81,8% palliativ und zu 18,2% symptomatisch. Bei Patienten mit Lebermetastasen des NET wurden bei 18,8% PR, bei 52,1% SD und bei 29,1% PD dokumentiert. 81,2% der Patienten wurden palliativ und 18,8% symptomatisch behandelt. Patienten mit Lebermetastasen des Magenkarzinoms hatten eine mediane Überlebenszeit von 10,5 Monaten. SD wurde bei 60% und PD bei 40% dokumentiert. 76% der Patienten wurden palliativ und 24% symptomatisch behandelt. Bei den Patientinnen mit Lebermetastasen des Ovarialkarzinoms wurden bei 20% PR, bei 26,7% SD und bei 53,3% PD dokumentiert. Die mediane Überlebenszeit betrug 23,7 Monate bei folgendem klinischen Ansprechen: 13,3% symptomatisch und 86,7% palliativ. Für Patienten mit Lebermetastasen des NSCLC wurden bei 14,3% PR, bei 47,6% SD und bei 38,1% PD bei medianer Überlebenszeit von 11,7 Monaten dokumentiert. Die Patienten wurden wie folgend behandelt: 81% palliativ und 19% symptomatisch. Schlussfolgerung: TACE bei primären (CCC) und sekundären (Lebermetastasen verschiedener Primärtumoren) Lebermalignome stellt ein gut verträgliches, minimal invasives, lokoregionales Verfahren dar, das zu einem guten Tumoransprechen, Lebensverlängerung sowie Verminderung der Symptomatik führt.
Mesenchymale Stammzellen (MSC) rücken in der regenerativen Medizin und im Tissue Engineering immer mehr in den Vordergrund. Im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen bergen sie keine ethischen Probleme und sind leicht zu isolieren. Die ursprünglich aus Knochenmark gewonnenen MSC können inzwischen aus vielen verschiedenen Quellen wie Nabelschnurblut [Kern et al. 2006], Dentalgewebe [Huang et al., 2009], Plazenta [Huang et al., 2009], Haut [Salvolini et al., 2009] und aus Fettgewebe isoliert werden [Zuk et al., 2001]. Der Immunphänotyp variiert zwischen den aus verschiedenen Quellen gewonnenen MSC nur gering. Die Gewinnung aus Fettgewebe hat den Vorteil, dass eine minimal invasive Prozedur und eine hohe Ausbeute zusammenkommen. Die Stammzellen aus Fettgewebe (ASC) können in der Therapie eingesetzt werden und zu der Regeneration von Geweben nach Verletzungen beitragen [Wong et al., 2008; Poulsom et al., 2001]. Der genaue Mechanismus mit dem die Stammzellen wirken ist allerdings noch nicht geklärt. Sowohl die Integration der MSCs in das Gewebe als auch ein rein parakriner Einfluss wurden nachgewiesen. Klar ist nur, dass ein positiver Effekt von einer Therapie mit MSC ausgeht [Mizuno et al., 2009]. In vivo sind Zellen verschiedenen Einflüssen ausgesetzt, die den Zustand einer Zelle bestimmen. Lösliche Faktoren wie Wachstumsfaktoren, Hormone oder Vitamine wirken dabei ebenso wie die extrazelluläre Matrix und Zell-Zell-Kontakte auf die Zelle ein, die mit Wachstum, Zellform, Differenzierung oder Ähnlichem antwortet. In meiner Arbeit wurden daher drei unterschiedliche Ansätze für die in vitro Differenzierung von ASC in epitheliale Tubuluszellen untersucht: (1) die Wirkung von löslichen Faktoren, die dem Medium zugesetzt wurden, (2) der Einfluss der extrazellulären Matrix aus zum einen Tubuluszellen und zum anderen Matrigel und (3) die Co-Kultur, bei der auch direkter Zell-Zell-Kontakt untersucht wurde. Damit, und mit einer Kombination der einzelnen Bereiche, sollte das natürliche Umfeld der Tubuluszellen simuliert werden und epitheliale Differenzierung initiieren. Die Zugabe von ATRA, ActA und BMP-7 führte zu einer Differenzierung in die epitheliale Richtung, während die extrazelluläre Matrix aus Tubuluszellen nicht dafür ausreichte. Matrigel hingegen, konnte besonders in der Verbindung mit konditioniertem Medium eine Differenzierung induzieren. Die indirekte Co-Kultur über Membraneinsätze, über die u. a. der parakrine Einfluss der Tubuluszellen untersucht werden sollte, führte zu morphologischen Veränderungen der ASC, die aber nicht mit den hier verwendeten epithelialen Markern nachgewiesen werden konnte. Der direkte Zell-Zell-Kontakt zeigte eine Reduktion des Oberflächen Markers CD90 verbunden mit einer Erhöhung der Expression von CK18. Die Differenzierung von ASC in epitheliale Zellen ist also auf drei verschiedenen Wegen möglich. Zwischen verschiedenen Isolationen von ASC traten hohe Schwankungen bezüglich der Expression von Oberflächenmarkern und Proliferation auf, was auch einen Einfluss auf die Differenzierung haben könnte. Ein Grund dafür könnte die Heterogenität von ASC sein. Zur Reduzierung dieser wurden daher ein Waschschritt eine Stunde nach Kulturbeginn und eine immunomagnetische Isolation mit CD49a, CD90, CD105 oder CD271 durchgeführt. Die immunomagnetische Aufreinigung führte nur zu einer leichten Verbesserung der Heterogenität, aber zu einer sehr geringen Zellausbeute. Für den Waschschritt konnte gezeigt werden, dass die Expression der Stammzellmarker Nestin, oct4 und sall1 signifikant erhöht und Desmin und smA Expression reduziert wurden, was auf eine Reduktion der Heterogenität hindeutete. Der zusätzliche Waschschritt kann also schnell und unkompliziert die Heterogenität der ASC reduzieren. Die Differenzierung von ASC in epitheliale Tubuluszellen durch den Einfluss von Zell-Zell-Kontakten zeigt vielversprechende Ansätze und sollte weiter verfolgt werden. Eine verlängerte Kulturdauer sollte dabei angestrebt werden, da auch die adipogene Differenzierung zumeist erst nach 14 bis 21 Tagen nachweisbar war. Dafür müsste die Markierung mit CellTracker länger nachweisbar sein. Eine Inhibierung der Proliferation könnte die Grundlage dazu liefern. Um den Stand der Differenzierung in die epitheliale Richtung nachzuweisen, könnten andere epitheliale Marker, Ionenkanäle, die erst spät in den Tubuluszellen angelegt werden, und funktionelle Mechanismen untersucht werden. Das Zusammenspiel der verschiedenen Einflüsse auf die Zelle könnte ebenfalls noch genauer untersucht werden. Für die Regenerative Medizin ist es aus Gründen der GMP sinnvoller, die Zellen nur mit dem Zusatz an löslichen Faktoren zu differenzieren. Der Ansatz mit ATRA, ActA und BMP-7 scheint sehr vielversprechend zu sein und könnte in dieser Hinsicht weiter ausgebaut werden.
Fullerene, Nanoröhren und auch anderen hohlen Strukturen können Atome oder Moleküle in ihrem Inneren einschliessen. In solchen Systemen beeinflussen sich die einschliessenden und eingeschlossenen Strukturen gegenseitig, und es existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Effekte: Änderungen der Energieeigenwerte, Änderungen der Elektronenstruktur sowie Ladungsaustausch zwischen den beiden Teilen des Systems. All diese Effekte beeinflussen die Absorbtionsspektren beider Systembestandteile. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt auf einem dieser Effekte: Dem dynamischen Abschirmungseffekt. Den dynamischen Abschrimungseffekt findet man insbesondere bei solchen Systemen, bei denen die einschliessende Struktur viele delokalisierte Elektronen besitzt. Zu solchen Systemen gehören zum Beispiel endohedrale Komplexe sowie "Nano Peapods" (Nanoröhren mit eingeschlossenen Atomen oder Molekülen). Ursächlich für den dynamischen Abschirmungseffekt ist die Tatsache, dass die Elek- tronen des umschliessenden Käfigs die eingeschlossene Struktur gegen elektromagentische Wellen abschirmen. Mit anderen Worten: Dass das elektrische Feld sowohl innerhalb als auch ausserhalb der einschliessenden Struktur wird vom polarisierenden Feld der einschliessenden Struktur beein°usst. Klassisch betrachtet ist die Photoabsorbtionsrate eines Objektes proportional zu der Intensität eines elektrischen Feldes. Somit unterscheidet sich die Photoabsorbtionsrate (und auch der Wirkungsquerschnitt) der gleichen elektromagnetischen Welle einer Struktur innerhalb eines Einschlusses von der Photoabsorbtionsrate eines freien Atoms oder Moleküls. Der dynamische Abschirmungsfaktor dient als Beschreibung des Verhältnisses dieser beiden Wirkungsfaktoren. Darüber hinnaus können, da die Käfigstruktur viele delokalisierte Elektronen besitzt, Elektronen gemeinsam angeregt werden und somit Plasmons hervorrufen. Wenn sich die Frequenz der anregenden elektromagentischen Strahlung der Resonanzfrequenz dieser Plasmonen annähert, wird das polarisierende Feld besonders gross. Im Endeffekt beobachtet man nahe der Plasmon-Frequenz einen starken Anstieg des Wirkungsquerschnittes der eingeschlossenen Struktur. Der Schwerpunkt in dieser Arbeit liegt auf einer spezifischen Art von System: Endo- hedrale Komplexe. Diese Strukturen wurden mit einem klassichen Ansatz untersucht. Die Fullerene wurden, da sie viele delokalisierte Elektronen besitzen als dielektrische Schalen modelliert, mit der dielektrischen Funktion eines freien Elektronengases. Dabei ist der dynamische Abschrimfaktor durch Auswertung des gesamten elektrischen Feldes am Ort des Atoms im Vergleich zur Stärke des externen elektrischen Feldes definiert. Der dynamische Abschrimungsfaktor wurde für eine Vielzahl unterschiedlicher Situationen untersucht. Im einfachsten Fall, bei dem die Polarisierbarkeit des eingeschlossenen Atoms vernachlässigbar klein ist, ist der dynamische Abschirmfaktor unabhängig von der Position des Atoms innerhalb des Fullerens. Die Veranderung des elektrischen Feldes wird vollständig von der dynamischen Reaktion des Fullerens auf das externe Feld bestimmt. Da das Fulleren von endlicher Dicke ist (definiert duch die räumliche Ausdehnung der Elektronenwolke), besitzt es zwei Oberflächen. Die Wirkung der elektromagnetischen Welle induziert oszillierende Oberflächen-Ladungs-Dichten. Die Oberflächen-Ladungs-Dichten wechselwirken und erzeugen somit zwei Plasmon Eigenmoden: eine symmetrische Mode bei der beide Ladungsdichten in Phase oszillieren und eine antisymmetrische bei denen sie gegen-phasig oszillieren. Der dynamische Abschirmfaktor eines solchen eingeschlossenen Atoms zeigt zwei ausgeprägte Peaks, welche eine Manifestation dieser beiden Oberflächen-Plasmone sind. Die Wechselwirkung zwischen diesen Plasmon-Moden wurde untersucht. Darüber hinnaus wurde der Einfluss der Grösse des Käfigs untersucht; mit Fallbeispielen für C20, C60, C240 und C960 [2, 3]. Im Grenzfall eines unendlich dünnen Fulleren-Käfigs ist nur ein einelnes Oberflächen-Plasmon zu beachten. Als nächstes wurde der Einfluss des eingeschlossenen Atoms untersucht [3{5]. Wenn dessen Polarisierbarkeit gross ist, wird ein reziproker Einfluss des Dipol-Moments des Atoms auf das Fulleren messbar. Dies wurde zunächst unter der Annahme eines zentral angeodneten Atoms für die folgenden drei Fälle untersucht: Ar@C60, Xe@C60 and Mg@C60. Der dynamische Abschirmfaktor verÄanderte sich dabei nur wenig. Der stärkste Einfluss auf das Verhalten des Abschirmfaktors ensteht durch Unstetigkeiten in der Polarisierbarkeit des Atoms nahe dessen Ionisierungs-Schwelle. Die Wahl dieser drei Fallstudien ist durch die quantenmechanischen Berechnungen von [7-9] motiviert. Der Vergleich mit diesen Berechnungen zeigt hohe Übereintismmungen für Ar@C60 und Xe@C60. Allerdings fanden sich auch grosse Unterschiede für Mg@C60, vor allem bei niedriger Photonen-Energie. Das Fulleren besitzt zwei Arten von Valenzelektronen: Die ¼-Elektronen und die stärker gebundenen ¾-Elektronen. Dies führt zum Auftreten zweier Oberflächen-Plasmons in Fullerenen. Dabei ist allgemein bekannt, dass das Buckminster-Fulleren ein Plasmon nahe 8 eV, sowie ein deutlich größeres nahe 20 eV besitzt. Diese sind mit den ¼-Elektronen, respektive den ¾-Elektronen verknüpft (auch wenn ¼-Elektronen zusÄatzlich zu dem ¾-Plasmon beitragen). Aufgrund dieser Tatsache wäre es angemessener, die Valenzelektronen nicht als Ein-, sondern als Zwei-Komponenten-Elektronen-Gas zu behandeln. Um dies miteinzubeziehen, passten wir unser Modell dahingehend an, dass wir das Fulleren als zwei unabhängige kozentrische dielektrische Schalen simulieren. Die Valenzelektronen wurden so auf die zwei Schalen aufgeteilt, dass eine Schlale alle Elektronen enthielt, die Teil des ¼{Plasmons sind, und die andere alle Beteiligten am ¾{Plasmon [4, 5]. Der Vergleich dieses modifizierten Modelles mit den quanten{mechanischen Berechnungen zeigte eine deutlich verbesserte Übereintismmung der Ergebnisse. Alle Merkmale der Berechnungen, vor allem das deutliche Maximum nahe 10 eV bei Mg@C60, konnten reproduziert und damit erklärt werden. Bedingt durch die endliche Dicke der Fulleren-Schale spalten jeder der beiden Plasmonen in jeweils zwei Plasmon Eigenmoden auf. Daher zeigt der dynamische Abschirm-Faktor nun vier Haupt{Eigenschaften welche die vier Plasmon-Moden abbilden. Nichtsdestotrotz zeigen sich immer noch quantitative Unterschiede im Falle von Mg@C60. Fürr Ar@C60 und Xe@C60, bei welchen das ursprÄungliche Modell bereits gute Fits zeigte, werden diese Fits durch die Anpassungen im Modell sogar noch verbessert. Interessanterweise zeigen sich die größten Veränderungen des dynamischen Abschirm-Faktors bei niedrigen Photonen{Energien, also im Bereich des ¼-Plasmons. Betrachtet man den Querschnitt dieses Fulleren Modells, so zeigt der Querschnitt Eigenschaften die den vier Ober°Äachen{Plasmon{Moden des Fullerens zugeordnet werden. Vergleicht man dies mit anderen theoretischen Arbeiten [12] und einer Sammlung verschiedener experimenteller Messungen [10], so zeigt sich, dass alle SchlÄussel{Eigenschaften des Querschnittes in unserem Modell vorhanden sind. Abschlie¼end wurde die Abhängigkeit des dynamische Abschirm-Faktors von der Position des endohedralen Atoms innerhalb des Fullerens anhand zweier Fallstudien, Ar@C60 und Ar@C240 [3, 4], untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der dynamische Abschirmfaktor relativ unempfindlich gegenüber Veränderung des Positions-Winkels des Atoms ist. Die radiale Position hingegen stellte sich als sehr wichtig heraus. Je mehr sich das Atom der Fulleren-Hülle nähert, desto grösser wird der dynamische Abschirmfaktor. Diese Studien zeigen, dass es notwendig ist, eine Art räumlichen Mittelwertes für den dynamische Abschirmfaktor zu bestimmen, um sichtbare Resultate zu erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine Methode für solch einen Mittelwert entwickelt [3, 4]. Neben der Untersuchung des dynamische Abschirm-Faktors wurde auch ein Vergleich mit experimentellen Messungen erarbeitet. Im Falle von Ce@C82 war die Photon{Energiespanne sehr hoch, weit über der Plasmon-Energie des Fullerens. Das Fulleren sollte daher für eine solche Bestrahlung durchlässig sein, und daher würde man keinen dynamischen Abschirmungs-Effekt finden können. Der Vergleich für Sc3N@C80 ist komplizierter. Da es sich dabei um ein rein klassisches Modell handelt, muss man achtgeben, es nicht mit dem vollständig freien Komplex zu vergleichen, sondern zusätzlich quanten{mechanische Effekte aus Confinements, wie zum Beispiel Elektronen{Transfers, miteinzubeziehen. Zudem ist das aktuelle Modell zu dynamischer Abschirmung nicht für Moleküle, sondern nur für einzelen Atomeentwickelt worden. Ein erster naiver Vergleich, in welchem der Endohedrale Komplex als Pseudo{Atom modelliert wurde, konnte die breite Struktur der experimentellen Ergebnisse nicht wiedergeben. Berechnungen des dynamischen Abschirmfaktors und des daraus resultierenden Querschnittes für ein einzelnes Scandium{Ion zeigte, dass auch räumliches Mitteln nicht ausreicht um die experi-mentellen Beobachtungen erklären zu können. Die Anwesenheit des Fullerens führt zur Öffnung eines neuen Kanals innerhalbdes Auger Prozesses [6, 11] und damit zur Verbreiterung der atomaren Spektrallinienweite. Berücksichtigt man diesen Effekt, so kann die ÄAhnlichkeit zu den experimentellen Ergebnissen deutlich erhöht werden. Allerdings ist es wichtig dabei auch die räumlichen Abhängigkeiten des Effekts, wie auch die der dynamischen Abschirmung, zu beachten. Erste vorläufige Ergebnisse deuten an, dass die beiden genannten Effekte, zumindest teilweise, dabei helfen können, die experimentell gefunden Ergebnisse zu erklären. Unser Modell zur Berechnung des dynamischen Abschirmfaktors liefert eine detaillierte Beschreibung und mögliche Erklärungen der diskutierten Phänomene, welche über die bisherige Arbeiten in der theoretischen Literatur hinausgehen. Die wichtigen Eigenschaften der experimentellen Arbeiten konnten mit dem Modell reproduziert werden, und mit der Verbreiterung der atomaren Spektrallinienweite und der dynamischen Abschirmung konnten wir zwei Effekte als mögliche bisher nicht berücksichtigete Erklärungen für einige dieser Eigenschaften herausarbeiten.
In unserer Untersuchung wurde die systolischen und diastolischen Funktionsparameter sowohl bei gesunden Kindern als auch im Rahmen der Früherkennung toxischer Kardiomyopathien nach Anthrazyklintherapie mittels 3D- und 2D-Echokardiographie bestimmt. Wir konnten eine signifikante Abnahme der EF unter anthrazyklinhaltiger Chemotherapie durch beide Messverfahren nachweisen (2D: p= 0,013033; 3D: p = 0.001526). Jedoch zeigte sich keine Korrelation der Ergebnisse beider Verfahren (Bland-Altmann´s Korrelationskoeffizient r=0,1897, Student´s t-Test p<0,01). Die nach Teichholz ermittelte LVEF lag in der therapienaiven Gruppe um durchschnittlich 7% in der therapierten um 8% höher als in der 3D-Messung, hier zeigte sich nur bei zwei Kindern eine leichtgradige Einschränkung der EF und bei einem Kind eine höhergradige Einschränkung der EF nach Chemotherapie. Der Mittelwert der dreidimensional ermittelten LVEF lag in der mit Anthrazyklinen therapierten Gruppe nah am unteren Normwert. Bei neunzehn Kindern konnte eine leicht eingeschränkte linksventrikuläre Funktion nachgewiesen werden, bei einem Kind war sie höhergradig eingeschränkt. Es konnten also mit Hilfe der 3D-Echokardiographie signifikant mehr beginnende Einschränkungen der LVEF nachgewiesen werden (p=0,00520). Durch diese Ergebnisse wird die Relevanz guter Vorsorgeuntersuchungen vor und während anthrazyklinhaltigen Chemotherapien offenkundig. Mit Hilfe der 3D-Echokardiographie können schon frühzeitig beginnende Kardiomyopathien entdeckt und behandelt werden. Bei frühzeitigem Behandlungsbeginn können die Spätfolgen deutlich reduziert werden (70/71). Gerade im Kindesalter ist dies von großer Bedeutung, da die jungen Patienten die längste Zeit ihres Lebens noch vor sich haben und am meisten unter der stark eingeschränkten Lebensqualität bei Kardiomyopathie leiden. Einige Kinder mussten in der Vergangenheit nach anthrazyklinhaltiger Chemotherapie herztransplantiert werden (96). Als wesentliches Merkmal einer beginnenden Herzschädigung vor einer manifesten Einschränkung der linksventrikulären systolischen Funktion gilt die diastolische Herzfunktion. Wir konnten zeigen, dass signifikant mehr diastolische Funktionsstörungen (p= 0,011185) nach anthrazyklinhaltiger Chemotherapie als vor der Therapie auftraten, außerdem konnten wir in diesem Zusammenhang auch eine Dosisabhängigkeit mit linearem Trend nachweisen. Patienten, denen Dosen von 200-400 mg/m² appliziert wurden, weisen sigifikant (p= 0,033310) häufiger diastolische Funktionsstörungen auf als vor Therapie. Dies konnte bei Dosen von 0-200 mg/m² nicht gezeigt werden, allerdings kann man durch die graphische Darstellung auf eine Tendenz schließen. Entsprechend der Studie von Sorensen et al. (136) nehmen wir eine Anthrazyklindosis von > 200 mg/m² als Hauptrisikofaktor für die Entwicklung einer toxischen Kardiomyopathie an. Als positives Ergebnis unserer Untersuchung ist das insgesamt seltene Auftreten von relevanten Kardiomyopathien zu werten, auch die diastolische Funktion liegt bei den meisten Kindern nach Therapie im Normbereich. Am ehesten ist dies der sorgfältigen Vorsorge und der strengen Einhaltung der kumulativen Schwellendosis zuzuschreiben.
HINTERGRUND: Die BioPhysio™ (Edwards Lifescience LLC, Irvine, CA) Bioprothese wurde konstruiert um die hämodynamischen Eigenschaften bisher verfügbarer gerüsttragender Aortenklappenprothesen weiter zu verbessern. Ein flexibles Nitinolgerüst, welches die natürlichen Bewegungen der Aortenwurzel während des Herzzyklus zulässt und trotzdem einfach implantiert werden kann, ist die Hauptinnovation dieser Prothese. Das Ziel dieser Studie ist die klinische Evaluation dieser neuen Prothese. METHODEN: Zwischen Dezember 2004 und August 2005 wurden 50 BioPhysio Aortenklappenprothesen implantiert. Das mittlere Alter der Patienten betrug 75,9 ± 5,1 Jahre. Klinische Ergebnisse, Klappenöffnungsflächen, transvalvuläre Gradienten und der Rückgang der Linksventrikelhypertrophie wurden echokardiographisch vor der Entlassung, nach sechs Monaten, zwölf Monaten und 24 Monaten nachuntersucht. ERGEBNISSE: Die Gesamtsterblichkeit betrug 14,3% (n=6), wobei nach zwölf Monaten 9,5% (n=4) und nach 24 Monaten 4,8% (n=2). Alle Todesfälle waren nicht klappenbezogen. Ein Patient erlitt zwei Jahre nach der Operation eine Endokarditis und wurde erneut operiert. Es gab keine Fälle von Herz- oder Nierenversagen. Die Bioprothese zeigte gute hämodynamische Eigenschaften. Eine signifikante Reduktion des mittleren Gradienten auf 15,1 ± 8,3 mmHg konnte erzielt werden. Die mittlere Klappenöffnungsfläche betrug 1,5 ± 0,7 cm² und die mittlere Ejektionsfraktion 60,7 ± 7,2%. Es traten keine Aorteninsuffizienzen auf. Die New York Heart Association Funktionsklasse verbesserte sich bei allen Patienten und es konnte eine signifikante Reduktion des Linksventrikelmasseindex von 185,7 ± 49,6 g/m² festgestellt werden. KONKLUSION: Die klinische Darbietung der neuen BioPhysio Bioprothese ist vergleichbar mit den konventionellen gerüstlosen Herzklappenprothesen. Durch ihr einzigartiges Design ist sie jedoch schneller und einfacher zu implantieren als konventionelle gerüstlose Prothesen.
Die Novellierung des Hochschulrahmengesetzes zum Wintersemester 2005/06 hat den Universitäten die Möglichkeit eröffnet, 60 Prozent der Studierenden direkt auszuwählen und damit intensiv in die Konzeption der zahnmedizinischen Studienplatzvergabe einzugreifen. Vor diesem Hintergrund war das Ziel dieser Untersuchung, sowohl objektive schulische Parameter als auch außerschulische Prädiktoren (soft skills) zu eruieren, welche voraussichtlich für ein erfolgreiches Studium, definiert aus guten Noten und Einhaltung der Regelstudienzeit, sprechen. Dazu wurde nach einer Pilotuntersuchung an 114 Kongressteilnehmern der AFDT-Tagung in Bad Homburg (heutige DGFDT) eine Befragung an 260 Studierenden und 64 Mitarbeitern/übrige an der Universität Frankfurt/Main (Zahnärztliches Universitäts-Institut) durchgeführt und die gewonnen Ergebnisse in Korrelation mit den erbrachten universitären Leistungen gesetzt. Die Bewerberzahlen für das Zahnmedizinstudium belaufen sich auf ein Viertel der Mediziner in Frankfurt/Main. Daraus resultieren in Hinblick auf den Untersuchungszeitraum von einem Jahr zwangsläufig geringere Datenmengen und damit unweigerlich Einschränkungen in der statistischen Zuverlässigkeit. Anhand der Ergebnisse und der erhobenen Daten des Studierendenfragebogens wurde der tendenzielle Prototyp des Zahnmedizinstudierenden ermittelt, welcher voraussichtlich erfolgreich, d.h. schnell und gut sein Studium bewältigen wird. Hierbei handelt es sich um eine Zusammenfassung von zum größten Teil nicht signifikanten, deskriptiv gewonnenen Ergebnissen, welche in ihrer so aufgezeigten Gesamtheit keinen Impuls zur Selektion bieten sollen, sondern lediglich schwache Tendenzen zur Standortbestimmung aufzeigen. Hiernach handelt es sich bei dem erfolgreich Studierenden um eine weibliche Person. Sie belegt während ihrer gymnasialen Schulzeit in Hessen oder im Ausland die Leistungskursfächer Mathematik und Chemie, absolviert das große Latinum und belegt bis zum Ende der Oberstufe das Fach Musik. Die Schülerin widmet der Schulzeit voll und ganz ihre Aufmerksamkeit und investiert deshalb keine Zeit in außerschulische Aktivitäten (soft skills). Während der Oberstufe entscheidet sich die psychisch stabile und nie krank werdende Frau dazu, Zahnmedizin zu studieren, und schließt ihr Abitur mit einer Durchschnittsnote ab, die deutlich besser ist als 2,33. Unter den Familienmitgliedern der Studentin befindet sich kein Zahnarzt oder Zahntechniker, wohl aber ein Arzt. Nach dem Abitur bildet sie sich zunächst noch zur Zahntechnikerin weiter und vollzieht dann das Studium der Zahnmedizin ohne BAföG zu beziehen oder arbeiten zu müssen. Trotz allem muss natürlich in Bezug auf die soft skills festgehalten werden, dass durchaus Studierende ermittelt wurden, welche hervorragende Ergebnisse im Studium erzielten und sich zudem bezüglich außerschulischer Aktivitäten engagierten und herausragende Leistungen (z.B. Preisträger) vollbrachten. Die Ergebnisse bei den Mitarbeitern/übrige zeigen vor allem zwei Tendenzen. Zum einen schnitten diese im Vergleich zu den Studierenden in allen Prüfungsbereichen besser ab und zum anderen zeigt sich ebenso der Trend dahingehend, dass eine Abnahme der Angaben von soft skills eher mit einem erfolgreichen Studium korreliert. Als Hauptgrund sieht der Autor hier die "Erfolgsdruckunabhängigkeit", d.h. es besteht bei diesen nicht der Zwang, sich gegenüber anderen Mitarbeitern behaupten zu müssen, wie es verständlicherweise unter Wettbewerbsdruck vieler Studierender zu finden ist. Eindeutige Ergebnisse liegen bei den Kohorten mit der Zahntechnikerausbildung vor. Sowohl bei den Studierenden als auch bei den Mitarbeitern/übrige zeigt sich ein eindeutig besseres Abschneiden im Physikum im Bereich der Zahnersatzkunde, was eine wichtige Hürde im Verlauf des Zahnmedizinstudiums darstellt. Letztlich sieht der Autor den "goldenen Weg" zur Studierendenauswahl nur in der Kombination von Abiturdurchschnittsnote und manuellen Geschicklichkeitstests, plus Bonifikation derjenigen Studierenden mit Zahntechnikerausbildung. Soft skills können maximal einen Hinweis auf ein erfolgreiches Studium geben, eine signifikante Aussage konnte aber in keinem Fall gefunden werden.
Fischöle (n-3 PUFAs) haben potente antientzündliche Wirkungen und klinische Effekte bei chronischen kardialen Erkrankungen. Ebenso wurden positive Effekte auf die bronchiale Entzündung beschrieben. Ziel unserer Studie war es daher zu prüfen, ob eine alleinige fischölreiche Ernährung ohne zusätzliche PUFA-Supplementation messbare Auswirkungen einerseits auf den Lipidstatus im Blut der Patienten, andererseits auf das Ausmaß der nasalen und bronchialen Beschwerden sowie der bronchialen Entzündungsaktivität bei Graspollenallergikern aufweisen kann. Hierzu untersuchten wir 100 Patienten hinsichtlich ihrer nasalen und bronchialen Allergiesymptomatik, erfassten die Ernährungsgewohnheiten mittels eines standardisierten Fragebogens, und bestimmten im Blut den Lipidstatus (Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren; n-3 PUFA). Wir konnten zeigen, dass die Ernährung einen messbaren Einfluss auf den Gehalt an n-3 PUFA im Blut hat und dass dieser Gehalt bei Patienten mit regelmäßigem Fischkonsum höher lag als bei denjenigen, die keinen Fisch zu sich nahmen (Plasma-EPA-Konzentration: Fischesser 1,01 ± 0,7 wt%, Fischhasser 0,28 ± 0,1 wt%; p< 0,004; Plasma-DHA-Konzentration: Fischesser 2,30 ± 0,6 wt%, Fischhasser: 1,19 ± 0,3 wt%; p< 0,0001). Der Vergleich der Fettsäurewerte unserer Patienten mit den Werten von Milbenallergikern unter fünfwöchiger Fischöl-Supplementation machte allerdings deutlich, dass der n-3 PUFA-Gehalt mit gezielter Nahrungsergänzung noch weiter ansteigen kann. Die möglicherweise durch hohe n-3 PUFA-Konzentrationen bedingten protektiven Effekte auf die allergische Atemwegsentzündung der Patienten wurden an der Höhe des eNO als einem spezifischen und sensiblen Marker gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass Patienten, die viel Fisch zu sich nahmen, durchschnittlich einen niedrigeren eNO- Ausgangswert entsprechend einer geringeren Entzündung aufwiesen als Patienten ohne Fischkonsum (Fischesser: 21,38 ± 11,8 ppB; Fischhasser: 31,35 ± 19,8; p=0,188). Allerdings unterschied sich der mittlere eNO-Anstieg 24 Stunden nach Graspollenprovokation nicht zwischen Patienten mit Fischkonsum (18,25 ± 23,7 ppB) und Patienten ohne Fischkonsum (19,53 ± 31,6 ppB). Ebenso zeigte sich kein signifikanter Einfluss der PUFA-Spiegel auf das Gesamt-IgE, das spezifische IgE gegen Graspollen und den FEV1-Abfall nach bronchialer Allergenprovokation. Zusammengefasst macht unsere Untersuchung deutlich, dass eine alleinige Ernährung ohne Supplementation keinen signifikanten Effekt auf allergische und entzündliche Parameter bei Graspollenallergikern und milden Asthmatikern besitzt.
Der Typ 1 Diabetes ist eine klinisch heterogene Erkrankung. Sowohl die genetischen Faktoren als auch die Umwelt wirken bei der Entstehung der autoimmunologischen Prozesse dieser Erkrankung zusammen. Die Fragestellung der vorgestellten Untersuchung war, inwieweit sich ein Einfluss der exogenen Faktoren auf das Risiko des T1D der Betroffenen äußert und sich nachweisen lässt. Als Determinante der Veränderung der Umwelt diente die Migrationsbewegung der Bevölkerung. Die derzeitige Forschungslage bietet, trotz den seit Jahrzehnten geführten kontroversen Diskussionen dieser Frage, keine Klärung der Kausalitäten in der Pathogenese des T1D. Aus der vorliegenden Arbeit ergibt sich ein Hinweis auf einen möglichen Risikoanstieg von T1D bei Probanden mit einem Migrationshintergrund. Dabei wurden zum Einen die Überlegungen der Hygienehypothese berücksichtigt. Zum Anderen scheint ein Abfall der Vitamin D-Konzentration – aufgrund der geringeren Sonneneinstrahlung, die durch eine meist von Süd nach Nord verlaufende Migrationsbewegung bedingt ist – als ein möglicher Risikofaktor. Untersucht wurde eine Stichprobe von insgesamt 187 Typ 1 Diabetikern. Zur Erfassung der möglichen Maßparameter der gestellten Hypothese wurde ein Fragebogen verwendet und die Befragung fand in Form eines Telefoninterviews statt. Die klinischen Daten wurden den Krankenakten entnommen. Die rekrutierte Gesamtkohorte wurde entsprechend dem Migrationsstatus in Gruppen der Einheimischen aus der Bundesrepublik Deutschland (D), der Migranten (M) und der Kinder von Migranten (KM) getrennt. Für die definierten Teilkollektive konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Migrationsstatus und dem Erkrankungsalter gefunden werden: (D) mit 22 Jahren, (KM) mit 11 Jahren und (M) mit 35 Jahren; p < 0,001. Die beobachtete Verschiebung des Manifestationsalters bei Probanden mit einem Migrationshintergrund könnte auf den Einfluss der Umweltfaktoren bei gegebener genetischer Prädisposition hindeuten und somit die Hypothese dieser Studie bestätigen. Andererseits könnte dieses Phänomen durch die selektive Zuweisung von deutschen/migrierten Patienten in das Diabetestherapiezentrum bzw. die Ambulanz der Universitätsklinik bedingt sein. Der Tabakkonsum konnte als ein Risikofaktor nicht bestätigt werden. Desweiteren entwickelte die meist gefährdete Gruppe „Kinder von Migranten“ den Diabetes bevor ein Einstieg ins Raucherleben stattfand (Manifestationsalter bei (KM): 11 Jahre vs. durchschnittliches Einstiegsalter ins Rauchen 11,6 Jahre). Die Belastung durch das Passivrauchen im elterlichen Haushalt unterschied sich weder in Bezug auf den Gruppenvergleich, noch zur Allgemeinbevölkerung. Es wurde eine geringere Prävalenz von zusätzlichen Erkrankungen unter den Migranten in der zweiten Generation beobachtet, die wahrscheinlich auf dem allgemein jüngeren Alter der Probanden beruht. Im Gegensatz dazu ist die Verteilung der Autoimmunopathien zwischen den Gruppen gleich. Die autoimmune Thyreoiditis kommt am häufigsten vor und betrifft fast ausschließlich die Frauen. Aufgrund des höheren Alters bei der Manifestation des T1D unter den männlichen Probanden kann das männliche Geschlecht als ein Risikofaktor in dieser Studie nicht bestätigt werden. Das Alter der Eltern bei der Migration scheint ebenso, wie der Abstand zwischen der Migration und der Schwangerschaft bzw. der Geburt des Kindes, keinen Einfluss auf das Risiko einer früher einsetzenden Diabetesmanifestation bei den Kindern zu spielen. Ein Vitamin D-Mangel wurde bei den einheimischen Patienten mit T1D nicht so häufig wie bei solchen mit Migrationshintergrund beobachtet, was ein höheres Risiko in der letzteren Gruppe bedingen könnte. Dies muss jedoch an einer größeren Stichprobe untersucht werden. Die vorgelegte Untersuchung ist deshalb ein Pilotprojekt einer größer angelegten Folgestudie.
Hämorrhagischer Schock / Reperfusion (H/R) induziert eine inflammatorische Antwort, die zu hepatozellulären Schäden und einem Multiorganversagen führen kann. In vorhergehenden Studien wurde demonstriert, dass H/R die Phosphorylierung von mitogen aktivierten Stress Kinasen (MAPKs), spezifisch c-JUN und ERK, bewirkt; - eine Reaktion, die ebenfalls mit Leberschäden assoziiert ist. Kürzlich wurde ein spezifisches, zellgängiges, protease-resistentes Peptid, D-JNKI-1, entwickelt, welches die c-JUN N-terminale Kinase (JNK) inhibiert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es darzustellen, ob D-JNKI-1 durch eine spezifische Inhibierung der JNK den Leberschaden und das Inflammationsgeschehen nach H/R im Tiermodell verringern kann. Als methodischer Ansatz diente ein H/R-Modell an männlichen Sprague-Dawley Ratten. Nach Vorbehandlung mit D-JNKI-1 bzw. NaCl wurde ein hämorrhagischer Schock induziert und durch Reperfusion nach 1 h beendet. Nach 2 h wurden Gewebe- und Blutproben entnommen. Plasmawerte der Alaninaminotransferase, Kreatinkinase, Laktatdehydrogenase und des Interleukin-6 wurden untersucht, die Gewebeproben wurden histochemisch bzw. immunhistochemisch auf Organschäden (Nekrose und Apoptose) und Inflammationsgeschehen (Neutrophileninfiltration der Leber) untersucht, sowie die relative Proteinexpression der aktivierten Stresskinase JNK mittels spezifischer Detektion des phosphorylierten c-Jun im Western Blot quantifiziert. Diese Arbeit stellt die Rolle von D-JNKI-1 als Peptidinhibitor der JNK während H/R dar. H/R führt zu apoptotischen und nekrotischen Zelluntergängen, beides Vorgänge, welche zumindest zum Teil durch JNK gesteuert sind und mittels D-JNKI-1 reduziert werden können. Eine Hemmung der JNK vor einem hämorrhagischen Schock verringert zudem das Ausmaß der Schäden am Lebergewebe, die Produktion von freien Sauerstoffradikalen sowie die Aktivierung pro-inflammatorischer Signalkaskaden im Tiermodell. Diese Erkenntnisse könnten mit die Grundlage eines möglichen therapeutischen Ansatzes in der Verhinderung der Konsequenzen von H/R bilden.
Die arterielle Hypertonie stellt einen bedeutenden Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen dar, ihrer Therapie kommt daher ein hoher Stellenwert zu. Die Medikamentengruppe der Betablocker ist traditionell ein wichtiger Teil der medikamentösen Therapie, in dieser Arbeit wurde untersucht, inwiefern weiterhin ein Einfluss auf die diastolische Funktion, die Leistungsfähigkeit und die Sekretion der natriuretischen Peptide ANP und BNP besteht. Insgesamt wurden 102 Hypertoniepatienten mit zwischen 25 und 75 Jahren untersucht, alle Patienten hatten eine erhaltene systolische linksventrikuläre Pumpfunktion. Es erfolgte ein Gruppenvergleich zwischen den Patienten, die einen Betablocker einnahmen (n = 56) oder nicht (n = 46). Alle Patienten unterzogen sich eine Anamnese, einer Spiroergometrie, einer Echokardiographie samt Bestimmung der diastolischen Funktion und einer Lungenfunktionsprüfung. Laborchemisch wurden unter anderem die Hormone proANP und NT-proBNP erhoben. Zwischen den beiden Gruppen gab es keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich Alter, Geschlecht, NYHA-Klasse oder den kardiovaskulären Risikofaktoren. Bei den Patienten ohne Betablocker bestand mit 21,4 % vs. 6,5 % (p = 0,034) signifikant häufiger die Diagnose einer koronaren Herzerkrankung. Bei der Begleitmedikation gab es keine relevanten Unterschiede in Bezug auf die Substanzen oder die Dosierung. Echokardiographisch ergab sich keine Gruppendifferenz für die diastolische Funktion. In der Spiroergometrie zeigte sich unter Betablockertherapie mit 118 vs.142 Watt (p = 0,019) ein Unterschied in der erreichten Leistung, die maximale Herzfrequenz war mit 128 vs. 142/Min (p < 0,001) ebenfalls erniedrigt. Die systolische Blutdrucksenkung war mit Betablockern sowohl in Ruhe (127 vs. 134 mmHg, p = 134) als auch unter Belastung effektiver. Mit 0,28 vs. 0,25 ml/kg (p = 0,002) war der Sauerstoffpuls pro Kg fettfreien Körpergewichts als Maß für das Schlagvolumen unter Betablockern erhöht. Bei den Patienten unter Betablocker-Medikation waren die Serum-Werte für sowohl proANP (2892 vs. 1839, p < 0,001) als auch NT-proBNP (107 vs. 39, p < 0,001) signifikant erhöht. In der multivariaten Analyse ergaben sich unter Betablockern für ANP das Alter und der HbA1c als unabhängige Prädiktoren, für BNP sind es die NYHA-Klasse und eine Mikroalbuminurie. Ohne Betablocker haben für ANP das Alter und die Belastbarkeit eine unabhängigen prädiktiven Wert, für BNP sind es das HDL, die Größe es linken Atriums und die Belastbarkeit. In Konklusion trägt die Einnahme von Betablockern zu einer effektiveren Blutdrucksenkung bei, vermindert die Belastbarkeit und senkt die Herzfrequenz. Einen Einfluss auf die diastolische Funktion konnten wir nicht zeigen. Die natriuretischen Peptide ANP und BNP sind unter Betablockade erhöht.
Patienten, die sich einer elektiven Operation unterziehen müssen und an einer Leberzirrhose als Vorerkrankung leiden, haben ein deutlich erhöhtes Risko für die Entwicklung postoperativer Komplikationen. Die Auswirkungen einer vorbestehenden Leberzirrhose und/oder eines Alkoholabusus (als typischer Riskofaktor für die Entwicklung einer Leberzirrhose) auf das Outcome schwerverletzter Patienten wurden in der folgenden Studie, unter Berücksichtigung der multizentrischen und anonymisierten Datenbank des Traumaregisters der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, untersucht. Dazu verglichen wir retrospektiv Polytraumapatienten (ISS ≥ 18) mit Alkoholabusus und Leberzirrhose mit einem gesunden Vergleichskollektiv. Letztlich erfüllten 13,527 Patienten die Einschlusskriterien, von 713 (5,3%) einen Alkoholabusus und 91 (0,7%) eine gesicherte Leberzirrhose aufwiesen. Die Gruppe der Leberzirrhotiker zeigte neben einer höheren Rate an Organ- und Multiorganversagen gegenüber der RISC-Prognose eine signifikant erhöhte Krankenhausmortalität (31% gegenüber prognostizierten 19%), wodurch dieser in seiner Verwendung als Prognosescore für verletzte leberzirrhotische Patienten deutlich limitiert wird. In der Matched Pair Analyse unterschieden sich die Patienten mit einer Leberzirrhose verglichen zum Kontrollkollektiv signifikant in Bezug auf Einzel- (Herz, Leber, Niere, Gerinnung) und Multiorganversagen, sowie in der Gesamtmortalität. Die Ergebnisse verdeutlichen die fatalen Auswirkungen einer Leberzirrhose auf das Outcome nach Polytrauma und fordern eine diesbezügliche Evaluierung der Trauma- und Prognosescores (wie z.B. RISC) zur besseren Risikoprofilabschätzung eines Schwerverletzten. Bei den Alkoholikern kam es zwar ebenfalls zu durchschnittlich mehr Organausfällen im Vergleich zur Kontrollgruppe, jedoch war die Krankenhausmortalität gleich. Überraschenderweise verstarben in der Alkoholgruppe innerhalb der ersten 24 Stunden nach Trauma die wenigsten Patienten. Inwieweit dabei Alkohol als möglicher Modulator der posttraumatischen Immunreaktion eine Rolle spielt, konnte bis dahin allerdings nicht beantwortet werden. In einer weiteren Studie wurden deshalb die Interleukin-6 und Interleukin-10 Serumkonzentrationen von 34 alkoholintoxikierten Polytraumapatienten (ISS ≥ 16) des Universitätsklinikums Frankfurt am Main von Aufnahme bis Tag 5 nach Trauma untersucht und mit einer gematchten Gruppe von 15 nüchternen Schwerverletzten verglichen. Während die Alkoholgruppe im Schockraum einen Trend zu erniedrigten IL-6 Konzentrationen aufwies, stiegen diese im posttraumatischen Verlauf immer weiter an und waren am Tag 4 und 5 signifikant gegenüber der nüchternen Gruppe erhöht. Das antiinflammatorische Zytokin IL-10 hingegen zeigte im Gruppenvergleich während des gesamten posttraumatischen Verlaufs keine signifikanten Unterschiede. Die Studie verdeutlicht, dass akute Alkoholintoxikation die Immunantwort des Körpers nach schwerem Trauma moduliert, hier nachgewiesen in einer veränderten Il-6 Antwort im zeitlichen Verlauf bis zum 5. posttraumatischen Tag. Dennoch sind weitere Untersuchung im komplexen Zusammenspiel des janusköpfigen Zytokins IL-6 und anderer hauptsächlich antiinflammatorischer Mediatoren wie z.B. IL-4, IL-11, TGF-β und IL-13 in zusätzlicher Korrelation zum klinischen Outcome notwendig, um die komplexe Immunantwort des Körpers nach Trauma zu verstehen. Letztlich gilt es noch herauszufinden, ob IL-6 als prognostischer Mediator oder Parameter im klinischen Verlauf nach Polyrauma verwendet werden kann.
Die Applikation von Medikamenten zur konservativen Behandlung von Patientinnen mit ektopen Schwangerschaften ist weltweit seit vielen Jahren im klinischen Alltag erfolgreich eingesetzt worden. Am erfolgreichsten zeigte sich über die Jahre, die medikamentöse Methotrexatgabe. Dies wurde eindrucksvoll in in-vivo und in in-vitro Studien bewiesen. Ausgangsbedingungen für die vorliegende Untersuchung sind die zahlreichen experimentellen Untersuchungen zur Wirkung von Prostaglandinen auf den mütterlichen Organismus (speziell glatte Muskelzellen der Blutgefäße, des Uterus und Tubenmuskulatur sowie das Corpus luteum) und die zahlreichen klinischen Fallberichte und Studien zur Anwendung von Prostaglandinen zur Behandlung der EUG. In vitro Studien zu der Wirkweise von Prostaglandinen auf ektopes Schwangerschaftsgewebe gibt es nur in geringer Zahl. Da Prostaglandin E2 in der Geburtshilfe einen festen Platz in der Geburtsinduktion und Zervixreifung hat, haben wir Prostaglandin E2 in vitro auf seine Wirkung auf ektopes Trophoblastengewebe untersucht. In der hier vorgelegten Arbeit sollte die Fragestellung überprüft werden, inwieweit eine medikamentöse Wirkung von Prostaglandin E2 Dinoproston auf Trophoblastengewebe aus extrauterinen Schwangerschaften in einem standardisierten Gewebekultursystem besteht. Aus operativ gewonnenen Extrauteringraviditäten des ersten Trimenons wurde Choriongewebe extrahiert, und in unterschiedlichen Konzentrationen der Wirkstoff Prostaglandin E2 Dinoproston 12 Stunden nach Kulturansatz den Gewebekulturen zugesetzt. Eine weitere Choriongewebekulturzellreihe wurde erst am 6. Tag mit Prostaglandin E2 behandelt. Das durch die Throphoblastenzellen sezernierte Humane Chorion Gonadotropin (HCG) wurde den Kulturen alle zwei Tage entnommen und gemessen. Alle Kulturen zeigten Sekretion von HCG innerhalb der ersten 16 Tage. Das Ergebnis dieser Versuchsreihen zeigte, dass weder die unterschiedlichen Prostaglandin E2-Konzentrationen, noch der Zeitpunkt der Zugabe, eine signifikante Auswirkung auf die HCG Sekretion von ektopen Schwangerschaften hat. Die Kontrollgruppe mit intrauterinem Trophoblastenmaterial bestätigt die fehlende Wirkung auf Throphoblastengewebe in der Zellkultur.
Der hämorrhagische Schock mit nachfolgender Reperfusion induziert eine Inflammationsreaktion, die in hepatozellulären Schäden, Organversagen und / oder Mortalität enden kann. Vorherige Studien können eine antiinflammatorische Wirkung des Simvastatins bei akuter Inflammation zeigen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es darzustellen, ob Simvastatin durch seine pleiotropen Effekte gemeinsam mit der Reduzierung des Leberschaden und des Inflammationsgeschehen, die Letalität nach H/R im Tiermodell verringern kann.
Als methodischer Ansatz dient ein H/R-Modell an weiblichen LEWIS-Ratten. Nach 6-tägiger intraperitonealer Vorbehandlung mit Simvastatin (5 mg / kg) wird ein 60 minütiger hämorrhagischer Schock (Blutdruck 30 ± 2 mm Hg) induziert und durch eine Reperfusion beendet. Nach 2 Stunden werden Gewebe- und Blutproben entnommen, nach 72 h die Mortalität beurteilt. Die Beurteilung der hepatozellulären Schädigung erfolgt durch die Messung der ALT-Serumkonzentration sowie durch die histopathologische Auswertung repräsentativer Leberschnitte nach HE-Färbung. Apoptotische und nekrotische Zelluntergänge (TUNEL- und M30-Färbung) sowie die lokale als auch systemische Immunantwort (CAE-Färbung und Messung der Serum IL-6 Konzentration) werden untersucht. Der im Lebergewebe bei H/R entstehende oxidative und nitrosative Stress lässt sich durch die 4-HNE- und 3-NT Färbung, die hepatische Umgestaltung des Aktin-Zytoskeletts mittels Alexa Fluor Phalloidin® sichtbar machen. Die ROCK-I, HO-1, eNOS sowie die eNOS (p) Aktivität werden mit Hilfe des Western Blots analysiert. Ein p < 0.05 wird als signifikant erachtet (ANOVA).
Die Neugestaltung des Zytoskeletts, apoptotische und nekrotische Vorgänge, proinflammatorische Signalwege, die Expression der Enzyme Hämoxygenase-1, endotheliale Stickstoffsynthase und RhoKinase-1 sowie oxidativer und nitrosativer Stress werden durch Simvastatin positiv beeinflusst und dadurch wird die Mortalität signifikant reduziert. Die Enzyme ROCK-I, HO-1 und eNOS sind bei den beteiligten Signalkaskaden von entscheidender Rolle.
Die gegenwärtige Studie zeigt, dass Simvastatin neben den bereits bekannten lipidsenkenden Eigenschaften noch weitere pleiotrope Effekte besitzt, die das Ausmaß der systemischen Inflammationsreaktion sowie die Mortalität nach einem hämorrhagischen Schock deutlich beeinflussen. Der Schlüssel zu einer geringeren Sterblichkeit liegt nach unseren Untersuchungen im Erhalt der hepatischen Integrität. Diese viel versprechenden Ergebnisse könnten mit die Grundlage eines möglichen therapeutischen Ansatzes in der Verhinderung der Folgen von H/R bilden.
Morphin-6-Glukuronid (M6G) ist ein aktiver Metabolit von Morphin. Er ist mitverantwortlich für die analgetische und toxische Wirkung nach einer Morphinverabreichung. M6G wird aktuell in klinischen Phase-III-Studien getestet und möglicherweise zukünftig als ein alternatives Schmerzmittel zu Morphin zur Behandlung postoperativer Schmerzen eingeführt. Seine zentralnervösen Opioideffekte könnten sich aufgrund einer erhöhten Konzentration im zentralen Nervensystem (ZNS) als Folge einer erhöhten M6G Blutkonzentration und/ oder einem erhöhten ZNS Transport an der Blut-Hirn-Schranke verstärken. M6G scheint Substrat zahlreicher transmembranöser Transporter zu sein, die u.a. an der Blut-Hirn-Schranke, Niere oder Leber lokalisiert sind. An der Blut-Hirn-Schranke pumpen diese Transporter M6G aktiv aus dem ZNS zurück in das Blut. Die Hemmung der Transporteraktivität könnte somit eine potentielle Ursache einer erhöhten ZNS Konzentration von M6G mit der Folge vermehrter Nebenwirkungen unter Morphin bzw. Morphin-6-Glukuronid Administration sein. Wir untersuchten die Auswirkungen einer pharmakologischen Hemmung der transmembranösen Transporter P-Glykoprotein, sowie den Probenecid sensitiven Transportern multidrug resistance proteins (MRPs), organic anion transporters (OATs) und organic anion transporter polypeptides (OATPs) auf die Rückenmarkkonzentration und antinozizeptiven Effekte von M6G in Ratten. PSC 833 bzw. Probenecid wurden als Inhibitoren von P-Glykoprotein bzw. Probenecid sensitiven Transportern verwendet. Die Rückenmarkkonzentration von M6G wurde direkt mittels in vivo Mikrodialyse durch eine transversal in das Hinterhorn des Rückenmarks implantierten Sonde gemessen. 20 Ratten erhielten M6G als intravenöse Infusion für 8 Stunden, jeweils 5 von diesen bekamen zusätzlich eine Infusion mit PSC 833 oder Probenecid. Die antinozizeptiven Effekte von M6G wurden durch den Formalinschmerztest während der 8. Stunde der M6G Infusion in weiteren Verhaltensexperimenten bestimmt. Dabei wurde die Dosisabhängigkeit der antinozizeptiven Effekte von M6G mit oder ohne PSC 833 bzw. Probenecid im Vergleich mit PSC 833 alleine, Probenecid alleine und Placebo untersucht. In den Mikrodialyseexperimenten wurde unter P-Glykoprotein Hemmung mit PSC 833 eine nahezu dreifach höhere M6G Rückenmarkkonzentration gemessen, während die Blutplasmakonzentration nur um den Faktor 1.2 erhöht war. Die Folge war eine Verdoppelung des Konzentrationsverhältnis Rückenmark zu Blutplasma (von 0.08 ± 0.03 für M6G alleine auf 0.17 ± 0.08 für M6G mit PSC 833). Die antinozizeptiven Effekte von M6G in den Verhaltensexperimenten waren signifikant erhöht unter P-Glykoprotein Hemmung. Die Inhibition Probenecid sensitiver Transporter verursachte einen gleichmäßigen Anstieg der Blutplasma und Rückenmarkgewebekonzentration um den Faktor 1.4, ohne Veränderung des Konzentrationsverhältnis Rückenmark zu Blutplasma (0.081 ± 0.034 für M6G alleine, 0.082 ± 0.021 für M6G mit Probenecid). Die Verabreichung von Probenecid mit M6G zeigte eine signifikante Reduktion der Anzahl der Flinches im Formalinschmerztest um den Faktor 2.5 im Vergleich zu M6G alleine. Mit dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Morphin-6-Glukuronid ein Substrat des Transporters P-Glykoprotein in Ratten ist. Die Verabreichung des P-Glykoprotein Inhibitors PSC 833 erhöhte die Penetration von M6G aus dem Blut in das zentrale Nervensystem und verstärkte dadurch seine antinozizeptive Wirkung. Dieser Effekt ist an der Blut-Hirn-Schranke lokalisiert. Weiterhin wurde demonstriert, dass der Blut-Hirn-Schranken Transport von Morphin-6-Glukuronid nicht durch Probenecid sensitive Transporter beeinflusst wird. Die Verabreichung von Probenecid verstärkte zwar die antinozizeptive Wirkung von M6G aufgrund eines Anstiegs der M6G Rückenmarkkonzentration, jedoch als Folge einer erhöhten Blutplasmakonzentration. Da M6G hauptsächlich in den Urin ausgeschieden wird, ist dieser Effekt wahrscheinlich in der Niere lokalisiert und vermindert die systemische Elimination von M6G. Somit ist M6G ein Substrat Probenecid sensitiver Transporter in Ratten, aber nicht an der Blut-Hirn-Schranke. Da viele Medikamente Inhibitoren von P-Glykoprotein oder Probenecid sensitiven Transportern sind, kann deren gleichzeitige Verabreichung mit Morphin bzw Morphin-6-Glukuronid zu erhöhten M6G ZNS Konzentrationen und Toxizität führen. Die Identifizierung dieser Transporter bedingten Interaktionen in unserer Arbeit kann helfen Medikamentenwechselwirkungen zwischen Inhibitoren und Morphin/ M6G zu vermeiden und die Patientensicherheit unter einer Morphin bzw. Morphin-6-Glukuronid Schmerztherapie zu steigern. Weitere Untersuchungen dieser Interaktionen im Menschen sind nötig, da sie klinisch von großer Bedeutung sind.
In dieser Arbeit sollte der Einfluss von Trockenstress auf die Photosyntheserate von einer repräsentativen C3-Art und dreier repräsentativer Arten unterschiedlicher C4-Subtypen vergleichend untersucht werden, wobei die drei Subtypen der C4-Photosynthese im Vordergrund standen. Anhand der ausgewählten Arten der Modell-Gattung Panicum (s.l.), P. bisulcatum (C3), P. bulbosum (NADP-ME), P. miliaceum (NAD-ME) und P. maximum (PCK), konnten die unterschiedlichen Stoffwechseltypen, an phylogenetisch nah verwandten Arten, auf Unterschiede in der physiologischen Antwort auf den abiotischen Stressfaktor Trockenheit untersucht werden. Hierfür wurden zwei verschiedene Arten der Trockenstressinduktion durchgeführt. Ein Vergleich der Arten in Hinblick auf Unterschiede in der Trockentoleranz erfolgte anhand von Hydrokulturversuchen mit PEG6000 als Osmotikum. In diesem Fall wurde der jeweilige Stress sehr schnell induziert und über die Dauer von 6 Tagen in unterschiedlichen Intensitäten konstant gehalten. Anhand der durchgeführten Gaswechselmessungen und Bestimmungen der Chlorophyllfluoreszenzparameter konnte eindeutig die C3-Art P. bisulcatum als die am sensitivsten auf Trockenstress reagierende Art identifiziert werden. Die drei C4-Arten lagen in ihrer physiologischen Antwort auf die unterschiedlichen Trockenstressintensitäten verhältnismäßig nah zusammen. Bei schwächerem osmotischen Stress zeigte aber P. miliaceum, der Vertreter des NAD-ME Subtyps, eindeutig die geringste Beeinflussung der untersuchten Photosyntheseparameter, was im Wesentlichen auch bei stärkerem osmotischen Stress bestätigt wurde. Zudem zeigte P. miliaceum bei 1400 ppm CO2 im Messgas im Vergleich zu den anderen getesteten Arten eine signifikant höhere Wassernutzungseffizienz, was die bessere Anpassung des NAD-ME Subtypen an osmotischen Stress unterstreicht. Bei dem Trockenstressexperiment in Erde stand die physiologische Maximalantwort auf den natürlicheren, verhältnismäßig langsam induzierten, aber letztendlich starken Trockenstress im Vordergrund. Hier wurde für jede Art untersucht, welche limitierenden Faktoren unter Trockenstress auf die Photosyntheserate wirken. Dafür wurde neben Gaswechsel- und Chlorophyllfluoreszenzmessungen mit der Bestimmung der In-vitro-Aktivitäten der Enzyme des C4-Zyklus, der Bestimmung der PEPC und RubisCO-Gehalte anhand von SDS-PAGE und Western-Blot-Analysen, und der Bestimmung des Deepoxidationsgrades des Xanthophyllzykluses ausgewählte Teilreaktionen der C4-Photosynthese genauer untersucht. Bei allen untersuchten C4- Arten konnte bei dem starken Trockenstress eine eindeutige nicht-stomatäre Limitierung der Photosyntheserate festgestellt werden. Bei der C3-Art P. bisulcatum sprechen die Ergebnisse für eine Mischung aus stomatären und nicht-stomatären Faktoren, die die Photosynthese unter Trockenstress limitieren. Hier konnte eine Abnahme des RubisCO-Gehalts unter Trockenstress beobachtet werden, was ein möglicher Faktor für eine nicht-stomatäre Limitierung der Photosyntheserate unter Trockenstress sein kann. Aufgrund der im Mittel reduzierten In-vitro-Aktivitäten der Enzyme des NADP-ME C4-Zyklus (PPDK, PEPC, NADP-MDH und NADP-ME) und einer Abnahme des PEPC- und RubisCOGehalts bei trockengestressten P. bulbosum im Vergleich zu der entsprechenden Kontrolle, konnte bei dem Vertreter des NADP-ME Subtyps die nicht-stomatäre Limitierung der Photosyntheserate auf eine generelle Abnahme der an der C4-Photosynthese beteiligten Enzyme zurückgeführt werden. Anhand der Bestimmung der In-vitro-Aktivitäten von P. maximum konnte gezeigt werden, dass die als Nebenweg beschriebene Decarboxylierung des CO2 über das NAD-ME in den BSZ, wahrscheinlich im gleichen Maße abläuft wie der von KANAI und EDWARDS (1999) beschriebene Hauptweg (Decarboxylierung in den BSZ durch die PCK). Die beobachtete nicht-stomatäre Limitierung der Photosyntheserate unter Trockenstress wurde auf eine mögliche Abnahme der In-vitro-Aktivitäten des sogenannten Nebenweges zurückgeführt. Bei P. miliaceum, dem repräsentativen Vertreter des NAD-ME Subtyps, zeigte keines der C4-Enzyme eine Abnahme der In-vitro-Aktivität, noch konnte eine Abnahme des RubisCO Gehalts unter Trockenstress im Vergleich zur Kontrolle beobachtet werden. Diese Beobachtung deutete auf eine In-Situ-Inhibierung eines der C4-Enzyme hin. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit bei P. miliaceum weiterführende Untersuchungen zur posttranslationalen Regulation der PEPC durchgeführt. Obwohl die PEPC unter Trockenstress in phosphorylierter und somit aktiver Form vorliegt, konnte gezeigt werden, dass bei trockengestressten P. miliaceum eine In-Situ-Inhibition der PEPC aufgrund einer Feedback-Inhibition durch das unter Trockenstress in den MZ akkumulierende Transportmetabolit Aspartat wahrscheinlich ist und somit die Photosyntheserate limitieren kann.
In der vorliegenden Studie „Einflussfaktoren auf das klinische Outcome von thorakolumalen Frakturen wurden 87 Patienten mit einer operativ versorgten thorakolumbalen Wirbelkörperfraktur, die mindestens 18 Monate zurücklag, untersucht. Die Patienten wurden entweder rein dorsal mittels Fixateur interne oder kombiniert dorsoventral versorgt. Unter den kombiniert operierten Patienten befinden ich Patienten, deren Wirbelkörperfraktur entweder mit einem Knochenspan oder mit einem Knochenspan in Kombination mit einem ventralen winkelstabilen Plattensystem oder mittels Titancage behandelt wurden. Die Patienten wurden körperlich und radiologisch mittels CT untersucht sowie ihre Lebensqualität mit Hilfe vier international anerkannter Scores (SF-36, VASWirbelsäulenscore, Oswestry, LBOS) evaluiert. Ein weiterer Fragebogen analysierte die Spanmorbidität. Bei der Durchführung der körperlichen Untersuchung, die unter anderem die Messung des Finger-Boden-Abstands, das Schober-und Ott-Zeichen, das sensible und motorische Defizit sowie das Bewegungsausmaß der Patienten umfasste, erhielten wir ebenfalls keinen Unterschied unterhalb der Gruppen. Zur radiologischen Analyse kann man sagen, dass der Korrekturverlust im Laufe der Zeit zunimmt, so dass zum Zeitpunkt unserer Nachuntersuchung Kyphosewerte wie zum Zeitpunkt unmittelbar nach dem Trauma erreicht werden. Keine Operationsmethode konnte einen Korrekturverlust verhindern. Der Korrekturverlust lag bei den Gruppen zwischen 5,5 und 8,3°. Bei der Cage-Gruppe ohne Metallentfernung betrug die Sinterungsrate 60%, mit Metallentfernung 85%. Kaudales Einbrechen war häufiger zu beobachten. Bei den Patienten, bei denen ein Knochenspan verwendet wurde, konnte oft eine unzureichende Fusion des Implantats (Span-Gruppe: 44,4%, MACS-Gruppe: 33,3%) festgestellt werden. Alle vier Quality of Life-Scores zeigten keinen Vorteil für eine Operationsmethode. Die Spanentnahmemorbidität stellte ein häufiges Problem für die betroffenen Patienten an. Parästhesien bestanden bei 71%, deren Stärke im Durchschnitt mit 5,8 auf einer Analogskala von 0-10 beziffert wurde. Schmerzen an der Spanentnahmestelle gaben 75% der Patienten an. Die Stärke betrug durchschnittlich 5,8. 52% der Patienten beschreiben die Zusammenfassung Spanentnahmestelle als belastendste Operationsstelle zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung.
Wir führten ebenfalls eine Analyse der Frakturart der Patienten durch. Die Patienten wurden je nach Magerl-Klassifikation in die Gruppen A1-2, A 3, B-C eingeteilt. es konnten keine Unterschiede zwischen den Gruppen bezüglich der Lebensqualität oder des Korrekturverlusts festgestellt werden. So kommen wir zu dem Schluss, dass weder die Schwere des Traumas noch die Operationsmethode alleine einen signifikanten Einfluss auf das spätere Outcome haben. Die klinische Indikationsstellung zur Operations des Verfahrens ist daher nicht auf diese einzelnen Faktoren zu reduzieren. Hier spielen zahlreiche weitere Faktoren eine schwer fassbare Rolle. Hinsichtlich der Lebensqualität, des radiologischen Outcomes und der körperlichen Untersuchung konnte keine Versorgungsstrategie favorisiert werden. Angesichts des Problems der mangelnden Fusion der Knochenspäne und der häufig auftretenden Spanmorbidität, halten wir es für sinnvoll in Zukunft auf die Verwendung von Knochenspänen zu verzichten. Man würde dann bei der Wahl des operativen Verfahrens zwischen einem rein dorsalen oder einem kombinierten Verfahren mittels Titancage entscheiden.
Diese retrospektive Aktenstudie hatte die Zielsetzung, diejenigen Mütter von
frühgeborenen Kindern mit einem Gestationsalter von 25 bis einschließlich 30 Wochen
zu identifizieren, die bezüglich der Muttermilchernährung und des Stillen, sowie der
Entwicklung des Trinkverhaltens besondere Unterstützung während des stationären
Aufenthalts benötigen.
Insgesamt werden in den Jahren 2003 bis 2005 an der Universitätskinderklinik 143
Kinder im Alter von 24 bis 30 Schwangerschaftswochen behandelt.
Auf 72 dieser Kinder trafen die Einschlusskriterien der Studie zu: Geburtsalter von 25
bis 30 Schwangerschaftswochen, ein Geburtsgewicht von größer 600g, keine
Fehlbildungen, sowie geboren in der Universitätsklinik Frankfurt am Main und gesund
nach Hause entlassen, keine mütterlichen oder kindlichen Kontraindikationen zum
Stillen, mütterliche Bereitschaft zum Stillen.
Bei diesen Kindern wurden nun anhand der Krankenakten verschiedene Charakteristika
notiert und analysiert.
Sie wurden zum einen bezüglich der Muttermilchernährung, sowie zum anderen
aufgrund der Entwicklung des Trinkverhaltens in Gruppen eingeteilt.
Anschliessend wurden die Gruppen miteinander verglichen und die signifikanten
Unterschiede herausgearbeitet.
Zunächst wurde ein Vergleich zwischen den Mutter-Kind-Paaren mit einer
erfolgreichen und denjenigen mit einer nicht-erfolgreichen Muttermilchernährung
durchgeführt.
Wir definierten die erfolgreiche oder nicht erfolgreiche Muttermilch-Ernährung über
den Anteil der Muttermilch an der Ernährung am Entlassungstag.
Bei den erfolgreichen Mutter-Kind-Paaren war dieser Anteil größer gleich 80% der
Nahrung, bei den nicht erfolgreichen kleiner gleich 20%.
Von den 72 auswertbaren Kindern konnten 43% (n=31) der erfolgreichen und 39%
(n=28) der nicht-erfolgreichen Gruppe zugeordnet werden. 18% (n=13) der Kinder
waren nicht-klassifizierbar, da ihr Muttermilchanteil am Entlassungstag zwischen 20%
und 80% lag.
Es zeigten sich insbesondere signifikante Unterschiede bei den mütterlichen
Charakteristika. Die erfolgreichen Mütter waren älter, kamen an mehr Tagen zu Besuch
und führten mehr Känguruhpflege durch. Bei der Herkunft der Mütter zeigte sich, dass
in der Gruppe der erfolgreichen Mutter-Kind-Paare weniger Mütter mit einem anderen
ethnischen Hintergrund waren, als in der nicht-erfolgreichen Gruppe. Bezüglich der
kindlichen Charakteristika konnte festgestellt werden, dass in der erfolgreichen Gruppe
weniger Kinder an einer nekrotisierenden Enterokolitis erkrankten, als in der nichterfolgreichen
Gruppe.
Die beiden Gruppen unterschieden sich nicht in den kindlichen Charakteristika
Gestationsalter, Geburtsgewicht und der initialen Erkrankungsschwere.
Bei der Entwicklung des Trinkverhaltens wurde die Gruppe der 72 Kinder bezogen auf
den Zeitpunkt „gesamte Nahrungsmenge getrunken“ unterteilt. Es wurden zwei
Gruppen gebildet: die erste beinhaltete die Kinder, die die gesamte Nahrungsmenge zu
einem frühen Zeitpunkt getrunken haben, mit einem Alter von weniger als 36 Wochen,
dies waren 22 Kinder (31%). Die zweite Gruppe enthielt die Kinder die diesen
Zeitpunkt später erreichten, in einem Alter größer 36 Wochen, diese Gruppe bestand aus
34 Kindern (47%). Die übrigen 16 Kinder (22%) erreichten diesen Zeitpunkt mit einem
Alter von genau 36 Wochen.
Hier wurden ebenfalls die kindlichen und mütterlichen Charakteristika beider Gruppen
miteinander verglichen und die signifikanten Unterschiede herausgearbeitet.
Es zeigte sich, dass die Erkrankungsschwere in der späten Gruppe deutlich höher war,
als in der frühen Gruppe. So verbrachten die Kinder die früh die gesamte
Nahrungsmenge getrunken haben, deutlich weniger Tage auf der Intensivstation,
wurden an weniger Tagen beatmet und hatten einen niedrigeren CRIB-Score. Zudem
erkrankte in der frühen Gruppe kein Kind an einer Bronchopulmonalen Dysplasie,
während dies in der späten Gruppe neun der Kinder betraf. Weitere Auffälligkeiten
zeigten sich bei den mütterlichen Merkmalen, die Mütter in der frühen Gruppe führten
an deutlich weniger Tagen die Känguruhpflege durch und wurden seltener per
Kaiserschnitt entbunden als die Mütter der späten Gruppe.
Bezüglich der Charakteristika Gestationsalter, Geschlechtsverteilung, Alter der Mutter,
Herkunft der Mutter, Erstschwangerschaft, Besuchstage, sowie erfolgreiche
Muttermilchernährung zeigte sich kein signifikanter Unterschied.
In dieser Studie zeigt sich also, dass sowohl die jüngeren als auch ausländischen Mütter
mehr Unterstützung bei der Durchführung einer erfolgreichen Muttermilchernährung
benötigen. Zudem wurde deutlich, dass es bei kranken Kindern schwieriger ist, diese
aufrechtzuerhalten als bei gesunden Kindern. Hier bedarf es ebenfalls einer besonderen
Unterstützung der Mütter durch das Fachpersonal auf der Station.
Die Känguruhpflege hat einen positiven Einfluss auf die Muttermilchernährung und die
Wichtigkeit dieser Pflege sollte den Eltern nochmals verdeutlicht werden. Zudem
sollten Eltern, die diese Methode bisher weniger durchgeführt haben, davon überzeugt
und bei der Durchführung verstärkt unterstützt werden.
Es ist außerdem wichtig den Müttern eine Möglichkeit zu geben ihre Sorgen und Ängste
insbesondere bezüglich des Stillens und der Känguruhpflege zu äußern, so dass diesen,
wenn möglich, entgegengewirkt werden kann.
Ein Ansatzpunkt wäre beispielsweise mehr Privatssphäre, gerade für die Mütter, die aus
Scham oder kulturell-religiösem Hintergrund in der Öffentlichkeit der Station die
Känguruhpflege oder das Stillen nicht durchführen. Dabei sollte jedoch nie die
Sicherheit der kleinen Patienten vernachlässigt werden.
Bei der Entwicklung des Trinkverhaltens spielen vor allem kindlichen Faktoren eine
Rolle welche durch das Personal kaum zu beeinflussen sind.
Daher besteht eine der wenigen Möglichkeiten darin, Mütter mit besonders kranken
Kindern, verstärkt bei den Trinkversuchen ihres Kindes anzuleiten, um den Übergang
von der Sondenernährung zum Trinken eventuell zu erleichtern.
Hier könnte den Müttern gezeigt werden, wie sie während des Känguruhens durch
Stimulationen ihres Kindes die Koordination von Atmen, Saugen und Schlucken
fördern und damit das Trinkverhalten verbessern.
Zudem werden Mütter, deren Kinder später trinken, häufig per Kaiserschnitt entbunden.
Auch hier gilt es, Überlegungen anzustellen, wie ein möglichst früher Kontakt
hergestellt werden kann.
Die Muttermilchernährung trägt zu einer gesunden Entwicklung der Kinder bei und
sollte das angestrebte Ziel sein. Deswegen sollte immer versucht werden sie im Rahmen
der Möglichkeiten zu fördern.
Chloridkanäle und -transporter sind an wichtigen physiologischen Prozessen beteiligt [Jentsch et al., 2002; Zifarelli & Pusch, 2007; Jentsch, 2008] und mutationsbedingte Funktionsdefekte können mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht werden [Planells-Cases & Jentsch, 2009]. Trotz der großen physiologischen Relevanz bilden diese Proteine eine unterrepräsentierte Klasse in der pharmakologischen Wirkstoffsuche [Verkman & Galietta, 2009], auch aufgrund fehlender adäquat robuster und Durchsatz-starker Testsysteme. Vor allem die Vertreter der intrazellulären CLC-Proteine, von denen bereits zwei eindeutig relevanten Krankheiten zugeordnet werden konnten (ClC-5 – Dent´sche Krankheit; ClC-7 – Osteopetrose), entziehen sich aufgrund ihrer vesikulären Lokalisation den klassischen elektrophysiologischen Methoden. Aus diesem Grund kam in dieser Arbeit die SSM-Technik [Schulz et al., 2008] zur Charakterisierung des lysosomalen Cl-/H+-Antiporters ClC-7 zum Einsatz. Bei geeigneter Membranpräparation können mit dieser Methode auch vesikuläre Transportprozesse elektrophysiologisch untersucht werden. Neben der grundlegenden biophysikalischen Untersuchung von ClC-7 war es mit Hilfe der SSM-Technik möglich, die Protonen-gekoppelte Antiportaktivität dieses vesikulären CLC-Vertreters nachzuweisen. Außerdem wurde ein robuster Assay etabliert, der auch die pharmakologische Untersuchung von ClC-7 erlaubt. Mit diesem konnte gezeigt werden, dass ClC-7 spezifisch durch die Chloridkanalblocker DIDS und NPPB mit relativ hoher Affinität (DIDS: IC50= 39 µM, NPPB: IC50= 156 µM) zu inhibieren ist. Da ClC-7 auch als potentielles Target in der Osteoporose-Therapie diskutiert wird [Schaller et al., 2005], bietet die SSM-Technik somit eine Plattform für pharmakologische Untersuchungen an diesem Transporter. Neben dem Wildtyp Protein wurde weiterhin die Funktionalität einer physiologisch wichtigen, der Osteopetrose zuzuordnenden Mutante (G215R), untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Mutante noch immer eine signifikante Transportaktivität besitzt, jedoch einen schweren Lokalisationsdefekt aufweist und nicht mehr korrekt in die Lysosomen transportiert wird. Durch Koexpression der funktionalen beta-Untereinheit Ostm1 [Lange et al., 2006] war es möglich, die lysosomale Lokalisation teilweise, jedoch nicht vollständig wiederherzustellen. Dieser Effekt könnte somit ein Grund für den relativ milden Krankheitsverlauf der mit dieser Mutation verbundenen autosomal dominanten Osteopetrose (ADOII, Alberts-Schönberg Krankheit) sein. Da die SSM-Technik bisher ausschließlich zur Untersuchung primär und sekundär aktiver Transporter zum Einsatz kam [Schulz et al., 2008; Ganea & Fendler, 2009], wurde weiterhin die Eignung der Methode zur Charakterisierung passiver Ionenkanäle anhand des ligandengesteuerten P2X2 Rezeptors überprüft. Ein Vergleich der gewonnenen elektrophysiologischen und pharmakologischen Daten lieferte gute Übereinstimmungen mit den Ergebnissen konventioneller elektrophysiologischer Untersuchungen. So konnte gezeigt werden, dass sich die SSM-Technik auch zur Charakterisierung von Ionenkanälen eignet. Da Ströme über Ionenkanäle bei den klassischen Methoden über eine extern angelegte Spannung gesteuert werden, solch eine Kontrolle bei der SSM-Technik jedoch nicht möglich ist, wurde schließlich in dieser Arbeit versucht, mit Hilfe der lichtgesteuerten Protonenpumpe Bakteriorhodopsin (bR) eine Spannungskontrolle zu etablieren. Anhand eines Fusions-basierten Modellsystems [Perozo & Hubbell, 1993] konnte gezeigt werden, dass lichtgesteuerte Ionenpumpen prinzipiell zur Kontrolle von Ionenkanälen an der SSM genutzt werden können. Allerdings eignet sich bR aufgrund seiner geringen Plasmamembranexpression in CHO Zellen nicht zur direkten Koexpression und Steuerung von Vertebraten-Proteinen. Der Einsatz eukaryotischer Ionenpumpen, kombiniert mit Anionendiffusionspotentialen [Perozo & Hubbell, 1993], könnte sich allerdings als erfolgsversprechend erweisen und die SSM-Technik auch für die Charakterisierung von stark spannungsabhängigen Ionenkanälen öffnen.
Im ersten Teil der Arbeit wurde eine genetische Disposition für Vorhofflimmern (VHF) untersucht. Der Einzelnukleotidpolymorphismus ("single nucleotide polymorphism", SNP) 38G/S befindet sich im N-Terminus der ß-Untereinheit KCNE1. Diese ß-Untereinheit konstituiert gemeinsam mit der alpha-Untereinheit KCNQ1 die langsame Komponente des verzögerten Gleichrichterstromes, IKs. Die ß-Untereinheit hat hierbei eine modulierende Funktion. Frühere Studien beschäftigten sich hauptsächlich mit der transmembranären Domäne und dem C-Terminus. Über die Rolle des N-Terminus war bislang wenig bekannt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Aufgabe des N-Terminus bei der Modulation der alpha-Untereinheit zu identifizieren. Außerdem sollte festgestellt werden, welche Aminosäuren hierbei besonders von Bedeutung sind. Zu diesem Zweck wurden diverse Konstrukte synthetisiert. Für das Konstrukt delta1-38’ wurden die Aminosäuren 1-38 und damit der Großteil des N-Terminus entfernt. Das Konstrukt "linker" enthält anstelle des Glyzins oder Serins an Position 38 fünf Alanine. In der Nähe der von dem SNP betroffenen Aminosäure befinden sich des Weiteren drei Arginine, die mit jeweils einem Alanin substituiert wurden. Für alle Versuche diente die nicht VHF-assoziierte Variante des SNPs als Kontrolle. Alle Konstrukte konnten erfolgreich heterolog exprimiert werden und gleichermaßen mit der alpha-Untereinheit immunopräzipitiert werden. Die aus der Co-Transfektion von KCNQ1 und KCNE1 resultierende Stromdichte wurde mittels "Patch-clamp"-Technik untersucht. Im Vergleich zum Kontrollstrom (KCNQ1 + KCNE1-38S) waren die Ströme aller anderen Gruppen während De- und Repolarisation signifikant kleiner. Zellfraktionierung und konfokale Mikroskopie zeigten, dass im Vergleich zur Kontrolle alle anderen Konstrukte eine verminderte Plasmamembranlokalisation aufwiesen. Die Aufgabe des N-Terminus liegt offensichtlich im Transport beider Untereinheiten an die Plasmamembran und/oder der Verankerung dort. Sowohl die Aminosäure in Position 38 als auch die drei N-terminalen Arginine in der Nähe scheinen für den hier gesuchten Mechanismus von Bedeutung zu sein. Zukünftige Experimente könnten beispielsweise 3D-Simulationen der Proteinfaltung beinhalten, um die potentielle Membranverankerung weiter zu untersuchen. Der zweite Teil der Arbeit untersuchte erworbene elektrophysiologische Veränderungen im Rahmen von VHF am Beispiel der einwärts gleichrichtenden Kaliumströme IK1 und IKACh. Es sollten die zugrunde liegenden regulatorischen Mechanismen für die Heraufregulierung von IK1 und IKACh bei VHF untersucht werden. Alle Experimente wurden an humanem Gewebe des linken Vorhofs durchgeführt. Das Gewebe stammt von VHF-Patienten, die sich einer Mitralklappen-Operation unterzogen. Als Kontrolle wurde Gewebe von Patienten im Sinusrhythmus (SR) verwendet. Zunächst wurde untersucht, ob transkriptionelle und/oder posttranskriptionelle Veränderungen oder funktionelle Effekte der Heraufregulierung der Ströme zugrunde liegen. Entsprechend wurde die Proteinexpression mittels Western Blot quantifiziert. Die Quantifizierung der mRNA erfolgte per Realtime-PCR. Veränderungen für IK1 konnten sowohl auf mRNA- als auch auf translationaler Ebene beobachtet werden. Protein- und mRNA-Expression von Kir2.1, der zugrunde liegenden Proteinuntereinheit, waren bei VHF signifikant erhöht; die Expression der inhibitorischen miR-1 war reduziert. Die Bestimmung der Protein- und mRNA-Expression der zugrunde liegenden Proteinuntereinheiten für den Strom IKACh zeigte dagegen keinen Unterschied zwischen Gewebe von Patienten mit VHF und SR. Eine funktionelle Regulierung schien daher möglich. Die Expression der IKACh modulierenden Proteine Calmodulin und G alpha i-3 unter VHF zeigte jedoch keinen signifikanten Unterschied zu der SR-Gruppe. Es war eine Tendenz zur Reduktion des inhibierenden G alpha i-3 zu beobachten. Die Regulierung von IKACh,c bei VHF bleibt in zukünftigen Arbeiten zu untersuchen. Ein möglicher Versuch wäre, therapeutisch in die Regulation der Kir-Untereinheiten einzugreifen, um das VHF-unterstützende, elektrische "Remodeling" des IK1 zu verhindern.
Lichtgesteuerte Channelrhodopsine (ChR) haben im letzten Jahrzehnt neue Wege zur Untersuchung neurophysiologischer Zusammenhänge eröffnet. Die ersten grundlegenden Charakterisierungen von Channelrhodpsin-1 und Channelrhodopsin-2 (ChR-1 und ChR-2) zeigten bereits die hohe Selektivität dieser Ionenkanäle für Protonen gegenüber monovalenten und divalenten Kationen und veranschaulichten die Dominanz der einwärtsgerichteten gegenüber den auswärtsgerichteten Kationenströmen durch die Kanalpore (Einwärtsgleichrichtung) (Nagel et al., 2002; Nagel et al., 2003). Nach Expression von Channelrhodopsin können erregbare Zellen mit einem Ruhepotential von -60 mV durch Licht depolarisiert und Aktionspotentiale (AP’s) ausgelöst werden (Boyden et al., 2005; Li et al., 2005; Nagel et al., 2005b). Aufgrund der Einwärtsgleichrichtung von ChR nehmen die lichtaktivierten Ströme mit zunehmender Depolarisation ab, sodass die vollständige Ausbildung des AP’s nicht gestört wird. Dadurch wird ChR zu einem optimalen optogenetischen Werkzeug. Dennoch ist die Einwärtsgleichrichtung bisher wenig detailliert charakterisiert. Auch die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht genau bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte anhand von Patch-Clamp Messungen gezeigt werden, dass zwei Mechanismen die Rektifizierung des Kanalstroms durch ChR-2 hervorrufen: eine Spannungsabhängigkeit der Einzelkanalleitfähigkeit und eine Spannungsabhängigkeit der Offenwahrscheinlichkeit. Die Spannungsabhängigkeit der Einzelkanalleitfähigkeit ist von der Art der geleiteten Ionen abhängig und konnte experimentell über die Unterschiede der stationären IV-Kurve für H+ und Na+ bei symmetrischen Ionenkonzentrationen bewiesen werden. Des Weiteren wurden die Resultate für unterschiedliche Ionenbedingungen anhand eines Ionenbindungsmodells mit einem „3-Barrieren 2-Bindungsstellen“ Profil für die Kanalpore simuliert. Die Spannungsabhängigkeit der Offenwahrscheinlichkeit ist an eine Lichtadaption des ChR-2 Proteins gekoppelt. Diese Lichtadaption konnte mithilfe von repetitiven Messungen, d.h. Strommessungen mit mehrfachen kurzen Lichtblitzen (10 ns), gezeigt werden. Da die Lichtadaption wie auch die Kanalkinetik stark vom pH abhängig sind, ist anzunehmen, dass mechanistisch wichtige De- und Reprotonierungsreaktionen mit diesen Prozessen einhergehen. Ferner konnte über die Untersuchung der elektrophysiologischen Eigenschaften der ChR-2 Mutante E90A eine Region im Protein identifiziert werden, die höchstwahrscheinlich am Protonentransport durch die Kanalpore beteiligt ist. Die Mutante E90A wies eine verringerte Protonenleitfähigkeit und eine natriumabhängige Blockierung der lichtaktivierten Ströme bei niedrigem extrazellulären pH auf. Doppelbelichtungsexperimente mit gelbem oder kurzwelligem blauen Licht ergaben außerdem neue Hinweise auf die Identität einiger Intermediate des Photozyklus. Die vorgestellten Ergebnisse weisen darauf hin, dass die bisher beschriebene „lichtadaptierte“ Form, die als P480 Intermediat bezeichnet wird, eher einem P520 Intermediat entspricht. Außerdem konnte im Rahmen dieser Arbeit eine funktionelle Beteiligung des Intermediats P390, in dem die Schiff Base deprotoniert ist, am Photostrom von ChR-2 im Wildtyp-Protein gezeigt werden. Diese Beteiligung ist bisher nur für ChR-2 Mutanten bekannt (Bamann et al., 2010). Neben der Untersuchung der Kanaleigenschaften von ChR-2 wurde in dieser Arbeit auch der Frage nachgegangen, ob an den Photozyklus von ChR-2 eine vektorielle Protonenverschiebung über der Membran gekoppelt ist. Mithilfe der BLM-Technik und Patch-Clamp Messungen an elektrofusionierten HEK-293 Zellen (Zimmermann et al., 2006) konnte gezeigt werden, dass auch ohne elektrochemische Triebkraft lichtaktivierte Ströme (Pumpströme) zu beobachten sind, die einer vektoriellen Protonenverschiebung von 0,2 - 0,4 Ladungen pro Photozyklus entsprechen. Die Doppelbelichtungsexperimente und der vektorielle Protonentransport geben einen Einblick in den Zusammenhang zwischen Photozyklus und den funktionalen Zuständen des Kanals. Die Ergebnisse zeigen das komplexe Geflecht zwischen Spannungsabhängigkeit, der Kinetik und den offenen Zuständen und wurden in einem Modell zusammengefasst. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine stabile Zelllinie für die Expression von ChR-1 etabliert, die eine genauere Charakterisierung dieses Proteins möglich macht. Es konnte gezeigt werden, dass ChR-1 ebenso wie ChR-2 eine Kationenleitfähigkeit besitzt. Aus zeitaufgelösten Messungen wurde außerdem ermittelt, dass ChR-1 gegenüber ChR-2 eine verkürzte Zykluszeit besitzt. Die verkürzte Zykluszeit von ChR-1, die zu kleineren Gesamtstromamplituden im Vergleich zu ChR-2 führt und die vergleichsweise geringere Expression, v.a. in transienten Expressionssystemen, limitiert dessen neurophysiologische Anwendung. Zusammenfassend stellt die vorliegende Dissertation eine detaillierte biophysikalische Charakterisierung von Channelrhodopsinen dar, die neue Erkenntnisse über die mechanistische Kopplung der Kanalfunktion an den Photozyklus hervorbringt. Zudem kann sie eine Grundlage für die gezielte Suche nach Channelrhodopsin Mutanten bieten, deren Kinetik oder analeigenschaften für die neurophysiologische Anwendung optimiert sind.
Eine effektive Zusammenarbeit in interdisziplinären Projektteams ist nur möglich, wenn die involvierten Personen miteinander kommunizieren und zudem ein intersubjektives, d. h. ein gemeinsames und einheitliches, Verständnis der Anforderungen, Aufgaben, Arbeitsschritte und der zur Verfügung stehenden Ressourcen besitzen. Der Aufbau eines intersubjektiven Verständnisses kann nur durch Sprache gelingen, indem zwei oder mehrere Personen mit den von ihnen verwendeten sprachlichen Zeichen die gleichen Gegenstände der Realwelt assoziieren und im umgekehrten Fall den Gegenständen die gleichen Zeichen zuordnen. Ist das intersubjektive Verständnis dieser Personen hergestellt, verwenden sie eine gemeinsame Sprache (im engeren Sinne) und bilden eine sogenannte Sprachgemeinschaft. Diese Arbeit widmet sich dem Konzept der Sprachgemeinschaft. Nach der theoretischen Fundierung wird im Rahmen einer explorativen Fallstudie untersucht, wie sich sprachliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf den Erfolg eines IS-Projekts auswirken können. Die Erkenntnisse dieser Studie motivieren das Ziel dieser Arbeit, Sprachgemeinschaften empirisch nachzuweisen. Der Nachweis gelingt mit Hilfe von zwei sprachwissenschaftlichen Experimenten und dem Einsatz der Latent Semantischen Analyse, mit der sich die semantische Ähnlichkeit von Textdokumenten auf Basis von Worthäufigkeiten bestimmen lässt. Die beiden Experimente werden ferner dazu benutzt, Sprachgemeinschaften einer Effizienzanalyse zu unterziehen. Hierbei wird untersucht, ob die Mitglieder im Vergleich zu Nichtmitgliedern einer Sprachgemeinschaft mit einem geringeren sprachlichen Aufwand kommunizieren.
Entnahmestrategien subgingivaler Plaqueproben für mikrobiologische Gensonden-Tests: 4 oder 6 Proben?
(2010)
Für die systemische Antibiotikagabe in der Therapie spezieller Parodontitisformen ist nicht die subgingivale Flora einzelner Taschen, sondern ein repräsentatives Bild der subgingivalen Flora des jeweiligen Patienten relevant. Aus Kostengründen werden Proben aus mehreren Taschen zusammengefasst und als sogenannte „gepoolte“ Probe ausgewertet (Flemmig et al. 1998, Beikler et al. 2005). Die gepoolte Auswertungsstrategie bietet für den Nachweis von A. actinomycetemcomitans, T. forsythia, P. gingivalis und T. denticola eine zumindest gleichwertige Nachweissicherheit wie Einzelauswertungen der Proben (Schacher et al. 2007). Die Probenentnahme aus der tiefsten Tasche eines jeden Quadranten (MT4) erwies sich als relativ verlässliche Methode, um Parodontalpathogene - bei Patienten die bisher keine Parodontitistherapie hatten -, nachzuweisen (Mombelli et al. 1991, 1994, Haffajee & Socransky 1992). Neuere Untersuchungen anderer Arbeitsgruppen konnten zeigen, dass die Entnahme von subgingivalen Plaqueproben an den 6 tiefsten Stellen (MT6), die höchste Prävalenz ergeben (Beikler et al. 2006). Allerdings erhöht die Entnahme von 6 statt 4 Proben den Aufwand. Bislang gab es nur Studien, die einen Vergleich zwischen 4 und 6 Stellen nur anhand von PCR-basierter Analyse, untersuchten (Himmer et al. 2009). Ziel dieser Studie war der Vergleich von Zahl und Nachweishäufigkeit von Parodontalpathogenen, bei Patienten mit aggressiver (AgP) oder generalisierter schwerer chronischer Parodontitis (ChP), mittels gepoolten subgingivalen Plaqueproben aus den tiefsten Taschen pro Quadrant und pro Sextant, mithilfe eines 16S rRNA-Gensonden-Tests. Insgesamt wurden bei 50 Patienten (30 weiblich) mit einer unbehandelten aggressiven (n=16) oder generalisierten schweren chronischen Parodontitis (n= 34) klinische Befunde erhoben und vor antiinfektiöser Therapie von jeweils den tiefsten Taschen jedes Quadranten (MT4) bzw. jedes Sextanten (MT6) subgingivale Plaqueproben für mikrobiologische Analysen gewonnen. Dazu wurden an 4 Stellen jeweils 2 sterile Papierspitzen gleichzeitig in den parodontalen Taschen platziert. Jeweils 1 Papierspitze aus jeder Tasche wurde mit den 3 Proben aus den anderen Taschen gepoolt (MT4). Die jeweils verbleibenden 4 Papierspitzen wurden mit 2 weiteren Papierspitzen aus den tiefsten Taschen der 2 verbliebenen Sextanten gepoolt (MT6). MT4 und MT6 wurden zum Nachweis von Aggregatibacter actinomycetemcomitans (AA), Porphyromonas gingivalis (PG), Tannerella forsythia (TF) und Treponema denticola (TD) mit einem 16S rRNS-Gensonden-Test verschickt. Für die statistische Analyse wurden die Bakterienzahlen logtransformiert. Mit MT6 wurde A. actinomycetemcomitans statistisch signifikant häufiger (46%) und in höheren Mengen (2,53±2,79) nachgewiesen als mit MT4 (32%/1,67±2,48) (P=0,035/P=0,002). Die Nachweishäufigkeiten und Durchschnittszahlen für PG, TF und TD waren generell hoch (>95%/>6,0), d.h. sie wurden insgesamt häufiger und in höheren Zahlen nachgewiesen als AA. Somit ergaben sich für die Keime PG, TF und TD keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen MT4 und MT6 hinsichtlich der Nachweishäufigkeit. Nur TF wird durch die Entnahmestrategie MT6 in statistisch signifikant höheren Zahlen nachgewiesen als mit MT4. Innerhalb der Grenzen der vorliegenden Studie können folgende Schlüsse gezogen werden: 1) Beim Gebrauch eines 16S rRNS Gensonden-Tests, ist die Nachweishäufigkeit und Zahl von A. actinomycetemcomitans bei der Entnahmestrategie MT6 gegenüber MT4 erhöht. Die Probenentnahme der tiefsten Tasche je Sextant (MT6) erscheint günstiger als die je Quadrant (MT4). 2) Die Nachweishäufigkeiten von P. gingivalis, T. forsythia und T. denticola lagen bei allen Patienten, die in dieser Studie untersucht wurden, bei mehr als 95%. Auch wurden diese Keime in höheren Mengen nachgewiesen, d.h. die logarithmierten Bakterienzahlen lagen bei 6.0. Diese Studie wurde von der Firma IAI Pado, Zuchwil, Schweiz unterstützt.
In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche Stoffe als Photosensibilisatoren evaluiert, deren photodynamische Aktivität gegenüber den Pioniersubstanzen deutlich verbessert werden konnte. Vielen dieser Moleküle blieb jedoch aufgrund ihrer ungünstigen physikochemischen Eigenschaften oder der auftretenden Toxizität die Marktreife versagt. Nanopartikuläre Trägersysteme sind geeignet, Verträglichkeit und Effektivität der Photodynamischen Therapie zu verbessern sowie die Selektivität bei der Behandlung bestimmter Tumorspezies deutlich zu erhöhen. Um dieses Prinzip auf verschiedene Photosensibilisatoren anwenden zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit Nanopartikel aus humanem Serumalbumin (HSA) durch Desolvatation hergestellt und die adsorptive, die inkorporative sowie die kovalente Bindung an das Trägersystem untersucht. ...
Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Forschungsprojekts „Integrierte Analyse von mobilen, organischen Fremdstoffen in Fließgewässern“ (INTAFERE) am Institut für Physische Geographie an der Goethe-Universität Frankfurt erstellt. In INTAFERE wurde das Gefährdungspotenzial von mobilen, organischen Fremdstoffen (MOF) für aquatische Ökosysteme und die natürlichen Wasserressourcen in integrierter und partizipativer Art und Weise untersucht. MOF sind chemische Substanzen, die in Alltagsprodukten enthalten sind und durch unterschiedliche Eintragsfade in unbekannten Mengen in Oberflächengewässer eingetragen werden. Problematisch sind aus Umweltgesichtspunkten ihre Eigenschaften: sie besitzen im Wasser eine hohe Mobilität und sind schwer abbaubar. Dies führt zu einer Persistenz über lange Zeiträume. Für einige dieser Substanzen wurde zudem gezeigt, dass sie in sehr geringen Konzentrationen biologisch aktiv sind und für aquatische Ökosysteme eine Gefahr darstellen. In INTAFERE wurden drei zentrale Ziele verfolgt: Charakterisierung des Problemfeldes MOF, Erzeugung von praxisrelevantem Wissen für das Management von MOF und Entwicklung einer Softwareanwendung, die gesellschaftliche Aushandlungsprozesse durch eine transparente Darstellung der Wirkungszusammenhänge im Problemfeld unterstützt. Um einen Beitrag für die Erfüllung der Ziele zu leisten, war es die Aufgabe der Verfasserin, eine Akteursanalyse und -modellierung durchzuführen sowie Zukunftsszenarien im Bereich der MOF zu entwickeln. Dafür existierte keine adäquate Methodik, daher verfolgt die Dissertation zum einen die Entwicklung einer Methodik und zum anderen deren Anwendung im Kontext des Projektes INTAFERE. Da im Forschungsprozess die Durchführung von Analysen, die wissenschaftliche und gesellschaftliche Sichtweise der Problematik sowie die Erarbeitung von praktischen Lösungen im Mittelpunkt standen, wurde eine transdisziplinäre Herangehensweise gewählt. Ziel war es, eine Methodik zu entwerfen, die sowohl eine Entwicklung von Szenarien als auch eine Modellierung von Handlungsentscheidungen umfasst. Eine Modellierung und Visualisierung von Handlungsentscheidungen ist notwendig, um Strategien für ein Umweltproblem für verschiedene Szenarien zu ermitteln, und damit einen Lernprozess der Stakeholder zu initiieren. Dies wurde mit der transdisziplinären Methode „Akteursbasierte Modellierung“ umgesetzt. Hierbei wurden insbesondere Aspekte der Problemwahrnehmung von Akteuren und deren Darstellung, der partizipativen Szenarienentwicklung sowie der semi-quantitativen Modellierung von Handlungsentscheidungen berücksichtigt. Die Verfasserin hat mit der semi-quantitativen akteursbasierten Modellierung eine Methode erarbeitet und getestet, die bisher unverbundene Komponenten (wie die Software Dynamic Actor Network Analysis (DANA) und die Szenarienentwicklung) zusammenführt. Um Handlungsentscheidungen unter verschiedenen Szenarien zu modellieren hat die Autorin eine sequentielle Modellierung entwickelt, die mit der Software DANA durchgeführt werden kann. Die dafür notwendige Weiterentwicklung von DANA wurde von Dr. Pieter Bots (TU Delft) umgesetzt. Die akteursbasierte Modellierung läuft in drei methodischen Schritten ab: 1. Modellierung von Akteurs-Sichtweisen in Form von Wahrnehmungsgraphen und deren Analyse, aufbauend auf Ergebnissen von qualitativen, leitfaden-gestützten Expertengesprächen (= Akteursmodellierung), 2. partizipative Szenarienentwicklung mit den Akteuren und 3. Zusammenführung der Ergebnisse der Akteursmodellierung und der Szenarienentwicklung und darauf aufbauend eine sequentielle Modellierung von Handlungsentscheidungen und deren Auswirkungen auf Schlüsselfaktoren. Im Zuge der Anwendung auf das Problemfeld der MOF wurde für folgende Akteure jeweils ein Wahrnehmungsgraph modelliert: Obere Wasserbehörde, Umweltbundesamt, Umwelt- und Verbraucherschutzorganisationen, Wasserversorger sowie für die Hersteller von verschiedenen MOF, weiterhin für die European Flame Retardants Association und die Weiterverarbeitende Industrie. Das Ergebnis der Szenarienentwicklung waren vier Szenarien: ein Gesundheitsszenario, unter der Annahme von hohen lokalen Umweltstandards durch nachhaltigkeitsorientierte KonsumentInnen, ein Umweltszenario, in dem eine starke Regulierung und nachhaltigkeitsorientierter Konsum Hand in Hand gehen, ein Globalisierungsszenario, in dem Wirtschaftsmacht und preisbewusste KonsumentInnen statt staatliche Regulierung vorherrschen und ein Technikszenario, unter der Annahme, dass Kläranlagen, bedingt durch eine starke Regulierung, aufgerüstet werden. Bei der Modellierung von Handlungsentscheidungen wurden die Wahrnehmungsgraphen und die vier Szenarien miteinander verknüpft. Pro Substanz wurde ein Modell entwickelt, welches die wichtigsten Systemkomponenten in einer angemessenen Komplexität umfasst und die von den Akteuren gemeinsam getragene Einschätzung der Wirkungsbeziehungen darstellt. Insgesamt wurden 16 Modelle entwickelt. Basierend auf den simulierten Akteurshandlungen wurden relativen Veränderungen der Schlüsselfaktoren Produktion, Import und Leistungsfähigkeit der Kläranlagen für die vier genannten Szenarien berechnet. In Zusammenarbeit mit Pieter Bots konnten algorithmische Beiträge zur Analyse- und Modellierungssoftware DANA getestet und verbessert werden. Da keine vollständige und zugleich leicht verständliche Einführung zu DANA vorlag, wurde für Nutzer im Rahmen dieser Dissertation eine Anleitung verfasst, die die Modellierung von Wahrnehmungsgraphen und deren Analyse sowie alle Schritte der akteursbasierten Modellierung mit DANA erläutert.
In dieser Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem die Entfaltung von Proteinen simuliert werden kann. Anhand der Simulation kann die Schmelztemperatur bestimmt und damit die Thermostabilität einer Struktur untersucht werden. Außerdem ist die Untersuchung struktureller Veränderungen möglich, die während der Entfaltung auftreten und letztendlich zum globalen Zerfall der Struktur führen. Die Bereiche, von denen der globale Zerfall der Struktur ausgeht, können bestimmt werden. Es wurde untersucht, inwieweit diese Entfaltungsregionen Strukturbereiche darstellen, deren Mutation die thermische Stabilität der Struktur beeinflusst. Das entwickelte Verfahren basiert auf der Anwendung von Methoden aus der Rigiditätstheorie. Die thermische Entfaltung der Strukturen wird über das sukzessive Aufbrechen nichtkovalenter Wechselwirkungen in den Netzwerken simuliert. An-sätze aus der Perkolations- und Netzwerktheorie werden verwendet, um die Rigidität und Flexibilität in den Netzwerken während der Entfaltung zu untersuchen. Diese unter dem Begriff der Analyse statischer Netzwerke (constraint network analysis, CNA) zusammengefassten Methoden wurden im ersten Teil dieser Arbeit auf einen Datensatz homologer meso- und thermophiler Proteine angewendet. Dabei wurde untersucht, ob die thermophile Anpassung tatsächlich über eine Rigidisierung der Struktur erfolgt. Außerdem wurde die Theorie der korrespondierenden Zustände getestet, die besagt, dass bei der thermophilen Anpassung trotz globaler Rigidisierung für die Bioaktivität wichtige flexible Bereiche konserviert sind. Mit Hilfe der CNA wurden Entfaltungsregionen der Proteine aus dem Datensatz bestimmt und mit Strukturbereichen verglichen, in die thermostabilisierende Mutationen eingeführt wurden. Außerdem wurde untersucht, inwieweit vorhergesagt werden kann, ob eine möglicherweise thermostabilisierende Mutation die Aktivität negativ beeinflusst. Für zwei Drittel der thermophilen Proteine aus dem Datensatz konnte eine höhere Thermostabilität vorhergesagt werden als für das entsprechende mesophile Protein. Es konnte zudem gezeigt werden, dass die thermophile Anpassung dieser Proteine tatsächlich über eine Rigidisierung der Struktur erfolgt. Offensichtlich werden bei der Anwendung der CNA implizit alle möglichen Mechanismen der thermophilen Anpassung berücksichtigt. Die für zwei Paare meso- und thermophiler Proteine vorhergesagten Entfaltungsregionen stimmten sehr gut mit Bereichen überein, in die thermostabilisierende Mutationen eingeführt wurden. Damit wurde gezeigt, dass die CNA hilfreich zur Unterstützung des Protein Engineering ist, da die thermische Stabilität einer Struktur abgeschätzt werden kann, andererseits Hinweise darauf gegeben werden, in welchen Bereichen der Struktur thermostabilisierende Mutationen eingeführt werden können. Anhand des Vergleichs mikroskopischer Stabilitäten homologer Proteine konnte gezeigt werden, dass die CNA ein Abschätzen des Effekts einer thermostabilisierenden Mutation auf die Aktivität erlaubt, was wiederum für den Einsatz der CNA zur Unterstützung des Protein Engineering spricht. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die CNA auf eine Serie von Phytasen unterschiedlicher Thermostabilitäten angewendet. Da es sich bei den Phytase-Strukturen um Homologie-modelle handelte, die nicht direkt mit der Analyse statischer Netzwerke untersucht werden konnten, wurde eine ensemblebasierte CNA etabliert. Dazu wurden kurze MD-Simulationen zur Verbesserung der homologiemodellierten Strukturen durchgeführt, aus denen dann ein konformationelles Strukturensemble extrahiert wurde. Aus den konformationellen Ensembles werden Thermostabilitäten vorhergesagt. Bei der Vorhersage der Thermostabilitäten ergab sich eine bemerkenswert gute Übereinstimmung mit experimentell bestimmten relativen Halbwertszeittemperaturen. Bereiche mit hoher Entfaltungsregionwahrscheinlichkeit stimmen gut mit Regionen überein, in denen thermostabilisierende Mutationen experimentell eingeführt wurden. Diese Ergebnisse offenbaren, dass mit der Entwicklung der ensemblebasierten CNA die methodischen Grundlagen für den Einsatz des Verfahrens zur Unterstützung des Protein Engineering von Phytasen geschaffen wurden.
Bei der GSI – Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt wird im Rahmen des HITRAP-Projekts ein linearer Abbremser für schwere, hochgeladene Ionen für atomphysikalische Präzisionsexperimente in Betrieb genommen. Während der Inbetriebnahme wurden transversale Emittanzmessungen mit der Pepperpot- und der Multi-Gradienten-Methode durchgeführt, um die Emittanz des aus dem Experimentierspeicherring (ESR) extrahierten Strahls zu messen. Weiterhin wurde auch die Phasenraumverteilung des auf eine Zwischenenergie von 500keV/u abgebremsten Strahls hinter der IH-Struktur gemessen. Dazu wurden neue Auswertealgorithmen in die Analyse der digitalen Bilder integriert. Die longitudinalen Bunchstrukturmessungen des Strahls am Eintrittspunkt in den Abbremser und die Funktionsweise des Doppel-Drift Bunchers wird gezeigt. Die Konzeption und der Aufbau sowie die erste Inbetriebnahme einer neuartigen Einzelschuss-Pepperpot-Emittanzmessanlage für kleinste Strahlströme und -energien wird beschrieben, die es ermöglichen, den Strahl hinter den Abbremskavitäten zu vermessen. Zusätzlich wurden transversale Strahldynamikrechnungen durchgeführt, welche theoretische Grundlagen zur Inbetriebnahme von HITRAP lieferten. Es wird beschrieben, wie die gesamte Strahllinie vom ESR bis zum Radio-Frequenz Quadrupol nach der erfolgreichen Integration einer Abbremsroutine innerhalb des Softwarepakets COSY Infinity optimiert werden kann.
Mitte des 19. Jahrhunderts demonstrierte John Snow anhand differenzierter Beobachtungen zur Cholera in London, wie epidemiologisches Wissen und gezielte Maßnahmen zur Bewältigung öffentlicher Gesundheitsprobleme beitragen können. Rund 150 Jahre später sieht sich die Bevölkerung einem stetig wachsenden globalen Güter- und Personenverkehr gegenüber, welcher auch Krankheitserregern eine interkontinentale Ausbreitung innerhalb weniger Stunden ermöglicht, wie eindrucksvoll am Beispiel SARS im Jahre 2003 deutlich wurde. Nationale Beispiele, allen voran die Salmonellen-Epidemie in Fulda im Jahre 2007, zeigen, welche bedeutungsvolle Rolle die Infektionsepidemiologie und die -hygiene auch im 21. Jahrhundert einnimmt. Das frühzeitige Erkennen und ein effizientes Eingreifen durch die Öffentlichen Gesundheitsbehörden sind zur Eindämmung einer Epidemie unabdingbar. Die Verknüpfung medizinischer und geographischer Daten kann Beides wesentlich beschleunigen und ermöglicht die frühzeitige Erkennung eskalierender Infektionsherde. Ziel der vorliegenden Pilotstudie ist die Entwicklung einer Schnittstelle zur Implementierung und Analyse meldepflichtiger Infektionskrankheiten in einem geomedizinischen Informationssystem. Erstmals im Öffentlichen Gesundheitsdienst wird diese Verknüpfung technisch mittels eines Geoinformationssystems realisiert, welches die Georeferenzierung mithilfe von Regionalidentifikationsnummern und der anschließende Visualisierung der im Gesundheitsamt anfallenden krankheitsbezogenen Daten ermöglicht. Der Datentransfer von dem im Amt für Gesundheit genutzten Datenbankprogramm Gumax® zu dem im Vermessungsamt der Stadt Frankfurt am Main probaten Geoinformationssystem Office-GIS gelingt über einen SQL-Server, einem Datenbankmanagementsystem, welches das Speichern, Bearbeiten und Analysieren vergleichsweise großer Datenmengen ermöglicht. Anschließend können Meldeort und Wohnort des an einer nach §§ 6, 7 IfSG meldepflichtigen Infektionserkrankung Erkrankten in der Stadtplan-, Liegenschaftskarte oder Luftbildaufnahme visualisiert werden. Hierüber lassen sich zudem personen- und objektbezogene Krankheitsquellen (z. B. Restaurant, Schule, Kindergarten, Krankenhaus) eruieren. Diese Daten können effizient genutzt werden, um schnell und dezidiert in ein Krankheitsgeschehen eindämmend eingreifen zu können. Mit diesem System könnten auch bioterroristische Anschläge wesentlich schneller erkannt werden, da die Ausbreitungsmodalitäten beispielsweise vom verwendeten Agens, meteorologischen, tageszeitlichen und demographischen Gegebenheiten abhängen. Diesen zusätzlichen Größen soll in erweiterten technischen Realisationen dieses Systems Rechnung getragen werden.
Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Synthese von spaltbaren Linkern. Dabei wurden zwei unterschiedliche Themengebiete bearbeitet: 1) Entwicklung eines enzymatisch spaltbaren Safety-Catch-Linkers, der eine flexible Modifizierung ermöglicht für den potentiellen Einsatz zur zielgerichteten Zellaufnahme von (Antisense-)Oligonukleotiden. 2) Entwicklung eines Fluorid-spaltbaren Linkers für die reversible Fluo¬reszenz¬markie¬rung von Triphosphaten zum Einsatz in einer neuen Methode der DNA-Sequenzierung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer, variabler enzymatisch spaltbarer Safety-Catch-Linker entwickelt und es wurden drei Derivate synthetisiert. Die drei neuen Safety-Catch-Linker sind über Amid- bzw. Esterbindungen an die 5' Position von 2' Desoxythymidin angebunden und sind Substrate für zwei unterschiedliche Enzyme. Zwei der synthetisierten Derivate des Linkers sind Substrate der Penicillin G Acylase und eins ist ein Substrat für die Pyroglutamyl Aminopeptidase I. Sie wurden hinsichtlich ihrer Spaltungs- und Stabilitätseigenschaften intensiv untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Ester-verknüpften Linker für eine Anwendung unter physiologischen Bedingungen geeignet sind. Es wurden kinetische Spaltungsexperimente durchgeführt und dabei eine sehr effektive enzymatische Spaltung durch das entsprechende Enzym beobachtet. Es wurde außerdem der Mechanismus einer, bei höheren pH-Werten beobachteten, nicht-enzymatischen Spaltung aufgeklärt. Darüber hinaus konnte das sehr basenlabile, mit Pyroglutamyl Aminopeptidase I spaltbare Derivat unter Anwendung einer aminoschutzgruppenfreien Oligonukleotidsynthesemethode erfolgreich in ein Antisense-Oligonukleotid eingebaut werden. Für das EU-Projekt „ArraySBS“ wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neuer, hoch effizient mit Fluoridionen spaltbarer Linker für die reversible Anbindung eines Fluoreszenzfarbstoffs an die Baseneinheit eines Nukleotids entwickelt. Die spaltbare Einheit des Linkers basiert auf dem Strukturmotiv der 2-Cyanoethylgruppe, als Spacer zwischen dem Nukleotid und dem Fluoreszenzfarbstoff wurde eine Triglykoleinheit verwendet. Die Spaltungseigenschaften wurden an einer Modellverbindung, einem modifizierten Nukleosid und einem immobilisierten Oligonukleotid intensiv untersucht. Dabei wurde eine vollständige Spaltung mit 1 M TBAF in THF in weniger als einer Minute gefunden und die erwartete beta-Eliminierung als Spaltungsmechanismus bestätigt. Mit Hilfe des entwickelten Linkers wurden vier neue, Fluoreszenz-markierte, reversible Terminatoren in sehr hoher Reinheit hergestellt und analytisch eindeutig identifiziert. Dabei handelt es sich um ein Fluorescein-markiertes 2'-Desoxyuridin Derivat, ein Cy3-markiertes 2' Desoxycytidin, ein Cy5-markiertes 2'-Desoxyguanosin und ein TexasRed-markiertes 2' Desoxyadenosin Derivat. Diese wurden dann in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern des EU Projekts erfolgreich durch eine DNA-Polymerase in DNA-Template eingebaut und in einem ersten Anwendungsexperiment an immobilisierten Hairpin-Templaten in zwei Sequenzierungszyklen eingesetzt.
Die mikroskopische Anatomie sowie die pathologische Anatomie bilden einen wichtigen Baustein der Ausbildung von Medizin- und Zahnmedizinstudenten. Da die zeitlichen und personellen Kapazitäten in den Instituten für Pathologie bzw. Anatomie keine vierundzwanzigstündige Betreuung erlauben, bestand der Wunsch, ein zeit- und ortsunabhängiges webbasiertes und interaktives multimediales Lernprogramm zu entwickeln. Es sollte den Studierenden beim Erlernen der Histologie und Histopathologie helfen und die Präsenzveranstaltungen am Mikroskop und Vorlesungen Ergänzen. Das Lernprogramm wurde mit zahlreichen hochauflösenden Bildern aller histologischen Präparate, die Bestandteil der Histologie- und Histopathologiekurse sind, in verschiedenen Vergrößerungen ausgestattet und in die Kurse des Frankfurter Curriculum für Medizin- und Zahnmedizin integriert. Darüber hinaus wurden alle histologischen Webseiten mit den entsprechenden histopathologischen Seiten verlinkt und umgekehrt. Ein Autorensystem zur Aktualisierung, Korrektur und Erweiterung der Programme wurde entwickelt. Mit der Hilfe der Evaluation durch die Studierenden wurde das System im Verlauf stark verbessert. Die hohe Zahl der Zugriffe auf die Website über das Internet (500.000 – 800.000 im Monat) weist auf die hohe Akzeptanz und Beliebtheit des Programms hin. Im wesentlichen zeigt die vorliegende Arbeit, dass internet-basierte Multimedia-Projekte von Studierenden verwendet werden und ihnen helfen, komplexe Sachverhalte der Histologie und Histopathologie zu erlernen. Die enge Verzahnung zwischen histologischen und histopathologischen Themen und Präparaten ermöglicht Studierenden der vorklinischen Fächer, über krankheitsbedingte Veränderungen zu erfahren, Studierende der klinischen Fächer hingegen können das histologische Basiswissen rekapitulieren. Das Autorensystem kann zur Entwicklung weiterer webbasierter Anwendungen, wie z. B. Virtuelle Mikroskopie oder Wissensprüfungsprogramme für die Histologie/Histopathologie, verwendet werden.
Seit Implementierung eines Qualitätsmanagement-Systems nach DIN EN ISO 9001 führt die Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie am Klinikum der Johann Wolfgang Goethe-Universität in Frankfurt am Main kontinuierlich Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung durch. Hierzu zählen als klassisches Element des Qualitätsmanagements Befragungen sogenannter interessierter Parteien. Neben den Patienten stellen, vor allem auf einer Intensivstation, die Angehörigen der Patienten, häufig in Funktion eines gesetzlichen Betreuers, wichtige Partner in der Therapie dar. Bisher sind jedoch für diese Zielgruppe keine validen Befragungsinstrumente vorhanden. Nach Eröffnung der neuen Intensivstation C1 im Jahr 2008 soll eine standardisierte Befragung der Angehörigen intensivpflichtiger Patienten bezüglich deren Erwartungen an das Personal und den Aufenthalt des Patienten auf der Intensivstation durchgeführt werden. Ebenso soll die vom Personal antizipierte Erwartungshaltung der Angehörigen erfasst und im Sinne des GAP-Modells von Parasuraman et al. evaluiert werden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein geeignetes Befragungsinstrument (C1GAP) zu entwickeln und durch geeignete Pretests zu validieren. Nach Identifizierung übergeordneter Themenkomplexe für die Befragung wurde der erste Entwurf eines anonymen Fragebogens für Angehörige mit insgesamt 82 Items verteilt auf 8 Themenkomplexe erstellt. Hieraus wurden anschließend Fragebögen für die Personalgruppen des ärztlichen Dienstes, der Pflege und des Außendienstpersonals am Empfangsschalter erstellt. Zur Information der Teilnehmer über die Intention und den Ablauf der Befragung wurden ein Begleitschreiben des Institutsdirektors Prof. Dr. Dr. K. Zacharowski sowie ein Extrablatt mit Informationen zum Datenschutz beigefügt. Zur Validierung des Fragebogens wurden Pretests in Form von kognitiven Interviews durchgeführt. Aus den kognitiven Interviews ergaben sich neben einer überwiegenden Zustimmung zu Form und Inhalt der Befragung inhaltliche Verbesserungsvorschläge, die in der finalen Überarbeitung des Fragebogens umgesetzt werden konnten. Der validierte, endgültige Fragebogen für Angehörige enthält insgesamt 81 Items, welche auf die Themenkomplexe „Rahmenbedingungen“, „Kommunikation mit Ärzten“, „Kommunikation mit dem Pflegepersonal“, „Information über Behandlungsziele und -ablauf“, „Beteiligung bei Therapieentscheidungen“, „Beurteilung weiterer Betreuungsangebote“, „Verlegung und Entlassung“ sowie „Angaben zur Person“ verteilt sind. Die Fragebögen für die Personalgruppen der Ärzte, Pflegekräfte und des Servicepersonals enthalten zwischen 26 und 61 Fragen zu den genannten Themenkomplexen. Anders als durch reine Zufriedenheitsbefragungen können mit Hilfe des vorliegenden Fragebogens Daten über die Erwartungshaltung von Angehörigen intensivpflichtiger Patienten gewonnen werden und im Vergleich zur vom Personal der Intensivstation C1 antizipierten Erwartungshaltung der Angehörigen einer GAP-Analyse unterzogen werden. Diese Daten können im Rahmen der Qualitätssicherungsmaßnahmen an der Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie zur Optimierung der Arbeitsabläufe und Leistungsprozesse sowie zur Ressourcenallokation verwendet werden. So kann letztendlich die Versorgung unserer Patienten auf der Intensivstation C1 nachhaltig verbessert werden.
Außergewöhnliche Fortschritte in der Human- und Mausgenetik führten zur Charakterisierung einer Vielzahl von krankheitsrelevanten Mutationen, die entweder natürlich auftreten oder über genetische Manipulation im Tiermodell erzeugt wurden. Die nahezu vollständige Sequenzierung der Genome von Mensch und Maus im Rahmen der internationalen Sequenzierungsprojekte ebnete den Weg für groß angelegte, internationale Mutagenese-Programme, die zum Ziel haben jedes einzelne Gen funktionell zu charakterisieren. Der hierfür bevorzugte Organismus ist die Maus, weil der Aufbau des Mausgenoms dem menschlichen Genom sehr ähnlich ist und weil für die Maus embryonale Stammzellen (mES Zellen) existieren, die ohne Einschränkung ihres pluripotenten Status in Gewebekultur genetisch manipuliert werden können. Darüber hinaus lassen sich mES Zellen über Blastozysteninjektion in Mäuse konvertieren. Dadurch können die Folgen von in vitro gesetzten Mutationen im Kontext eines Gesamtorganismus analysiert werden. Die so genannte „Knock out“ Maus ist ein weit verbreitetes Tiermodell, das nicht nur Genfunktionen in vivo offenbart, sondern auch die Modellierung humaner genetischer Erkrankungen ermöglicht. Außergewöhnliche Fortschritte in der Human- und Mausgenetik führten zur Charakterisierung einer Vielzahl von krankheitsrelevanten Mutationen, die entweder natürlich auftreten oder über genetische Manipulation im Tiermodell erzeugt wurden. Die nahezu vollständige Sequenzierung der Genome von Mensch und Maus im Rahmen der internationalen Sequenzierungsprojekte ebnete den Weg für groß angelegte, internationale Mutagenese-Programme, die zum Ziel haben jedes einzelne Gen funktionell zu charakterisieren. Der hierfür bevorzugte Organismus ist die Maus, weil der Aufbau des Mausgenoms dem menschlichen Genom sehr ähnlich ist und weil für die Maus embryonale Stammzellen (mES Zellen) existieren, die ohne Einschränkung ihres pluripotenten Status in Gewebekultur genetisch manipuliert werden können. Darüber hinaus lassen sich mES Zellen über Blastozysteninjektion in Mäuse konvertieren. Dadurch können die Folgen von in vitro gesetzten Mutationen im Kontext eines Gesamtorganismus analysiert werden. Die so genannte „Knock out“ Maus ist ein weit verbreitetes Tiermodell, das nicht nur Genfunktionen in vivo offenbart, sondern auch die Modellierung humaner genetischer Erkrankungen ermöglicht. Mit dem Ziel Kranheitsgene ihren Signalwegen zuzuordnen wurde in dieser Dissertation ein in situ Proteinmarkierungssystem entwickelt, das Hochdurchsatz-proteomik in mES Zellen ermöglicht. Das System beinhaltet die Einführung einerProteinmarkierungskassette in mES Zellen, die konditionale FlipROSAβgeo-Genfal-lenintegrationen in proteinkodierenden Genen enthalten. Weil die Konditionalität der FlipROSAβgeo-Genfallenkassette auf einem sequenzspezifischen Rekombinations-mechanismus beruht, kann diese postinsertionell über Rekombinase-vermittelten Kassettenaustausch (RMCE) durch eine Proteinmarkierungskassette ersetzt werden. Das hierfür entwickelte Konstrukt entspricht einem durch 5’ Spleißakzeptor- und 3’ Spleißdonorsequenzen definierten dizistronischen Exon, in dem ein Hygromyzin-Resistenzgen über eine P2A Polyproteinspaltungssequenz mit einem für das egfp (enhanced green fluorescent protein) kodierenden nLAP-Tag (N-terminal localization and affinity purification) verbunden ist. Eine erste Validierung dieses Exons in einem retroviralen Genfallenansatz ergab, dass sämtliche in Hygromyzin selektierte und auf DNA-Kassettenintegrationen untersuchte Klone nLAP-markierte Proteine exprimierten. Im Folgenden wurden in den GGTC (German Gene Trap Consortium) und EUCOMM (European Conditional Mouse Mutagenesis Project) mES Zellressourcen Genfallenintergationen identifiziert, die sich für eine RMCE vermittelte, N-terminale in situ Proteinmarkierung eignen. Als kompatibel wurden Genfallenklone klassifiziert, die eine FlipROSAβgeo-Integration im ersten Intron eines proteinkodierenden Gens aufweisen, wobei diese Integration sowohl hinter einem ersten nichtkodierenden, als auch hinter einem ersten kodierenden Exon liegen kann. Allerdings darf im letzteren Fall die kodierende Sequenz keine funktionale Domäne enthalten und muss kurz genug sein, um bei Verlust nicht mit der endogenen Proteinfunktion zu interferieren. Auf diesen Kriterien basierend wurden in den GGTC und EUCOMM Ressourcen 25.130 Proteinmarkierungs-kompatible Genfallenklone identifiziert, die 3.695 mutierten Genen entsprechen. Hiervon wurden acht für die Validierung der RMCE-vermittelten Proteinmarkierungsstrategie ausgewählt. In jedem Fall gelang es die Genfallen-kassette mit dem Proteinmarkierungsexon zu ersetzten. Sowohl der Genfallen-, als auch der RMCE-Proteinmarkierungsansatz führte ohne Ausnahme zur Expression nLAP-Tag markierter Proteine, wobei in allen 13 untersuchten Klonen die Größe der markierten Proteine derjenigen der entsprechenden nativen Proteine mit zusätzlichem Marker entsprach. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass die physiologische Expression der markierten Proteine sich von denen der Wildtypproteine in der Regel nicht unterscheidet und für Lokalisations- und massenspektrometrische Interaktionsstudien ausreicht. Darüber hinaus spiegelten 90% der hier untersuchten markierten Proteine das subzelluläre Lokalisationsmuster der entsprechenden nativen Proteine wider. Ähnlich verhielt es sich mit den Interaktionspartnern der jeweiligen Proteine, die sich aus bereits bekannten, aber auch noch bisher unbekannten Proteinen zusammensetzen. Insgesamt wurden in dieser Dissertation die Voraussetzungen zu einer Hochdurchsatzproteomanalyse in mES Zellen geschaffen. Während der RMCE-Ansatz die Markierung von über 3.600 Proteinen in mES Zellen ermöglicht, eignet sich der Genfallenansatz neben der Proteinmarkierung in murinen auch für die Markierung von Proteinen in humanen Zellen. In dieser Hinsicht ist die Markierung von Proteinen in humanen ES Zellen und in reprogrammierten Stammzellen (iPS) von Patienten mit unterschiedlichsten Erkrankungen besonders attraktiv, weil damit sowohl Spezies- als auch Krankheitsspezifische Unterschiede im Ablauf individueller Signaltransduktionskaskaden definiert werden können.
1. In dieser Arbeit konnten durch chemische Mutagenese drei Pigmentmutanten erzeugt werden, die entsprechend ihrer Pigmentierung in drei Kategorien eingeteilt wurden:hellorange (OC-Mutante), gelb (YC-Mutante) und weiß (WH-Mutante). 2. Durch MS- und NMR-Analysen konnte die Struktur des von H. halophilus produzierten Carotinoids als Methylglykosyl-3,4-dehydro-apo-8’-lycopenoat aufgeklärt werden. Zusätzlich wurden auch die von der OC-Mutante produzierten Carotinoide als Hydroxy-3,4-dehydro-apo-8’-lycopin und Methylhydroxy-3,4-dehydro-apo-8’- lycopinoat identifiziert. Bei allen Pigmenten handelt sich um 8’-Apoderivate mit einer asymmetrischen Anordnung der Methylgruppen. Diese Art von Carotinoiden konnte zuvor nur in dem marinen Isolat P. maritimus gefunden werden (Shindo et al., 2008) 3. Auf Basis der genetischen und biochemischen Daten hinsichtlich der Carotinoide in H. halophilus konnte ein neuartiger Biosyntheseweg postuliert werden. Dabei beginnt die Synthese des C30-Carotinoids nicht wie bei allen bekannten Pigmenten dieser Art mit der Kondensation von zwei C15-Körpern, sondern durch die Kondensation von einem C10- mit einem C20-Molekül. Durch anschließende Desaturierungen, Hydroxylierungen, Methylierungen und Glykosylierungen entsteht das in H. halophilus identifizierte Carotinoid Methylglykosyl-3,4-dehydro-apo-8’-lycopenoat. Dieser Biosyntheseweg ist bisher einzigartig. 4. Die Carotinoide in H. halophilus sind essentiell für den Schutz der Zellen vor oxidativen Schäden. Während das Wachstum des pigmentierten Wildtyps nur wenig durch die Zugabe von bis zu 150 μM Duroquinon beeinträchtigt wurde, wurde das Wachstum der farblosen Pigmentmutante WH schon ab einer Duroquinonkonzentration von 120 μM vollständig gehemmt. Auch durch in vitro-Versuche konnte die antioxidative Eigenschaft von Methylglykosyl-3,4-dehydro-apo-8’-lycopenoat und der Derivate Hydroxy-,4-dehydro-apo-8’-lycopin und Methylhydroxy-3,4-dehydro-apo-8’-lycopinoat bestätigt werden. Dabei war die Wirksamkeit des Carotinoids aus H. halophilus sogar besser als die der biotechnologisch genutzten Pigmente ß-Carotin und Astaxanthin. 5. Durch Wachstumsexperimente konnte gezeigt werden, dass die Carotinoide auch eine Rolle in der Salzadaptation des Bakteriums spielen. Bei niedrigen Salinitäten zeigten der Wildtyp und die farblose Pigmentmutante keine Unterschiede im Wachstum. Eine hohe NaCl-Konzentration von 3,0 M NaCl führte jedoch zu einem verlangsamten Wachstum der Carotinoidmutante WH. 6. Im Genom von H. halophilus konnten anhand von Sequenzvergleichen mit bereits bekannten Kompetenzproteinen aus B. subtilis eine Reihe von putativen Genen identifiziert werden, die dem Bakterium theoretisch die Fähigkeit zur Ausbildung einer natürlichen Kompetenz verleihen. 7. Um die Fähigkeit von H. halophilus zur natürlichen DNA-Aufnahme zu testen, wurde eine Methode entwickelt, durch die es möglich war, viele unterschiedliche Bedingungen zu analysieren. Als Donor-DNA wurde die chromosomale DNA einer Erythromycin-resistenten Mutante von H. halophilus eingesetzt, die innerhalb dieser Arbeit erzeugt wurde. Insgesamt konnten so über 3000 Ansätze getestet werden. Jedoch konnte bei keiner dieser Bedingungen eine natürliche Kompetenz von H. halophilus festgestellt werden. 8. Innerhalb dieser Arbeit ist es gelungen eine Methode zur effizienten Transformation von H. halophilus zu etablieren. Dabei erfolgte die DNA-Aufnahme durch eine PEGvermittelte Protoplastenfusion. Mit dieser Methode konnten für H. halophilus Transformationseffizienzen von 2-102 Transformanden/μg DNA erreicht werden. 9. Durch die Möglichkeit H. halophilus transformieren zu können, ist es in dieser Arbeit erstmalig gelungen, ein System zur markerlosen Deletion von Genen in H. halophilus zu etablieren. Dabei wurde in einem ersten Schritt ein nicht-replizierendes Plasmid, das den gewünschten mutierten Locus enthält, durch Protoplastenfusion in H. halophilus transformiert. Durch einfach homologe Rekombination konnte das Plasmid in das Genom integrieren. Die so erhaltenen Integranten wurden im zweiten Schritt unter nicht-selektiven Bedingungen für etwa 90 Generationen kultiviert. Hierbei kam es zu einer zweiten homologen Rekombination, wodurch das Plasmid wieder aus dem Genom geschnitten wurde (Segregation). Dies resultierte entweder in den Wildtyp-Locus oder in den gewünschten mutierten Locus. Potentielle Integranten wurden auf einen CmS-Phänotyp getestet und mit Hilfe von Southern-Blot-Analysen verifiziert. 10. Mit Hilfe des in dieser Arbeit etablierten Systems zur markerlosen Mutagenese von H. halophilus wurde eine pro-Mutante generiert, deren proHJA-Operon deletiert war. 11. Überraschenderweise konnte die Mutante immer noch Prolin synthetisieren und war demnach nicht prolinauxotroph. Jedoch war H. halophilus pro nicht mehr in der Lage, Prolin als ein kompatibles Solut zu synthetisieren. Trotzdem zeigte das Wachstum der Mutante unter Hochsalzbedingungen keine Beeinträchtigung. Dies konnte auf eine gesteigerte Akkumulation von Glutamat, Glutamin und Ectoin zurückgeführt werden, wodurch der Verlust von Prolin als Osmolyt kompensiert wurde. 12. Die Expression der Gene glnA2, gltA und ectA, die für Biosyntheseenzyme von Glutamin, Glutamat und Ectoin kodieren, ist in H. halophilus pro induziert. Dabei hatte die Salinität einen stärkeren Einfluss auf die relativen RNA-Mengen von glnA2 und ectA in der pro-Mutante als im Wildtyp. gltA zeigte keine salzabhängige Expression im Wildtyp, der mRNA-Level des Gens stieg jedoch in H. halophilus pro bei hohen Salinitäten um das Doppelte im Vergleich zu Niedrigsalzbedingungen an. 13. Für die Glutaminsynthetase, dem Enzym der Glutaminsynthese, konnte eine gesteigerte spezifische Aktivität nachgewiesen werden. Dabei erhöhte sich die Aktivität mit steigender Salinität, sie war jedoch immer 30 bis 50% höher als im Wildtyp. 14. In dieser Arbeit wurde ein möglicher Biosyntheseweg zur salzunabhängigen Prolinsynthese aufgestellt. Hierbei dient Ornithin als Ausgangsmolekül, das entweder durch eine Ornithin-Aminotransferase (RocD) und eine Pyrrolin-5-Carboxylat-Reduktase (ProC und ComER) oder direkt durch eine Ornithin-Cyclodeaminase (ArcB) zu Prolin umgesetzt wird. Für alle Enzyme konnten die entsprechenden Gene im Genom von H. halophilus identifiziert werden. 15. Vor dieser Arbeit konnte bereits gezeigt werden, dass Prolin das dominante kompatible Solut unter Hochsalzbedingungen ist. Dabei war die Expression des pro-Operons sowohl von der Salzkonzentration als auch vom Anion Chlorid abhängig. Es zeigte sich, dass auch die zelluläre Konzentration von ProJ salzabhängig war, mit einem Maximum bei 2,0 – 3,0 M NaCl. Zudem war der ProJ-Gehalt wachstumsphasenabhängig. Während das Enzym besonders in frühexponentiellen Zellen detektiert werden konnte, sank die zelluläre ProJ-Konzentration kontinuierlich in stationären Zellen. Nach einem Salzschock von 0,8 auf 2,0 M NaCl stieg die ProJMenge nach 2 h leicht an und sank nach 4 h wieder kontinuierlich. Der ProJ-Level war in Gegenwart von NaCl maximal, sank aber nur leicht um 25%, wenn die Zellen mit 2 M Na-Glutamat oder Na-Nitrat inkubiert wurden. Die Prolinbiosynthese in H. halophilus wird demnach auch auf Ebene der Translation und/oder der Proteinstabilität reguliert. 16. Die Aminosäure Prolin wird nicht nur als kompatibles Solut in H. halophilus synthetisiert, sondern kann auch als C- und Energiequelle und als Stickstoffquelle genutzt werden. 17. Liegt Prolin als alleinige C- und Energiequelle im Medium vor, erfolgt eine salzabhängige Akkumulation des Osmolyts in H. halophilus, während der zelluläre mRNA-Level der pro-Gene stark reduziert ist. Prolin wird demnach nicht nur als Cund Energiequelle aufgenommen, sondern auch als kompatibles Solut. 18. Im Genom von H. halophilus konnten zwei Gene, die für die potentiellen Na+/Prolin- Symporter 3541 und 1381 kodieren, identifiziert werden, deren mRNA-Level bei Wachstum auf Prolin induziert war. 19. Durch Aminosäuresequenzvergleiche konnten in dieser Arbeit im Genom von H. halophilus jeweils zwei Isogene gefunden werden, die für potentielle Prolindehydrogenasen (prodh1/prodh2) und Pyrrolin-5-Carboxylat-Dehydrogenasen (p5cdh1/p5cdh2) kodieren. Mittels reverser Transkription von mRNA und anschließender PCR-Analysen konnte gezeigt werden, dass prodh2 und p5cdh2 ein Operon bilden (put-Operon). Eine Quantifizierung der Transkriptmengen der Abbaugene prodh1/p5cdh1 und prodh2/p5cdh2 mittels quantitativer PCR in Zellen, die in Gegenwart von Prolin als alleiniger C- und Energiequelle oder Stickstoffquelle gezogen wurden, zeigten deutlich, dass unter diesen Bedingungen nur die Expression von prodh2/p5cdh2 induziert wurde. Wurden die Zellen in Gegenwart von Glukose als C- und Energiequelle gezogen, stieg die mRNA-Menge von prodh2/p5cdh2 unter Hochsalzbedingungen um den Faktor 10 – 20 im Vergleich zu Zellen, die bei niedrigen Salinitäten kultiviert wurden, an. Die mRNA-Menge des put- Operons war in Glukose-gewachsenen Zellen wachstumsphasenabhängig mit einem Maximum in der stationären Wachstumsphase. In Gegenwart von 1,0 M NaCl stieg die mRNA-Menge um das 20-Fache, in Gegenwart von 3,0 M NaCl um das Doppelte. 20. Mit Hilfe des Systems zur markerlosen Mutagenese in H. halophilus konnte eine glnA2-Mutante generiert und verfiziert werden. H. halophilus glnA2 zeigte keinen Wachstumsphänotyp bei Anzucht in Gegenwart von unterschiedlichen NaCl-Konzentrationen. Die Deletion von glnA2 führte zu einer Inhibierung der salzabhängigen Prolinbiosynthese, während der Glutamat- und Glutaminpool bei allen getesteten Salinitäten im Vergleich zum Wildtyp nicht verändert war. Der Verlust von Prolin als kompatibles Solut konnte teilweise durch einen Anstieg des Ectoinlevels kompensiert werden. Die zelluläre Transkriptmenge von glnA1 und ectA war in H. halophilus glnA2 stärker von der Salinität beeinflusst als im Wildtyp, während die salzabhängige Regulation der proH-Expression aufgehoben wurde. Im Gegensatz zum Wildtyp wurde die spezifische Aktivität der Glutaminsynthetase in H. halophilus glnA2 durch steigende NaCl-Konzentrationen inhibiert.
Erkrankungen des hämatopoietischen Systems treten oft als Folge balancierter chromosomaler Translokationen auf. Dabei ist das MLL Gen auf Chromosom 11 Bande q23 in zahlreiche reziproke chromosomale Translokationen involviert. Alle diese Veränderungen sind entweder mit einer akuten myeloischen oder lymphatischen Leukämie assoziiert. Translokationen mit Beteiligung des MLL Gens - mit Ausnahme der Translokation t(9;11) - werden aufgrund ihrer schlechten Therapierbarkeit und schlechten Prognose als Hochrisiko- Leukämien eingestuft. Das häufigste Partnergen ist das AF4 Gen (42% aller MLL Translokationen) auf Chromosom 4 Bande q21. Die daraus resultierende Translokation t(4;11) ist mit einer akuten lymphatischen Leukämie (pro-B ALL) assoziiert und tritt gehäuft bei Säuglingen und Kleinkindern auf. Das Resultat der Translokation t(4;11) ist letztendlich die Entstehung zweier reziproker Derivatchromosomen, die die beiden Fusionsgene MLL•AF4 und AF4•MLL kodieren. Welcher Mechanismus die Entstehung der Leukämie hervorruft, konnte bis heute nicht ausreichend geklärt werden. Basierend auf den Daten anderer MLLassoziierter Translokationen, dass ausschließlich das Derivat 11 Fusionsprotein onkogene Effekte vermittelt, wurde das Fusionsprotein MLL•AF4 intensiv erforscht. Erst Ende 2008 gelang es einer amerikanischen Arbeitsgruppe in einem Mll•AF4 knock-in Mausmodell den Krankheitsphänotyp einer AML bzw. einer prä-B ALL auszulösen. Allerdings exprimieren 80% aller t(4;11)-Patienten auch das reziproke AF4•MLL Fusionstranskript und die restlichen 20% tragen komplexe Aberrationen zwischen MLL, AF4 und einem dritten oder sogar einem vierten Partnergen. Deshalb befassen sich die Studien unserer Arbeitsgruppe hauptsächlich mit dem reziproken AF4•MLL Fusionsprotein. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass das AF4•MLL Fusionsprotein in den Zellen akkumuliert und dadurch onkogene Ereignisse auslöst, welche letztendlich in der Wachstumstransformation der Zellen resultieren. Aufgrund dieser Daten war davon auszugehen, dass das AF4•MLL Fusionsprotein ebenfalls einen entscheidenden Beitrag bei der Entstehung der Leukämie leistet. Um das leukämogene Potential der beiden Fusionsproteine MLL•AF4 und AF4•MLL in einem Mausmodell weiter zu untersuchen, wurde zunächst ein retrovirales Transduktionssystem in BA/F3-Zellen etabliert. Dabei wurden BA/F3-Zellen sowohl einzeln mit MLL•AF4 oder AF4•MLL als auch mit beiden Fusionsgenen der Translokation t(4;11) cotransduziert. Nachdem die Funktionalität der beiden Expressionskassetten, durch full-length Integration und durch Transkription erfolgreich nachgewiesen werden konnte, erfolgten erste Transduktions-/Transplantationsexperimente in Mäusen. Dafür wurden Lin-/Sca-1+ aufgereinigte Knochenmarkzellen mit retroviralen Überständen von MLL•AF4 und AF4•MLL einzeln- als auch co-transduziert. Mäuse denen MLL•AF4- oder Mock-transduzierte Lin-/Sca-1+-Zellen transplantiert wurden, entwickelten über einen Beobachtungszeitraum von 13 Monaten keinerlei Anzeichen einer leukämischen Erkrankung. Im Gegensatz dazu resultierte die Transplantation von AF4•MLLoder co-transduzierten Lin-/Sca-1+-Zellen in der Entwicklung einer leukämischen Erkrankung innerhalb von 7 Monaten. Anhand pathologischer Parameter, sowie durch histochemische, molekulare als auch durchflusszytometrische Analysen konnten drei verschiedene Immunophänotypen identifiziert werden. Die Expression des Fusionsproteins AF4•MLL resultierte in der Ausprägung des Phänotyps einer pro-B ALL oder einer B/T biphänotypischen akuten Leukämie (B/T BAL). In Anwesenheit beider Fusionsproteine der Translokation t(4;11) entwickelte sich ebenfalls eine B/T BAL oder einer Mixed Lineage Leukemia (MLL). Retransplantationsexperimente mit den primären leukämischen Blasten zeigten, dass die drei verschiedenen Krankheitsphänotypen stabil transplantierbar sind, wobei sich die Latenzzeit erheblich verkürzte. Damit wurde zum ersten Mal der Beweis erbracht, dass das Fusionsprotein AF4•MLL auch allein ohne die Gegenwart des Fusionsproteins MLL•AF4 in der Lage ist eine leukämische Erkrankung auszulösen. Aufgrund dieser Daten, vorausgehenden Studien unserer Arbeitsgruppe sowie den Studien zum Fusionsprotein MLL•AF4 ist davon auszugehen, dass der pathomolekulare Mechanismus der Translokation t(4;11) auf zwei Onkoproteinen basiert.
Als Teil der Atmungskette des hyperthermophilen Bakteriums Aquifex aeolicus besteht die NADH:Ubichinon-Oxidoreduktase aus 13 Untereinheiten, die durch 24 unterschiedliche Gene codiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde für den massenspektrometrischen Nachweis dieser Untereinheiten nach der Aufreinigung des Komplexes eine SDS-PAGE durchgeführt, an die sich eine tryptische Proteolyse und eine Messung per MALDI MS und MS/MS anschlossen. Mit dieser analytischen Strategie war es möglich, jede nicht-homologe Untereinheit nachzuweisen und 20 von 24 genombasierten Isoformen eindeutig zu identifizieren. Selbst kleine bzw. sehr hydrophobe Untereinheiten mit vielen Transmembranhelices konnten mit Hilfe dieser Methode analysiert werden. Die hohe Anzahl an präsenten, unterschiedlichen Isoformen und die vorherrschenden Verunreinigungen durch Fremdproteine (z.B. ATP-Synthase) könnten Indizien dafür sein, dass bis jetzt keine hinreichend stabile und reproduzierbare Enzympräparation gelungen ist, um eine Kristallstrukturanalyse durchzuführen. Im Allgemeinen kann der Ablauf eines solchen Proteomics-Experiments in drei Teile gegliedert werden: die Auftrennung eines Protein- oder Peptidgemischs zur Verringerung der Probenkomplexität, die Identifikation des Proteins per Massenspektrometrie und die damit verbundene bioinformatische Datenanalyse. Neben chromatographischen Methoden ist die Elektrophorese in Polyacrylamidgelen immer noch das am häufigsten angewandte Trennverfahren im Proteomics-Bereich. Vor der MS-Messung werden die aufgetrennten Proteine in der Regel direkt in der Gelmatrix verdaut. Die Qualität der Ergebnisse wird stark durch Proteinmenge und die auftretenden Probenverluste beeinflusst. Diese werden beispielsweise durch eine unzureichende Peptidextraktion aus dem Gel hervorgerufen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein neues Gelsystem entwickelt, dass vor allem für die Proteolyseeffizienz, die Peptidextraktion und somit auch für die anschließende massenspektrometrische Messung von Vorteil ist. Das Monomer Acrylamid wird hierzu mit den beiden Quervernetzern N,N-Methylenbisacrylamid (MBA) und Ethylenglykoldiacrylat (EDA) polymerisiert. Es entsteht ein Gel, dessen Poren durch die basische Hydrolyse der Esterbindungen des EDAs vergrößert werden können, ohne die dreidimensionale Grundstruktur des Gels zu zerstören.   Die gemischten Gele mit MBA und EDA als Crosslinkern sind sowohl für Tris-Glycin- als auch Tris-Tricin-Puffersysteme einsetzbar. Die Evaluierung der Daten erfolgte meist gegen ein Standardgel mit T= 14% und C= 2,6%. Durch eine experimentell ermittelte Anpassung der Mischgele auf T+10% und C+45% mit einem MBA/EDA-Verhältnis von 0,5 verhalten sich die beiden Gelsysteme empirisch gleich und zeigen eine übereinstimmende elektrophoretische Trennung und Auflösung. Es gibt keine wesentlichen Nachteile in Bezug auf die Handhabung, die elektrophoretische Trennung und die anschließenden Analysen und Techniken, solange diese in sauren bis leicht basischen pH-Bereichen durchgeführt werden. So wurde das gemischte Gelsystem sowohl bei einer 2D IEF/SDS-PAGE als auch bei einem Western Blot-Experiment angewendet und für vollständig kompatibel befunden. Die gemessenen MS-Daten profitieren im Fall von Trypsin und Elastase erheblich von der besseren Zugänglichkeit des Enzyms zum Substratprotein und der verbesserten Peptidextraktion. Die Gelaufweitung führt zu signifikant besseren Ergebnissen, die größtenteils auf höhere S/N-Werte zurückzuführen sind. Die Signalintensitäten der Peptide sind um den Faktor 5 besser als die des Referenzgels. Der Nachweis von je 1 pmol der Proteine BSA, Serotransferrin und Alkoholdehydrogenase profitiert stark von den zusätzlich erhaltenen Daten, da die Zunahme an identifizierten Peptiden bei der PMF-Suche im Bereich von 40 bis 80% liegt. Auch bei geringen Proteinmengen wie 250 bzw. 50 fmol BSA ist die Anzahl der zugeordneten Signale um den Faktor 2-3 besser. Der in-Gel Verdau von 1 pmol Bacteriorhodopsin mit Elastase zeigt ebenfalls einen Anstieg der Peptidsignale um 60% im Vergleich zum Referenzgel. Da die Proteine im Gel alle mit kolloidalem Coomassie Brilliant Blue angefärbt wurden, kann davon ausgegangen werden, dass sich die guten MS-Ergebnisse auf jede mit diesem Farbstoff visualisierte Probe übertragen lassen. Für den Fluoreszenzfarbstoff RuPBS trifft dies ebenso zu, insgesamt wurden aber weniger Peptide als bei kolloidaler Coomassie Brilliant Blue-Färbung detektiert. Dementsprechend handelt es sich bei Acrylamidgelen mit MBA/EDA-Vernetzung um ein vielversprechendes alternatives Gelsystem, dass auf eine Vielzahl anderer Methoden angewendet werden kann.
Etablierung eines universellen Testsystems zur funktionellen Analyse neuer MLL-Fusionspartner
(2010)
Leukämische Erkrankungen entstehen häufig aufgrund genetischer Aberrationen. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um reziproke chromosomale Transloka-tionen, die an der Entstehung chimärer Fusionsgene mit intaktem Leserahmen betei-ligt sind und letztendlich zur Expression neuartiger Fusionsproteine führen. Das auf Chromosom 11 Bande q23 lokalisierte MLL-Gen (Mixed Lineage Leukemia) spielt bei einigen dieser chromosomalen Aberrationen eine wichtige Rolle. Es entstehen Fusi-onsproteine, die phänotypisch sowohl mit akuten myeloischen Leukämien (AML) als auch mit akuten lymphatischen Leukämien (ALL) assoziiert sind. Diese hämatopoie-tischen Erkrankungen werden aufgrund ihrer ungünstigen Prognose und schlechter Heilungschance als Hochrisiko-Leukämien klassifiziert. Neben Translokationen des MLL-Gens sind für die Leukämogenese noch weitere genetische Aberrationen von Bedeutung. Ebenso spielen, allerdings in geringerem Maße, Deletionen, Inversionen sowie Insertionen eine Rolle. Allen chromosomalen Translokationen sowie den übrigen chromosomalen Veränderungen geht mindestens ein DNA-Doppelstrangbruch voraus. Dieser findet sowohl beim MLL als auch beim Partnergen in sogenannten Bruchpunktsregionen statt. Inzwischen sind 104 verschiedene Veränderungen des MLL-Gens bekannt, von de-nen 64 auf molekularer Ebene charakterisiert wurden. Allein über 20 Partnergene wurden in den letzten fünf Jahren im Diagnostikzentrum DCAL (Diagnostic Center of Acute Leukemia) des Universitätsklinikums Frankfurt identifiziert. Allerdings sind bis heute noch keine universellen Ansätze zur Etablierung eines Tiermodells zur Unter-suchung neuer Partnergene bekannt. Somit ist es von großem Interesse möglichst schnell und zuverlässig dieses Ziel zu erreichen, um weitere Informationen über das onkogene Potential der beteiligten MLL-Partner zu erhalten. Als neue Kandidaten wurden im Rahmen dieser Arbeit DCPS, MAML2 sowie NRIP3 untersucht, die auf die Positivkontrolle ENL und auf die Negativkontrolle LASP1 bezogen wurden. Zunächst wurde ein universelles retrovirales Vektorsystem entwickelt, welches den MLL-N-Terminus (Exon 1 - Exon 9) trägt. Das zu untersuchende Partnergen kann durch Einklonieren der entsprechenden DNA-Sequenz in diesen Vektor eingefügt werden. Um ein authentisches Fusionsprodukt mit durchgehendem Leserahmen zu erhalten, sind die beiden Gene durch eine intronische Sequenz voneinander separiert. Die korrekte Fusion konnte auf Transkriptebene via RT-PCR nachgewiesen werden. In Vorversuchen wurden die Konstrukte MLL•DCPS, MLL•ENL (Positivkontrolle), MLL•LASP1 (Negativkontrolle), MLL•MAML2 sowie MLL•NRIP3 in murine hämato-poietische Progenitorzellen (Ba/F3 und 32D) transduziert. Die erfolgreiche Infektion konnte sowohl fluoreszenzmikroskopisch als auch auf Transkriptebene nachgewie-sen werden. Des Weiteren zeigten die Konstrukte unterschiedliche Einflüsse auf die Hox-Genexpression der Hox-Gene a5, a7, a9, a10, b3 und b4. Zur Untersuchung wachstumstransformierender und proliferierender Eigenschaften der Fusionsproteine folgten nach Abschluss der Vorversuche erste Transduktionsex-perimente mit murinen Lin-/Sca1+-hämatopoietischen Zellen. Mittels eines Methylcel-lulose-Assays sollten die transformierenden Eigenschaften der MLL-Fusionen über-prüft werden. Lediglich die Positivkontrolle wies wachstumstransformierende Eigen-schaften auf. Somit legen die bisherigen Ergebnisse die Vermutung nahe, dass noch weitere Faktoren für die Leukämogenese relevant sein müssen. Um Aussagen über das Verhalten der zu untersuchenden MLL-Fusionen in vivo tref-fen zu können, wurden retroviral infizierte, Lin-/Sca1+-aufgereinigte hämatopoietische Stammzellen in Empfängermäuse transplantiert. Bis zum jetzigen Zeitpunkt konnten bei den Mäusen noch keinerlei Symptome einer leukämischen Erkrankung diagnosti-ziert werden. Es ist abzuwarten, ob die transplantierten Mäuse in den nächsten Wo-chen leukämische Verhaltensauffälligkeiten aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte erfolgreich ein Testsystem etabliert werden, das es ermöglicht, neue Partnergene in kürzester Zeit funktionell zu analysieren. So können in Zukunft hoffentlich neue Erkenntnisse zur Leukämogenese gewonnen werden, die eventuell neue Therapieansätze ermöglichen.
Evaluation der Adhärenz, Compliance und Persistenz bei Patienten unter antihypertensiver Therapie
(2010)
Bei chronischen Erkrankungen ist eine regelmäßige Arzneimitteleinnahme eine der Vo-raussetzungen für den Therapieerfolg. Trotzdem nehmen viele Patienten ihre Arzneimit-tel nicht wie vorgeschrieben ein. Dies kann im Rahmen von kardiovaskulären Erkrankun-gen (z. B. Hypertonie) schwerwiegende Folgen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall haben. Es ist bekannt, dass die Therapietreue (Adhärenz bzw. Compliance und Persistenz) bei Hypertonikern nur bei 30 – 55 % liegt. Daher ist es von größter Wichtigkeit, die Therapie-treue und die Gründe für mangelnde Adhärenz zu erfassen, um danach gezielte Interven-tionen zur Verbesserung dieser entwickeln zu können. Allerdings liegen aus Deutschland zu dieser Thematik nur wenige Untersuchungen aus Feldstudien in Apotheken oder Ana-lysen aus Verordnungsdatenbanken vor.
Um die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zur Ermittlung der Therapietreue großflä-chig abzudecken, wurden unterschiedliche Erfassungswege genutzt. Zum einen wurde eine Patientenbefragung in öffentlichen Apotheken zur Erfassung der Adhärenz und Ein-nahmegewohnheiten unter medikamentöser Therapie mit Antihypertensiva durchge-führt. Zum anderen diente die Analyse von Verordnungsdaten der DAPI-Datenbank dazu, die Persistenz und Compliance von Patienten unter antihypertensiver Therapie zu be-stimmen. Als Spezialfall wurde weiterhin betrachtet, ob die Umstellung von einem Origi-nal- auf ein generisches Ramipril-Präparat nach dessen Patentauslauf mit einer vermin-derten Compliance einhergeht.
Die Patientenbefragung wurde sowohl von Patienten wie auch von den 24 teilnehmenden Apotheken gut angenommen. Dies zeigen die Rücklaufquoten der ausgegebenen Frage-bögen (46,8 % für die Befragung per zugesandtem Fragebogen (KF; kurze Form des Frage-bogens) und 32,8 % für das Interview in der Apotheke (LF; lange Form des Fragebogens)) Gemessen anhand des eingesetzten Adhärenz-Scores beschrieben sich 71,9 % der Patien-ten im LF und 58,2 % im KF selbst als adhärent. Der Bedarf für strukturierte, einfach durchführbare Adhärenz-Erfassungsinstrumente für die öffentliche Apotheke wurde sehr deutlich, wie u. a. der Abschlussbericht, welcher von den Apotheken nach Abschluss der Befragung ausgefüllt wurde, zeigte. Demnach hielten die Apotheken die Befragung von Umfang und Verständlichkeit für angemessen. Die Patienten waren bereit, detaillierte
Kapitel V Zusammenfassung V
Dissertation Miriam Ude
Evaluation der Adhärenz, Compliance und Persistenz bei Patienten unter antihypertensiver Therapie 160
Auskünfte über ihre Erkrankung zu geben. Dies zeigten auch die vielen in den Bogen ein-getragenen Anmerkungen seitens der Patienten und Apothekern, in denen individuelle Probleme dokumentiert wurden.
Bei der Analyse von Persistenz und Compliance im Substanzklassenvergleich wurde ein-drücklich gezeigt, dass die Therapietreue unter den First-line-Antihypertensiva (AHT) sub-optimal ist. Patienten unter der Therapie mit β-Blockern (77,3 %) weisen den geringsten non-persistenten Anteil auf, gefolgt von Patienten mit Verordnungen über ACE-Hemmer (78,7 %), AT1-Antagonisten (79,0 %), Calcium-Kanal-Blocker (81,4 %) und Diuretika (83,0 %). Hinsichtlich der Compliance findet sich in der Gruppe der mit AT1-Antagonisten be-handelten Patienten der niedrigste Anteil mit Non-Compliance (52,1 %), gefolgt von ACE-Hemmern (54,1 %), β-Blockern (54,7 %), Calcium-Kanal-Blockern (58,5 %) und Diuretika (63,6 %).
Die primäre Hypothese, dass die Compliance nach Umstellung von einem Ramipril-Original-Präparat nach dessen Patentauslauf auf ein Generikum signifikant abnimmt, konnte nicht bestätigt werden. Die Ergebnisse wurden für Patienten ermittelt, welche mit Ramipril-Monopräparaten, nur mit Fixkombinationen aus Ramipril mit einem Diuretikum, oder mit beidem (duale Therapie) behandelt wurden.
Die Ergebnisse der im Rahmen dieser Dissertation untersuchten Projekte zeigen, dass die medikamentöse Therapietreue bei Patienten unter antihypertensiver Therapie in Deutschland verbesserungswürdig ist, und dass die Ermittlung der Adhärenz, Compliance und Persistenz von immenser Wichtigkeit ist. Trotz der unterschiedlichen gewählten An-sätze kongruieren die Ergebnisse sehr gut. Patienten benötigen Unterstützung in der Durchführung ihrer medikamentösen Therapie mit AHT, um gesteckte Therapieziele zu erreichen, welche dazu beitragen können, Morbidität und Mortalität zu verringern bzw. die Lebensqualität zu verbessern. Ein erster Schritt dazu ist das zielgerichtete Erkennen therapiebezogener Probleme. Da es hierfür in Deutschland bisher keine strukturierten Instrumente gibt, welche flächendeckend in den Apothekenalltag implementiert wurden, könnte das neu entwickelte und auf Machbarkeit getestete Befragungsinstrument ein Ansatz sein, die Patienten gezielt und zeitsparend nach ihren Problemen mit der Arznei-mitteleinnahme zu befragen und frühestmöglich intervenieren zu können.
Das Ziel dieser Arbeit war es, eine neuartige, drei-dimensionale Messmethode (BodyScan) zur Körperoberflächenbestimmung an Neugeborenen zu evaluieren. Die exakte Bestimmung der Oberfläche ist, besonders in der Pädiatrie, von großer Bedeutung für die Beurteilung physiologischer Parameter und der Dosierung von Medikamenten bzw. Infusionstherapien. Bestimmungen der Körperoberfläche mit 3D-Scannern liegen zwar für Erwachsene in zahlreichen Studien vor, jedoch wurden Neugeborene aus technischen Gründen bislang nicht untersucht, da ihre komplette Oberfläche in einem Scan nicht dargestellt werden kann. Das verwendete Messgerät „BodyScan“ der Firma 3D-Shape GmbH, Erlangen, arbeitete mit einer Messmethode, die es ermöglichte eine kontaktfreie, schonende, drei-dimensionale Vermessung der Körperoberfläche vorzunehmen (Streifenprojektionstechnologie). Die Neugeborenen konnten nur in liegender Position vermessen werden. Mit Hilfe einer Spiegelkonstruktion war es möglich drei Körperseiten des Neugeborenen im gescannten Bild zu erfassen. Diese gescannte Fläche wurde mit einem Korrekturfaktor zur gesamten Körperoberfläche extrapoliert. Dazu wurde der BodyScan vor Beginn der Studie mit einem artifiziellen Objekt (Messpuppe) kalibriert. Die genaue Oberfläche der Messpuppe war zuvor von einem ähnlichen genormten Gerät (BodyScan3DShape) auf 1632,24 cm², als Zähler des Korrekturfaktors bestimmt worden. Danach fanden 20 Messungen der Puppe mit dem Studien-Scanner statt. Es konnte gezeigt werden, dass der BodyScan die Körperoberfläche der Messpuppe mit einen Fehler von unter 0,1 % genau bestimmen konnte. Die ermittelte mittlere Oberfläche war der Nenner des so erhobenen Korrekturfaktors für unseren BodyScan, der schließlich 1,9787 betrug. Danach wurden 209 gesunde Neugeborenen, geboren in der Universitätsklinik Frankfurt am Main, untersucht. Sie wurden mit dem BodyScan in Bauch- und Rückenlage abgebildet, und die Körperoberfläche wurde zu beiden Ansichtsmodi computerunterstützt ermittelt. Die Ergebnisse des BodyScan wurden mit herkömmlichen, als empirischer Standard betrachteten Methoden, und zwar aus der Literatur bekannten Formeln nach DU BOIS & DU BOIS (1916), nach BOYD (1935), nach HAYCOCK ET AL. (1978), nach MEBAN (1983), und nach MOSTELLER (1987) verglichen. Zwei Neugeborene wurden außerdem mit der Geometrischen Methode untersucht, dazu wurden verschiedene Strecken und Umfänge einzelner Körperteile vermessen und deren Oberfläche mittels mathematischer Formeln bestimmt. Zudem wurde auch ein Subkollektiv von 25 Neugeborenen aus dem Gesamtkollektiv hinsichtlich der Ergebnisse der Körperoberflächenbestimmung mit dem BodyScan und den Formeln gesondert betrachtet. Dieses Subkollektiv setzte sich aus Neugeborenen zusammen, welche unter optimalen Bedingungen abgebildet wurden und von welchen qualitativ „sehr gute“ Aufnahmen erstellt wurden. Die durchschnittliche Körperoberfläche eines unter optimalen Bedingungen vermessenen Neugeborenen betrug mit dem BodyScan 2163,66 cm². Der Vergleich mit den fünf Formeln zur Oberflächenberechnung zeigte zwar geringfügige Abweichungen , aber dennoch gute Übereinstimmung der Ergebnisse unter den optimalen Studienbedingungen [besonders mit den Formeln nach DU BOIS & DU BOIS (1916), HAYCOCK ET AL. (1978), MEBAN (1983) , und MOSTELLER (1987)]. Die durchschnittliche Abweichung des BodyScans von den Formeln lag hier bei 2,55%. Als weiteres Ergebnis erhielten wir gute Übereinstimmungen für die Körperlängenbestimmung durch den BodyScan sowohl im Vergleich zu den Messungen der Hebammen als auch zu denen des Infantometers. Er betrug weniger als 0,1 % Fehler bei der Messpuppe und 2,8 % bei den Neugeborenen. Abschließend kann die Körperoberflächenmessung an Neugeborenen mit dem BodyScan als valide Methode bezeichnet werden. Sie setzt jedoch eine exakte Einstellung des Probanden in der Apparatur voraus. Weitere Untersuchungen sollten an kranken Neugeborenen und Frühgeborenen stattfinden, da die Methode wenig belastend und durch die Verwendung von weißem Licht unschädlich ist.
Die kontrastmittelverstärkte MRT hat in den letzten Jahren als Bildgebungsmethode in der abdominellen Diagnostik eine zunehmende Bedeutung in der klinischen Patientenversorgung gewonnen. Neben der Entwicklung neuer Geräte mit schnellen Untersuchungssequenzen in Atemstillstand, hat auch der Einsatz von MRT-Kontrastmitteln entscheidend dazu beigetragen. Mit der Entwicklung neuer Kontrastmittel - höher konzentriert – stellt sich die Frage, ob und wie sich diese von den Standardkontrastmitteln hinsichtlich der Kontrastierung von Organparenchym, Organläsion und Gefäßen unterscheiden. Diese Studie konzentrierte sich auf mögliche Unterschiede zwischen dem neuen höher konzentrierten Kontrastmittel Gadobutrol und dem Standardkontrastmittel Gd-DTPA im Hinblick auf die Charakterisierung von Nierenläsionen. Gadobutrol 1,0 M (Gadovist®, Schering AG, Deutschland), ein hochmolares Gd-Chelat, hat im Vergleich zu herkömmlichem niedermolaren Gd-DTPA (Magnevist®, Bayer Schering Pharma, Deutschland) einen größeren Effekt auf die Verkürzung der T1-Relaxationszeit bei geringerer Osmolalität und Viskosität. Die höhere Konzentration ermöglicht eine Reduktion des Kontrastmittelvolumens und damit einen kompakteren Bolus. Ziel dieser Studie war die Evaluierung des höher konzentrierten Gadobutrols (1,0 molar) im Vergleich zum niedermolekularen Standardkontrastmittel Gd-DTPA (0,5 molar) in der MRT-Nierendiagnostik hinsichtlich der Differenzierung von Nierenläsionen. Außerdem sollen die erzielten Ergebnisse genutzt werden, um die klinischen Anwendungsmöglichkeiten von Gadobutrol erweitern zu können. Die Ergebnisse der vorliegenden interindividuellen Phase-III-Studie basieren auf der MRT-Untersuchung und Auswertung von 30 Patienten mit verschiedenen Nierenläsionen (benigne und maligne) vor und nach Applikation von Gadobutrol 1,0 M bzw. Gd-DTPA 0,5 M. Die Wahl des Kontrastmittels erfolgte nach einer randomisierten Zuordnung. Hierbei erhielten 15 Patienten Gadobutrol 1,0 M und 15 Patienten Gd-DTPA 0,5 M. Die MRT-Befunde wurden mit einem definierten Goldstandard korreliert. Die Applikation beider Kontrastmittel erfolgte nach der automatisierten Bolusmethode, damit eine dynamische Bildgebung ermöglicht werden konnte. Dabei konnte für beide KM eine gute Verträglichkeit evaluiert werden. Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, dass bezüglich der Kontrastierung des Nierenparenchyms signifikante Unterschiede zwischen den untersuchten Gadolinium-Chelaten bestehen. Hierbei zeigte sich in der T1-gewichteten Gadobutrol-verstärkten Dynamik während der nephrographischen Phase eine stärkere Anreicherung in Nierenrinde und Nierenmark mit einem langsameren Übertritt des Kontrastmittels ins Nierenbeckenkelchsystem im Vergleich zur Gd-DTPA-verstärkten Bildgebung. Die stärkere Kontrastierung des Nierenmarks während dieser wichtigen Phase ermöglichte eine bessere Abgrenzung und Sichtbarkeit der Nierenläsionen zum umliegenden Gewebe. Die Nierenläsionen zeigten Unterschiede in der Kontrastmittelaufnahme, mit einem Trend für höhere Werte für die Gadobutrol-Gruppe. Gleiche Resultate ergaben sich für die Gefäßkontrastierung. Hier zeigte Gadobutrol-verstärkte Bildgebung keine wesentliche Erhöhung des arteriellen und venösen Gefäßsignals gegenüber dem Standardkontrastmittel Gd-DTPA. Unter Verwendung beider Kontrastmittel konnte eine gute Bildqualität erzielt werden. Jedoch erzielte dabei das höher konzentrierte Gadobutrol höhere Werte im Vergleich zu dem Standardkontrastmittel Gd-DTPA. Ferner zeigte sich für den Gadobutrol-Kontrast eine verbesserte Abgrenzbarkeit der Nierenläsionen. Bezüglich der diagnostischen Sicherheit in der Differenzierung der Nierenläsionen ließ sich zwischen den beiden Kontrastmitteln kein wesentlicher Unterschied feststellen. Die Ergebnisse dieser Studie weisen darauf hin, dass Gadobutrol 1,0 M als höher konzentriertes MR-Kontrastmittel ein gut geeignetes Kontrastmittel zur Detektion und Differenzierung von Nierenläsionen ist. Es kann ebenso wie das bis jetzt verwendete niedermolare Kontrastmittel Gd-DTPA 0,5 M bei der Abklärung von Nierenpathologien mittels MRT eingesetzt werden.
Die Quantenspieltheorie stellt eine mathematische und konzeptuelle Erweiterung der klassischen Spieltheorie dar. Der Raum aller denkbaren Entscheidungswege der Spieler wird vom rein reellen, messbaren Raum in den Raum der komplexen Zahlen (reelle und imaginäre Zahlen) ausgedehnt. Durch das Konzept der möglichen quantentheoretischen Verschränkung der Entscheidungswege im imaginären Raum aller denkbaren Quantenstrategien können gemeinsame, durch kulturelle oder moralische Normen entstandene Denkrichtungen mit einbezogen werden. Ist die Strategienverschränkung der Spieler im imaginären Raum der denkbaren Entscheidungswege nur genügend groß, so können zusätzliche Nash-Gleichgewichte auftreten und zuvor existente dominante Strategien sich auflösen. Die der evolutionären Entwicklung zugrundeliegende Replikatordynamik besitzt in der evolutionären Quantenspieltheorie eine komplexere Struktur und die jeweiligen evolutionär stabilen Strategien können sich, abhängig vom Maß der Verschränkung, abändern. Neben einer detaillierten Darstellung der evolutionären Quantenspieltheorie werden in dieser Dissertation mehrere Anwendungsbeispiele besprochen. So wird durch eine quantentheoretische Erweiterung die aktuelle Finanzkrise mittels eines Anti-Koordinationsspiels beleuchtet, das unterschiedliche Publikationsverhalten von Wissenschaftlern erklärt und erste Ansätze einer experimentellen Bestätigung der Theorie dargestellt.
Die vorliegende Arbeit hat die Charakterisierung und Untersuchung des Stabilitätsverhaltens von
Parvulustat (PL), einem Homologen des α-Amylase-Inhibitors Tendamistat, zum Inhalt. Zur
weitreichenden Charakterisierung wurden verschiedene Proteinregionen des Parvulustats der CTerminus,
das hydrophobe Cluster, die Disulfidbrücken sowie die Proline auf ihren jeweiligen
Einfluss auf die Struktur und die thermodynamische Stabilität untersucht. In der vorliegenden
Zusammenfassung werden die Ergebnisse dieser Studien komprimiert präsentiert:
· Charakterisierung des Parvulustat-Wildtyps
Es galt vorweg herauszufinden, wie sich der Inhibitor unter nativen und denaturierten
Bedingungen verhält, um Rückschlüsse auf seine Merkmale und Strukturen zu ziehen. Die
erzielten Ausbeuten und die hohe Reinheit des isolierten Parvulustats erlaubten eine umfassende
Charakterisierung, einschließlich zahlreicher Kristallisationsexperimente, die vermuten lassen,
dass eine Kristallisation möglich sein sollte. Aufgrund der Tatsache, dass die Struktur des
Parvulustats bis 2009 unbekannt war, wurde die sekundäre Struktur mittels Circulardichroismus
und Fluoreszenzspektroskopie untersucht. Die Analyse des fernen UV-CD-Spektrums bei pH 7,0
und 25°C offenbarte eine „all-b-sheet“ Protein-Struktur. Mittels Fluoreszenzspektroskopie wurde
deutlich, dass die aromatischen Aminosäuren exponiert vorliegen. Um zunächst einen Einblick in
die Strukturveränderungen und die thermodynamische Stabilität zu erhalten, wurde der
temperaturinduzierte Entfaltungsübergang mittels CD-Spektroskopie verfolgt. Das Angleichen der
bei 230 nm gemessenen CD-Daten nach der linearen Extrapolations-Methode für eine
Zweizustands-Faltung ergab einen Tm-Wert von 82°C und D H(Tm) von 201,6 kJ/mol. Die
beträchtlichen Werte veranschaulichen die hohe Stabilität des Parvulustats. Eine aus den CDMessungen
bei 50° ergebende Übergangskurve zeigte, dass sich die Sekundärstruktur mit einem
Übergangsmittelpunkt bei 5,62 M GdnHCl kooperativ und reversibel entfaltet. Das Protein
entfaltet sogar infolge einer pH-Wert-Senkung bis auf pH 1 nicht vollständig, sondern es wechselt
direkt in einen Säure-Zustand („acid-state“). Dieser Zustand zeigt spektroskopisch die gleichen
Eigenschaften wie das native Protein, wobei die volle Inhibierungs-Aktivität nicht erhalten bleibt.
In sehr basischem Milieu bei pH 14 nimmt Parvulustat einen alkalisch denaturierten
Zwischenzustand IB an, der sich erheblich von dem GdnHCl-denaturierten, dem säurebehandelten
oder vom „molten globule“ Zustand unterscheidet. Allgemein behielt Parvulustat
über ein breites pH-Wert Spektrum (1,0-10,0) die native Struktur, bzw. eine „native like“ Struktur,
was erneut auf die enorme Stabilität des Proteins hindeutet. Die von Rehm et al. (Rehm et al.,
Theoretischer Teil
-4-
2009) aufgeworfene Hypothese des „induced fit“ Inhibierungsmechanismus des Parvulustats
konnte durch die in dieser Arbeit durchgeführten Experimenten bekräftigt werden. Mittels
Sekundärstrukturbestimmungen des Parvulustats unter Komplexbildung mit der a-Amylase
konnte eindeutig gezeigt werden, dass strukturelle Veränderungen am Inhibitor im Komplex
vorliegen. Durch zahlreiche Tests konnte festgestellt werden, dass die WRY-Region des
Parvulustats sich der Struktur der a-Amylase anpasst. Die Komplexierung des Parvulustats
bewirkte aber eine thermodynamische Destabilisierung der Inhibitor-Struktur.
· Einfluss des C-Terminus auf die Stabilität des Parvulustats
Um die Ursachen für die hohe Stabilität des Parvulustats auch im Vergleich zu Tendamistat (Tm:
79°C) zu finden, wurde der Einfluss des hoch flexiblen C-Terminus untersucht. Die Derivate mit
um zwei (PL-2AA), vier (PL-4AA) und sieben (PL-7AA) Aminosäuren verkürztem C-Terminus
wurden isoliert und analysiert. Die Entfaltungstemperaturen der verkürzten Derivate des
Parvulustats sinken mit abnehmender Zahl der Aminosäuren. Die Ergebnisse suggerieren, dass
der C-Terminus des Parvulustats eine entscheidende Rolle in der strukturellen Vollständigkeit des
Proteins während der thermischen Entfaltung spielt und damit auch in der Faltung (Tab.: 2.1). Der
Vergleich der Inhibitoraktivitäten der verkürzten Proteine mit dem nativen Parvulustat ergibt für
die Varianten PL-2AA und PL-4AA eine dem Wildtyp ähnliche Aktivität. Die Variante PL-7AA
weist eine leicht verringerte Aktivität auf.
Tabelle 2.1: ...
Einfluss hydrophober Oberflächenclustern auf Stabilität und Faltung
des Parvulustats
Parvulustat besitzt in der Mitte des ersten b-Faltblatts, um die Position 22 liegend, einen
hydrophoben Oberflächencluster. Wie mit Hilfe von Substitutionsexperimenten in dieser Region
gezeigt werden konnte, ist die thermodynamische Stabilität des Parvulustats in hohem Maße von
der Bildung dieses kleinen aber wichtigen hydrophoben Kerns bestimmt. Demnach muss das b-
Faltblatt I und das b-Hairpin I eine entscheidende Rolle in der Faltung von Parvulustat spielen.
Position 22 ist in zweierlei Hinsicht für die Stabilität des Parvulustats wichtig: einerseits durch die
energetisch wichtigen Wasserstoffbrückenbindungen und zum zweiten steuert die Stelle zur
Formation des hydrophoben Kerns bei. Die Daten suggerieren, dass es auch eine
thermodynamische Kopplung zwischen dem hydrophoben Effekt und der Präsenz von
Wasserstoffbrückenbindungen geben könnte. Zumindest aus der Sicht der Stabilität ist es
eindeutig, dass interatomare Interaktionen wie Wasserstoffbrückenbindungen, van-der-Waalsund
Dipol-Dipol-Wechselwirkungen notwendig sind, um eine stabile Bildung von b-Faltblättern
in Parvulustat und seinen Derivaten zu verwirklichen.
· Der Effekt der Proline auf die Stabilität des Parvulustats
Der Effekt der Substitution des Prolins durch Alanin an verschiedenen Positionen des Parvulustats
wurde ebenfalls untersucht. Im Ganzen betrachtet führt auch die Mehrfachsubstitution von Prolin
zu keiner nennenswerten strukturellen Veränderung im Parvulustat. Die durchgeführten
thermischen Entfaltungsexperimente bestätigen diese Beobachtungen. Alle Einzelmutanten (P5A,
P42A, P48A, P72A) zeigten eine höhere thermische Stabilität als der Wildtyp (Abb. 2.1).
Abbildung 2.1: Tm-Werte des Parvulustat-Wildtyps und seinen Prolin Mutanten.
Theoretischer Teil
-6-
Die fast gleich bleibenden Tm-Werte bzw. die Erhöhung der Stabilität des Parvulustats sind durch
die strukturelle Fluktuationen zu erklären, denn die rigide XAS-Pro-Bindung wurde durch die
flexible XAS-Ala-Bindung ersetzt.
· Der Einfluss der Disulfidbindung auf die Stabilität des Parvulustats
Der Einfluss der zwei Disulfidbrücken des Parvulustats wurde bezüglich Aktivität, spektraler
Eigenschaften sowie Stabilität untersucht. Hierfür wurden 25 Inhibitorvarianten mittels gezielter
Mutagenese gewonnen, in denen jeweils zwei Cysteinreste, die im natürlich vorkommenden
Parvulustat Disulfidbrücken bilden, durch andere Aminosäuren ersetzt wurden. Die Ergebnisse
zeigten, dass die Faltung Parvulustats ein zwei Zustand Verhalten besitzt, das außer in
Tendamistat in keinem anderen disulfid-verknüpftem Protein gefunden wurde. Dieses Verhalten
wurde durch die Entfernung von Disulfidbrücken nicht beeinflusst. Wie durch die CD- und
fluoreszenzspektroskopischen Experimente belegt werden konnte, ist die native Struktur des
Parvulustats durch die Entfernung der C43-C70-Disulfidbindung tiefgreifend verändert worden.
Passend zu den Veränderungen der Struktur haben die Mutationen schwerwiegende
Destabilisierungseffekte auf das Protein verursacht, was auch an der Erniedrigung der Freien
Gibbs Energie der Denaturierung und der Tm-Werte zu erkennen ist. Die Untersuchung des
Einflusses der Aminosäure-Substitution in den Positionen 43 und 70 auf die thermodynamische
Stabilität des Parvulustats führt zum Ergebnis, dass die Hydrophobizität und Polarität des Restes
70 einen bedeutenden Effekt auf die Stabilität des Proteins besitzt. Die Betrachtung der
thermodynamischen Daten macht deutlich, dass der Beitrag der freien Energie zur Stabilisierung
nicht nur abhängig von der eingeführten Aminosäure ist, sondern zum Teil auch von dem
strukturellen Kontext abhängt. Die Daten zeigen, dass die Substitution des Alanins an der Stelle
70 durch Leucin oder Threonin die Struktur um 0,3 bzw. 1,7 kJ/mol stabilisieren. Zusätzliche
Beiträge zum Unterschied bezüglich des ΔG°-Werts zwischen den Varianten C43AC70L/T und
C43L/TC70A können sich auch durch die unterschiedliche lokale Umgebung, wie z.B. die
Seitenketten von benachbarten Aminosäuren um die zwei Mutationsstellen ergeben. Der Tm-Wert
des Wildtyp-Proteins beträgt 82°C. Die Vergleiche dieser Größe mit der von der stabilsten
Cystein-defizitären Doppelmutante C43AC70T (47,3°C) ergibt eine Differenz von 34,7°C. Dieses
Ergebnis untermauert, dass die Disulfidbindung 2 eine extrem wichtige strukturelle Komponente
in der ungewöhnlich hohen Stabilität des Parvulustats darstellt.
Das Ziel der Arbeit war es dennoch die Daten der Stabilitäten einzelner Disulfidmutanten zu
sammeln und zu erfassen, um dadurch allgemeine Grundregeln für eine rationale Gestaltung der
Elimination beider Disulfidbrücken im Sinne einer vorhersagbaren Auswirkung auf die
Proteinstabilität zu bekommen.
Theoretischer Teil
-7-
Der Versuch ein disulfidfreies Protein in großen Mengen aus S. lividans zu isolieren, stellte sich
aber als extrem schwierig dar. Nach der Änderung des Stamms des Wirtsorganismus
(Streptomyces lividans TK23), Erhöhung der Qualität der Protoplasten und der Expressions-
Bedingungen (19°C, 150 rpm) konnten auf dem SDS-Gel stärkere Banden des Derivats
C9AC25TC43AC70T-4AA beobachtet werden. Die Expression der Mutante
C9AC25TC43AC70L-4AA konnte hingegen nicht nachgewiesen werden. Die anschließende
Reinigung des Derivats C9AC25TC43AC70T-4AA des Parvulustats mittels Gelfiltration und RPHPLC
bzw. Isolierung des Proteins aus dem SDS-Gel brachte das erwünschte Produkt. Dieses
konnte mit der MALDI-Massenspektroskopie eindeutig nachgewiesen werden. Das aktive
Cystein-freie Derivat C9AC25TC43AC70T-4AA konnte auch auf dem a-Amylase Plattentest
nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Expression und der Nachweis einer
cystein-freien Variante möglich sind, dennoch haben die Ausbeuten dieses Proteins für
weiterreichende Analytik nicht ausgereicht. Demnach sind die Disulfidbrücken für die Stabilität
und Struktur des Parvulustats von enormer Bedeutung dennoch sind sie nicht zwingend
erforderlich für die Aktivität und die Expression in S. lividans.
Das Studium der Medizin umfasst eine sehr heterogene Zusammenstellung von Fächern. Die große Anzahl unterschiedlicher Leistungsnachweise im klinischen Studium macht es dabei fast unmöglich, sich auf alle Fächer intensiv vorzubereiten, so dass vom Studenten eine Auswahl getroffen werden muss. Bisher liegen keine Untersuchungen dazu vor, nach welchen Kriterien Studenten ihren Lernaufwand einteilen. Anhand der fachspezifischen Prüfungsleistungen von etwa 1000 Medizinstudenten der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/Main mit dem Beginn des klinischen Studiums zwischen dem Sommersemester 2003 und dem Wintersemester 2005/2006 wurde untersucht, welche Korrelationen zwischen den 33 Fachnoten des klinischen Studienabschnitts vorliegen, die durch schriftliche Prüfungen ermittelt wurden. Dazu wurden die Noten der Erstprüfung verwendet, bei erst im Wiederholungsversuch bestandenen Fächern wurde für Korrelationen die Note auf 5 gesetzt. Zusätzlich wurde untersucht, ob es Unterschiede der Prüfungsleistungen zwischen den Studentenkohorten gibt, die zum Wintersemester (überwiegend Regelzeitstudenten) oder Sommersemester (keine Regelzeitstudenten) den klinischen Studienabschnitt beginnen. Für diese Berechnungen wurden alle Studenten in Kohorten zusammengefasst, die zum gleichen Zeitpunkt mit dem klinischen Studium begannen. Zur Klassifizierung von Fächern wurden diese nach inhaltlichen Gesichtspunkten zusammengefasst (internistische Fächer, operative Fächer, neurologische Fächer, Reproduktionsblock); daneben wurde eine Gruppierung nach Relevanz im Staatsexamen vorgenommen (Kernfächer des Studiums, Nebenfächer). Die Ergebnisse legen nahe, dass die Studenten kein interessensgesteuertes Lernen anwenden, wie sich an den relativ niedrigen Korrelationen zwischen inhaltlich ähnlichen Fächern zeigt. Dagegen zeigen sich hohe Korrelationen zwischen den Kernfächern des Curriculums, die eine große Fragenanzahl im Staatsexamen besitzen, sowie zwischen Fächern, die im gleichen Zeitraum gelehrt und geprüft wurden. Niedrige Korrelationen (auch negativ) wurden nur für wenige Fächer gefunden, bei denen keine inhaltliche Übereinstimmung vorliegt und offensichtlich keine Bedeutung für das Staatsexamen angenommen wird. Andererseits spricht die deutliche Korrelation zwischen Innerer Medizin und Pädiatrie dafür, dass eine inhaltliche Übereinstimmung in relevanten Fächern den Prüfungserfolg beeinflussen kann, auch wenn die Prüfungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten stattfinden. Als Nebenergebnis wird ein deutlicher Leistungsunterschied zwischen den Kohorten gefunden, die im Wintersemester bzw. im Sommersemester ihr klinisches Studium beginnen; hierbei haben die Kohorten ohne Studenten in der Regelstudienzeit deutlich schlechtere Noten. Diese Leistungsunterschiede sind in den Kernfächern mit einer angenommenen großen Relevanz für das Staatsexamen besonders ausgeprägt. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse die aus anderen Fächern bekannten Daten, dass von den Charaktereigenschaften nur der Parameter „Fleiß/Gewissenhaftigkeit“ mit einem schnellen, erfolgreichen Studium korreliert, während andere Persönlichkeitseigenschaften keinen Bezug zum Studienerfolg haben. Die Lernsteuerung durch Fleiß mit dem Kriterium „Prüfung zum gleichen Zeitpunkt“ steht in einem Gegensatz zur Tatsache, dass etwa 50% der Studenten bereits zum Studienbeginn genaue Vorstellungen über ihr späteres ärztliches Tätigkeitsfeld haben.
In der vorliegenden Arbeit konnten wir in den einzelnen Lipidfraktionen die gleichen Unterschiede zeigen, die bereits in anderen Untersuchungen aufgezeigt worden waren. Vor allem in den Phospholipiden, im Plasma und in den Erythrozyten ließen sich für die cis-Linolensäure (C18:2ω6c), die Arachidonsäure (C20:4ω6) und die Docosahexaensäure (C22:6ω3) Erniedrigungen beschreiben. Auch in den Cholesterylestern und den Triglyceriden, die als direkte Nahrungsfette gewertet werden können, zeigt sich diese Verteilung, so dass von einer Unterversorgung mit diesen Fettsäuren ausgegangen werden muß. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits wenige Fettsäuren zur Beurteilung der Fettsäure-Situation bei Cystische Fibrose-Patienten ausreichen, so dass in Folgeuntersuchungen auf die Auswertung bei Cystische Fibrose-Patienten aller Fettsäuren verzichtet werden kann. Die Gruppen sollten zur Stabilisierung und besseren Reproduzierbarkeit der Werte vergrößert werden. In Folgeuntersuchungen sollte die Ernährung und der Ernährungstatus dokumentiert werde. Die Patienten in unserer Gruppe hatten alle die gleiche Mutation (ΔF 508) und waren adäquat ernährt. Im Einzelnen lässt sich jedoch nicht mehr sagen in welcher Form und Menge Fett zugeführt worden waren. Die Verteilungsmuster in den Triglyceriden und den Cholesterylestern lassen jedoch eindeutig, wie schon in der Literatur beschrieben, auf einen essentiellen Fettsäuremangel schließen. Keiner der Patienten erhielt eine zusätzliche Substitution mit ultralangkettigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren der ω3/ω6- Familien. Es lässt sich nur mit Hilfe der Literatur diskutieren welche Ursachen bei unseren Patienten für den essentiellen Fettsäuremangel verantwortlich sind, da unsere Arbeit lediglich eine Erhebung über den Ist-Zustand darstellt. Für die Klärung der Malabsorption müssten Untersuchungen angeschlossen werden, die mit einer Substitution von ultralangkettigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren einhergehen. Das Membranverhalten und Rezeptorverhalten kann über die Messung der Phospholipide konkretisiert werden. Im Bezug auf die inflammatorische Antwort könnten die Leukotriene und andere Mediatoren der inflammatorischen Antwort parallel gemessen werden. Als weiteres Ergebnis zeigten sich bei den von uns untersuchten Cystische Fibrose-Patienten im Vergleich zur Kontrollgruppe keine oder nur in Spuren vorhandene trans-Fettsäuren.
Quasi-zweidimensionale organischen Ladungstransfersalze weisen gewisse Analogien zu den Hochtemperatur-Kupratsupraleitern (HTSL) auf. Zu nennen ist einerseits der ähnliche schichtartige Aufbau, wobei sich leitfähige und isolierende Ebenen abwechseln. Zum anderen liegt der antiferromagnetische Grundzustand in direkter Nachbarschaft zur Supraleitung und bei höheren Temperaturen wird ebenfalls die Entstehung einer Pseudo-Energielücke diskutiert. Im Gegensatz zu den HTSL können die elektronischen Eigenschaften der organischen Ladungstransfersalze jedoch leicht durch äußere Parameter wie hydrostatischen bzw. chemischen Druck - die Verwendung verschiedener Anionen X läßt sich in einem verallgemeinerten Phasendiagramm ebenfalls auf die Achse W/U abbilden, siehe Abschn. 4.2 - oder moderate Temperaturen beeinflußt werden. In den quasi-zweidimensionalen K-(BEDT-TTF)2X-Salzen ist bspw. ein moderater Druck p ~ 250 bar ausreichend, um das antiferromagnetisch-isolierende System (X=Cu[N(CN)2]Cl) auf die metallische Seite des Phasendiagramms zu verschieben, wobei dann im Grundzustand Supraleitung auftritt (Tc ~ 12,8 K). Eine Dotierung wie bei den HTSL und die damit einhergehende unerwünschte Unordnung ist nicht notwendig um einen Isolator-Metall-übergang zu induzieren. Demnach sind die experimentellen Anforderungen im Vergleich zu anderen stark korrelierten Elektronensystemen auf relativ einfache Weise zu realisieren. Auch das macht die organischen Ladungstransfersalze zu idealen Modellsystemen, um fundamentale Konzepte der theoretischen Festkörperphysik zu studieren, wovon einige bislang lediglich von akademischem Interesse waren. Erstmalig wird in dieser Arbeit die Fluktuationsspektroskopie als experimentelle Methode angewendet, um die Dynamik des TT-Elektronensystems in den quasi-zweidimensionalen organischen Ladungstransfersalzen K-(BEDT-TTF)2X bei niedrigen Frequenzen zu studieren. Ziel ist es, Informationen über die Temperatur-, Druck- und Magnetfeld-Abhängigkeit der spektralen Leistungsdichte des Widerstandsrauschens und damit über die Dynamik der Ladungsfluktuationen zu gewinnen. Insbesondere in der Nähe korrelationsgetriebener Ordnungsphänomene spielt die Dynamik der Ladungsträger eine entscheidende Rolle. Auch die Kopplung des elektronischen Systems an bestimmte strukturelle Anregungen hat Einfluß auf das Widerstandsrauschen. Zu Beginn wird eine kurze Einführung in die Signalanalyse gegeben und daran anschließend werden verschiedene Arten des Rauschens in Festkörpern dargestellt (Kap. 1). Einige der für diese Arbeit relevanten Ordnungsphänomene werden in Kap. 2 in knapper Form eingeführt, wobei auf die dynamischen Eigenschaften in der Nähe eines Glasübergangs etwas ausführlicher eingegangen wird. Nach der Vorstellung der eingesetzten Meßmethoden, des Versuchsaufbaus und der Probenkontaktierung (Kap. 3) werden die experimentellen Ergebnisse an den K-(BEDT-TTF)2X-Salzen in Kap. 4 ausführlich diskutiert.
Mit der vorliegenden Arbeit wurden zu ersten Mal die seit mehreren Jahren vorhergesagten dynamischen Aufbruchsmechanismen - der direkte, der sequentielle und der asynchrone Zerfall - in mehratomigen Molekülen kinematisch vollständig untersucht. Experimentell wurde hierfür ein Kohlenstoffdioxid-(CO2)-Molekül in langsamen Ion-Molekül Stößen dreifach ionisiert, indem die Elektronen des Targets von den langsamen, hochgeladenen Projektilionen (Ar8+-Ionen) eingefangen wurden. Die Untersuchung des Zerfalls des CO2-Ions in die einfach geladenen ionischen Fragmente C+ + O+ + O+ zeigte, dass bei diesem Zerfall das Projektilion vornehmlich einen positiven Ladungszustand von q = 6 und nicht den zunächst erwarteten Ladungszustand q = 5 aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die eingefangenen Elektronen oftmals elektronisch hoch angeregte Zustände im Projektil populieren und demnach im weiteren Verlauf über Autoionisationsprozesse dieses auch wieder verlassen können. Ähnliche Autoionisationsprozesse können auch im Target ablaufen, treten dort jedoch mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auf, da der Wirkungsquerschnitt für Autoionisationsprozesse im Target um einen Faktor 1,3 kleiner ist als für Autoionisationen im Projektil. Zusätzlich zeigte die Untersuchung der Stoßdynamik, dass der dreifache Elektroneneinfang primär bei einer parallelen Orientierung der Molekülachse zur Projektilstrahlachse auftritt. Eine weitere Abhängigkeit der Stoßdynamik zum Beispiel vom Stoßparameter beziehungsweise vom Streuwinkel konnte nicht beobachtet werden. Durch die koinzidente Messung aller vier Reaktionsteilchen konnte der Kanal Ar8+ + CO2 --> Ar6+ + C+ + O+ + O+ eindeutig bestimmt werden und die Reaktionsdynamik des CO2-Ions nach dem Stoß analysiert werden. Dabei tritt deutlich der direkte Aufbruch hervor, bei welchem die drei einfach geladenen Ionen sich rein aufgrund ihrer Coulombkräfte voneinander abstoßen. Bei einer solchen Coulombexplosion bleibt dem Molekülion kaum Zeit, um eine molekulare Schwingung zu vollführen. Neben diesem schnellen Zerfall konnten aber auch jene Zerfälle beobachtet werden, bei denen das Molekülion zuerst molekular schwingt und dann zu einem späteren Zeitpunkt in die ionischen Fragmente zerfällt. Dieser letztere Zerfallsprozess gehört zu den sogenannten asynchronen Zerfallsmechanismen. Er stellt einen Zwischenprozess zwischen dem reinen 1-Stufen-Prozess wie dem direkten Aufbruch und dem reinen 2-Stufen-Prozess dar. Bei solchen sequentiellen 2-Stufen Prozessen fragmentiert das CO2-Molekül im ersten Schritt in ein O+- und ein CO2+-Ion. Im zweiten Schritt dissoziiert dann das CO2+-Fragment, nachdem es nahezu keine Wirkung der Coulombkräfte des ersten Sauerstoffions mehr spürt, in ein C+- und ein O+-Ion. Durch die Darstellung der Schwerpunktsimpulse der Fragmente in Dalitz- und Newton-Diagrammen ist es mit dieser Arbeit erstmals gelungen diesen sequentiellen Prozess experimentell eindeutig nachzuweisen. In der weiteren Analyse konnte gezeigt werden, dass über die im System deponierte Energie, welche über die kinetische Energie der Fragmente bestimmt wird, die verschiedenen Reaktionsmechanismen direkt kontrolliert werden können. Speziell bei Energien unterhalb von 20 eV wurde gezeigt, dass es keine Potentialflächen gibt, die über einen direkten bzw. simultanen Aufbruch zu dem Endzustand C+ + O+ + O+ führen. Bei mehratomigen Molekülen erweist sich das Treffen detaillierter Aussagen über mögliche Dissoziationskanäle ohne die genaue Kenntnis der Lage der Potentialflächen und den Übergängen zwischen diesen als äußerst schwierig. Selbst bei genauer Kenntnis der Lage und Form der Potentialflächen, ist es aufgrund der hohen Dichten innerhalb der Übergangsbereiche der Potentialflächen nahezu unmöglich, den Verlauf der Dissoziationskanäle zu verfolgen. Mit dieser Arbeit ist es gelungen, die verschiedenen Reaktionskanäle ohne die Existenz von Energiepotentialflächen eindeutig zu identifizieren. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Energie, die während des Stoßes im Molekül deponiert wird, eine Schlüsselgröße darstellt, mit welcher die Fragmentationskanäle direkt kontrolliert werden können.
Ziel der vorliegenden experimentellen Untersuchung war die Erfassung und vergleichende Beurteilung der mechanischen Belastbarkeit sowie des Frakturverhaltens von karbonfaserverstärkten, keramischen und palladiumfreien Wurzelstiftsystemen. Des Weiteren galt es, die Ergebnisse im Vergleich zum Permador®-Stift, dessen Bewährung in einer vorangegangenen klinischen Untersuchung nachgewiesen wurde, und zu wurzelgefüllten Zähnen zu überprüfen. Gegenstand der Untersuchung waren der palladiumhaltige Permador®-Stift, die palladiumfreien Stiftaufbausysteme AF1, ER® Pt-IR, die keramischen Stifte Cerapost®, Celay® Alumina und Celay® Zirkonia sowie der Karbonfaserstift Composipost®. Als Kontrollgruppe dienten wurzelgefüllte, nicht stiftversorgte Wurzeln. Um die Streuung der Messwerte, die durch die individuell unterschiedliche Dimensionierung und Morphologie von extrahierten natürlichen Frontzähnen beeinflusst werden, zu minimieren, fanden künstliche Zähne aus dem lichthärtenden BisGMAKomposit Estilux hybrid VS posterior (Heraeus Kulzer, Wehrheim/Ts.), Verwendung. Dessen Elastizitätsmodul beträgt nach Aushärtung 19.000 MPa und entspricht somit dem Wert des natürlichen Dentins. Die Herstellung der Wurzeln, Aufbauten und Kronen fand mit sogenannten Modeln statt, wodurch die Herstellung identischer Prüfkörper gewährleistet wurde. Als Aufbaumaterial fand für die metallischen Stiftsysteme ein Phantom-Metall, für das Cerapost®- und Composipost®-System ein Komposit und für die kopiergefrästen Systeme Celay® Alumina und Celay® Zirkonia-Keramik Verwendung. Sämtliche Stiftverankerungen wurden, nach Konditionierung mit dem Rocatec®-Verfahren, mit Panavia® 21 in den Wurzeln zementiert. Im Anschluss erfolgte die Zementierung standardisierter Kronen aus Phantommetall auf allen Wurzeln. Die zyklische Wechselbelastung (1,2x106 Zyklen; 1,4 Hz und 30 N) wurde im Willytec-Kausimulator Version 3.1. (Fa. Willytec, München) vorgenommen. Die Simulation der Wurzelhaut für die Wechsel- und die Bruchbelastung wurde durch Einbettung der Wurzeln in einem Elastomer (Permadyne® Garant; Espe, Seefeld) vorgenommen. In einer Universal-Prüfmaschine (Zwicki 1120; Zwick, Ulm) (Vorschubgeschwindigkeit 0,5 mm/min) wurden die Versuchszähne palatinal, 2 Millimeter unterhalb der Inzisalkante, unter einem Winkel von 135° bis zum Bruch der Wurzel belastet. Hinsichtlich der Bruchlast ergaben die Medianwerte folgende Resultate: Metallstifte: Permador®: 475,4 N; AF1: 444,7 N; ER Pt-Ir: 422,4 N. Der KRUSKAL-WALLIS-Test mit BONFERRONI-Korrektur (p ≤ 0,05) zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen diesen drei Stiftsystemen einerseits und der Kontrollgruppe andererseits. Für die keramischen Stifte wurden 432,2 N [Celay® Alumina], 488,8 N [Celay® Zirkonia] bzw. 416,4 N [Cerapost®] und für den Karbonfaserstift [Composipost®] 515,7 N ermittelt. Bei der Kontrollgruppe trat eine Bruchlast von 363,4 N auf. Bezüglich der Bruchlastwerte lagen unter Berücksichtigung des BONFERRONI-Tests bei der statistischen Datenanalyse zwischen dem kopiergefrästen Keramikstiftaufbau Celay® Zirkonia aus zirkoniumoxidverstärkten Al2O3 einerseits bzw. dem Karbonfaserstift Composipost® und der Kontrollgruppe andererseits signifikante Unterschiede vor (p ≤ 0,05). Die ermittelten Distanzen zwischen Kraftangriffspunkt und den oberen Bruchspaltenden ergaben Medianwerte von 8,0 mm bis 11,1 mm auf der vestibulären Seite und 7,6 mm bis 14,7 mm auf der palatinalen Seite der Wurzeloberfläche. Bezüglich der Distanzen der Frakturverläufe lagen unter Berücksichtigung des BONFERRONI-Tests bei der statistischen Datenanalyse nur palatinal zwischen dem Cerapost®-Stift einerseits und dem Celay® Alumina-Stift und der Kontrollgruppe andererseits signifikante Unterschiede vor. Die vorliegende Studie zeigt, dass hinsichtlich der Bruchlastwerte nach dynamischer Belastung der Karbonfaserstift Composipost® und, bei hohen ästhetischen Ansprüchen, der kopiergefräste Keramikstift Celay® Zirkonia als interessante Alternative zum klinisch bewährten Permador®-Stift zu sehen sind. Des Weiteren zeigt die Untersuchung, dass sich die Verwendung palladiumfreier Stiftsysteme nicht nachteilig auf das Bruchverhalten nach dynamischer Belastung auswirkt.
Funktionelle Analyse der Helper-Component Proteinase (HC-Pro) aus Zucchini Yellow Mosaic Virus
(2010)
In dieser Arbeit wurde der Einfluss einer Punktmutation der ZYMV HC-ProFINK auf die RNA Silencing Suppressor-Aktivität und die miRNA-Akkumulation in N. benthamiana-Pflanzen untersucht. Dabei konnte eine RNA Silencing Suppressor-Aktivität der HC-ProFINK nachgewiesen werden. Sowohl die HC-ProFRNK als auch die HC-ProFINK zeigten in vivo keinen Einfluss auf die Änderung der miRNA-Mengen in N. benthamiana-Pflanzen. Untersuchungen der in vitro sRNA-Bindung mit rekombinanten HC-Pro-Proteinen aus Pflanzen führte zu einer Bindung von 21 bp siRNAs und miRNAs durch die HC-ProFRNK, wobei kein Einfluss zwischen der Anzahl und Lage der Basenfehlpaarungen der miRNAs und der Bindungskapazität identifiziert werden konnte. Diese Bindung ist vermutlich abhängig von der Sequenz der miRNAs. Die Mutation von HC-ProFRNK zu HC-ProFINK bewirkte dagegen den Verlust der Bindung von kleinen RNA-Molekülen. Die HC-Pro Proteine konnten rekombinant mit einem N-terminalen Fusionsprotein exprimiert und gereinigt werden. Die funktionelle Analyse des MBP-HA-HC-ProFRNK-Proteins wies eine längenspezifische Bindung von 21 bp siRNAs auf. Die Analyse der in vitro Bindung von unterschiedlichen miRNAs aus A. thaliana und Mensch durch das rekombinante HC-ProFRNK-Protein aus Bakterien zeigte keinen Zusammenhang zwischen der Anzahl und Lage der Basenfehlpaarungen in den miRNAs und der Bindekapazität. Die Mutation im MBP-HA-HC-ProFINK-Protein führte zum Verlust der sRNA-Bindung. Diese Ergebnisse bestätigten die Beobachtungen der Gelshift-Analysen mit den rekombinanten HC-Pro-Proteinen aus Pflanzen. Durch die Fraktionierung eines A. thaliana-Proteinextrakts konnte ein nicht näher beschriebenes Protein unbekannter Funktion, welches eine Cupin-Domäne (QP) besitzt, identifiziert werden. Dies hat einen Einfluss auf die in vitro Bindung von sRNA-Molekülen durch die HC-Pro. Eine funktionelle Analyse des Trx-QP-His-Proteins mit Hilfe von Gelshift-Analysen nach der Expression in Bakterien und Reinigung zeigte einen konzentrationsabhängigen verstärkenden Effekt der siRNA Bindung durch das rekombinante MBP-HA-HC-Pro-Protein. Die Zugabe eines fraktionierten N. benthamiana-Proteinextrakts zur in vitro Bindungsreaktion führte ebenfalls zu einer verstärkten siRNA-Bindung durch die HC-Pro; Proteinextrakte von N. tabacum und der ZYMV Wirtspflanze Zucchini zeigten jedoch keinen Effekt. Die ZYMV HC-Pro besitzt eine von der TEV HC-Pro abweichende proteolytisch aktive Domäne. Durch eine rekombinante Expression des MBP-HA-HC-Pro-GFP-Fusionsproteins in Bakterien und Deletionsanalysen konnten zwei kritische Aminosäuren im C-terminalen Bereich der HC-Pro identifiziert werden. Eine Deletion der AS Asn-353 oder Glu-356 führte zum vollständigen Verlust der autoproteolytischen Aktivität des Proteins. Ein Austausch der AS Gly-456 innerhalb der Schnittstelle sowie eine N-terminale Deletion von 93 AS der HC-Pro hatten dagegen keinen Einfluss auf die autoproteolytische Aktivität. Mit Hilfe einer N-terminalen Sequenzierung des C-terminalen Spaltproduktes des MBP HC Pro mut C7-GFP, welches vermutlich in Folge einer Spaltung durch bakterielle Proteasen entsteht, sollten durch Deletionsmutanten die kritischen Aminosäuren für die Spaltung untersucht werden. Eine Deletion der konservierten AS Thr-146 von ZYMV HC-Pro sowie der flankierenden AS Val-145 bzw. Gln-147 hatte jedoch keinen Einfluss auf die Spaltung der HC-Pro. Dies deutet darauf hin, dass die Schnittstelle der Protease von deren Erkennungssequenz abweicht. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die ZYMV HC-Pro neben der sRNA-Bindung einen weiteren Mechanismus besitzt, um die Funktion als RSS auszuüben. Weitere Analysen sind nötig, um die Interaktion mit pflanzlichen Komponenten zu identifizieren und den Einfluss auf den RNA Silencing-Mechanismus aufzuklären.
Für eine erfolgreiche Gentherapie ist zunächst ein effizientes Gentransfersystem nötig, das das Transgen in möglichst vielen Zellen einbaut und es aktiv hält. Damit sich dann der Anteil der geschützten Zellen vergrößert, muss eine Selektivität der genmodifizierten Zellen gegenüber den nativen Zellen gegeben sein, wobei die Sicherheit nicht außer Acht gelassen werden darf, da ein ungünstiger Einbau des Transgens eine Insertionsmutagenese und somit Tumoren induzieren kann. Der durch die Arbeitsgruppe von Laer entwickelte retrovirale Vektor M87o codiert den membranständigen Fusionsinhibitor maC46 (membran-anchored C-Peptid 46), der den Eintritt von HIV (Human Immunodeficiency Virus) in die Zielzelle effektiv verhindert. Diese Gentherapie mit M87o wurde in einer klinischen Studie an T-Lymphozyten von 10 weit fortgeschrittenen AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome)-Patienten durchgeführt, wobei die Therapie gut verträglich war und keine Toxizität zeigte. Allerdings hatten die Patienten auch keinen klaren Vorteil von der Therapie. In der vorliegenden Arbeit wurden SIN Vektoren (Self-inactivating Vektoren) in 5 verschiedenen Konstruktionen getestet, um die optimale Vektordesign zu ermitteln und eine langfristige hohe Expression zu ermöglichen. Da die SIN Vektoren im Vergleich zu konventionellen gammaretroviralen Vektoren ein geringeres Risiko bezüglich der Insertionsmutagenese aufweisen, stellen sie ein sichereres Vektorsystem dar. Um eine bessere Transgenexpression zu erzielen, wurde in den SIN Vektoren entweder ein zellulärer Promotor oder ein viraler SFFV (spleen focus forming virus) als internen Promotor verwendet. Zusätzliche regulatorische Elemente, wie wPRE (Woodchuck Posttranscriptional Regulatory Element), cHS4 (chicken Hypersensitive Site) Insulator und SAR (Scaffold Attachment Region) Element wurden dann in unterschiedlichen Kombinationen zu stärkeren und langanhaltenden Expressionen integriert, wobei wPRE die RNA Prozessierung verbessert und somit die RNA Stabilität erhöht und SAR und cHS4 Insulator dem Silencing entgegenwirken und so die Expression aufrechterhalten. Diese fünf SIN Konfigurationen wurden untereinander und mit dem klassischen gammaretroviralen Vektor M87o bezüglich des Titers, der Expressionsstärke und der Langzeit-Genexpression verglichen. Dazu wurden zunächst humane T-Zelllinien PM-1 und primäre humane T-Zellen als Testzellen verwendet. Die Versuche wurden dann mit murinen T-Zellen wiederholt, die in die immundefiziten Mäuse transplantiert wurden, um die Genexpression in vivo weiter zu verfolgen. Die SIN Konstrukte zeigten jedoch eine deutlich schwächere Expression als die LTR (Long Terminal Repeat)-getriebene Vektoren und nur ein Konstrukt mit dem viralen Promotor und wPRE zeigte eine annähernd so hohe Expression wie die konventionellen Vektoren. Während der virale SFFV Promotor eine höhere Expressionsstärke gegenüber dem zellulären EF1α (Elongationsfaktor 1 alpha) Promotor zeigte, hatte der cHS4 Insulator nur geringfügige Einflüsse sowohl auf den Titer als auch auf die Expressionsstärke. Der Vektor mit dem SAR-Element zeigte zwar die geringsten Titer und Expressionsstärke, aber in Langzeitbeobachtung wies er sowohl in vitro als auch in vivo eine relativ konstante Anzahl von transgenpositiven Zellen auf. SIN Vektoren, in denen mit einer Kombination von wPRE und SAR-Element die RNA Prozessierung verbessert und das methylationsbedingte Silencing verhindert wird, könnten eine weitere Optimierungsmöglichkeit des Gentransfersystems bei der Gentherapie darstellen.