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Larynxmasken gelten heute nicht nur als effektive Alternative im
Notfallmanagement des schwierigen Atemweges sondern werden mittlerweile
auch grundsätzlich als Option der Atemwegssicherung im Rahmen elektiver
Narkosen verwendet. In dieser Arbeit wurde das Nutzverhalten der
Anästhesisten hinsichtlich der unterschiedlichen Larynxmaskenmodelle Classic
und ProSeal untersucht. Diese unterscheiden sich insbesondere darin, dass
man bei Verwendung einer Larynxmaske ProSeal die Möglichkeit hat, über ein
vorgegebenes Lumen eine Magensonde zu platzieren. Ob dieser Unterschied
Auswirkung auf das Nutzverhalten des Anästhesisten bei Patienten mit
bekannter postoperativer Übelkeit und Erbrechen (PONV) hat und inwiefern
sich der Einsatz der Larynxmaske ProSeal wirklich auf die Inzidenz von PONV
auswirkt, war Gegenstand dieser Untersuchung.
Die Hypothese, dass durch die Möglichkeit der Platzierung einer Magensonde
bei Patienten mit bekannter PONV die Larynxmaske ProSeal häufiger genutzt
wird, um kontinuierlich Mageninhalt absaugen zu können, hat sich in dieser
Arbeit bestätigt. Dies konnte nicht nur auf die grundsätzlich häufigere Nutzung
besagter Maske in der Gruppe von Patienten mit bekannter PONV
zurückgeführt werden, sondern lässt sich gleichzeitig daraus schlussfolgern,
dass Patienten anderweitiger Risikogruppen sowohl mittels einer Larynxmaske
ProSeal versorgt wurden als auch eine Vielzahl weiterführender und
prophylaktisch antiemetisch wirksamer Maßnahmen erhielten. Allerdings konnte
abgesehen von der Tatsache, dass die PONV-Inzidenz in dieser Untersuchung
unter weiterführender PONV-Prophylaxe im Sinne der „Consensus Guidelines
for Managing Postoperative Nausea and Vomiting“ ohnehin ausgesprochen
niedrig war, kein signifikanter Nutzen zur Verhinderung von PONV durch die
Larynxmaske ProSeal dokumentiert werden.
Taspase1 ist eine Threonin-Aspartase, die das MLL-Protein an zwei konservierten Erkennungssequenzen (CS1 und CS2) hydrolysiert. Die daraus entstehenden Spaltprodukte, p320N und p180C bilden ein stabiles Heterodimer und fügen sich mit zahlreichen Proteinen zu einem Multiproteinkomplex zusammen, der die epigenetischen Prozesse während der Embryogenese, Zellzyklus und Stammzell-Wachstum steuert. Der MLL-Komplex weist eine spezifische Histon-Methyltransferase-Aktivität für Lysin-4 des Histon 3 Proteins auf (H3K4me3). Diese spezifische Aktivität hält ein Muster der aktiven Gene während der Entwicklung und Zelldifferenzierung aufrecht. Das AF4-MLL Fusionsprotein, welches durch die chromosomale Translokation t(4;11) gebildet wird, ist ebenfalls ein Substrat von Taspase1. Die Hydrolyse dieses Fusionsproteins führt ebenfalls zu Spaltprodukten, die zunächst miteinander ein Heterodimer bilden, um anschliessend einen onkogenen Multiproteinkomplex auszubilden. Dieser Komplex scheint hämatopoietische Stammzellen zu "reprogrammieren" und den Ausbruch einer lymphoblastischen Leukämie auszulösen.
Die Aktivität der Taspase1 selbst wird durch Eigen-Proteolyse reguliert. Es wird zunächst als Proenzym (p50) hergestellt, das anschliessend durch Autoproteolyse in die enzymatisch aktive Form konvertiert wird. Taspase1 ist ein enzymatisch strikt kontrolliertes Enzym mit geringer Substratanzahl. Neben MLL gibt es nur wenige, bekannte Substrate; allerdings scheint Taspase1 in den Zellen solider Tumoren überexprimiert zu sein. Daraus kann postuliert werden, dass Taspase1/MLL-Aktivität für diese Tumorarten von bedeutung ist. Taspase1 ist die einzige bislang bekannte Protease in Säugerzellen, die dazu befähigt ist, das Leukämie-spezifische AF4-MLL proteolytisch zu spalten und damit seine onkogenen Eigenschaften zu aktivieren. Eine spezifische Inhibierung der Taspase1 könnte deshalb eine mögliche Methode zur Therapie von t(4;11)-Leukämie darstellen. Aus diesem Grund war Taspase1 als ein potentielles Wirkstoffziel interessant und wurde im Rahmen dieser Arbeit genauer untersucht.
Um die Funktionsweise von Taspase1 zu untersuchen, wurde die 2005 veröffentlichte Kristallstruktur der Taspase1 als Grundlage für alle weiteren Arbeiten verwendet. Da die Struktur allerdings nur unvollständig aufgelöst war, wurden die unaufgelösten Bereiche mittels bioinformatischer Tools in Kooperation mit Tim Geppert (Arbeitskreis von Prof. Dr. Gisbert Schneider) modelliert. Die Modellierung führte zu einem detaillierteren Modell des Taspase1-Proenzyms, also dem Zustand vor der autokatalytischen Aktivierung.
Taspase1 weist interessanterweise nur Homologien zu L-Asparaginasen-2 (Familie der Hydrolasen), darunter Glycosylasparaginase, auf. Glycosylasparaginase durchläuft ebenfalls einen Autokatalyse-Prozess, allerdings nach einem N-O-Acyl-shift-Mechanismus. Daher wurde Taspase1 zunächst anhand geeigneter Experimente daraufhin überprüft, ob hier ebenso ein solcher Mechanismus für die Autokatalyse in Betracht kommt. Allerdings widerlegten die durchgeführten Experimente diese Vermutung.
Um die molekulare Funktionsweise der Taspase1 zu eruieren, wurde nun das modellierte Taspase1-Proenzym verwendet. Dies erlaubte die Identifizierung von kritischen Aminosäuren. Durch Mutationsanalysen konnte so die Funktion von Taspase1 aufgeklärt werden. So wurde ein intrinsischer Serin-Protease-Mechanismus für den Prozess der Autokatalyse entdeckt. Dabei spielt Serin-291 - unmittelbar in der Nähe des katalytischen Zentrums - eine wesentliche Rolle.
Anhand weiterer Mutationsanalysen konnte dann schrittweise der Aktivierungsmechanismus von Taspase1 aufgeklärt werden. Dabei scheint die Homodimerisierung zweier Taspase1- Proenzyme der wesentliche Schlüssel für die vollständige Aktivierung der Taspase1 zu sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Aminosäuren Tryptophan-173, Arginin-262, und Glutaminsäure-295 als kritische Aminosäuren identifiziert.
Weiterhin konnte anhand der funktionellen Analyse aller Mutanten zuletzt eine trans-dominant-negative Taspase1-Variante (C163E-S291A; tdn-TASP1) hergestellt werden. Das proenzymatische Monomer dieser Mutante ist dabei befähigt, mit einem Wildtyp-Taspase1-Monomer zu heterodimerisieren und seine Aktivität vollständig zu inhibieren. Die Funktion dieser trans-dominant-negativen Mutante validierte den in dieser Arbeit postulierten Aktivierungsmechanismus der Taspase1, der nun zukünftig für ein rationales Wirkstoff-Design verwendet werden kann.
Hintergrund: Seit 1972 wurde am Fachbereich Medizin der Goethe Universität Frankfurt ein Anamnese- und Untersuchungskurs (UkliF=Untersuchungskurs klinischer Fächer) für Studierende des 1. klinischen Semesters durchgeführt. Dieser Kurs war in den letzten Jahren durch die mangelnde Kursstruktur als wenig zufriedenstellend für alle Beteiligten aufgefallen. Die Fragestellung war demnach, ob es möglich ist durch Reorganisation des klinischen Unterrichts bessere klinische Kompetenz bei den Studierenden und damit bessere Ergebnisse in der „objective structured clinical examination” (OSCE) zu erreichen.
Methoden: Zunächst wurde ein Lernzielkatalog erstellt und ein neues Unterrichtskonzept für den UkliF implementiert. Der neue Untersuchungskurs bestand aus drei Teilen: Zu Beginn ging es um Klärung der Anamneseerhebung und praktische Übungen mit Simulationspatienten. Danach wurden an mehreren Kurstagen klar definierte Teile der körperlichen Untersuchung besprochen und geübt, um schließlich Anamnese und körperliche Untersuchung mit echten Patienten zu praktizieren. Das neue Unterrichtskonzept sah darüber hinaus eine didaktische Schulung für alle beteiligten Lehrenden vor. Die randomisiert ausgewählten Dozenten absolvierten eine sechsstündige Schulung (n=14). In dieser wurden das neue Kurskonzept, die Lehrmethoden und Informationen über Simulationspatienten vorgestellt. Nachfolgend wurden didaktische Grundlagen, Tipps und Tricks für aktiven Unterricht und Regeln des Feedbacks besprochen. In dieser Schulung wurde eine mangelnde Standardisierbarkeit der Untersuchungstechniken erkannt, woraufhin strukturierte Untersuchungsvideos erstellt wurden, um im Anschluss einen Aufbau-Workshop mit diesen Videos stattfinden zu lassen. Für diese Dissertation wurde der Unterricht zunächst teilweise nach dem alten und zum Teil nach dem neuen Verfahren durchgeführt. Zur Überprüfung der Effizienz der Maßnahmen wurde die OSCE als veränderungssensitive Methode gewählt. Alle Studierenden wurden nach Ende ihres Untersuchungskurses in einer 6-Stationen-OSCE evaluiert. 60 Studierende wurden randomisiert in Gruppe A (neuer Kurs mit trainierten Dozenten; n= 24) und Gruppe B (alter Kurs; n=36). Um einen zusätzlichen Nutzen durch einen vorbereitenden OSCE-Workshop vor der Prüfung nachzuweisen, wurde Gruppe A nochmals unterteilt in Gruppe A1 ohne OSCE-Workshop (n=10) und Gruppe A2 mit zusätzlichem OSCE-Workshop (n=14).
Ergebnisse: Gruppe A erreichte signifikant bessere Ergebnisse in der OSCE mit einem Median von 65% und Gruppe B mit 54% der maximal erreichbaren Punkte (p<0,001). In der Subgruppenanalyse konnte kein signifikanter Unterschied zwischen Gruppe A1 und A2 gezeigt werden. Die Kursevaluation durch die Studierenden zeigte eine positive Bewertung des neuen Kurskonzept. Die Evaluation der Dozentenschulung ergab eine Bewertung (in Schulnoten) mit einer Gesamtnote von 1,3 (SD 0,5).
Schlussfolgerung: Diese Studie zeigt, dass ein gut strukturierter Kurs mit klar definierten Lernzielen und speziell trainierten Lehrenden die Studierendenleistungen in der OSCE signifikant erhöhen kann. Es konnte kein zusätzlicher Effekt durch einen vorbereitenden OSCE-Workshop gezeigt werden, was bedeuten kann, dass Kompetenz im Umgang mit der Prüfungsform keinen Störfaktor darstellt für das Ergebnis der Verbesserung der Prüfungsleistung in der OSCE.
Letztendlich kann durch einfache Mittel, wie die Umstrukturierung und Reorganisation des klinischen Unterrichts, ein großer Effekt erzielt werden und die Lehre eine deutliche Verbesserung erfahren. Nach der Pilotstudie lässt sich nun das neue Kurskonzept für alle Studierenden einsetzen und so die Professionalität in der medizinischen Lehre an der Goethe-Universität Frankfurt sichern.
Die gerüstlose aortale Bioprothese 3F nach 5 Jahren
Hintergrund: Die aortale Bioprothese 3F ist eine neue gerüstlose biologische Herzklappe, die aus drei gleichgroßen Segeln aus Pferdepericard besteht, welche in einer tubulären Form zusammengesetzt sind. Diese wird in die native Aortenwurzel implantiert, um somit die erkrankten Segel des Patienten zu ersetzen. Ziel dieser Studie ist es, die Leistungsfähigkeit dieser Erfindung zu beurteilen.
Methoden: In dem Zeitraum zwischen Januar 2002 und September 2004 wurden in der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt 47 3F aortale Bioprothesen implantiert. Klinische Ergebnisse wie effektive Öffnungsfläche, Hauptgradienten und Auswurffraktion wurden bei der Entlassung der Patienten, nach 6 Monaten und danach jährlich beurteilt. Die Hauptnachuntersuchung war nach 5,2 ± 1,2 Jahren.
Ergebnisse: Die Nachuntersuchung wurde bei allen Patienten abgeschlossen. Die 30 Tages Sterblichkeit lag bei 2% (n=1). Die späte Sterblichkeit lag bei 22% (Herzbezogen n=4, nicht herzbezogen n= 8). 3 Patienten (6%) entwickelten eine Endokarditis, bei weiteren 2 war eine Reoperation nötig. 4 Patienten (8%) entwickelten ein paravalvuläres Leck, 6 Patienten (12%) hatten einen postoperativen Schlaganfall (4 mit Neueintritt von Vorhofflimmern), 5 Patienten (10%) benötigten eine Rethorakotomie aufgrund von Blutungen. In der Mitte der Laufzeit zeigte die 3F Bioprothese eine gute Hämodynamik mit einem signifikanten Fallen der Durchschnittsgradienten zu 14,5 ± 8,3 mmHg, eine durchschnittliche Öffnungsfläche von 1.4 ± 0,5 cm² und eine durchschnittliche Auswurffraktion von 65 ± 1,4 %. 4 Patienten waren in der NYHA Klasse II, alle anderen in NYHA I in der Mitte der Laufzeit.
Fazit: Die klinische Darbietung der neuen aortalen Bioprothese 3F ist vergleichbar mit regulären gerüstlosen Aortenklappen. Die einzigartigen Konstruktionsmerkmale machen die Implantation leichter und schneller im Vergleich zu konventionellen gerüstlosen Klappen.
Das Ziel dieser Studie aus der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik war, den Einfluss der prothetischen Versorgung nach langjähriger Funktion auf den periimplantären Knochenabbau zu untersuchen. Der Zeitraum der Implantatintegrität wurde daher auf mindestens 7 Jahre festgelegt. Eine Patientenanzahl von insgesamt 400 Patienten wurde mit 58 verschraubten und 342 mit zementierten Suprakonstruktionen auf 870 Implantaten versorgt. Die beiden vorgenannten Hauptgruppen wurden zusätzlich in Untergruppen bezüglich der prothetischen Versorgungsart unterteilt: Einzelkronen im Frontund Seitenzahnbereich, verblockte Kronen, zahn-implantatgetragene Brücken und implantatgetragene Brücken (Einteilung in einspannig und mehrspannig nur bei verblockten Suprakonstruktionen). Das Ausmaß des Knochendefekts wurde an digitalisierten Panoramaschichtaufnahmen ausgewertet. Der Vergleich der Gruppen erfolgte mit nicht-parametrischen Testverfahren (Mann-Whitney-U-Test bzw. Kruskal-Wallis-Test). Die statistische Auswertung ergab, dass sich die Gruppe der verschraubten Einzelkronen im Seitenzahnbereich signifikant von mehrspannigen Brücken und Frontzahn-Einzelkronen unterscheidet. Bei Patienten mit verschraubten Einzelkronen im Seitenzahnbereich wurde ein durchschnittlicher geringerer periimplantärer Knochenabbau festgestellt. Die Patientengruppe mit Frontzahn-Einzelkronen zeigte einen signifikanten Unterschied zu einspannigen implantatgetragenen Brücken und verblockten Kronen. Der Knochendefekt bei verschraubten Frontzahn-Einzelkronen war durchschnittlich größer als bei implantatgetragenen Brücken und verblockten Kronen. Die anderen Untergruppen der verschraubten Suprakonstruktionen unterschieden sich nicht signifikant. Bei der Patientengruppe mit zementierten Suprakonstruktionen lag beim Vergleich der Untergruppen ebenfalls ein signifikanter Unterschied vor. Einzelkronen im Seitenzahnbereich und verblockte Kronen wiesen einen durchschnittlich kleineren periimplantären Knochenabbau als implantat- bzw. zahn-implantatgetragenen Brücken auf. Einzelkronen im Frontzahnbereich zeigten kleinere Werte für die Tiefe des Knochendefekts im Gegensatz zu implantatgetragenen Brücken. Bei (mehrspannigen) implantatgetragenen Brücken sowie bei zahn-implantatgetragenen Brücken konnte unabhängig von der Befestigungsart höhere Werte des periimplantären Knochenabbaus festgestellt werden. Bei der Betrachtung der Implantatsysteme in Abhängigkeit zur Befestigungsart (verschraubt bzw. zementiert) wurde deutlich, dass bei zementierten Suprakonstruktionen auf Ankylos® Implantaten ein durchschnittlich geringerer Knochenabbau manifestiert als bei anderen Implantatsystemen dieser Studie. Bei den verschraubten prothetischen Versorgungen konnte kein signifikanter Unterschied hinsichtlich des Implantatsystems festgestellt werden. Bei dem Vergleich von zementierten und verschraubten Suprakonstruktionen auf Ankylos® Implantaten wurde ersichtlich, dass zementierte prothetische Versorgungen einen geringeren Knochenabbau zur Folge haben als verschraubte. Andere Implantatsysteme zeigten keinen signifikanten Unterschied bei der Befestigungsart hinsichtlich des periimplantären Knochenabbaus. Bei der Betrachtung der Befestigungsart (verschraubt oder zementiert) unabhängig von der prothetischen Versorgung und unabhängig vom Implantatsystem wurde deutlich, dass zementierte Suprakonstruktionen einen kleineren periimplantären Knochenabbau zeigten als verschraubte Suprakonstruktionen. Auch ergaben die Ergebnisse, dass das Implantatsystem Ankylos® in Abhängigkeit zu anderen Implantatsystemen einen geringeren periimplantären Knochenabbau aufwies.
Prion-Erkrankungen sind neurodegenerative Erkrankungen, die durch die Fehlfaltung des zellulären Prion Proteins (PrPC) in seine pathogene Isoform PrPSc verursacht werden. Welche zellulären Mechanismen an dieser Fehlfaltung oder der Pathogenese beteiligt sind, ist bis heute nur teilweise geklärt. Einerseits wird vermutet, dass z.B. eine toxische cytosolische Form des PrPC aufgrund einer Störung des Proteasoms akkumulieren könnte und spontan in PrPSc umgewandelt wird. Andererseits konnte gezeigt werden, dass viele Signalwege, wie die MAPK-Signalwege am Prozess der Neurodegeneration beteiligt sein könnten.
Ziel dieser Arbeit war daher zum einen die Untersuchung der morphologischen Veränderung einer Zelllinie, die cytosolisches PrP exprimiert, und zum anderen die Identifikation weiterer Signalwege, die an der Prionpathogenese beteiligt sein könnten, was mittels Analysen des (Phospho)proteoms Prion-infizierter Zellen und Mäusegehirne durchgeführt werden sollte.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurden murine Neuroblastoma Zellen charakterisiert, die eine cytosolische Form des Prion Proteins (CyPrP) exprimierten. Diese Zellen zeigten zwar keine cytotoxischen Merkmale, jedoch wiesen sie dramatische morphologische Veränderungen auf. Weiterhin wurde herausgefunden, dass diese Zellen vermutlich eine Isoform des cytosolischen PrP (CyPrPmod) exprimierten, die sowohl glykosyliert als auch auf der Zelloberfläche verankert war und somit Eigenschaften des Volllängen-PrP aufwies. Die Glykosylierung des CyPrPs wurde in Western Blots nachgewiesen, während die Verankerung des CyPrPs in der Plasmamembran anhand der Durchflusszytometrie untersucht wurde. Der vermutete Zusammenhang zwischen der CyPrPmod-Expression und der morphologischen Veränderung der Zellen wurde mittels Herunterregulation von CyPrP untersucht. Jedoch resultierte dies nicht in der erwarteten Reversion der morphologischen Effekte. Die Wiederholung der stabilen Transfektion in den parentalen N2a Zellen und anderen Zelllinien führte außerdem weder zu einer veränderten Morphologie noch zur Expression von CyPrPmod. Somit sind diese Veränderungen auf unspezifische Prozesse während der ersten stabilen Transfektion der N2a Zellen mit CyPrP zurückzuführen.
Um neue Therapien oder Biomarker bei Prion-Erkrankungen zu entwickeln, ist die Untersuchung von Signalwegen, die die Prionpathogenese beeinflussen können, wichtig. Oft werden zelluläre Signalwege über die Phosphorylierung von Proteinen gesteuert, allerdings gab es bisher in der Prionenforschung keine Untersuchungen des Phosphoproteoms von Prion-infizierten Zellen in vivo oder in vitro. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde daher das Phosphoproteom eines Prionen-replizierenden Zellkultursystems näher untersucht. In einer SILAC-Analyse von nicht infizierten und Prion-infizierten Zellen wurden über 100 Phosphoproteine identifiziert und quantifiziert, von denen drei in Western Blots validiert wurden. Die Phosphorylierung von Stathmin und Cdc2 an spezifischen Phosphorylierungsstellen war in den Prion-infizerten Zellen vermindert, während Cofilin eine erhöhte Phosphorylierung aufwies. Diese Proteine sind an der Regulation des Zellzyklus und des Zytoskeletts beteiligt und könnten eine Rolle in der Prionpathogenese spielen. Außerdem wurde nach 2D-Analysen des Proteoms Prion-infizierter Mäusegehirne eine Hochregulation des antioxidativen Proteins Peroxiredoxin 6 (PRDX6) festgestellt. Auch im Prionen-replizierenden Zellkultursystem konnte dieses Protein in erhöhten Mengen nachgewiesen werden. Experimente zur Unterdrückung bzw. Überexpression von PRDX6 ergaben, dass seine Phospholipase A2-Aktivität Signalkaskaden beeinflussen könnte, die vermutlich die Expression von PrPC und somit die Prion-Replikation regulieren können. Weitere Untersuchungen der PRDX6-abhängigen Signalwege in der Prionpathogenese sowie Inokulationen PRDX6-defizienter Mäuse mit Prionen, könnten erste Ansätze für die Entwicklung neuer Therapien bei Prion-Erkrankungen sein.
Die Effekte von Vitamin D (VD) auf den Stoffwechsel wurden bisher meist bei
Nichtdiabetikern untersucht und erbrachten sehr kontroverse Ergebnisse. Das
Ziel unserer Studie war es, den Einfluss einer sechsmonatigen VD-Gabe von
1904 IU/d auf den Metabolismus bei Patienten mit nichtinsulinpflichtigem
Diabetes mellitus Typ 2 (DM Typ2) zu untersuchen. Dazu schlossen wir 86
Patienten mit DM Typ 2 in eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte
Studie ein. Während der ersten sechs Monate nahmen die
Patienten 20 Tropfen (1904 IE/d) Vigantol-Öl bzw. Placebo-Öl (mittelkettige
Triglyceride) einmal pro Woche zu sich. Dem folgten 6 Monate der
Nachbeobachtung. Zu Beginn und in dreimonatigen Abständen wurden 25-
OHD, 1α, 25(OH)2-OHD, PTH, Calcium, Phosphat, Körpergewicht, Body mass
index (BMI), Blutdruck, Nüchternglucose, HbA1c, Insulin, Homeostasis Model
Assessment-Index (Homa-Index) und C-Peptid bestimmt. Zu Studienbeginn
wiesen alle Patienten (n=86) im Median ein 25-OHD von 13,60 ng/ml (34
nmol/l) und somit einen VD-Mangel auf. Nach 6 Monaten der Therapie stieg der
25-OHD-Spiegel der Verumgruppe (n=40) um den Faktor 2,14 auf einen
Median von 28,4 ng/ml (71 nmol/l) an. Der mittlere Anstieg von 11,85 ng/ml in
der Verumgruppe (p<0,001) war signifikant stärker als in der Placebogruppe.
Während der Interventionszeit befand sich das 25-OHD der Verumgruppe im
Normbereich, wohingegen die Placebogruppe stets einen VD-Mangel aufwies.
In beiden Gruppen korrelierte der 25-OHD-Verlauf mit der jahreszeitlichen
Zuordnung der Studienvisiten. Innerhalb der sechsmonatigen Interventionszeit
nahm das PTH in beiden Gruppen ab, tendenziell jedoch stärker in der
Verumgruppe (p=0,08). Es zeigte sich keinerlei Zusammenhang zwischen PTH
und den anderen erfassten Parametern. Körpergewicht, systolischer Blutdruck
und Nüchternblutzucker zeigten keine signifikanten Veränderungen. Zu
Studienbeginn und in der Nachbeobachtungszeit war eine signifikante negative
Korrelation zwischen 25-OHD und BMI bei allen Probanden festzustellen.
Während der Interventionszeit zeigte sich dieser Zusammenhang allerdings nur
bei Patienten der Placebogruppe. Der HbA1c aller Patienten mit 25-OHDSpiegeln
>20 ng/ml (52,5nmol/l) war bei Studienbeginn (n=14) um 0,35%
(p=0,06), nach VD-Therapie (n=39) um 0,43% (p=0,05) niedriger im Vergleich
80
zu Patienten mit 25-OHD >20 ng/ml. Eine signifikante negative Korrelation
zwischen 25-OHD und HbA1c war bei Studienbeginn (r= -0,33, p=0,002), sowie
nach sechsmonatiger VD-Therapie (r= -0,26, p=0,02) zu sehen. Des Weiteren
zeigten nach VD-Therapie alle Patienten mit 25-OHD-Serumspiegeln >20 ng/ml
(52,5 nmol/l) ein signifikant höheres C-Peptid (p=0,02), Insulin (p=0,03) und
einen höheren Homa-Index (p=0,09). Nach sechs Monaten der VD-Therapie
war eine signifikante positive Korrelation zwischen 25-OHD und C-Peptid
(r=0.27; p=0.02), Insulin (r=0.34; p=0.01) sowie Homa-Index (r=0.25; p=0.06) zu
sehen. Unsere Studie zeigt somit eine negative Korrelation zwischen 25-OHD
und BMI bei Patienten mit VD-Mangel, sowie einen negativen Zusammenhang
zwischen HbA1c und 25-OHD-Status. Ferner war bei Patienten mit einem 25-
OHD >20 ng/ml nach sechs Monaten der VD-Therapie ein signifikanter Anstieg
des C-Peptid, Insulin und Homa-Index festzustellen. Die VD-Therapie führte zu
einer signifikanten Verbesserung der Insulinsekretion, während die
Insulinresistenz weiterhin bestand. Interventionelle Studien mit größeren
Studienpopulationen und höheren VD-Dosen sind nötig, um unsere Ergebnisse
zu bestätigen.
Die Laufleistung im Mittel- und Langstreckenlauf wird nach bisherigem Modell im Wesentlichen von kardiopulmonalen und metabolen Faktoren bestimmt (Basset & Howley, 2000; di Prampero, 2003). Die Kraftfähigkeit sowie andere neuromuskuläre Größen werden als eine der vielen Einflussgrößen der Lauf-ökonomie erfasst und besitzen eine untergeordnete Rolle. Aus biomechani-scher Sicht scheint diese Einordnung nicht gerechtfertigt zu sein, wird doch stets derjenige Athlet eine höhere Laufleistung erbringen, der über den defi-nierten Weg bzw. die Renndistanz eine höhere Kraftimpulssumme generiert (Heim et al., 2007). Obwohl bekannt ist, dass ein zum Krafttraining simultan ausgeführtes Ausdauertraining die Entwicklung der Schnellkraftfähigkeit nega-tiv beeinflusst (Dudley et al., 1985; Hakkinen et al., 2003; Santtila et al., 2009), zeigt eine Fülle an Studien, dass in umgekehrter Weise ein zum Ausdauertrai-ning begleitend durchgeführtes Krafttraining positive Auswirkungen auf die Laufleistung und deren Einflussfaktoren hat (Hickson et al., 1988; Paavolainen et al., 1999a; Millet et al., 2002; Støren et al., 2008). Die in der Praxis des Mit-tel- und Langstreckenlaufs auftretende Muskelaktion ist der kurze Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus (DVZ). Aufgrund der relativ eigenständigen Stellung des kurzen DVZ innerhalb der Kraftdimensionen (Gollhofer, 1987) und der interna-tional nicht vorhandenen Differenzierung des kurzen vom langen DVZ bleibt der Einfluss eines begleitenden reaktiven Krafttrainings auf die Laufleistung und die Laufökonomie bei hochtrainierten Mittel- und Langstreckenläufern of-fen. Das Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob ein begleitendes reakti-ves Krafttraining im kurzen DVZ die reaktive Leistungsfähigkeit und darüber die Laufleistung und Laufökonomie bei hochtrainierten Mittel- und Langstre-ckenläufern positiv beeinflussen kann.
Dazu wurde eine Gruppe hochtrainierter Mittel- und Langstreckenläufer (n=21) randomisiert in eine Experimental (EXP; n=11) –und Kontrollgruppe (KON; n=10) unterteilt. EXP führte begleitend zum Lauftraining ein achtwöchiges re-aktives Training durch. Vor und nach acht Wochen fanden Messungen zur Erfassung der Schnellkraftfähigkeit in Form des modifizierten Standardsprung-krafttests statt. Die Laufkinematik, Laufökonomie und Laufleistung wurden in Form eines Feldtests in einer Leichtathletikhalle mit einer 200m-Bahn durch-geführt. Aus EXP und KON wurde randomisiert jeweils eine kleinere Stichpro-be (n=4) ausgesucht, bei der das reaktive Kraftverhalten zusätzlich einer elektromyographischen Analyse unterzogen wurde.
Die Mittelwertunterschiede innerhalb der Gruppen vor und nach acht Wochen wurden mit dem t-Test für abhängige Stichproben bestimmt. Um Unterschiede zwischen den Gruppen zu den zwei Messzeitpunkten festzustellen, wurde eine ANOVA mit Messwiederholung angewandt. Das Signifikanzniveau wurde auf p<0,05 gesetzt.
Nach der Trainingsintervention ist bei EXP im modifizierten Standardsprung-krafttest eine höhere Squat-Jump-Höhe und eine anhand des R-Index festge-stellte Zunahme der reaktiven Kraftfähigkeit bei den Drop-Jumps (DJ) zu er-kennen (p<0,05). Die Stützzeit nimmt ex-post bei EXP bei allen Fallhöhen ab (p<0,01 – p<0,05), während die Sprunghöhe vergleichsweise geringere Ver-änderungen zeigt. Die vertikale Stiffness, sowie weitere mechanische Parame-ter wie der Kraftanstieg der Kraft-Zeit-Kurve beim Drop-Jump (ERFD), die mitt-lere Kraft und die exzentrische Leistung nehmen bei EXP bei allen Fallhöhen signifikant zu (p<0,05). KON zeigt nach acht Wochen eine Stagnation und par-tiell sogar eine signifikante Abnahme der reaktiven Leistungsfähigkeit (p<0,05). Das Innervationsmuster bei EXP zeigt für den m. gastrocnemius la-teralis und m. soleus beim DJ30 und DJ40 eine Zunahme der EMG-Aktivität in den funktionellen Phasen der Vorinnervation, der Latenzphase und der frühen Reflexantworten (SLR & MLR). Die willkürliche Aktivität in der späten LER-Phase nimmt dagegen signifikant ab (p<0,05). KON zeigt nach acht Wochen keine signifikanten Unterschiede im EMG-Muster. Zwischen den Gruppen kann ex-post keine signifikante Veränderung der Laufökonomie festgestellt werden (p>0,05). Innerhalb beider Gruppen ist bei 3,89m/s und 4,4m/ eine Tendenz (p<0,1) bis signifikante Abnahme der Sauerstoffaufnahme und der Herzfrequenz erkennbar (p<0,05). Bei der höchsten submaximalen Laufgeschwindigkeit von 5m/s kann dagegen nur bei EXP eine signifikant höhere Laufökonomie festgestellt werden. Die Schrittparameter der Laufkinematik zeigen ex-post keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen (p>0,05). Innerhalb der Gruppen nimmt nur bei der Laufgeschwindigkeit von 5m/s bei EXP die Stützzeit ab, während die Schrittfrequenz zunimmt (p<0,05). KON zeigt nur bei 3,89m/s signifikante Veränderungen der Laufkinematik. Der Interaktionseffekt für die Laufleistung über 1000m zeigt ex-post eine Tendenz zu einer höheren durchschnittlichen Laufgeschwindigkeit von EXP (p<0,1).
Zusammenfassend kann behauptet werden, dass die Laufökonomie und die Laufleistung durch ein begleitendes reaktives Training positiv beeinflusst wer-den. Aufgrund der Spezifität der Muskelaktion im kurzen DVZ ist ein Transfer der adaptiven Mechanismen des reaktiven Krafttrainings in den Laufvorgang erst bei Laufgeschwindigkeiten ≥5m/s zu erkennen. Die Adaptation kann am besten mit einer ex-post höheren neurotendomuskulären Stiffness erklärt wer-den. Aus neuronaler Sicht wird dies durch die Zunahme der EMG-Aktivität in den funktionellen Phasen der Vorinnervation, der Latenzphase und den frühen und mittleren Reflexantworten bestätigt. Aus qualitativer Sicht kann diese Adaptation mit einer „Linksverschiebung“ im Innervationsmuster beschrieben werden. Beim maximalen 1000m-Lauf kann anhand der Regressionsgleichung erkannt werden, dass EXP nach der Trainingsintervention für eine gegebene Stützzeit eine größere Schrittlänge generiert, was den Transfer der erhöhten reaktiven Leistungsfähigkeit in den Laufvorgang bestätigt. Das reine Ausdau-ertraining der Kontrollgruppe führt dagegen nach acht Wochen zu einer Stag-nation bzw. partiellen Abnahme des reaktiven Kraftverhaltens.
Sowohl Menschen und Tiere als auch Pflanzen haben im Laufe der Evolution innere Uhren
entwickelt, die dem Körper auch in Abwesenheit äußerer Einflüsse Zeitinformationen liefern.
Unter diesen ist die endogene Tageszeitenuhr durch die Steuerung eines Rhythmus von Ruhe
und Aktivität, von Schlaf- und Wachzustand charakterisiert. Da diese Uhr unter konstanten
Bedingungen nicht einem exakten 24h-Rhythmus unterliegt, werden Zyklen, die unter der
Kontrolle dieser Uhr stehen, als circadiane Rhythmen bezeichnet; sie stellen eine
fundamentale Adaptation des Organismus an den physikalischenTag-Nacht-Wechsel dar, die
auch bei geringen diurnal-nocturalen Unterschieden persistiert.
Gesteuert werden diese Zyklen über eine übergeordnete circadiane „Master-Clock“, die sich
bei Säugern im Nucleus suprachiasmaticus (SCN) des Hypothalamus befindet. Da die
Periodendauer des circadianen, endogen generierten Rhythmus von einem 24h-Rhythmus
abweicht, muss die endogene Uhr durch das Tageslicht nachgestellt werden, d.h. mit der
tatsächlichen Tageszeit synchronisiert werden. Neben dem Beleuchtungszyklus hat auch der
Schlaf einen stabilisierenden Einfluss auf den im SCN generierten circadianen Rhythmus. Für
die Funktion der inneren Uhr ist die rhythmische Expression sogenannter Uhrengene
verantwortlich. Die Uhrengenprodukte bilden interagierende transkriptionell-translationale
Rückkoppelungsschleifen, die eine Periodenlänge des Syntheseablaufs von 24 Stunden
besitzen. Ein heterodimerer Komplex, der aus den beiden Transkriptionsfaktoren CLOCK
und BMAL1 aus der bHLH-PAS-Familie besteht, aktiviert über ein hochspezifisches E-Box-
Promotorelement die Transkription der Uhrengene per1-3, cry1-2 und rev-erbα. Unter dieser
Aktivierung häufen sich die Uhrengenprodukte PER und CRY im SCN an, bis am Ende des
circadianen Tages der Gipfel erreicht wird. Eine negative Rückkoppelung kommt zum Zuge,
indem die Proteine CRY und PER zusammen mit der Caseinkinase Iε (CKIε) einen
heterotrimeren Komplex bilden, der im Zellkern die CLOCK-BMAL1-abhängige
Transkription blockiert.
Schlaf als prominenter rhythmischer Prozess, der vom SCN gesteuert wird, dient gleichzeitig
zur Erholung des gesamten Organismus (genaue Funktionen immer noch unbekannt). Insofern
ist es interessant zu erforschen, wie der SCN auf Schlafentzug reagiert. Bei Goldhamstern
wurde die Beeinflussung von Schlafentzug auf die Uhrengenprodukte im SCN untersucht.
Dabei wurden die Veränderungen der Proteine CLOCK, BMAL1, PER1-3 und CRY1-2
direkt nach dem Schlafentzug und während des Tagesganges analysiert.
Mit immuncytochemischer Technik wurde in einem ersten Schritt nachgewiesen, dass ein 2-
stündiger Schlafentzug direkte Auswirkungen auf CLOCK, BMAL1, PER1 und CRY1 im
SCN des Goldhamsters besitzt. Um diese Auswirkungen besser zu deuten, wurde der
Schlafentzug auf 3 Stunden erhöht, und die Proteinkonzentrationen im SCN in regelmäßigen
Abständen über den ganzen Tag beobachtet. Von allen untersuchten Uhrengenprodukten
wiesen BMAL1, PER1-2 und CRY1 die stärksten Unterschiede zu den Kontrolltieren auf. Die
BMAL1 Immunreaktitivtät war nach Schlafentzug gesenkt. PER1, PER2 und CRY1
reagierten über eine Hochregulierung ihrer Proteine im SCN direkt nach dem Schlafentzug,
die zu einer Phasenvorverschiebung führte. Dabei war der Gehalt von PER2 schneller erhöht
als der von PER1. Die Uhrengene per1 und per2 spielen eine prominente Rolle bei der
Anpassung des endogenen Rhythmus an die exogenen Beleuchtungsverhältnisse und
antworten auf synchronisierende Lichtimpulse durch eine Hochregulation ihrer Transkription,
weshalb sie zu den immediate early genes gehören. Daraus kann die Hypothese hergeleitet
werden, dass auch Schlafentzug, da die Hamster im Licht wach gehalten wurden, zu
demselben Synchronisationsverhalten des SCN führt, wie ein kurzer Lichtstimulus. Der
BMAL1-Gehalt verringerte sich direkt nach Schlafentzug, der den antiphasischen Verlauf des
Expressionsmusters von BMAL1 und PER2 widerspiegelt. Eine Hochregulation des BMAL1-
Gehaltes während des Tages spricht dafür, dass ein initial hoher Gehalt von PER2 über eine
Supprimierung von REV-ERBα zu einer Enthemmung der Inhibition von BMAL1 führte. Da
REV-ERBα die Expression von CRY1 hemmt, dieses wiederum durch PER2 in seiner
Expression gehemmt wird, hat ein erhöhter PER2-Gehalt auch einen erhöhten CRY1-Gehalt
zur Folge. Der CLOCK-Gehalt im SCN, der auch unter normalen Bedingungen stabil bleibt,
schwankte unwesentlich im Laufe des Tages nach Schlafentzug. Dies spiegelt seine nur
geringfügige Bedeutung in der Synchronisation des Hauptoszillators wider.
Zum letzten Messungszeitpunkt, d.h. in der Mitte der Dunkelphase, ähnelten sich die
Proteingehalte von Versuchstieren und Kontrolltieren, woraus man schließen kann, dass die
Auswirkungen des Schlafentzugs durch den SCN im Laufe einer Tagesperiode von 24 h
wieder kompensiert werden können.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es die Einflussmöglichkeiten von Umweltverbänden im energiepolitischen Entscheidungsprozess in Deutschland und in Südkorea zu vergleichen. Diese Studie untersuchte exemplarisch den BUND und die KFEM hinsichtlich ihrer Einflusschancen auf die Atompolitik in beiden Staaten innerhalb eines bestimmten Zeitraumes (vom Tschernobyl-Reaktorunfall 1986 bis 2007). Ein besonderer Fokus galt dabei den Faktoren, die auf unterschiedlichen Ebenen diese Einflusschancen herstellen bzw. minimieren...
Einleitung: Um die empfindlichen Nervenzellen des Gehirns vor den Einflüssen schädigender Substanzen im systemisch zirkulierenden Blut zu schützen, besitzen höhere Lebewesen einen Barrieremechanismus, der das zentrale Nervensystem (ZNS) nach außen hin abriegelt. Diese Blut-Hirn-Schranke (BHS) wird durch die Gefäßendothelzellen im Gehirn gebildet, die über eine Kombination mehrerer Mechanismen Substanzen vom Eindringen in das Gehirngewebe abhalten. Zum einen stellt die Existenz dieser Barriere einen lebensnotwendigen Schutz dar, zum anderen jedoch bedeutet sie eine große Hürde in der Pharmakotherapie von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, da nur wenige Arzneimittel in der Lage sind sie zu überwinden. Eine gute Gehirngängigkeit besitzen in der Regel kleine Moleküle mit einer hohen Lipophilie oder solche, die aktiv über Transporter oder Rezeptoren in das ZNS aufgenommen werden. Alle anderen Substanzen, wie effektiv sie auch im restlichen Körper sein mögen, stehen für die Therapie zerebraler Krankheiten wie z.B. Epilepsie, Alzheimer, Gehirntumore oder ZNS-HIV unter normalen Umständen nicht zur Verfügung. Das Gebiet der kolloidalen Trägersysteme bietet eine Lösung für dieses Problem. Durch den Einsatz von Liposomen oder Nanopartikeln als „Carrier“ können verschiedene Arzneistoffe aktiv in das Gehirn transportiert warden, um dort ihre Wirkung zu entfalten. Des Weiteren führt ein solches „Drug targeting“ nicht nur zu einer Überwindung der BHS sondern gleichzeitig zu einer vermehrten Anreicherung des Arzneistoffs im ZNS und dadurch zu geringeren Nebenwirkungen im restlichen Organismus. Durch die erhöhte Selektivität für das ZNS können kleinere und somit für den Körper verträglichere Dosen des Arzneistoffs eingesetzt werden. In der Vergangenheit konnte gezeigt werden, dass unter anderem Nanopartikel aus humanem Serumalbumin, welche mit Polysorbat 80 überzogen waren oder deren Oberfläche mit Apolipoproteinen modifiziert wurde, Arzneistoffe, die üblicherweise nicht in der Lage sind die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden, zentral zur Wirkung brachten. Der genaue Mechanismus, durch den diese Arzneistoffe mithilfe der Trägersysteme ins Gehirn gelangen,war bisher weitgehend ungeklärt. Ein Eindringen des arzneistoffbeladenen Nanopartikels als Ganzes in das Gehirn sowie die Einleitung 2 Vermittlung des Arzneistoff-Transportes durch das Partikel am Endothel oder gar eine unselektive Zerstörung der Barrierefunktion wurden diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit Apolipoproteinen modifizierte Partikel aus humanem Serumalbumin hergestellt und hinsichtlich ihrer Größe, der Größenverteilung, des Partikelgehaltes, der Oberflächenladung und ihres morphologischen Erscheinungsbildes charakterisiert. Anschließend wurde die Interaktion dieser kolloidalen Trägersysteme mit isolierten Endothelzellen des Nagergehirns mittels verschiedener Analytiken untersucht. Gleichzeitig wurden in umfangreichen Untersuchungen an Mäusen und Ratten die Geschehnisse in vivo beleuchtet und mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens, der Elektronenmikroskopie, dargestellt. Des Weiteren wurde der Effekt einer nanopartikulären Applikation auf die Integrität der Barrierefunktion der BHS untersucht, wodurch eine schädliche Wirkung der Partikel ausgeschlossen und die der Aufnahme in das ZNS zugrunde liegenden Transportmechanismen aufgeklärt werden konnten.
Entwicklung einer Multiplex PCR zum Nachweis von bakteriell kontaminierten Thrombozytenkonzentraten
(2011)
Im Rahmen des Programms zur Intensitätserhöhung am Universal Linear Accelerator UNILAC für das Element Uran hat sich die Forderung nach einer Ionenquelle ergeben, die einen intensiven, hochbrillianten Ionenstrahl aus vierfach geladenen Uranionen bereitstellen kann. Ziel war es, im Zusammenspiel von Ionenquelle, Nachbeschleunigungssystem und Niederenergiestrahlführung einen Strahlstrom von mindestens 15 emA U4+ am Eingang des RFQ-Beschleunigers bereitzustellen. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den Optimierungen und den experimentellen Untersuchungen an der Vakuumbogenionenquelle VARIS für den Uranbetrieb, welche schließlich ihre Leistungsfähigkeit an der Beschleunigeranlage der GSI erfolgreich unter Beweis gestellt hat. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Theorie der Vakuumbogenentladung unter besonderer Berücksichtigung der Erzeugung von U4+. Die Generierung von U4+ erfolgt dabei zu einem Teil im dichten Kathodenspotplasma, wo das Ionisationspotential von 31 auf 21 eV herabgesetzt ist, U4+ also bei vergleichsweise niedrigen Elektronenenergien erzeugt werden kann. Der U4+-Anteil beträgt jedoch nur 30 %. Die Erzeugung eines höheren Anteils an U4+ ist geknüpft an zusätzlich Ionisationsvorgänge im expandierenden Zwischenelektrodenplasma, für welches eine neuartige Theorie (MHD Ansatz) angegeben werden konnte. Für die Vakuumbogenentladung im axialen Magnetfeld konnte eine Erhöhung der Elektronentemperatur vorhersagt werden, die für eine höhere Ionisationsrate für U4+ verantwortlich ist. Für die Elektronentemperatur wurde bei einer magnetischen Flußdichte von 40 mT ein Wert von 10 eV vorhergesagt, welcher experimentell bestätigt werden konnte. Zieht man zudem die berechneten Wirkungsquerschnitte für die Ein- und Mehrfachionisation heran, so konnte aus den Wirkungsquerschnitten vorausgesagt werden, daß für die Produktion eines hohen Anteils an U4+ eine Elektronenenergie von zirka 50 eV für die Generierung von U4+ aus U3+ erforderlich ist. Im weiteren wurde ausgeführt, wie ein Extraktionssystem ausgelegt sein muß, welches den Forderungen nach einem Gesamtstrom von 140 mA entspricht oder diesen übertrifft. Das Erreichen dieses Stroms ist im Einlochextraktionssystem mit Schwierigkeiten verbunden (große Emissionsfläche, langes Extraktionssystem, Extraktionsspannung zirka 180 kV). Aus diesen Gründen ist die Entscheidung zugunsten eines Extraktionssystem mit 13 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 3 mm gefallen. Die Gesamtemissionsfläche aller Aperturen liegt bei 0,92 cm2. Zur Bestimmung der Strahlformierung einer Öffnung im Extraktionssystem ist das Strahlsimulationsprogramm KOBRA3INP unter Berücksichtigung einer experimentell gut zugänglichen Feldstärke von 11 kV/mm bei einem Aspektverhältnis von 0,5 genutzt worden. Es ergab sich ein minimaler Divergenzwinkel von etwa 55 mrad, die unnormierte effektive Emittanz geht mit steigender Stromdichte asymptotisch einem Wert von 65p mm mrad entgegen. Für das Extraktionssystem (13 Öffnungen) kann die unnormierte effektive Emittanz zu 610p mm mrad abgeschätzt werden. Die Stromdichte, welche der Plasmagenerator bereitstellen muß, beträgt etwa 1600 A/m2. Die Extraktionsspannung liegt bei 32 kV, welche, ebenso wie die Stromdichte, experimentell erreicht wurde. Bei den experimentellen Untersuchungen wurde zunächst untersucht, inwieweit die Impedanz des Vakuumbogenplasmas gesteigert werden kann. Ziel war es, eine möglichst hohe Plasmaimpedanz und damit eine hohe Bogenspannung zu erhalten, wodurch die erreichbare Elektronenenergie vergrößert wird (Regelung der Bogenspannung durch die Plasmaimpedanz). Es ist gezeigt worden, daß die Impedanz vor allem durch eine geeignete Magnetfeldkonfiguration erhöht werden kann (axiales Feld). Ebenso sind die Geometrie der Ionenquelle (Abstand Kathode-Anode 15 mm, Anodenöffnung 15 mm) und die verwendeten Materialien (Anode aus Edelstahl, kleiner Sputterkoeffizient und Sekundärelektronenaus97 löse) entscheidend, wobei zugunsten eines zuverlässigen Zündverhaltens der Ionenquelle die Entscheidung für eine Anodenöffnung von 15 mm statt 25 mm gefallen ist. So erreicht man für eine magnetische Flußdichte von 120 mT bei einem Bogenstrom von 700 A eine Bogenspannung von 54 V, wodurch die Erzeugung bis zu sechsfach geladenen Uranionen möglich wird. Um grundlegende Eigenschaften des Vakuumbogenplasmas zu bestimmen und das theoretische Modell zur Erzeugung von U4+ zu überprüfen, wurden die Ionen- und Elektronenenergieverteilung im Plasma gemessen ...
Hintergrund: Die Thoraxsonographie ermöglicht in der Intensivmedizin die Diagnose von Pleuraerguss und Pneumothorax in Rückenlage mit ähnlicher Sensitivität und Spezifität wie ein Röntgenthorax. Bisher verfügbar war ein kombiniertes theoretisches und praktisches Training, um diese Diagnostik zu lehren, die vor allem von der Erkennung einer sich bewegenden Sonoanatomie abhängt. Die neuere Computertechnologie ermöglicht es nun, solche Sachverhalte zu zeigen, zu animieren und zu erklären.
Ziele: Entwicklung und Überprüfung eines E-Learning für die Thoraxsonographie in der Intensivmedizin.
Methoden: Ein animiertes interaktives, Internet-basiertes E-Learning wurde mit Flash und dem Web-Kit-Freiburg entwickelt. Das E-Learning wurde zur Vorbereitung eines DEGUM-zertifizierten Trainingsprogramms für Thoraxsonographie verwendet und danach von Ärzten mit visuellen Analogskalen (VAS) evaluiert (Studie A). Eine prospektive Lernerfolgsstudie wurde mit Medizinstudenten ohne praktisches Training unter Zuhilfenahme eines 20 Fragen umfassenden „Multiple-Choice“- Tests durchgeführt und nach 2 Wochen einer Nachhaltigkeitsüberprüfung unterzogen (Studie B). Alle Teilnehmer hatten kaum (A) oder keine (B) Vorkenntnisse in der Thoraxsonographie.
Ergebnisse: Das neu entwickelte E-Learning steht im Internet in Deutsch und Englisch zur Verfügung. Studie A: 34 Ärzte, die das E-Learning verwendeten, schätzten ihren Wissenszuwachs von Null auf 79,5% (Median, 95%-Konfidenzintervall 69%-88%, Min/Max 48/97).
Studie B: 29 Medizinstudenten erzielten eine Verbesserung von 11,7/20 auf 17/20 richtigen Antworten nach Anwendung des E-Learning (relative Steigerung 45%, p<0,0001 Wilcoxon's-matched-pairs-test). Nach 2 Wochen wurden noch 83% der Fragen richtig beantwortet (p<0,0001 vs. Pre-Test).
Schlussfolgerung: Die Grundlagen der Thoraxsonographie können mittels E-Learning mit einer hohen Effektivität vermittelt werden. Es eignet sich daher für ein „Blended- Learning“ Konzept.
In dieser Arbeit wurden zwei Schlüsselenzyme des Energiestoffwechsels in Archaeen im Hinblick auf ihre funktionellen, spektroskopischen und strukturellen Eigenschaften untersucht. Die Heterodisulfid-Reduktase (Hdr) katalysiert die Reduktion des terminalen Elektronenakzeptors CoM-S-S-CoB zu CoM-SH (Coenzym M) und CoB-SH (Coenzym B) und spielt eine Schlüsselrolle im zentralen Energie-konservierenden Prozess von methanogenen Archaeen. Hdr existiert in Form von zwei unterschiedlichen Enzymen: HdrDE und HdrABC. Beide weisen ein charakteristisches Cystein-reiches Sequenzmotiv (CCG-Domäne) auf, welches als Bindestelle für ein ungewöhliches [4Fe-4S]-Zentrum dient. Frühere Studien zeigten, dass das [4Fe-4S]-Zentrum in der Untereinheit HdrB lokalisiert ist und als zentraler Bestandteil des aktiven Zentrums die Fähigkeit besitzt, ein Thiyl-Radikal zu binden. Darauf aufbauend wurden genetische, spektroskopische und strukturelle Untersuchungen überwiegend am H2:Heterodisulfid-Oxidoreduktase-Komplex (Mvh:Hdr) aus Methanothermobacter marburgensis oder an der heterolog produzierten Untereinheit HdrB durchgeführt. Das Reinigungsprotokoll des Mvh:Hdr-Komplexes wurde für Kristallisationsexperimente und für ENDOR- und Mössbauer-spektroskopische Studien optimiert. Eine Kristallisation des Mvh:Hdr-Komplexes gelang nicht; doch konnten Kristalle der Heterodisulfid-Reduktase-assoziierten Hydrogenase (Mvh) bis zu einer Auflösung von 3.34 Å vermessen und mit Hilfe der anomalen Information der Elektronentransferweg zwischen den [Fe-S]-Clustern definiert werden. Ergänzende elektronenmikroskopische Studien zeigten einen unsymmetrischen Aufbau des Komplexes. DesWeiteren wurde die Untereinheit HdrB aus M. marburgensis in Methanosarcina acetivorans heterolog produziert und seine Funktionalität kinetisch und spektroskopisch nachgewiesen. Ferner wurde HdrB in Escherichia coli heterolog produziert und gereinigt, um Kristallisationsexperimente durchzuführen und es für ENDOR- und Mössbauer-Studien verfügbar zu machen. Um HdrB spektroskopisch zu vergleichen, wurde eine Untereinheit der Succinat:Chinon Oxidoreduktase (SdhE) aus Sulfolobus solfataricus ebenfalls heterolog in E. coli produziert und mittels ENDOR-Spektroskopie charakterisiert. Ein grundlegender Prozess des biogeochemischen Schwefelkreislaufes ist die dissimilatorische Sulfat-Reduktion, in der Sulfat (SO4 2􀀀) zu Schwefelwasserstoff (H2S) umgewandelt wird. Die dissimilatorische Sulfit-Reduktase (dSir), das Schlüsselenzym im Energiestoffwechsel der Sulfat-Reduzierer, besitzt einen einzigartigen Sirohäm-[4Fe-4S]-Cofaktor, der die Reduktion von Sulfit (SO3 2􀀀) zu H2S in einem 6-Elektronen-Schritt katalysiert. Um diesen Mechanismus zu untersuchen, wurden kinetische, spektroskopische und röntxi Zusammenfassung genkristallographische Methoden angewandt. Die Kristallstrukturen von dSir aus Archaeoglobus fulgidus wurden im Komplex mit Sulfit, Sulfid (S2􀀀), Kohlenmonoxid (CO), Cyanid (CN􀀀), Nitrit (NO2􀀀), Nitrat (NO3 􀀀) und Phosphat (PO4 3􀀀) gelöst. Aktivitätstest und analytische Studien zeigten, dass dSir von A. fulgidus neben Sulfit und Nitrit auch Thiosulfat und Trithionat reduziert und Letztere auch als Intermediate entstehen. Auf dieser Basis wurde ein 3-Stufen-Mechanismus postuliert, wobei jede Stufe aus einem 2-Elektronentransfer, einer Aufnahme von zwei Protonen und einer Dehydrationsreaktion besteht. Im Vergleich zur assimilatorischen Sulfit-Reduktase (aSir) aus E. coli zeigt die dSir-Struktur einen veränderten Substratkanal, eine Rotation des Sulfits um 60° und beträchtliche Konformationsänderungen der katalytischen Reste Arga170 und Lysa211. Aufgrund dieser Änderungen kann ausschließlich in dSir ein weiteres Sulfit-Molekül in van-der-Waals-Kontakt zum an das Sirohäm-gebundene Sulfit oder Schwefel-Sauerstoff-Zwischenprodukt platziert werden, das nötig ist, um Thiosulfat und Trithionat zu synthetisieren.
Ziel: Experimentelle Optimierung der Kontrastmitteldichte und Evaluation des Einflusses der Kontrastmitteldichte auf die Strahlendosis in der Multidetektor Computertomographie (MDCT) beziehungsweise welchen Einfluss hat die Dosis (kV und mAs) auf das Kontrastverhalten.
Material und Methoden: 100 ml unverdünntes Kontrastmittel (Imeron 400 MCT, Nycomed, Konstanz, Germany) wurde in einer Verdünnungsreihe jeweils (um die Hälfte bis KM5) mit 0,9% NaCl verdünnt (KM 1 bis KM 31). KM 31 enthält demnach nur noch reines 0,9 % NaCl. Die Verdünnungsreihe wurde in einem 16 Zeilen-CT (Sensation 16, Siemens Medical System, Erlangen, Germany) mit 5 mm Schichtdicke und einem Inkrement von 0,75 mm gescannt (Scann-Protokoll: 80, 100, 120 und 140 kV jeweils mit 20, 50, 80, 110 und 140 mAs). Nach dem Scan erfolgten MIP Rekonstruktionen in coronarer Schichführung mit 2, 5 und 10 mm Schichtdicke. Die KM-Dichte (HE) wurde jeweils in 2, 5 und 10 mm Schichtdicke gemessen. Um die Dosiswerte zu bestimmen wurden das „Dose Length Product“ (DLP) und das „ Volumen-Computer-Tomographie-Dosis-Index“ (CTDIvol) für jedes Scann-Protokoll berechnet.
Ergebnisse: Die Verdünnungsreihe 10 (KM 10) zeigte bei 80kV den identischen Kontrast (im Mittel 543,00 HE) wie die Verdünnungsreihe 5 (KM 5) bei 140 kV (im Mittel 527,52 HE). KM 5 beinhaltete 6,25 ml Imeron 400 MCT mit 93,75 ml 0,9% NaCl, KM 10 beinhaltete 3 ml Imeron 400 MCT verdünnt mit 97 ml 0,9% NaCl. Dies bedeutet ein Einsparungspotential von mehr als 50% an Kontrastmittel. Die niedrigste Dosis bei bestem Kontrast und vertretbarem Rauschen ergab sich für die Verdünnungsreihe 14 (KM 14) bei 80 kV/140 mAs mit Dichtewerten von 197,00 HE und einem DLP von 128 μGym2 und für die Verdünnungsreihe 13 (KM13) bei 100 kv/80 mAs mit Dichtewerten von 222,03 (DLP von 149 μGym2).
Schlussfolgerung: Auch bei niedrigen Strahlendosen besteht weiterhin ein Einsparungspotential für Kontrastmittel mit der Möglichkeit einer weiteren Reduktion kontrastmittelinduzierter Nebenwirkungen. Der Röhrenstrom (mAs) hat keinen Einfluss auf das Kontrastverhalten. Die Dichte wird sehr stark von der Röhrenspannung (kV) beeinflusst - mit niedriger kV-Werte wird der Kontrast erhöht. Diese Tatsache können zur Strahlenreduktion genutzt werden.
Die Translokation von gelösten Stoffen über zelluläre Membranen ist ein essentieller biologischer Prozess, der durch eine Vielfalt an integralen Membranproteinen vermittelt wird. Diese sind in den selektiven Austausch verschiedenster Stoffe bzw. Teilchen involviert und ermöglichen somit die Kommunikation zwischen den einzelnen Zellkompartimenten untereinander bzw. mit der extrazellulären Umgebung. Eine der größten Familien paraloger Proteine, die den vektoriellen Transport von Substanzen über Zellmembranen katalysieren, stellen die ATP‐binding cassette (ABC)‐Transporter dar. Mitglieder dieser Proteinfamilie sind in allen bisher untersuchten Organismen von Prokaryoten bis hin zu höheren Eukaryoten vertreten und übernehmen essentielle Funktionen in einer Vielzahl von zellulären Abläufen. ABC‐Transporter zeichnen sich durch eine breite Substratdiversität aus, d.h. sie energetisieren unter ATP‐Verbrauch die Translokation zahlreicher, strukturell und chemisch unterschiedlicher Substanzen wie Zucker, Lipide, Ionen, Aminosäuren, Proteine oder auch zelltoxische Stoffe. In Bakterien können sie sowohl als Importproteine fungieren, welche hauptsächlich die Aufnahme von Nährstoffen vermitteln, als auch als Exportproteine, deren Hauptaufgabe es ist, zelltoxische Substanzen aus der Zelle heraus zu schleusen. Eukaryotische ABC‐Transporter sind sowohl in der Plasmamembran als auch in den intrazellulären Membranen zu finden – beispielsweise in denen des Endoplasmatischen Retikulums, des Golgi Apparats, der Lysosomen, der Peroxisomen und der Mitochondrien. Sie fungieren als Exportproteine und sind z.B. an der Ionen‐Homöostase, der Antigenprozessierung, der Insulinfreisetzung oder am Cholesterol‐ und Lipidtransport beteiligt. ...
MutLα ist Bestandteil des Mismatch-Reparatur-Systems und spielt eine wichtige
Rolle bei der postreplikativen Reparatur von Kopierfehlern, der Detektion von DNASchäden
durch exogene Noxen und der Signalisierung von irreparablen DNALäsionen
an die Apoptosemaschinerie. MutLα setzt sich als Heterodimer aus MLH1
und PMS2 zusammen. Da sein Fehlen zur Entstehung von Krebs führt, werden
MLH1 und PMS2 zu den Tumorsuppressorproteinen gezählt.
Von vielen krebsassoziierten Proteinen, darunter p53, BRCA und c-Abl, ist bereits
bekannt, dass sie zwischen nukleärer und zytoplasmatischer Lokalisation wechseln.
Dagegen wurde MutLα in der Vergangenheit vorrangig in nukleärer Funktion und
Lokalisation wahrgenommen. Jedoch haben Brieger et al. kürzlich zahlreiche
Interaktionen mit zytoplasmatischen Proteinen aufgedeckt, was nahe legt, dass
MutLα möglicherweise auch wichtige zytosolische Aufgaben hat (Brieger et al.
2010a). Während der Import von MutLα in den Kern bereits aufgeklärt ist, gibt es
über den Export ins Zytosol bislang nur vage Kenntnisse. Hauptfokus dieser Arbeit
ist es deshalb, MutLα auf seine Fähigkeit zum nukleären Export zu untersuchen.
Wir konnten mithilfe eines von Henderson und Eleftheriou entwickelten in vitro
Export-Assays (Henderson, Eleftheriou 2000) zeigen, dass MutLα eine aktive
nukleäre Export-Sequenz im Bereich der Aminosäuren 578-595 von MLH1 besitzt.
Die gezielte Mutation von Leucinen in diesem Bereich veränderte die subzelluläre
Lokalisation von MutLα. Auch setzten solche Mutationen häufig die Stabilität und
die Mismatch-Reparatur-Aktivität des Proteins herab.
Die Untersuchung einer von Han et al. als pathogen beschriebenen Mutation in
diesem Bereich des MLH1-Gens, MLH1L582V (Han et al. 1995), zeigte, dass der
Defekt weder die Proteinstabilität noch die Reparatureigenschaft von MutLα
beeinträchtigte. Jedoch wies das veränderte Heterodimer eine eingeschränkte
Exportfähigkeit auf, sodass dieser Funktionsverlust ursächlich für die
Krebserkrankung des Mutationsträgers sein könnte.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in drei Studien mit verschiedenen Möglichkeiten, selbstreguliertes Lernen im schulischen Kontext zu fördern. Dabei werden einerseits Interventionen (Schüler-, Lehrer- und Elterntrainings) zur Selbstregulationsförderung in ihrer Wirksamkeit untersucht, andererseits wird die Förderung des selbstregulierten Lernens im regulären Unterricht in den Blick genommen. Den Studien liegen sozial-kognitive Modelle des selbstregulierten Lernens (Boekaerts, 1999; Otto, 2007) zugrunde, die das Zusammenspiel von kognitiven, metakognitiven und motivational-emotionalen Aspekten sowie die Rolle der Lernumwelt für die Selbstregulation betonen.
In der ersten Studie wird ein Trainingsprogramm zur Förderung des selbstregulierten Lernens hinsichtlich seiner Wirkung auf die Schülermotivation evaluiert. Hierbei interessierte unter anderem die differenzielle Wirksamkeit von direkten (Schülertraining) und indirekten (Lehrer-/Elterntrainings) Interventionen. Es konnte gezeigt werden, dass sich das Trainingsprogramm positiv auf motivationale Variablen der Schüler auswirkt. Diese Effekte waren teilweise auch langfristig nachweisbar. Die Befunde deuten auf eine Überlegenheit des direkten Trainings gegenüber den indirekten Trainings in Bezug auf einige motivationale Variablen hin.
Die zweite Studie beschäftigt sich im Rahmen von Videoanalysen mit der Frage, wie Lehrer die Förderung von selbstreguliertem Lernen im alltäglichen Unterricht gestalten. Zudem wurden Auswirkungen von unterschiedlichen Arten der Förderung auf die Schülerleistung untersucht. Basierend auf systematischen Beobachtungen konnten Aussagen über die Unterrichtspraxis der untersuchten Lehrer bezüglich der Förderung des selbstregulierten Lernens gemacht werden. Ein zentrales Ergebnis betrifft die Effekte von expliziter Strategievermittlung, für die im Gegensatz zur impliziten Strategievermittlung Zusammenhänge mit der Leistungsentwicklung der Schüler nachgewiesen werden konnten.
In der dritten Studie sollten mögliche Einflussfaktoren auf die Strategievermittlung im Unterricht identifiziert werden. Dafür wurden wieder Unterrichtsbeobachtungen herangezogen und Zusammenhänge mit Merkmalen des Unterrichtskontexts und mit Lehrerüberzeugungen hergestellt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Strategievermittlung der Lehrer über verschiedene Unterrichtskontexte hinweg eine hohe Stabilität aufweist. Außerdem lassen die Befunde darauf schließen, dass Lehrerüberzeugungen eine wichtige Rolle für die Strategievermittlung im Unterricht spielen.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich sowohl Selbstregulationstrainings als auch in den Unterricht integrierte Selbstregulationsförderung erfolgreich einsetzen lassen. Möglichkeiten zur Optimierung der Förderung des selbstregulierten Lernens in der schulischen Praxis werden vor dem Hintergrund der Befunde diskutiert.
Vorausgehende Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die Identifikation von Mitarbeitern mit Ihrer Organisation ein zentraler Prädiktor für wünschenswerte Einstellungen und Verhaltensweisen wie Arbeitszufriedenheit, Leistung und Extrarollenverhalten ist (Riketta, 2005). Folglich entwickelte sich in den vergangenen Jahren ein zunehmendes Forschungsinteresse an den Faktoren, die die organisationale Identifikation von Mitarbeitern beeinflussen (Ashforth et al., 2008). Ein vielversprechender Ansatzpunkt scheint die Rolle des Führungsverhaltens zu sein. Die selbstkonzeptbasierten Theorien der Führung postulieren, dass die Effektivität von Führungskräften im Wesentlichen darauf beruht, dass sie die Identifikation ihrer Mitarbeiter mit der Arbeitsgruppe oder dem Unternehmen stärken (Shamir et al., 1993; van Knippenberg et al., 2004). Basierend auf dieser Erkenntnis haben van Dick et al. (2007) ein Transfermodell der organisationalen Identifikation entwickelt. Dieses geht davon aus, dass sich die organisationale Identifikation von Vorgesetzten auf ihr Führungsverhalten auswirkt und die organisationale Identifikation ihrer Mitarbeiter beeinflusst. Nach diesem Modell sollten die Mitarbeiter hochidentifizierter Führungskräfte eine stärkere organisationale Identifikation aufweisen als Mitarbeiter von weniger stark identifizierten Vorgesetzten. Die erhöhte Identifikation der Mitarbeiter sollte wiederum positiv auf ihre Arbeitszufriedenheit, Leistung und Extrarollenverhalten wirken. Eine Serie von querschnittlichen Feldstudien brachte erste empirische Belege für diese Annahmen (van Dick et al., 2007; Wieseke et al., 2009). Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, das Transfermodell von van Dick und Kollegen (2007) weiteren empirischen Tests zu unterziehen und theoretisch zu erweitern. Hierzu wurden drei Fragestellungen näher untersucht: Zunächst wurden zwei experimentelle Studien durchgeführt, um den angenommenen kausalen Einfluss der Vorgesetzten-Identifikation auf die organisationale Identifikation der Mitarbeiter zu testen (Manuskript 1). Die Ergebnisse der Studien stützen die Hypothese, dass sich die organisationale Identifikation der Führungskräfte auf die Identifikation der Mitarbeiter auswirkt. Darüber hinaus zeigte sich ein Effekt auf die Leistung der Mitarbeiter. Probanden, die für einen hochidentifizierten Vorgesetzten arbeiteten, zeigten eine bessere Leistung als Mitarbeiter einer weniger stark identifizierten Führungskraft. Im zweiten Schritt der vorliegenden Arbeit wurde das Führungsverhalten untersucht, das dem Identitätstransfer zugrunde liegt (Manuskript 2). Basierend auf den selbstkonzeptbasierten Theorien der Führung wurde angenommen, dass es vor allem transformationale Führungsverhaltensweisen sind, die für den Identitätstransfer verantwortlich sind. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden Befragungen von Führungskräften und Mitarbeitern durchgeführt. Eine Befragung fand in Deutschland, die zweite in China statt. Wie erwartet zeigte sich, dass transformationale Führung die Beziehung zwischen Führungskraft-Identifikation und organisationaler Identifikation der Mitarbeiter mediierte. Zudem fand sich in der chinesischen Stichprobe eine dreigliedrige Mediation: Transformationales Führungsverhalten und organisationale Identifikation der Mitarbeiter mediierten in Serie den Zusammenhang zwischen der Führungskräfte- und Mitarbeiter-Identifikation. Das Ziel des dritten Papers war die Erweiterung des Transfermodells um die Kundenperspektive. Es wurde angenommen, dass sich organisationale Identifikation nicht nur von Vorgesetzten auf Mitarbeiter, sondern auch von Mitarbeitern auf ihre Kunden überträgt. Eine Befragung von Führungskräften, Mitarbeitern und Kunden stützte diese Annahme. Neben einem positiven Zusammenhang von Vorgesetzten- und Mitarbeiter-Identifikation, fand sich auch die erwartete positive Korrelation zwischen der organisationalen Identifikation der Mitarbeiter und der ihrer Kunden. Zudem zeigte sich, dass die Kundenorientierung der Mitarbeiter und die organisationale Identifikation der Kunden den Zusammenhang zwischen Mitarbeiter- Identifikation auf der einen Seite und Kundenzufriedenheit und Empfehlungsverhalten der Kunden auf der anderen Seite mediierte. Insgesamt leisten die vorgelegten Arbeiten einen Beitrag zur empirischen Validierung und Weiterentwicklung des Transfermodells der organisationalen Identifikation. Sie überprüfen die Kausalitätsannahme des Transferprozesses, untersuchen den zugrunde liegenden Mechanismus und erweitern das Modell um die Perspektive der Kunden. Die Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit der organisationalen Identifikation der Vorgesetzten für die Einstellungen und Verhaltensweisen ihrer Mitarbeiter. Zudem legen sie nahe, dass sich die Identifikation der Führungskräfte, vermittelt durch die Mitarbeiter, auch auf die Zufriedenheit und das Verhalten der Kunden auswirkt. Diese Befunde sprechen dafür, dass Führungskräfte als Multiplikatoren der organisationalen Identifikation dienen können. Eine Führungskraft beeinflusst eine Vielzahl an Mitarbeitern, die dann wiederum mit einer größeren Anzahl an Kunden interagieren. Initiativen und Maßnahmen, die die organisationale Identifikation von Führungskräften fördern, können daher ein effizienter Weg sein, um die Leistungsfähigkeit und Kundenzufriedenheit einer Organisation zu fördern.
Diese Arbeit untersucht den Einfluss des Game-Design auf ausgelöste Lernprozesse und den Erfolg von Serious Games. Hierzu werden Game-Design Paradigmen entwickelt, die als Richtlinien für Konzeption und Umsetzung eines Serious Game dienen. Als Serious Games werden Videospiele bezeichnet, die zur Wissensvermittlung konzipiert worden sind. Dabei sollen die motivationalen Faktoren eines Videospiels genutzt werden, um einen intrinsisch motivierten Lernprozess auszulösen. Das Bewertungkriterium für den Erfolg einer Spielmechanik ist somit die Erfüllung der Lernziele. Damit dieses Erfolgskriterium genauer untersucht werden kann, werden die ausgelösten Lernprozesse differenziert betrachtet. In der Literatur werden folgende Lernprozesse hervorgehoben: Der Prozess des Erfahrungslernens und metakognitive Prozesse. Darüber hinaus sind Eigenschaften der Zielgruppe, wie Alter oder Geschlecht weitere wichtige Faktoren. Das dieser Arbeit zu Grunde liegende Forschungsframework setzt sich wie folgt zusammen: Lernszenario, Lernprozess und Lernerfolg. Das Lernszenario ist durch folgende Faktoren charakterisiert: Game Characteristics (Eigenschaften des Serious Game), Instructional Content (Arbeitsanweisungen und Trainingsetting) sowie Player Characteristics (Eigenschaften der Zielgruppe). Diese Parameter bedingen den Lernprozess, welcher unter dem Aspekt des Erfahrungslernens und der Metakognition analysiert wird. Eine besondere Problemstellung in den Player Characteristics ergibt sich aus dem sogenannten Net-Generation Konflikt. Mit Net-Generation wird die Generation bezeichnet, welche mit neuen Medien wie Internet und mobiler Kommunikation aufgewachsen ist. Diese besitzt im Unterschied zu älteren Generationen ein anderes Lernverhalten. Um die Aspekte des Net-Generation Konflikts und die Auswirkungen auf den Lernprozesses untersuchen zu können, wird ein Serious Game entwickelt, dessen Spielmechanik sich an folgenden Game-Design Paradigmen ausrichtet: Akzeptanz, Leichte Zugänglichkeit, Spielspaß und die Unterstützung des Lernprozesses. Dieses Serious Game FISS (Fertigungs- und Instandhaltungs-Strategie Simulation) wird bei der Daimler AG seit 2008 zur Ausbildung von Ingenieuren eingesetzt. FISS simuliert eine Fertigungslinie, die mit Hilfe geeigneter Wartungsstrategien und effizientem Personaleinsatz erfolgreich geführt werden soll. Die Spielmechanik orientiert sich an dem Genre der Rundenstrategie und wird in einem Anwesenheitstraining im Team durchgeführt. Hervorzuheben ist, dass die Zielgruppe bezüglich des Alters inhomogen ist und deshalb der Net-Generation Konflikt berücksichtigt werden muss. Im Anschluss wird FISS unter folgenden Aspekten untersucht: Der Prozess des Erfahrungslernens, metakognitive Prozesse und die Integration der Non-Net-Generation. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eigenschaften des Game-Design einen signifikanten Einfluss auf den Prozess des Erfahrungslernens und die Lernerfolge besitzen. Spieler mit einem praktischen Zugang zu Lerninhalten (Concrete Experience) erzielten einen signifikant größeren Wissenzuwachs. Zudem profitierten alle Spieler von FISS, jedoch konnte in einer Vorstudie kein Einfluss metakognitiver Fähigkeiten auf den Wissenzuwachs nachgewiesen werden. Die weitere zentrale Studie dieser Arbeit fokussiert den Net-Generation Konflikt und evaluiert den Erfolg der eingangs aufgestellten Game-Design Paradigmen. Hierzu werden die Teilnehmer nach drei Altersgruppen getrennt betrachtet: Non-Net-Generation, Net-Generation und die dazwischen liegende Crossover-Generation. Es zeigt sich, dass der Lern- und Spielerfolg aller Generationen gleichermaßen signifikant ist und nur innerhalb des zu erwartenden Standardfehlers abweicht. FISS eignet sich folglich für alle Generationen. Diese Ergebnisse können stellvertretend für Serious Games im Genre der Rundenstrategie gesehen werden. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis der Auswirkungen des Game-Design auf den Lernerfolg. Hiermit können potentielle Schwachstellen eines Serious Game erkannt und vermieden werden. Die Erkenntnisse im Bereich des Erfahrungslernens ermöglichen zudem eine bessere Anpassungen an die Zielgruppe. Für die zukünftige Forschung wurde mit dem in dieser Arbeit entwickelten Framework eine Grundlage geschaffen.
Das Schilddrüsenkarzinom (SK) ist der häufigste maligne endokrine Tumor des
Menschen. Histologisch lässt er sich in eine differenzierte (papilläre: pap, follikuläre:
fol) und eine undifferenzierte (anaplastische, medulläre) Form unterteilen.
Bisher gilt die Strahlenexposition im Kindesalter als einzig gesicherter Risikofaktor
für die Entstehung des differenzierten SK.
Vitamin D hat neben seiner zentralen Regulationsfunktion im Calcium- und
Phosphatstoffwechsel antiproliferative, apoptotische, antiangiogenetische und
immunmodulierende Eigenschaften und ist daher mit der Pathogenese von Tumoren
assoziiert.
Auf der Suche nach genetischen Risikomarkern für das differenzierte SK hat die
vorliegende Arbeit Polymorphismen und Haplotypen der am Vitamin D Metabolismus
beteiligten Enzyme, der 25-Hydroxylase (CYP2R1-rs10741657), der 1α-
Hydroxylase (CYP27B1-rs10877012), der 24-Hydroxylase (CYP24A1-rs2296241,
CYP24A1-rs2248137) sowie des Vitamin D bindenden Proteins (DBP-rs4588,
DBP-rs7041) und des Vitamin D Rezeptors (ApaI, BsmI, FokI, TaqI) untersucht.
Im gesamten Patientenkollektiv war das Allel G des CYP24A1-rs2296241-SNP
und das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs im Vergleich zu den gesunden
Kontrollen häufiger vorzufinden. In der Untergruppe der Patienten mit ausschließlich
fol SK zeigte sich das Allel a des ApaI-SNPs öfter. Bei allen erkrankten
Frauen kam das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs zahlreicher vor.
Während das Allel C des DBP-rs4588-SNP, das Allel G des DBP-rs7041-SNPs,
die Genotypen aa und Aa des ApaI-SNPs bei Frauen mit fol SK häufiger vorkamen,
wurde das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs bei Frauen mit pap SK
vermehrt vorgefunden. Bei Männern mit fol SK waren der Genotyp GG und AA
und das Allel G des CYP24A1-rs2296241-SNP vielfacher vorzufinden und bei
Männern mit pap SK das Allel G des CYP24A1-rs2248137-SNP. Die verbleibenden
untersuchten Polymorphismen CYP2R1-rs10741657, FokI, TaqI und BsmI
zeigten keine Assoziation mit dem differenzierten SK. Die oben aufgeführten
Genotypen bzw. Allele können folglich als Risikomarker für das differenzierte
SK gelten. Da sich das fol SK in der Feinnadelbiopsie nicht vom fol Adenom
abgrenzen lässt, könnten die in der Subgruppe der fol SK häufiger vorgefundenen
Allele möglicherweise als diagnostische Marker zur präoperativen Planung
beitragen.
SNPs können zu funktionellen Unterschieden ihrer Proteine führen und damit
direkte Auswirkungen auf den Vitamin D-Spiegel und die Tumorgenese haben.
Daher wurden die Genotypen mit den Vitamin D-Spiegeln korreliert. Die Genotypen
CC und AC von DBP-rs4588, sowie die Genotypen GT von DBP-rs7041, GG
und AG von CYP2R1-rs10741657, AC und CC von CYP27B1-rs10877012, CG von
CYP24A1-rs2248137, AA von CYP24A1-rs2296241 und FF von FokI waren mit einem
niedrigeren 1,25(OH)2D3-Spiegel assoziiert. Die Korrelation mit 25(OH)D3
war unauffällig. Folglich können diese Genotypen für den niedrigen
1,25(OH)2D3-Spiegel einerseits selbst verantwortlich sein oder aber andererseits
in einem starken Linkage Disequilibrium zu einem dafür ursächlichen Genotyp
stehen. In jedem Fall könnten sie eine schlechtere Prognose für das differenzierte
SK bedeuten.
Da mehrere SNPs zusammen die Tumorgenese beeinflussen können, hat die
vorliegende Arbeit Haplotypen des CYP24A1-rs2248137 und des CYP24A1-
rs2296241, sowie den vier SNPs des VDR und den beiden DBP-SNPs gebildet.
Die Auswertung auf eine Assoziation mit dem differenzierten SK ergab zahlreiche
Haplotypen, die je nachdem ob sie häufiger oder seltener vorkamen, als
Risikomarker oder protektive Marker gehandelt werden können.
Zahlreiche Krebsarten sind mit einem Vitamin D-Mangel assoziiert. Daher wurde
überprüft ob dies auch für das SK zutrifft. Während die 25(OH)D3-
Konzentration bei Patienten mit differenziertem SK im Normalbereich lag, war
1,25(OH)2D3 statistisch signifikant erniedrigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass
sich das SK durch einen noch ungeklärten Mechanismus vor dem antikanzerogenen
1,25(OH)2D3 schützt.
Die vorliegende Arbeit hat erstmals SNPs und Haplotypen der am Vitamin D
Metabolismus beteiligten Proteine im Hinblick auf das differenzierte SK untersucht
und konnte eine Assoziation belegen. Außerdem konnte gezeigt werden,
dass das SK mit niedrigen 1,25(OH)2D3-Spiegeln verbunden ist und stützt damit
die These, nach der diverse Tumorarten mit einem 1,25(OH)2D3-Mangel einhergehen.
Die vorgefundene Assoziation von genetischen SNPs und Haplotypen
mit dem differenzierten SK legt funktionelle Unterschiede der Proteine nahe.
Weitere Untersuchungen sind daher notwendig um die vorgefundene Assoziation
zu fundieren.
Seit den 1980er Jahren fällt dem Computer sowohl in Beruf und Bildung als auch in der Freizeit eine wachsende Bedeutung zu (z.B. Rheinberg & Tramp, 2006). Häufig ist es für Computernutzer erforderlich, sich Computerkenntnisse selbstständig und ohne explizite Anleitung anzueignen (Richter, Naumann & Horz, 2010). Männer und Frauen erleben dabei den Umgang mit dem Computer unterschiedlich; diese Unterschiede können in Lern- und Leistungsdifferenzen resultieren (z.B. Baloğlu & Çevik, 2008). Zur Erklärung potenzieller Lern- und Leistungsunterschiede zwischen den Geschlechtern wurde in der Arbeit das kognitiv-motivationale Prozessmodell zugrunde gelegt. Das Modell erlaubt es, Leistungsunterschiede prozessnah über die aktuelle Motivation, das Flow-Erleben und die Strategiesystematik zu erklären. In Studie 1 (N = 18) wurde ein Beobachtungssystem zur Erfassung von optimalen und suboptimalen Explorationsstrategien am Computer entwickelt. In Studie 2 (N = 33) und 3 (N = 92) wurde im Rahmen eines quasiexperimentellen Designs getestet, ob sich weibliche und männliche Studierende der Wirtschaftswissenschaften in Strategiesystematik, Motivation und Leistung beim selbstregulierten Erlernen des Programms SPSS unterscheiden. Die Teilnehmer hatten nach einer kurzen Einführung in die Benutzeroberfläche von SPSS die Aufgabe, mehrere Statistikaufgaben mit SPSS zu lösen. Die Ergebnisse der Studien erbrachten zum Teil inkonsistente Befunde: Über die Studien hinweg zeigten sich keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Motivation vor Beginn der Aufgabenbearbeitung. In Studie 2 ergaben sich jedoch Geschlechtsunterschiede in der aktuellen Motivation und der Strategiesystematik während des Bearbeitungsprozesses sowie in der Leistung. Frauen erreichten dabei niedrigere Werte bzw. weniger Punkte. In beiden Studien standen die aktuelle Motivation, das Flow-Erleben sowie die Strategiesystematik modellkonform in Beziehung mit der Leistung. Die Ergebnisse und die Methodik der Arbeit wurden abschließend kritisch diskutiert.
Guanxi Capitalism in China: the role of private enterprises and networks for economic development
(2011)
This dissertation sets out to analyze the socio-economic structures behind a variety of capitalism that relies heavily on traditional (and insofar out-dated) institutions, especially networks, for its success. The specifics and advantages of business networks for small firms are well established in the literature but it rarely refers to China. It is argued that although similarities exist, Chinese networks are different to their European counterparts and therefore play a more prominent role for the Chinese economic system than networks elsewhere do. Here, personal relations are not separated into a private and a business sphere or exchanged by contractual, and in Western thinking more rational, means of doing business. Personal relations expose comparative efficiency as they are chosen as the most capable instrument for the private sector in China which makes the system as successful as we can observe today.
Therefore, this dissertation will scrutinize the specific socio-economic environment of private firms and their networks in China, thereby dissecting a new form of Capitalism that extrapolates traditional institutions for its economic success and survival instead of supplanting and overwriting traditional socio-economic structures. This challenges Weber’s distinction between rational and traditional behavior and redefines the boundaries of economy, society and culture in a new way.
Integrin a2ß1 ist ein Adhäsionsrezeptor, der verschiedene Kollagentypen bindet. Als solcher spielt es eine bedeutende Rolle für Zellfunktionen wie Migration und die Regulation des Zytoskeletts, Zellteilung, Apoptose und Differenzierung. Integrin a2ß1 übernimmt deshalb eine tragende Funktion in Prozessen wie Wundheilung, Angiogenese und der Progression und Metastasierung von Krebs. Rhodocetin ist ein Antagonist des Integrins a2ß1. Es ist ein C-Typ-Lektin-artiges Protein das im Schlangengift der Malaiischen Grubenotter (Calloselasma rhodostoma) entdeckt wurde. Rhodocetin besteht aus vier Untereinheiten a, ß, ? und d, die zwei Dimere formen (aß und ?d), welche wiederum eine kreuzförmige heterotetramere Quartiärstruktur bilden, die bislang nur für Rhodocetin beschrieben wurde. Rhodocetin bindet an die Integrin-a2A-Domäne der a-Untereinheit des Integrins a2ß1. Rhodocetin unterbindet damit die Bindung von Kollagen und die Aktivierung des Integrins. Der genaue Interaktionsmechanismus von Rhodocetin mit der Integrin-a2A-Domäne ist noch unbekannt. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels Hybridomtechnik monoklonale Antikörper gegen Rhodocetin generiert. Es wurden sechs Fusionen von Lymphozyten mit Myelomazellen durchgeführt, für die sowohl Mäuse als auch Ratten mit Rhodocetin immunisiert wurden. Die erzeugten Hybridomaklone wurden zunächst im ELISA auf ihre Fähigkeit getestet, Rhodocetin zu binden. Positiv getestete Klone wurden selektiert und die monoklonalen Antikörper aus den Zellüberständen aufgereinigt. Es konnten 14 monoklonale Antikörper etabliert werden. Die Antikörper wurden zunächst in ihren Bindungseigenschaften charakterisiert. Hierzu wurden verschiedene ELISAs, Immunblot und Immunpräzipitation genutzt. In der Duchflusszytometrie wurde getestet, ob die Antikörper an Integrin a2ß1 gebundenes Rhodocetin detektieren. Die Antikörper lassen sich hinsichtlich ihr Bindungseigenschaften und der Lage ihrer Bindungsepitope auf den verschiedenen Rhodocetin-Heterodimeren in unterschiedliche Klassen unterteilen. Es wurde nachgewiesen, dass Rhodocetin Konformationsänderungen unterliegt, die durch die Bindung einiger der generierten Antikörper induziert werden. Um den Einfluss divalenter Kationen auf die Konformation von Rhodocetin sowie den Interaktionsmechanismus von Rhodocetin mit der Integrin-a2A-Domäne zu untersuchen, wurde die analytische Gelfiltrationschromatographie genutzt. Es konnte gezeigt werden, dass die Bindung divalenter Kationen die Konformation von Rhodocetin beeinflusst. Um die Interaktionsstudien von Rhodocetin mit der a2A-Domäne auszuwerten wurde ein Sandwich-ELISA etabliert. Dieser ermöglichte es, im Anschluss an die Gelfiltration, die beiden Rhodocetin-Heterodimere unabhängig voneinander im Eluat nachzuweisen und zu quantifizieren. Es wurde nachgewiesen, dass das Rhodocetin-Heterotetramer während der Interaktion mit der Integrin-a2A-Domäne dissoziiert und nur das ?d-Dimer einen stabilen Komplex mit der a2A-Domäne bildet, während das aß-Dimer freigesetzt und unabhängig von diesem Komplex eluiert wird. Die pharmakologischen Eigenschaften von Rhodocetin wurden in einem Tumor-Xenograft-Modell untersucht, für das immundefizienten Mäusen HT1080 Fibrosarkomzellen implantiert wurden. Rhodocetin wurde den Mäusen intravenös appliziert und die Auswirkungen auf die Tumoren sowie der Verbleib von Rhodocetin im Körper analysiert. Die Entwicklung der Serumkonzentration von Rhodocetin wurde mit dem etablierten Sandwich-ELISA untersucht, welches hierzu mit einer Standardreihe kalibriert wurde. Die Elimination von Rhodocetin folgt einer Kinetik erster Ordnung. Die Exkretion von Rhodocetin erfolgt über die Niere. Es zeigte sich, dass etwa zwei Drittel des applizierten Rhodocetins unmittelbar nach Injektion von Integrin a2ß1-exprimierenden Zellen des Blutes gebunden werden. Die immunhistologische Auswertung von Tumoren und Kontrollgeweben ergab, dass Rhodocetin an Endothelzellen innerhalb der Nierenglomeruli sowie der Leber bindet. Rhodocetin konnte auch auf Endothelzellen der Tumorvaskulatur nachgewiesen werden. Innerhalb der Tumoren wurde Rhodocetin auch außerhalb von Blutgefäßen gefunden, wo es an HT1080 Tumorzellen bindet. Die Behandlung mit Rhodocetin beeinträchtigte die Integrität der Blutgefäße innerhalb der Tumoren und führte zu Hämorrhagien. Um die Auswirkungen von Rhodocetin auf die Tumoren genauer zu untersuchen und zu quantifizieren, wurde dynamische Magnetresonanztomographie genutzt. Es zeigte sich, dass Rhodocetin die Durchlässigkeit der Blutgefäße in Tumoren signifikant erhöht.
Ziel der vorliegenden tierexperimentellen Studie am narkotisierten Hausschwein
war die Untersuchung der Effekte von hyperoxischer Beatmung (Beatmung mit
reinem Sauerstoff; FiO2 1,0; HV) auf die Überlebenszeit bei schwerer
Methämoglobinämie. Hiermit sollten die Effekte der hyperoxischen Beatmung
bei einer Einschränkung des Sauerstoffangebots ohne gleichzeitige Reduktion
des Hämatokrit-Wertes, und damit der Blutviskosität untersucht werden.
Zielparameter waren die Überlebenszeit und die Überlebensrate während eines
6-stündigen Beobachtungszeitraums, sowie Parameter der Makrohämodynamik,
des O2-Transportes und der globalen und lokalen Gewebeoxygenierung.
Bei 14 gesunden Hausschweinen in Allgemeinanästhesie wurde während
Beatmung mit Raumluft eine Methämoglobinämie (60% des Gesamt-Hb)
induziert und aufrechterhalten. Anschließend wurden die Tiere in zwei
Studiengruppen randomisiert: 7 Tiere wurden weiterhin mit Raumluft (FiO2 0,21)
beatmet, 7 Tiere hyperoxisch, d.h. mit reinem O2 (FiO2 1,0).
In der Folge wurden die Tiere für maximal 6 Stunden ohne weitere Intervention
beobachtet.
Die 60% Methämoglobinämie führte bei allen Tieren zu einer deutlichen
Verschlechterung von O2-Transportes, zu manifester Gewebehypoxie und – bei
Fortführung der Beatmung mit Raumluft (FiO2 0.21) – zum Tod der Tiere
innerhalb kurzer Zeit (max. 2h 40 min). Durch Beatmung mit reinem Sauerstoff
gelang es zwar die Überlebenszeit gegenüber den mit Raumluft beatmeten
Tieren signifikant um bis zu 2 h zu verlängern. Allerdings blieb die 6 hÜberlebensrate
unbeeinflusst: Keines der 14 Tiere überlebte den 6 h-
Beobachtungszeitraum.
Die Effekte der hyperoxischen Beatmung (FiO2 1.0) während
Methämoglobinämie (d.h. Hypoxämie bei normalem Hämatokrit) waren somit
deutlich geringer ausgeprägt als die in früheren Untersuchungen unserer
Arbeitsgruppe beschriebenen Effekte währen normovolämischer Anämie (d.h.
Hypoxämie bei verringertem Hämatokrit). Während der physikalisch gelöste O2
bei anämischer Hypoxie zu einer biologisch exzellent verfügbaren O2-
Ressource avanciert, die Gewebeoxygenierung nachweislich verbessert, und
somit Überlebenszeit als auch –rate signifikant erhöht, ist dieser Effekt
während hypoxischer Hypoxie nicht zu beobachten.
Diese Abhängigkeit der gewünschten positiven Effekte einer Hyperoxie vom
jeweils vorherrschenden Hämatokrit ist erklärbar durch die hyperoxische
Vasokonstriktion, welche während Methämoglobinämie zu einer zusätzlichen
Verschlechterung der Mikrozirkulation, und einer weiteren Reduktion von
regionalem O2- Angebot und Gewebeoxygenierung führt. Die Beatmung mit
reinem O2 führt zu einer generalisierten arteriolären Vasokonstriktion, die durch
Arachidonsäuremetabolite und eine reduzierte endotheliale NO-Freisetzung
bedingt ist. Diese arterioläre Vasokonstriktion führt unter physiologischen Hb-
Konzentrationen zu einem Abfall des HZV, zu einer Abnahme des koronaren
Blutflusses und einer Einschränkung der funktionellen Kapillardichte. Auf diese
Weise wird das Gewebe-Sauerstoffangebot durch hyperoxische Beatmung in
bestimmten Situationen durch eine weitere Einschränkung der nutritiven
Organversorgung sogar verschlechtert. Hingegen wird während
normovolämischer Hämodilution die hyperoxische Vasokonstriktion durch die
dilutionsbedingte Vasodilatation antagonisiert und die Gewebeoxygenierung
verbessert.
Aus den präsentierten Daten kann geschlossen werden, dass die Beatmung mit
reinem O2 bei hypoxischer Hypoxämie (d.h. bei normalen Hkt-Werten) aufgrund
der zusätzlichen Kompromittierung der Mikrozirkulation infolge hyperoxischer
Vasokonstriktion nicht zwangsläufig zu der intendierten Verbesserung von
Gewebeoxygenierung und Organfunktion führt.
Die klinische Relevanz dieser Ergebnisse muss in künftigen Studien noch
weiter geklärt werden.
In dieser Arbeit wurden Verfahren zur Identifikation hirnelektrischer Aktivität mit Zellularen Nichtlinearen Netzwerken (CNN), im Besonderen Reaktions-Diffusions-Netzwerken, entwickelt und untersucht. Mit Hilfe der eingeführten Methoden wurden Langzeitaufzeichnungen hirnelektrischer Aktivität bei Epilepsie analysiert und mittels eines automatisierten Verfahrens ermittelt, inwieweit sich mögliche Voranfallszustände vom anfallsfreien Zustand im statistischen Sinne trennen lassen.
Zunächst wurde ein Überblick über CNN gegeben und deren Beschreibung durch Systeme gekoppelter Differentialgleichungen dargestellt. Weiterhin wurden die Möglichkeiten der Informationsverarbeitung mit CNN durch Ausnutzung von Gleichgewichtszuständen oder der vollständigen raum-zeitlichen Dynamik der Netzwerke diskutiert. Zusätzlich wurde die Klasse der Reaktions-Diffusions-Netzwerke (RD-CNN) eingeführt. Für die Repräsentation der hierbei benötigten weitgehend allgemeinen nichtlinearen Zellkopplungsvorschriften wurden polynomiale Gewichtsfunktionen vorgeschlagen. Mit einer Darstellung der Theorie der Lokalen Aktivität wurden notwendige Bedingungen für emergentes Verhalten in RD-CNN angegeben. Die statistische Bewertung von Vorhersagemodellen wurde aus theoretischer Sicht beleuchtet. Mit der Receiver Operating Characteristic (ROC) wurde eine Analysemethode zur Beurteilung der Vorhersagekraft des zeitlichen Verlaufs von Kenngrößen bezüglich bevorstehender epileptischer Anfälle vorgestellt.
Als nächstes wurden Überlegungen zur numerischen Simulation von CNN und deren flexible und erweiterbare programmtechnische Umsetzung entwickelt. Die daraus resultierende und im Rahmen dieser Arbeit entstandene objektorientierte Simulationsumgebung FORCE++ wurde konzeptionell und im Hinblick auf die Softwarearchitektur vorgestellt.
Die Verfahren zur numerischen Simulation wurden auf die Problemstellung der Systemidentifikation mit CNN angewandt. Dazu wurden Netzwerke derart bestimmt, dass deren Zellausgangswerte entsprechende Signalwerte des beobachteten, zu identifizierenden Systems approximieren.
Da die Parameter der zu bestimmenden CNN im vorliegenden Fall der Untersuchung hirnelektrischer Aktivität nicht bekannt sind und nicht direkt abgeleitet werden können, wurden überwachte Lernverfahren zur Bestimmung der Netzwerke eingesetzt. Hierbei wurden Lernverfahren verschiedener Klassen für die Identifikation mit CNN mit polynomialen Gewichtsfunktionen untersucht. Die Leistungsfähigkeit des vorgestellten Identifikationsverfahrens wurde anhand bekannter Systeme einer genauen Betrachtung unterzogen. Dabei wurde festgestellt, dass die betrachteten Systeme mit hoher Genauigkeit durch CNN repräsentiert werden konnten. Exemplarisch wurde das Parametergebiet lokaler Aktivität für ein RD-CNN berechnet und durch numerische Simulationen die Ausbildung von Mustern innerhalb des Netzwerkes nachgewiesen.
Nach einem einleitenden Überblick über die medizinischen Hintergründe von Epilepsie und der Erfassung hirnelektrischer Aktivität wurde eine vergleichende Übersicht über den Stand veröffentlichter Studien zur Vorhersage epileptischer Anfälle gegeben. Für die Anwendung des hier vorgestellten Identifikationsverfahrens zur Analyse hirnelektrischer Aktivität wurde zunächst die Genauigkeit der Approximation kurzer, als quasi-stationär betrachteter Abschnitte, von EEG-Signalen untersucht. Durch gezielte Erhöhung der Komplexität herangezogener Netzwerke konnte hier die Genauigkeit der Repräsentation von EEG-Signalverläufen deutlich verbessert werden. Dabei wurde zudem die Verallgemeinerungsfähigkeit der ermittelten Netzwerke untersucht, wobei festgestellt wurde, dass auch solche Signalwerte mit guter Genauigkeit approximiert werden, die nicht im Identifikationsverfahren durch die überwachte Parameteroptimierung berücksichtigt waren. Um speziell den Einfluss der Information aus der Korrelation benachbarter Elektrodensignale zu untersuchen, wurde ein Verfahren zur multivariaten Prädiktion mit Discrete Time CNN (DT-CNN) entwickelt.
Hierbei werden durch ein CNN Signalwerte der betrachteten Elektrode aus vergangenen, korrelierten Signalwerten von Nachbarelektroden geschätzt. Für diese Aufgabenstellung konnte eine Methode zur Bestimmung der Netzwerkparameter im optimalen Sinn, alleine aus den statistischen Eigenschaften der Elektrodensignale angegeben werden. Dadurch gelang eine erhebliche Reduzierung der Rechenkomplexität, die eine umfangreiche Untersuchung intrakranieller Langzeitableitungen ermöglichte.
Zur Analyse von Langzeitaufzeichnungen mit dem RD-CNN Identifikationsverfahren, wurden die numerischen Berechnungen zur Simulation von CNN mit FORCE++ auf einem durchsatz-orientierten Hochleistungs-Rechnernetzwerk durchgeführt. Mit den so gewonnen Ergebnissen konnten vergleichende Analysen vorgenommen werden. Zudem wurden Untersuchungen zum Vorliegen lokaler Aktivität in den ermittelten RD-CNN durchgeführt.
Die bei den beschriebenen Verfahren extrahierten Kenngrößen hirnelektrischer Aktivität wurden durch ein automatisiertes Verfahren auf ihre Vorhersagekraft für epileptische Anfälle bewertet. Dabei wurde untersucht, inwieweit der anfallsfreie Zustand und ein angenommener Voranfallszustand durch die jeweils betrachtete Kenngröße im statistischen Sinn diskriminiert werden kann. Durch parallele Analysen mit Anfallszeitsurrogaten wurden hierzu ergänzende Signifikanztests durchgeführt.
Nach Auswertung von mehrtägigen Hirnstromsignalen verschiedener Patienten konnte festgestellt werden, dass mit den in dieser Arbeit entwickelten Verfahren Kenngrößen hirnelektrischer Aktivität bestimmt werden konnten, welche offenbar die Identifikation potentieller Voranfallszustände ermöglichen.
Auch wenn für eine breite medizinische Anwendung die Spezifität und Sensitivität noch weiter verbessert werden muss, so können doch die erzielten Ergebnisse einen wesentlichen Schritt hin zu einer implantierbaren, CNN-basierten Plattform zur Erkennung und Verhinderung epileptischer Anfälle darstellen. Die Berechnungen für das Identifikationsverfahren mit RD-CNN könnten dabei durch zukünftige, spezialisierte schaltungstechnische Realisierungen für mehrschichtige CNN mit polynomialen Gewichtsfunktionen eine erhebliche Beschleunigung erfahren.
In dieser Arbeit sollten auf Grundlage eines in vitro Transkriptions-/Translations-Assays (TTA) neue Substanzen als Hemmer der bakteriellen Proteinbiosynthese gefunden werden. Um dieses Ziel verfolgen zu können, wurde zuerst ein zellfreies Testsystem aus kommerziellen Komponenten entwickelt und als Screening-Tool für Inhibitoren der bakteriellen Proteinbiosynthese evaluiert. Anhand des allgemein akzeptierten Bewertungskriteriums Z‘-Faktor konnte die Performance des etablierten Assays als exzellent eingeordnet werden. Mit diesem System war es nun möglich, Substanzen aus unterschiedlichen Quellen bei der Wirkstoffsuche als potentielle Antibiotika einzuordnen, welche die Proteinbiosynthese hemmen.
In zwei nachfolgenden Projekten wurde die Praktikabilität dieses neuen Assays bei der Auffindung möglicher Antibiotika-Kandidaten bewiesen. In dem ersten Ansatz wurde ein virtuelles Screening der Substanzdatenbanken Specs und Asinex anhand eines Pseudorezeptormodells für Aminoglykoside durchgeführt. In Kombination mit dem TTA sowie einem Ganzzell-Assay gegen den gram-positiven Keim Bacillus subtilis 168 konnte eine Struktur mit Ähnlichkeit zu Vanilloiden als interessanter Ausgangspunkt für weitergehende Untersuchungen identifiziert werden. Die Entdeckung korreliert mit den antimikrobiellen Eigenschaften eines anderen Vanilloid, dem Capsaicin, für welches bisher aber keine Hemmung der Proteinbiosynthese in der Literatur beschrieben ist. Somit konnte gezeigt werden, dass anhand eines virtuellen Screenings sowie weiterer Assays neue Hemmer der bakteriellen Proteinbiosynthese effizient und effektiv gefunden werden können. In einem zweiten Screening-Projekt dienten pflanzliche Naturstoffe als Substanzquelle. Hierfür wurden auf der Grundlage der diterpenoiden Fusidinsäure, einem Proteinbiosynthesehemmer (PBS-Hemmer), tetra-und pentazyklische Isoprenoide ausgewählt.
Aus einem Ensemble von terpenoiden Strukturen gingen nach TTA und einem zellbasierten Assay gegen Bacillus subtilis 168 in absteigender Aktivität die 18β-Glycyrrhetinsäure, 11-Keto-β-boswelliaäsure und Carnosolsäure als nennenswerte antimikrobiell wirksame Vertreter und PBS-Hemmer hervor. Auch zeigten sich diese Substanzen den Stoffen aus dem virtuellen Screening sowohl im TTA als auch in der Wirksamkeit gegen Bacillus subtilis 168 deutlich überlegen. Im nächsten Schritt erfolgte deshalb nur für diese drei Terpenoide eine Charakterisierung ihrer Auswirkungen auf das Proteom des gram-positiven Bakteriums Bacillus subtilis 168.
Dafür wurde eine komplette zweidimensionale gelelektrophoretische Methodik basierend auf der Differentiellen Gelelektrophorese (DIGE) etabliert. Sie umfasst eine Strategie zur schnellen Evaluierung der optimalen Anzucht des Testkeims Bacillus subtilis 168 unter Einfluss einer antimikrobiell wirksamen Substanz und ein einfaches Aufschlussverfahren, um einen kompatiblen Proteinextrakt für DIGE zu erhalten. Außerdem wurde ein preisgünstiges Markierungsverfahren mit dem 5(6)-Carboxyfluorescein-N-hydroxysuccinimid-Ester als Alternative zu den teuren DIGE-Cyan-Farbstoffen entwickelt, um die Fluoreszenzbildqualität eines neuen unbekannten Extraktes vor dem eigentlichen kostspieligen DIGE-Versuch zu überprüfen. Eine Quantifizierung regulierter Spots im Gel ist mit diesem billigen Verfahren ebenfalls möglich, stellt aber keinen Ersatz für den DIGE-Versuch dar.
Die Ergebnisse der quantitativ vergleichenden Proteomanalyse vom behandelten und unbehandelten Bacillus subtilis 168 mittels DIGE bieten erstmals einen Einblick in die Einflussnahme der drei Terpenoide 18β-Glycyrrhetinsäure, 11-Keto-ß-boswelliaäsure und Carnosolsäure auf die Stressregulation und die Stoffwechseländerungen dieses Bakteriums.
Außerdem beinhaltet die Arbeit einen Abgleich, inwieweit andere antimikrobiell wirksame Substanzen die regulierten Proteine der drei untersuchten Naturstoffe bei Bacillus subtilis 168 beeinflussen können. Aus den erhobenen Daten konnte dann ein Wirkmechanismus für 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure postuliert werden. 18β-Glycyrrhetinsäure greift wahrscheinlich am membranständigen Lipid-II-System der bakteriellen Zellwand an, da wie bei den Antibiotika Vancomycin, Nisin, Daptomycin, Ramoplanin und Bacitracin das Zellwandstress-Regulationsnetzwerk (LiaRS-System) als Warnsystem aktiviert wird. Außerdem konnte für 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure eine Theorie für Ihre PBS-Hemmung entwickelt werden. Beide beeinflussen gegebenenfalls die GTPase-Aktivität des Translationsfaktors EF-G durch Interaktion mit dem ribosomalen Bindezentrum für Translationsfaktoren. Dieses Bindungszentrum ist neben der dekodierenden Region auf der ribosomalen 30S-Untereinheit und dem Peptidyltransferase-Zentrum auf der ribosomalen 50S-Untereinheit eine extrem wichtige Region für die Funktionalität eines Ribosoms. Fusidinsäure greift auch an dieser Stelle an, indem es den EF-G-GDP-Ribosomkomplex stabilisiert. Natürlich wären weitere Studien nötig, z. B. eine Röntgenstrukturanalyse der Ribosomen von 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure behandelten Bakterien, um die Bindestelle für die PBS-Hemmung zweifelsfrei zu bestätigen.
Identifizierung und Charakterisierung neuer Inhibitoren der C2-ähnlichen Domäne der 5-Lipoxygenase
(2011)
Die 5-Lipoxygenase (5-LO) katalysiert die ersten beiden Schritte der Leukotrien (LT)-Biosynthese (Samuelsson et al., 1987). Das Substrat Arachidonsäure (AA) wird im ersten Schritt zu einem Fettsäurehydroperoxid, der 5(S)-Hydroperoxy-6-trans-8,11,14-cis-Eikosatetraensäure (5-HpETE) oxidiert. Durch Dehydrierung entsteht im zweiten Reaktionsschritt das instabile Epoxid LTA4. Weiter wandeln zwei Synthasen das LTA4 zum einen in LTB4 oder zum anderen in die Cysteinyl-LTs C4, D4 und E4 um (Samuelsson et al., 1987). Die 5-LO wird in Zellen myeloiden Ursprungs exprimiert und kommt vor allem in reifen Leukozyten vor.
LTs spielen eine wichtige Rolle bei der angeborenen Immunantwort und vermitteln vor allem entzündliche und allergische Reaktionen (Funk 2001; Peters-Golden & Henderson, 2007). Asthma bronchiale, kardiovaskuläre Erkrankungen wie Atherosklerose, Osteoporose oder verschiedene Krebsarten werden im Zusammenhang mit der 5-LO untersucht (Werz & Steinhilber, 2006). Die Inhibition der LT-Biosynthese oder die Senkung der LT-Spiegel stellt eine Möglichkeit dar, den entzündungsfördernden Eigenschaften entgegenzuwirken. Inhibitoren der LT-Biosynthese lassen sich in indirekte und direkte 5-LO-Inhibitoren gliedern. Zu den indirekten 5-LO-Inhibitoren zählen FLAP-Antagonisten (Young, 1991; Evans et al., 2008) sowie CysLT1-Rezeptorantagonisten (Darzen, 1998). Von den vier Gruppen der direkten 5-LO-Inhibitoren (redoxaktive, Eisenligand-, nichtredox- sowie diverse Inhibitoren (Pergola & Werz, 2010)) ist bisher nur Zileuton (Carter et al., 1991), ein Eisenligand-Inhibitor, als Wirkstoff zur Behandlung von Asthma bronchiale in den USA zugelassen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die neuartige Klasse der Imidazo[1,2-a]pyridine hinsichtlich ihrer 5-LO-Inhibition, ihrer Löslichkeit sowie ihrer Effekte auf die Zellviabilität zu evaluieren und zu optimieren. Dabei stand das Verständnis der Rezeptor-Ligand-Wechselwirkung im Fokus. Ausgehend von Substanz A14, der potentesten Substanz eines virtuellen Screenings nach dualen COX/5-LO-Inhibitoren (Hofmann et al., 2008), wurden 78 Substanzen in ionophor-stimulierten intakten polymorphkernigen Leukozyten (PMNL) sowie im zellfreien System, dem Überstand nach 100.000 × g Zentrifugation (S100) von homogenisierten PMNL, bezüglich ihrer inhibitorischen Aktivität untersucht. Die Effekte auf die Zellviabilität nach Inkubation mit den Substanzen für 48 h auf die humane leukämische Monozytenvorläufer Zelllinie U937 wurden mit Hilfe eines WST-Assays, der die mitochondriale Aktivität misst, sowie eines LDH-Assays, zur Bestimmung der Freisetzung von LDH als Folge von Nekrose, evaluiert.
Innerhalb der Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) der 78 Derivate konnte kein eindeutiges Substitutionsmuster, das sowohl in intakten PMNL als auch in zellfreiem S100 zu den gleichen Schlüssen führt, festgestellt werden. Ausgehend von Substanz A14 konnte die inhibitorische Aktivität verbessert werden, wobei Substanzen mit nanomolaren IC50-Werten in beiden Assaysystemen resultierten. Die Substanzen lassen sich in drei strukturelle Teile gliedern: Einen oberen Teil am sekundären Amin, ein bizyklisches N-fusioniertes Imidazopyridin (Teil A) sowie einen Teil B am aromatischen Kern. Nur für den oberen Teil ließ sich ein allgemein-gültiges Substitutionsmuster feststellen. Am sekundären Amin führen in intakten PMNL größere Substituenten zu einer Verbesserung der inhibitorischen Aktivität, wobei dies bis zu einer Cyclohexylgruppe gilt und eine Adamantyl-Substitution eine Ausnahme bildet. Allgemein lässt sich feststellen, dass bei einer Cyclohexylgruppe am sekundären Amin und einer Methylgruppe an Position 6 in Teil A, die Substituenten in Teil B stark variieren können, ohne an inhibitorischer Aktivität zu verlieren. Werden innerhalb des oberen Teils oder in Teil A die Substituenten polarer, sind in Teil B weniger Variationen möglich. Es werden insbesondere lipophile Reste toleriert. Beim Versuch, die Löslichkeit zu verbessern, zeigte sich, dass ein Gleichgewicht zwischen polaren und unpolaren Substituenten vorliegen muss. Auch die Einflüsse der Substituenten auf die Zellviabilität konnten nicht einem allgemein-gültigen Muster unterworfen werden. Mit Substanz 15 konnte ein Derivat identifiziert werden, das verglichen mit der Ausgangssubstanz A14 eine verbesserte inhibitorische Aktivität aufweist (IC50-Werte von 0,16 µM (PMNL) und 0,1 µM (S100)), löslicher ist (clogP-Wert von 4,6) und keine Nekrose auslöst. Weiter zeigten auch die Substanzen 31 und 50 eine Verbesserung der inhibitorischen Aktivität (IC50-Werte von 0,26 µM bzw. 0,58 µM (PMNL) und 0,8 µM bzw. 0,16 µM (S100)) ohne Nekrose auszulösen, wobei Substanz 50 zusätzlich eine verringerte Lipophilie (clogP-Wert von 4,2) aufweist. Substanz 76 ist mit einem IC50-Wert von 6 nM die im zellfreien System aktivste Substanz unter den 78 getesteten Derivaten.
Ein vielversprechender Vertreter dieser neuartigen Klasse der Imidazo[1,2-a]pyridine, Substanz 15 (EP6), wurde in verschiedenen Assaysystemen charakterisiert. EP6 ist ein hochwirksamer Inhibitor der 5-LO mit einem IC50-Wert von 0,16 µM in intakten PMNL und weist im zellfreien S100 von PMNL einen IC50-Wert von 0,1 µM, am partiell gereinigten Enzym einen IC50-Wert von 0,05 µM auf. Die vergleichbare inhibitorische Aktivität in intakten Zellen sowie im zellfreien System lässt auf eine direkte Inhibition der 5-LO schließen. Die Zugabe der allosterischen Faktoren ATP oder Calcium hat keinen Einfluss auf die Potenz von EP6. Auch ist die Inhibition nicht vom Redoxzustand der Zelle abhängig, wie im Falle bekannter nichtredox-Inhibitoren (Werz et al., 1998). Die Zugabe von steigenden Mengen an exogenem Substrat AA zu S100 von PMNL führt zu keiner Beeinträchtigung der Potenz von EP6, was im Vergleich zu den nichtredox-Inhibitoren einen Vorteil bei entzündlichen Prozessen mit erhöhten Lipidhydroperoxid-Spiegeln darstellt. Bei ionophor-stimulierten PMNL ohne die Zugabe von exogenem Substrat resultiert ein sechsfach höherer IC50-Wert von 1,2 µM, der auf eine allosterische Inhibition durch EP6 hinweist, bei der Substrat in ausreichenden Mengen vorliegen muss, damit EP6 mit dem 5-LO-AA-Komplex interagieren kann. Darüber hinaus inhibiert EP6 die LT-Bildung unabhängig von der Art der 5-LO-Stimulation bei einer Zugabe von 20 µM exogener AA. Der physiologische Stimulus in PMNL über N-Formylmethionyl-Leucyl-Phenylalanin (fMLP) führt zu einem höheren IC50-Wert von 0,76 µM mit Zugabe von 20 µM AA und bestätigt die Ergebnisse von ionophor-stimulierten PMNL ohne Zugabe von exogenem Substrat. Für EP6 konnte weiterhin eine allosterische Bindestelle an der C2-ähnlichen Domäne der 5-LO postuliert werden. Die Zugabe von Phosphatidylcholin führte zu einer verminderten inhibitorischen Aktivität. Durch Experimente mit einer Mutante der 5-LO, bei der die Tryptophane, welche die Membranbindung vermitteln, ausgetauscht sind (3W-Mutante), konnte die Interaktion dieser Aminosäuren mit EP6 gezeigt werden. Über einen Kompetitionsassay mit der C2-ähnlichen Domäne, Mutations- und Docking-Studien, wurden die Aminosäuren Y81, Y100 und Y383 des Interfaces der beiden Domänen der 5-LO als essentiell für die Bindung identifiziert. Somit zählt EP6 als Vertreter der Klasse der Imidazo[1,2-a]pyridine neben Hyperforin und AKBA zu den einzigen mit der C2-ähnlichen Domäne interagierenden 5-LO-Inhibitoren.
EP6 ist ein selektiver Inhibitor der 5-LO, der die 15-LO1, 15-LO2 und 12-LO nicht inhibiert. Weiterhin werden drei weitere Enzyme der AA-Kaskade, die Cyclooxygenase-1 und -2 sowie die mikrosomale Prostaglandin E2 Synthase-1 nicht durch EP6 beeinflusst. Neben der humanen 5-LO wird auch die murine 5-LO, in intakten RAW 264.7 Zellen und deren S100 getestet, mit niedrig mikromolarem bzw. nanomolarem IC50-Wert inhibiert, was die erste Voraussetzung für potentielle in vivo Studien darstellt.
Die Inhibition der 5-LO-Produktbildung in humanem Vollblut konnte jedoch bis zu einer Konzentration von 30 µM EP6 nicht gehemmt werden. EP6 ist lipophil (clogP-Wert von 4,6) und weist eine hohe Plasmaproteinbindung (Bindung an humanes Serumalbumin von 97,5 ± 0,7% bei 10 µg/ml EP6) auf, was die Unwirksamkeit in humanem Vollblut erklären könnte.
Abschließend wurden die Effekte von EP6 auf die Zellviabilität untersucht. Die Experimente wurden zunächst in U937 bei einer Inkubationszeit von 48 h mit einer maximalen Konzentration von 30 µM EP6 durchgeführt. EP6 führt zu keinen unmittelbaren zytotoxischen Effekten innerhalb der Inkubationszeit der in dieser Arbeit durchgeführten Aktivitätsassays (gezeigt in PMNL). Weiter wurde jedoch gezeigt, dass die mitochondriale Aktivität nach Inkubation für 48 h mit einem EC50-Wert von 14 µM beeinträchtigt wird (WST-Assay). Dieser Effekt ist jedoch nicht auf Nekrose zurückzuführen, da die gemessene Konzentration an freigesetztem LDH gering bleibt. Über ein Langzeitexperiment wurde die Abnahme der Lebendzellzahl nach Inkubation mit 30 µM EP6 nach 24 h festgestellt. Über Detektion von PARP-Spaltung, einem Marker für späte Apoptose, stellte sich heraus, dass EP6 in U937 Apoptose induziert. Zusätzlich zu den Untersuchungen der leukämischen Zelllinie wurden humane nicht-tumor Zellen (RPE) im Langzeitexperiment sowie im BrdU-Assay untersucht. EP6 beeinträchtigt die Lebendzellzahl der nicht-tumor Zelllinie RPE nicht und führt nur zu geringen antiproliferativen Effekten.
Eine verzögerte und mitunter unvollständige Immunrekonstitution nach allogener Stammzelltransplantation (SZT) birgt ein erhöhtes Risiko für Infektionen und das Auftreten eines Rezidivs. Adoptive Immuntherapien können dazu beitragen, die Immunrekonstitution zu beschleunigen. Die Indikation hierzu ist jedoch streng geregelt, da eine zusätzliche Immuntherapie mit Risiken, wie z.B. dem Auftreten einer Graft-versus-Host-Disease (GvHD), verbunden ist. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Untersuchung der Immunrekonstitution im Hinblick auf das Auftreten von Komplikationen und das Überleben nach SZT. Dazu wurde ein multivariates Normwertmodell entwickelt, das die Beurteilung der Rekonstitution verschiedener Leukozytensubpopulationen ermöglicht. Der Einfluss der Regeneration spezifischer Immunzellen wie Cytomegalievirus-spezifischer T-Zellen (CMV-CTLs) und regulatorischer T-Zellen (Tregs) auf den Verlauf nach SZT wurde insbesondere hinsichtlich CMV-bedingter Komplikationen, GvHD und Rezidiv untersucht.
Das onkogene Fusionsprotein AML1/ETO entsteht durch die chromosomale Translokation t(8;21), die in etwa 12 % aller primären akuten myeloischen Leukämien (AML) auftritt. Die DNA-Bindedomäne des hämatopoetischen Transkriptionsfaktors AML1 wird hierbei mit fast dem gesamten ETO-Protein fusioniert, das als transkriptioneller Repressor wirkt. In den transformierten Zellen kommt es somit zur Blockierung der myeloischen Differenzierung und zur verstärkten Proliferation. Entscheidend für das leukämische Potential von AML1/ETO ist die Fähigkeit zur Oligomerisierung, die durch die Nervy-Homologie-Region-2 (NHR2)-Domäne im ETO-Anteil vermittelt wird.
Durch lentivirale Transduktion konnte bereits gezeigt werden, dass Proteine, welche die NHR2-Domäne enthalten, die Oligomerisierung von AML1/ETO inhibieren und damit den leukämischen Phänotyp AML1/ETO-exprimierender myeloischer Zellen aufheben. In der vorliegenden Arbeit sollten nun alternative Wege zur Einbringung der therapeutischen Proteine in t(8;21)-positive AML-Zellen untersucht werden. Dafür wurde sowohl die Möglichkeit der Proteintransduktion als auch die Verwendung nicht-integrierender viraler Vektoren analysiert.
Im ersten Projekt wurden durch Fusion mit der HIV-1 TAT-Domäne zellpermeable NHR2-Proteine generiert. Zunächst wurde ein Protokoll zur Expression und Reinigung der rekombinanten Proteine etabliert. Durch eine ausführliche biochemische Charakterisierung konnte gezeigt werden, dass die aus Bakterien aufgereinigten NHR2-Proteine funktionell und sehr rein waren. Sie wiesen den erwarteten hohen alpha-helikalen Anteil auf und behielten ihre Fähigkeit zur Bildung von Tetrameren in vitro bei. Die TAT-NHR2-Fusionsproteine sind in der Lage, in humane Zellen einzudringen und konnten erfolgreich in den Lysaten nachgewiesen werden. Mikroskopische Studien zeigten, dass der Großteil der internalisierten Proteine in Endosomen-ähnlichen Vesikeln lokalisiert war. Die Zugabe des Endosomeninhibitors Chloroquin oder eines endosomolytischen, zellpermeablen Peptides ermöglichte eine erhöhte intrazelluläre Stabilität der zellpenetrierenden Proteine. Co-Immunpräzipitations-Experimente konnten bestätigen, dass die aufgenommenen NHR2-Proteine spezifisch an das ETO-Protein in transfizierten, adhärenten Zellen binden können. Die Proteintransduktion in die myeloische, AML1/ETO-wachstumsabhängige Zelllinie Kasumi-1 ist unter serumfreien Bedingungen ebenfalls möglich. Die konsekutive Behandlung der AML-Zellen mit den TAT-NHR2-Fusionsproteinen führte zu einer Reduktion der Expression des Stammzellmarkers c-kit (CD117) in 26 % der behandelten Zellen. Die Anwendung zellpermeabler NHR2-Proteine ist demnach prinzipiell möglich, bedarf aber weiterer Optimierung, um die notwendige hohe Bioverfügbarkeit zu erreichen.
In einem zweiten Projekt wurden Adeno-assoziierte virale (AAV) Vektoren verwendet, um die NHR2-Proteine in den hämatopoetischen Zellen zu exprimieren. Mit Hilfe mehrerer Methoden konnte gezeigt werden, dass sich mit den generierten Vektoren, die auf dem AAV-Serotyp 2 basierten, erfolgreich eine transiente Genexpression induzieren ließ. Der CMV-Promoter vermittelte jedoch nur eine schwache Expression in den hämatopoetischen Zellen. Unter Verwendung des stärkeren SFFV-Promoters konnte die Expressionsstärke deutlich gesteigert werden. Die von den optimierten AAV-Vektoren vermittelte Expression der NHR2-Proteine führte in den beiden AML1/ETO-positiven Zelllinien Kasumi-1 und SKNO-1 zu den erwarteten, spezifischen Effekten. So wurde das Wachstum verlangsamt und gleichzeitig die Apoptoserate erhöht. AML1/ETO-unabhängige Zellen wurden dagegen von den AAV-NHR2-Vektoren nicht beeinflusst. Obwohl die Proteinexpression in SKNO-1 Zellen stärker war, zeigten die Kasumi-1 Zellen deutlichere Effekte. Die NHR2-Proteine bewirkten in den transduzierten t(8;21)-positiven Zellen außerdem eine Reduktion der Expression der Stammzellmarker CD34 bzw. c-kit. Dies deutet auf eine partielle Differenzierung der beiden AML1/ETO-abhängigen Zelllinien hin. Damit ließen sich durch AAV-vermittelte Transduktion in den AML-Zellen dieselbe Wirkung in Hinblick auf Wachstum, Differenzierbarkeit und Apoptoserate erzielen wie dies mit den lentiviralen Vektoren zuvor beschrieben wurde. In einem abschließenden Vergleich wurde aber deutlich, dass nicht-integrierende Vektorsysteme generell eine schwächere NHR2-Proteinexpression induzieren und demzufolge auch schwächere Effekte als integrierende Vektoren in den AML1/ETO-positiven Zellen auslösen.
Mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe bieten faszinierende Möglichkeiten hinsichtlich einer zukünftigen therapeutischen Anwendung. Um diese Möglichkeiten genauer zu erkunden, sind noch umfassende Experimente durchzuführen. Die wichtigste Vorraussetzung für diese Experimente ist die Etablierung einer verlässlichen Methode zur Isolierung von mesenchymalen Stammzellen aus murinem Fettgewebe (mASCs). Die isolierten Zellen müssen charakterisiert werden und es muss der Nachweis geführt werden, dass die isolierten Zellen in vitro in bestimmte Linien differenzieren können. Die Ziele dieser Arbeit waren somit die Etablierung dieser Methode und die Charakterisierung der Zellen. Außerdem wurde die Stabilität der GFP-Expression bei mASCs aus transgenen Mäusen untersucht.
Die Erarbeitung eines Standardprotokolls zur Isolierung und Kultur war erfolgreich. Die kultivierten Zellen zeigten die typische Morphologie von mesenchymalen Stammzellen. Die isolierten Zellen wurden durch ein Oberflächenmarkerprofil charakterisiert. Es wurden die in der Literatur beschriebenen charakteristischen CD-Marker untersucht. Durchflusscytometrisch wurde bei den primär isolierten mASC folgende Oberflächenantigene nachgewiesen: CD29+, CD34+, CD44+, CD45-, CD90+, Sca1+. Im Laufe der Kultivierung reduzierte sich die CD34-Expression stark. Dieses Ereignis ist in der Literatur gut beschrieben. Auch die GFP-Expression wurde im FACS untersucht und zeigte sich stabil bis in hohe Passagen.
Der Nachweis, dass die isolierten Stammzellen ihr beschriebenes in vitro-Differenzierungspotential besitzen, wurde durch eine Differenzierung in Adipozyten, Osteozyten und Chondrozyten belegt. Die mASCs wurden für 3 bzw. 4 Wochen in beschriebenen Medien mit adipogenen, osteogenen oder chondrogenen Supplementen kultiviert. Danach wurden die Zellen gefärbt, um histologisch intrazelluläre Lipidvakuolen bei den Adipozyten, extrazelluläre Knochensubstanz bei den Osteozyten und Glycosaminoglycane bei den Chondrozyten nachzuweisen. Durch revers transkribierte RNA und PCR der so erhaltenen cDNA wurde das Fehlen eines typischen „Stammzell-Genprodukts“, Wnt-4, bei den Adipozyten bzw. Osteozyten nachgewiesen, sowie die Expression von fettspezifischen Genprodukten bei den Adipozyten. Der molekularbiologische Nachweis von knochenspezifischen Genprodukten gelang nicht, die Differenzierung in Osteozyten wurde jedoch durch die histochemische Färbung klar bewiesen.
Ein weiteres Ergebnis ist die beobachtete spontane Immortalisierung bei einigen der isolierten Zellpopulationen. Ein mögliches tumorigenes Potential ist im Hinblick auf die zukünftige therapeutische Anwendung von mASCs von großer Bedeutung und bedarf weitere Untersuchungen in vitro und in vivo.
Ausblick: Die etablierten mASCs sollen in einem Tierversuch zur Nierenregeneration nach Cisplatin-induzierter akuter Tubulusschädigung zur Anwendung kommen. Es wäre der erste Versuch, in dem murine mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe zur Unterstützung der Nierenregeneration bei Mäusen untersucht werden. Eine Unterstützung der Reparaturvorgänge durch Applikation der optimalen Menge von mASCs zum richtigen Zeitpunkt sowie die Einwanderung von mASCs in die Niere sollen nachgewiesen werden.
Nach der induzierten Schädigung werden den Tieren mASCs appliziert, während die Kontrolltiere nur Pufferlösung ohne Stammzellen erhalten. Die Regeneration wird mithilfe der Serumkreatinin-Konzentration im Blut sowie mit histologischen Methoden an Nierenschnitten beurteilt werden. Auch das in vitro-Modell soll weitergeführt werden, um weitere Erkenntnisse zu den Mechanismen der Stammzelldifferenzierung zu erhalten. Vor allem soll eine mögliche Differenzierung von mASCs zu Nierenepithelzellen erforscht werden. Dazu werden die Effekte von renotrophen Faktoren, Wachstumsfaktoren und konditionierten Medien untersucht. Ein Artikel zur Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen in Richtung der epithelialen Linie wurde von unserer Arbeitsgruppe bereits publiziert (45).
Die Etablierung eines HIV-1 Tiermodells ist ein großes Ziel auf dem Weg zur Entwicklung antiretroviraler Medikamente und Impfstoffe gegen HIV-1. Speziesspezifische Restriktionsfaktoren und fehlende Kofaktoren verhindern jedoch die Replikation von HIV-1 in Tieren. Restriktionsfaktoren sind Bestandteil der intrinsischen Immunität und entwickelten sich im Laufe der Evolution als Abwehrmechanismus gegen diverse Pathogene. Dazu gehören die Proteine der APOBEC3-Familie, TRIM5􀀁 und Tetherin, welche die Virusreplikation von HIV-1 an verschiedenen Punkten seines Lebenszyklus inhibieren. Koevolutionär entwickelten Retroviren Antagonisten, um die restriktive Funktion ihrer Wirtsproteine zu umgehen. Um ein replikationskompetentes, simiantropes HIV zu generieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit die Sequenzen vifHIV-1 und vpuHIV-1 gegen vifagm.tan aus SIVagm.tan und vpugsn/den aus den Immundefizienzviren SIVgsn und SIVden substituiert, um die Restriktion gegen A3G und Tetherin in Zellen der Afrikanischen Grünen Meerkatze zu umgehen. Die TRIM5 vermittelte Restriktion wurde über eine Mutation in der Cyclophilin A Bindedomäne des Kapsids verhindert. Die Analyse der Vifagm.tan Funktion bestätigte den geänderten Tropismus des chimären HIV-1 bezüglich der APOBEC3G vermittelten Restriktion. Denn nach Austausch des vifHIV-1 Gens war das Virus nicht mehr in der Lage, die Aktivität des humanen APOBEC3G zu unterbinden und initiierte stattdessen die Degradation des Analogons aus der Afrikanischen Grünen Meerkatze. Weiterhin konnte die erfolgreiche Klonierung des vpugsn/den Gens in HIV-1 die Aktivität der SHIV-Konstrukte gegen Tetherin der Afrikanischen Grünen Meerkatze und der Rhesusaffen ändern, wohingegen humanes Tetherin nicht mehr abgebaut werden konnte. Trotz der erfolgreichen Aktivität der konstruierten SHIVs gegen die zellulären Restriktionsfaktoren der Afrikanischen Grünen Meerkatze, replizierten die generierten chimären Viren in einer AGM Zelllinie, nicht aber in periphären mononuklearen Blutzellen der Afrikanischen Grünen Meerkatze. Ein Indiz, das für weitere strukturelle Anpassungen der Viren gegenüber ihren Wirten spricht, die zur Bildung der Spezies-Barriere beitragen und Zoonosen erschweren. Im zweiten Teil der Dissertation wurden die Aktivitäten der Proteine der APOBEC3-Familie und VifHIV-1 auf ihre Regulation durch Phosphorylierung untersucht. Proteinphosphorylierungen gehören zu den wichtigsten posttranslationalen Proteinmodifikationen, um diverse Funktionen wie die Enzymaktivität, Proteininteraktionen und die zelluläre Lokalisation zu steuern. Dabei konnte die durch Yang et al. postulierte Phosphorylierung von VifHIV-1 nicht bestätigt werden. Analysen der mutmaßlichen VifHIV-1 Phosphomutanten enthüllten, dass die Funktion von VifHIV-1, die Infektiosität von HIV-1 zu gewährleisten, durch Substitution der mutmaßlichen Phosphoaminosäuren nicht beeinträchtigt wird und ebenso sämtliche Phosphomutanten die Degradation von A3G initiierten, wenn auch in unterschiedlichem Maße. Weiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass A3C entweder in einem phosphorylierten Protein-Komplex vorliegt oder ein phosphoryliertes Protein bindet. Zudem konnte ermittelt werden, dass APOBEC3A als einziges Protein der APOBEC3-Familie nach TPA- und cAMP-Stimulation phosphoryliert wird. In vitro Kinase Studien konnten zeigen, dass die Phosphorylierung unter anderem durch ERK2 erfolgt. Es konnte jedoch kein Zusammenhang zwischen der Phosphorylierung von A3A und dessen zellulärer Lokalisation, Aktivität gegen HIV-1 als auch gegen die Retrotranspositionselemente IAP und LINE-1 hergestellt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass die Phosphorylierung die untersuchten Aktivitäten von APOBEC3A nicht beeinflusst oder APOBEC3A eine bisher unbekannte durch Phosphorylierung regulierte Funktion besitzt.
Parvulustat ist ein kleines Protein (8,2 kDA), das aus dem Bodenbakterium Streptomyces
parvulus sekretiert wird. Es ist ein saures Polypeptid mit einem isoelektrischen Punkt von 4,49
und inhibiert spezifisch α-Amylasen (Ki = 9 x 10-12).
In der vorliegenden Arbeit sollen neben der Isotopenmarkierung des Parvulustats PL-Mutanten
mittels PCR-Mutagenese und DNA Rekombinationstechnick hergestellt werden.
Zur Charakterisierung und Strukturbestimmung der Mutanten werden größere Mengen des
jeweiligen Proteins benötigt, wofür wiederum ein effektives Expressionssystem bereitstehen
muß. Ein Expressionssystem besteht aus einem Wirtsorganismus der seinen Protein-Biosynthese-
Apparat zur Verfügung stellt und einem Vektor (Plasmid) der das Zielgen trägt. Im Falle des
Parvulustats und seiner Mutanten bietet sich der gut charakterisierte Stamm Streptomyces
lividans TK 24 (Hopwood et al, 1985) als Wirtsorganismus an. Der Inhibitor wird in ihm als
Vorläuferprotein mit Signalpeptid als Transportsignal (Leader) gebildet. Da dieses Bakterium
keine äußere Membran besitzt, wird der Inhibitor direkt ins Kulturmedium ausgeschleust. Dabei
wird das Signalpeptid durch die Signalpeptidase abgespalten.
Das Strukturgen wird zuerst im Klonierungsplasmid pSH09 in E. coli vervielfältigt, bevor es mit
den Enzymen EcoRI und SpeI geschnitten wird, um in den Expressionsvektor pSH017 integriert
zu werden. Dieser Shuttlevektor trägt genauso die gewünschten Restriktionsschnittstellen, SpeI
und EcoRI, die die paßgenaue Ligation des rekombinanten Strukturgens mit den funktionellen
Elementen erlauben.
Nach erfolgtem Einbau des Zielgens in das neue Vektorkonstrukt kann dieser Expressionsvektor
leicht in den Wirtsorganismus eingebracht werden und sich dort vermehren. Nach Klonierung der
mutierten Parvulustatsgene in den Expressionsvektor werden die damit transformierten Zellen auf
R2YE-Platten aufgebracht und bei einer Temperatur zwischen 20 und 28°C je nach PL-Mutanten
inkubiert. Zur Selektion wird Thiostrepton verwendet. Nach Transformation und Vermehrung
geeigneter Wirtszellen wird das klonierte Gen transkribiert. Durch anschließende Translation der
gebildeten mRNA in der Wirtszelle entsteht das gewünschte Protein in großen Mengen. Zur
Überprüfung der Aktivität der einzelnen Mutanten steht der qualitative α-Amylase-Plattentest zur
Verfügung, wobei die aktiven Mutanten einen blauen Hemmhof bilden (siehe Abbildung 24). Der
blaue Jod-Stärke-Komplex weist, bei gleichzeitigem Vorhandensein von α-Amylase, auf nicht
abgebaute Stärke und damit indirekt auf die Produktion des α-Amylase-Inhibitors hin.
Da das Parvulustat von den Bakterien ins Medium abgegeben wird, besteht die Abtrennung der
Zellen durch Zentrifugation des Kulturmediums. Es folgen Ammoniumsulfatfällung des
Überstandes, Auftragung auf PAGE und präparative HPLC, nach der reines, einheitliches Protein
isoliert werden konnte.
Basierend auf dem im Wissenschaftskontext diskutierten Postulat, dass ADHS-Symptomatiken auf Defizite in der Selbstregulation zurückzuführen sind, befasst sich die vorliegende Arbeit auf theoretischer und empirischer Ebene mit verschiedenen Facetten kognitiver und emotionaler Selbstregulation bei Kindern mit ADHS.
In diesem Zusammenhang wurde unter Verwendung eines computerbasierten Task-Switching-Paradigmas die kognitive Flexibilität von Kindern mit und ohne ADHS in den Blick genommen. Hierbei zeigte sich, dass die Bewältigung des flexiblen Aufgabenwechsels vergleichsweise höhere Anforderungen an die ADHS-betroffenen Kinder stellt. So ließen sich im Task-Switching-Paradigma zwar bezüglich der generellen Wechselkosten keine Gruppenunterschiede auffinden. Jedoch wurden für die ADHS-betroffenen Kinder signifikant höhere spezifische Wechselkosten aufgefunden als für die Kontrollkinder. Dieser Gruppenunterschied war auch dann zu beobachten, wenn Differenzen in der Inhibitionsleistung statistisch kontrolliert wurden.
Im Rahmen einer weiteren Untersuchung, bei welcher der Fragebogen zur Erhebung der Emotionsregulation bei Kindern und Jugendlichen (FEEL-KJ; Grob & Smolenski, 2005) zum Einsatz gebracht wurde, wurde zudem überprüft, ob sich Kinder mit und ohne ADHS im Hinblick auf die von ihnen im Alltag angewandten Strategien der Emotionsregulation unterscheiden. Zusammengenommen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Kinder mit ADHS zur Regulation ihrer negativen Emotionen vergleichsweise seltener von adaptiven Strategien Gebrauch machen, während sich im berichteten Gebrauch von maladaptiven Strategien keine Gruppenunterschiede zeigten. Des Weiteren wurde deutlich, dass diejenigen ADHS-betroffenen Kinder, die in ihrem Alltag besonders selten adaptive Emotionsregulationsstrategien einsetzen, auch besonders stark unter psychosozialen Beeinträchtigungen leiden.
Schließlich wurde in einer anwendungsorientierten Studie untersucht, welchen Beitrag der kombinierte Einsatz selbstberichtsbezogener und computergestützter Messungen der Selbstregulation zur Absicherung von ADHS-Diagnosen leistet. Hierbei wurden im Rahmen von ROC-Analysen für (1.) eine computerbasierte GoNoGo-Aufgabe, (2.) die Impulsivitätsskala des Inventars zur Erfassung von Impulsivität, Risikoverhalten und Empathie bei 9- bis 14-jährigen Kinder (IVE; Stadler, Janke & Schmeck, 2004) und (3.) den z-transformierten Summenwert aus beiden Verfahren die jeweilige diagnostische Sensitivität und Spezifität bestimmt. Dabei konnte nur für das kombinierte Messverfahren ein klinischer Cut-Off-Wert bestimmt werden, der eine perfekte Sensitivität bei gleichzeitig zufrieden stellender Spezifität gewährleistete. Folglich belegen die Studienergebnisse insgesamt gesehen, dass selbstregulationsbezogene Messverfahren einen Beitrag zur ADHS-Diagnosestellung leisten können, wobei eine Kombination mehrerer Messverfahren zu einer deutlich gesteigerten Diskriminationsfähigkeit führt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass den Ergebnissen der vorliegenden Dissertationsschrift folgend ADHS als eine Störung der Selbstregulation beschrieben werden kann. Im Speziellen unterstützen die gewonnenen Befundmuster die in der Forschung zunehmend diskutierte Auffassung, dass ADHS auf divergente Selbstregulationsdefizite zurückzuführen ist, die sich sowohl auf die kognitiven als auch auf die emotionalen Facetten der Selbstregulation beziehen. Dieses Wissen kann aus anwendungsbezogener Perspektive einen zentralen Beitrag zur Verbesserung der diagnostischen und therapeutischen Praxis leisten.
Ziel der durchgeführten Experimente dieser Arbeit war es, den Versuch zu unternehmen, Cooper-Paare als Träger des supraleitenden Stroms direkt mit Hilfe des Photoelektrischen Effektes nachzuweisen. Die Methode der koinzidenten Photoelektronenspektroskopie zielt dabei auf den Nachweis von zwei kohärent emittierten Elektronen durch die Wechselwirkung mit einem Photon ab. Da elektrostatische Analysatoren typischerweise nur einen sehr kleinen Raumwinkel erfassen, was mit sehr geringen Koinzidenzraten einhergeht, ist im Zusammenhang mit dieser Arbeit ein Flugzeitprojektionssystem entwickelt worden, welches nahezu den gesamten Raumwinkel auf einem ortsauflösenden Detektor abbildet. Die zur Messung erforderliche gepulste Lichtquelle in Form von spezieller Synchrotronstrahlung ist so schwach eingestellt worden, daß nur vereinzelt Photonen auf die Probe gelangen konnten. Spektroskopiert wurde neben Testmessungen an Silberschichten sowohl ein Blei-Einkristall als Vertreter der klassischen BCS-Supraleiter als auch einkristallines Bi2Sr2CaCu2O8 aus der Gattung der Hochtemperatursupraleiter. Mit Anregungsenergien bis 40 eV konnte gezeigt werden, daß hinreichend glatte und saubere Oberflächen in der supraleitenden Phase innerhalb des Auflösevermögens von ungefähr 0.5 eV keine erkennbaren, signifikanten Unterschiede im Vergleich zur normalleitenden Phase aufweisen. Neben diesen Untersuchungen ist weiterhin ausführlich die einfache Photoemission an den verschiedenen Proben und insbesondere im Falle des Bleikristalls behandelt, da hier keine vergleichbaren Resultate bekannt sind. Dabei wird der gesamte Impulsraum besprochen und die Fermi-Fläche als dreidimensionales Modell erstellt, mit dessen Hilfe die Meßergebnisse diskutiert werden. In den theoretischen Beschreibungen sind verschiedene Modelle zur Cooper-Paar-Emission vorgestellt, wobei beispielsweise dem Impulsaustausch mit dem Kristall eine besondere Rolle beigemessen wird, da dieser bei direkten Anregungen nur über diskrete Gittervektoren erfolgen kann.
Seit den Anfängen der Implantologie hat sich diese zu einer Wissenschaft entwickelt, die einer stetigen und lebhaften Entwicklung unterliegt. Die Einführung zweigeteilter Implantatsysteme stellte ein Novum dar, welches dem Behandler vielfältige Freiheiten in seiner Therapieplanung ermöglichte. Zu Beginn noch unbeachtet, sollte sich zeigen, dass die Existenz der Fügefläche zwischen Implantat und Abutment mit dem Rückgang des Implantatumgebenden Knochens vergesellschaftet ist. In der Literatur werden mehrere Ursachen für den Gewebsverlust diskutiert. Dazu zählen der Einfluss des Einheilmodus, das chirurgische Vorgehen, die Mundhygiene des Patienten, allgemeine Risikofaktoren, Überbelastung, Beweglichkeit der Bauteile zueinander oder eine mikrobielle Besiedelung des Implantatinneren. Implantate die seit längerem in Funktion stehen, zeigen nach deren Demontage mitunter eine herstellerabhängige Akkumulation mikrobieller Plaque im Inneren. In diesem Zusammenhang stellte sich die Frage, ob die Verbindung zwischen Implantat und Abutment das Eindringen von oralen Mikroorganismen erlaubt und diese dort dauerhaft überlebensfähig sind. Der Vorsatz der Studie bestand somit in der Entwicklung, Konstruktion und Fertigung eines Prüfsystems zur Untersuchung eines bakterienrelevanten Lecks an Implantat-Abutment-Verbindungen und dessen Nachweis. Die Anordnung sollte den klinischen Besiedlungsweg während einer Kausimulation nachahmen und eine Echtzeitanalyse der Dichtigkeit an der Fügefläche erlauben. Zur Probengewinnung aus dem Inneren wurden 20 aktuelle Implantatsysteme (konische Verbindungen, stoßende Verbindungen, andersartige Verbindungen) mit Bohrungen auf Höhe des ersten Hohlraumes unterhalb der Implantat-Abutment-Verbindung versehen. Der so präparierte und in eine Einbettmasse, mit knochenähnlichen, mechanischen Eigenschaften, eingegossene Prüfkörper befindet sich schulterwärts unmittelbar in einer Bakterienmischkultur aus S. mutans, S. sanguinis, A. viscosus, F. nucleatum und V. parvula versenkt, deren Spiegel das Implantat-Abutment-Interface übersteigt. Angeschlossen an den Prüfkörper ist vorangestellt eine perfusorartige Spritzenpumpe und nachgestellt eine Auffangautomatik zur Sammlung einzelner Spülproben. Das eingespannte Implantat und dessen verschraubter Aufbau erfahren in einer zweidimensionalen Kausimulation im „Frankfurter Kausimulator“ eine zyklischkippende Wechselbelastung. Das simulierte Intervall entspricht klinisch etwa einer Mahlzeit. Schon zu Versuchsbeginn und nach jeder Belastungsstufe (beginnend mit Fmin=0N und endend bei Fmax=200N in 25N-Schritten) wird das Implantatinnere mit physiologischer Kochsalzlösung aus der Spritzenpumpe gespült. Die aufgefangenen Proben wurden mittels des Tod-Lebend-Färbekits LIVE/DEAD®-BacLightTM (Farbstoff: SYTO 9 und PJ) für die fluoreszenzmikroskopische Untersuchung versetzt und in einer Thoma-Zählkammer ausgezählt. Zur Validierung der Anordnung wurde das Dichtigkeitsverhalten von den 20 Implantatsystemen (je n=5) untersucht und hinsichtlich ihrer Verbindungsgeometrie (Konus/Stoß/andersartig) verglichen. Das entwickelte Prüfverfahren ermöglicht die Betrachtung einer potentiellen, mikrobiell-relevanten Spaltbildung an den Fügeflächen von Implantat und Abutment. Von den untersuchten Konus-Verbindungen zeigte nur das Osstem® Co. Ltd. GS II eine Keiminvasion in den Innenraum. Bei den Stoß-Verbindungen wiesen das Camlog® J-Serie und das Friadent® Xive S plus ein mikrobielles Leck auf. Beide andersartigen Verbindungen, BPI® BSL und Heraeus® IQ:Nect, wurden ebenfalls während der Kurzzeitsimulation undicht. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass systemimmanent eine bakterienrelevante Undichtigkeit schon sehr früh bei fabrikneuen Implantaten einsetzen kann. Die Durchlässigkeit der undichten Implantat-Abutment-Verbindungen spiegelt die Vermischung zweier Flüssigkeiten (innen/außen) wider und lässt auf eine dauerhafte Spaltbildung und Pumpwirkung an der betreffenden Ankopplung schließen. Es ist aufgrund der angewandten Methodik davon auszugehen, dass die eingedrungenen Keime auch über längere Zeit lebensfähig bleiben und sich den Mundhygienemaßnahmen des Patienten effektiv entziehen können. Im Vergleich mit den Beobachtungen der vorangegangenen Literatur und den erzielten Ergebnissen dieser Studie ist anzunehmen, dass konisch zulaufende Abutments zu einer geringeren Ausbildung von Kippbewegungen und somit zu einer weniger ausgeprägten Spaltbildung als stoßende oder andersartige Fügungen neigen. Daraus folgt eine ausgeprägtere, mikrobielle Barrierefunktion der konischen Verbindungen gegenüber anderen Ankopplungen. Ausschlaggebend für eine bakterielle Kolonisation des Lumens ist demzufolge die Art und Ausführung der mechanischen Anbindung zwischen der enossalen und der prothetischen Komponente eines Implantatsystems. Die unter diesen Gegebenheiten als undurchlässig zu betrachtenden Systeme haben ihre anhaltende Bakteriendichtigkeit in noch folgenden Langzeitversuchen unter Beweis zu stellen.
In dieser Arbeit geht es um Kristallstrukturbestimmung und -modellierung ausgewählter organischer Pigmente sowie metallorganischer Polymere. Der feste – und insbesondere kristalline – Zustand der Materie ist von (im wahrsten Sinne des Wortes) tragender und weitreichender Bedeutung für die moderne Wissenschaft, Technologie, den Alltag überhaupt.
Die Kenntnis über den inneren (mikroskopischen)Aufbau des Festkörpers ermöglicht es zunächst, seine (makroskopischen) Eigenschaften zu verstehen. Genannt seien z. B. nicht-lineare optische Eigenschaften, die in der typischen anisotropen Struktur des kristallinen Festkörpers begründet liegen, mechanische Stabilität von Werkstoffen wie Metallen oder Legierungen, aber auch die Eigenschaften von Pigmenten: Was macht eine Substanz zu einem Pigment? Wann ist ein Pigment ein gutes, wann ein weniger gutes Pigment? Die Antworten auf diese Fragen finden sich u. a. in der Kristallstruktur: Packungsdichte, (Schwer-)löslichkeit, etc.
Die Eigenschaften von Substanzen mit sichtbaren Low-Spin–High-Spin-Übergängen lassen sich auch nur verstehen, wenn der innere Aufbau, die Kristallstruktur, bekannt ist. Was geht im Inneren vor, wenn solche Substanzen einem äußeren Einfluss wie beispielsweise Temperaturänderung ausgesetzt werden? Ist es nicht so, dass z. B. ein High-Spin-Fe2+-Ion einen größeren effektiven Radius als ein Low-Spin-Fe2+-Ion hat? Dehnt sich die Kristallstruktur aus, „atmet“ sie?
Die Kenntnis der Kristallstruktur ermöglicht es nicht nur, die Eigenschaften zu verstehen. Umgekehrt ist es auch möglich, diese Eigenschaften gezielt zu manipulieren: Verbesserung der Pigmenteigenschaften durch Herabsetzen der Löslichkeit, Veränderung der elektronischen und magnetischen Kopplungen in niedrig-dimensionalen Polymerketten, um nur zwei zu nennen.
Zum Leidwesen des Chemikers, des Physikers und des Kristallographen besteht in den Eigenschaften, die z. B. Pigmente als „gut“ auszeichnen, das größte Problem: die mangelnde Löslichkeit der Verbindung. Es ist genau diese Eigenschaft, die dafür sorgt, meist keine Einkristalle züchten zu können, massive Schwierigkeiten beim Umkristallisieren zu haben und letztendlich – wenn keine Einkristalle vorliegen – bei der Strukturbestimmung aus Pulverdaten breite, überlappende Reflexe separieren zu müssen.
Dennoch gibt es nützliche und bewährte Methoden, auch aus (sogar nur mäßigen) Pulverdaten eine Kristallstruktur zu lösen. Genannt seien hier quantenchemische Rechnungen, die unter Umständen sehr rechen- und zeitintensiv sein können, oder Kraftfeld-Methoden, die zwar nicht sehr exakte, aber immerhin doch brauchbare Ergebnisse mit vertretbarem Zeit- und Rechenaufwand liefern. Diese Methoden sind insbesondere dann zur Vorhersage von Kristallstrukturen geeignet, wenn das Pulverdiagramm nicht indizierbar ist.
Wenn die Struktur erst gelöst ist, ist die bewährte Methode der Strukturverfeinerung die Rietveld-Methode. Obwohl oder gerade weil die Methode mittlerweile zu einer „Black- Box“-Methode geworden ist, ist die genaue Analyse und Interpretation der Ergebnisse unabdingbar.
Es gibt genügend Beispiele, in denen vermeintlich gute Ergebnisse (struktur-)chemisch sinnlos sind.
Themenstellung
Pigmente spielen in der Industrie eine wesentliche Rolle. Im Gegensatz zu Farbstoffen sind Pigmente im Anwendungsmedium unlöslich, sie werden feinkristallin dispergiert, um z. B. in Autolacken oder Kunststoffen eingesetzt zu werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Kristallstrukturen von 13 Pigmenten bestimmt.
Zu den genannten Kristallstrukturbestimmungen kommt ein Kapitel mit einer grundsätzlichen Fragestellung: Wo sind die Grenzen der Strukturbestimmung aus Pulverdaten? Wann ist eine Kristallstruktur „richtig“ oder „falsch“?
Ein letztes Pigment verknüpft die beiden vorangehenden Punkte.
Das letzte Kapitel behandelt die Erstellung von 5 Modellstrukturen aus zwei Substanzklassen für niedrig-dimensionale metall-organische Festkörper.
Beide Substanzklassen wurden im Rahmen der Forschergruppe 412 („Spin- und Ladungsträgerkorrelationen in niedrigdimensionalenmetallorganischen Festkörpern“)der DFG hinsichtlich elektronischer und magnetischer Eigenschaften untersucht.
Mit dem Ziel der kardiovaskulären Primärprävention wurden insgesamt 185 Schülerinnen und Schüler 7. Klassen einer Gesamtschule mit Gymnasial-, Real- und Hauptschulzweig für einen Tag in eine kardiologische Reha-Klinik eingeladen. Dabei wurde ihnen Wissenswertes über Herz-/Kreislauferkrankungen in Theorie und Praxis vorgestellt. Dadurch konnte bei rund einem Drittel der Schüler anhaltende Lebensstiländerungen bezüglich Ernährung, Aktivität und Tabakkonsum erzielt werden. Der Ansatz einer umfassenden Intervention bei 11- bis 13-jährigen Schülern außerhalb der Schule erwies sich als praktikabel und mit 10€ pro Schüler als erschwinglich.
Im Rahmen der in dieser Arbeit vorgestellten Daten konnten zwei Erkenntnisse gewonnen
werden:
1. Der Einsatz volatiler Anästhetika bei der Narkose erhöht die extrazellulären Laktatspiegel im
Gehirn der Maus.
2. Die Applikation von Laktat entfaltet neuroprotektive Wirkung im fokalen Schlaganfallmodell
der Maus und zwar in Abhängigkeit von dem für das Modell verwendete Anästhetikum.
Im 1. Teil der Arbeit wurde in ersten Voruntersuchungen mit Hilfe der Mikrodialysetechnik
ein starker Anstieg extrazellulärer Laktatspiegel im Gehirn von Mäusen unter einer Narkose mit
Isofluran detektiert. Ein Kernthema dieser Arbeit war die Untersuchung der neuroprotektiven
Wirkung von Laktat im Schlaganfallmodell der Maus. Da dieses Modell zwingend eine Narkose
erforderte und Isofluran eine deutliche Wirkung auf den zerebralen Laktatstoffwechsel aufwies,
wurden die metabolischen Wirkungen weiterer, in der tierexperimentellen Forschung gebräuchlichen,
Anästhetika untersucht.
In mehreren Mikrodialyseexperimenten wurden die metabolischen Wirkungen inhalativer
(Sevofluran, Isofluran und Halothan) und injizierbarer Anästhetika (Ketamin/Xylazin, Chloralhydrat,
Propofol und Pentobarbital) auf die extrazellulären Glukose- und Laktatspiegel im
Gehirn von Mäusen untersucht. In separaten Versuchen wurde für das jeweilige Anästhetikum
zusätzlich die Glukose- und Laktatwerte im Blut und CSF der Tiere bestimmt. Begleitet wurden
diese Versuche mit der Untersuchung physiologischer Parameter (Blutgase und zerebraler Blutfluss)
innerhalb der Narkose mit verschiedenen Anästhetika. Abschließend wurde in einem in
vitro-Experiment mit inkubierten Hirnschnitten die lokale, metabolische Wirkung von Isofluran
untersucht.
Die Experimente zeigten, dass volatile Anästhetika spezifisch die extrazellulären Laktatwerte
im Gehirn von Mäusen erhöhen (um das 3-4 fache) und so eine metabolische Wirkung auf den
zerebralen Laktatstoffwechsel besitzen, welcher bisher in der Literatur nicht beschrieben worden
ist. Mit dem Vergleich der Laktatdaten aus den CSF/Blut-proben, aus den in vitro-Versuchen,
sowie aus der Analyse der physiologischen Parameter konnte zusammenfassend folgendes festgestellt
werden: die durch inhalative Anästhetika induzierte Laktaterhöhung ist dosisabhängig, tritt
unabhängig von peripheren Einflüssen lokal im Gehirn auf und wird weder durch eine Hypoxie
noch durch eine Hypotension verursacht. Injizierbare Anästhetika (Ketamin/Xylazin, Chloralhydrat
und Propofol) besaßen diese Wirkung auf die Laktatwerte nicht und fielen vielmehr durch
eine moderate Erhöhung der Glukosekonzentrationen (um das 1,5-2 fache) im Blut und Extrazellularraum
des Gehirns auf, die wiederum bei den volatilen Anästhetika nicht zu beobachten war.
Nur Pentobarbital zeigte als einziges Anästhetikum keine Veränderungen in den extrazellulären
Glukose- und Laktatwerten im Gehirn der Tiere und verminderte sogar die Laktatspiegel im
Blut.
Ausgehend von den durchgeführten Untersuchungen wird für inhalative Anästhetika die
Stimulation von „Two-pore“-Kaliumkanälen als Ursache für die Erhöhung der extrazellulären
Laktatwerte vermutet. Dieser stellt für die Gruppe der volatilen Anästhetika einen spezifischen
Wirkmechanismus dar. Andere Wirkmechanismen von Anästhetika wie der NMDA-Rezeptor-
Antagonismus und der GABA-Rezeptor-Agonismus konnten ausgeschloßen werden, da eine Erhöhung
der extrazellulären Laktatspiegel im Gehirn der Tiere unter Ketamin/Xylazin- und
Pentobarbitalnarkose nicht auftrat. Der genaue Wirkmechanismus muss aber in weiteren Versuchen
näher geklärt werden.
Die aus den Mikrodialysedaten gewonnenen Erkenntnisse bildeten eine wichtige Grundlage
für ein besseres Verständnis der Schlaganfallexperimente und deren Zusammenhang zwischen
Laktat, Neuroprotektion beim Schlaganfall und der zerebralen, metabolischen Wirkung einzelner
Anästhetika.
Im 2. Teil der Arbeit wurde, als eine der ersten Arbeiten, die neuroprotektive Wirkung von
Laktat im permanenten und transienten Schlaganfallmodell der Maus getestet. Dies bot sich vor
dem Hintergrund der derzeit stattfindenden Neuinterpretation des Laktats als wichtigem Energiemetabolit
an.
Für den Schlaganfall in der Maus wurde ein silikonbeschichteter Nylonfaden verwendet, mit
welchem die mittlere Zerebralarterie der Tiere verschlossen wurde. Im permanenten Schlaganfallmodell
verblieb der implantierte Faden die gesamte Zeit über im Gehirn der Maus, während
beim transienten Modell der Faden nach einer gewissen Okklusionszeit (30-60 min) wieder
entfernt und der zerebrale Blutfluss wieder hergestellt wurde. Laktat (250 mg/kg) wurde im
permanenten Modell zu unterschiedlichen Zeitpunkten (45, 30, 15 min vor und 15 min nach
der Okklusion) intraperitoneal verabreicht. Als Anästhetika kamen Isofluran und Pentobarbital
zum Einsatz. Die Applikation im transienten Modell erfolgte direkt nach der wiederhergestellten
Reperfusion ebenfalls intraperitoneal. Hierbei kamen Isofluran und Ketamin/Xylazin als Anästhetika
zum Einsatz. Einen Tag später wurde für jedes Tier das allgemeine Verhalten, die
motorische Koordination im Cornertest sowie der Gewichtsverlust dokumentiert. Anschließend
wurde das Gehirn entnommen, eine TTC-Färbung durchgeführt und das Infarktvolumen und
der Schweregrad des Infarkts anhand der Graustufendifferenz bestimmt.
Eine neuroprotektive Wirkung des Laktats konnte sowohl im permanenten und als auch
im transienten Schlaganfallmodell der Maus nachgewiesen werden. Im permanenten Modell war
unter Isoflurannarkose eine neuroprotektive Wirkung erkennbar, die sich durch Reduktion des
Infarkvolumens, Verminderung der Graustufendifferenz sowie eine Reduktion des Gewichtsverlusts
bei Gabe von Laktat (30 und 15 min vor der Okklusion) nachwiesen ließ. In der allgemeinen
Verhaltensanalyse und im Cornertest war kein signifikanter Unterschied zu erkennen. Unter
Pentobarbitalnarkose trat diese Form der Neuroprotektion nicht auf. Im transienten Schlaganfallmodell
war eine Neuroprotektion des Laktats (bei Gabe direkt nach der Reperfusion) sowohl
unter Isofluran- als auch unter Ketamin/Xylazin-Narkose nachzuweisen. Diese äußerte sich in der
Reduktion des Infarktvolumens und der Graustufendifferenz. Eine Veränderung in der Reduktion
des Gewichtverlustes, in der allgemeinen Verhaltensanalyse und im Cornertest war jedoch nicht
zu sehen. Unter Bezugnahme der Mikrodialysedaten verschiedener Anästhetika, ist festzustellen,
dass die neuroprotektive Wirkung des Laktats davon abhängt, welches Anästhetikum zum
Einsatz kommt und wie dieses den Laktatstoffwechsel moduliert. So war eine Neuroprotektion
durch Laktat unter Verwendung von Anästhetika feststellbar, die die peripheren Laktatspiegel im
Blut erhöhen (Isofluran) oder nicht beeinflussen (Ketamin/Xylazin). Bei Pentobarbital, welches
die peripheren Laktatwerte im Blut der Tiere verminderte, zeigte die exogene Laktatgabe keine
Wirkung.
Die Experimente konnten also nachweisen, dass Laktat neuroprotektive Wirkungen im Schlaganfallmodell
von Mäusen besitzt.Weiterführende Versuche bieten sich hier an, um Aussagen über
die optimale Dosierung und den geeignetsten Therapiezeitpunkt zu ermöglichen, bevor eine Untersuchung des klinischen Nutzens beim Menschen sinnvoll erscheint.
In der Notfallmedizin ist die rasche und effektive Sicherstellung des Atemweges einer der wichtigsten Faktoren, die das Outcome des Patienten beeinflussen. Da die endotracheale Intubation und die Maskenbeatmung einen hohen Kenntnisstand und viel Erfahrung erfordern, hat das European Resuscitation Council (ERC) alternative Beatmungsmethoden in seine aktuellen Empfehlungen zum Atemwegsmanagement aufgenommen.
Ein dort empfohlenes Hilfsmittel ist der Larynx-Tubus.
Der Larynx-Tubus Suction Disposable LTS-D wird immer häufiger vom Rettungspersonal und von Pflegekräften angewendet, um eine adäquate Ventilation während der Reanimation sicherzustellen. Bei der Anwendung der vom Hersteller empfohlenen Technik kam es jedoch immer wieder zu Fehlanlagen und zu langen Anlagezeiten.
Deswegen ist eine modifizierte Einführungstechnik (MIT) mit der Standard Einführungstechnik (SIT) verglichen worden. Hierbei ist besonderer Wert sowohl auf eine einfache und effiziente Handhabung gelegt worden als auch auf eine kurze Anlagezeit bei einer möglichst geringen Rate an Nebenwirkungen. Diese Arbeit prüft die Hypothese, dass bei Erstanwendern unter Anwendung der modifizierten Einführungstechnik die Platzierungsversuche des LTS-D, die länger als 45 sec. andauern, signifikant reduziert
werden können.
Bei 54 Patienten, die sich elektiven unfallchirurgischen oder orthopädischen Eingriffen unterzogen, ist der LTS-D von Erstanwendern randomisiert (entweder nach SIT oder MIT) angewendet worden.
In der MIT-Gruppe ist der LTS-D vor Insertion um 180° rotiert und einem Guedel-Tubus ähnlich eingeführt worden. Zusätzlich ist das Kinn des Patienten mittels Esmarch-Handgriff angehoben worden, um den retropharyngealen Raum zu vergrößern. Sobald der LTS-D den weichen Gaumen erreichte, ist der LTS-D abermals um 180° gedreht und in den Ösophagus vorgeschoben worden. Eine kurze Demonstration der Einführungstechnik ist vor Anwendung am Skilltrainer gegeben worden. Zur Bewertung der Einführungstechniken des LTS-D sind die Erfolgsrate der Platzierung (max. 2 Platzierungsversuche) und die Anlagezeit ausschlaggebend gewesen. Die Zielgröße für die Insertionszeit war der Platzierungserfolg innerhalb von 45sec..
Ergebnisse
Alle Anwender waren Erstanwender. Die Anlagezeit in der SIT-Gruppe betrug 73 ± 41sec. und 40 ± 8 sec. in der MIT-Gruppe. Innerhalb von 45 sec. konnte bei 9 von 27 Patienten der SIT-Gruppe und bei 19 von 27 Patienten der MIT-Gruppe der LTS-D platziert werden. Bei einem Patienten der SIT-Gruppe musste die Lage des LTS-D nachkorrigiert, bei einem anderen Patienten der LTS-D neu platziert werden. Bei einem weiteren Patienten der SIT-Gruppe dauerte die Anlage 195 sec..
Bei zwei Patienten der MIT-Gruppe musste die Lage des LTS-D innerhalb des Zeitfensters nachkorrigiert werden. Bei einem weiteren Patienten war die Anlage nach der modifizierten Einführungstechnik nicht möglich. Hieraus ergibt sich, dass die Einführung des LTS-D nach der modifizierten Technik signifikant schneller gelang, als in der Kontrollgruppe (p=0,0003). Unabhängig von der Einführungstechnik konnten keine Unterschiede zwischen ärztlichem und nicht-ärztlichem Personal festgestellt werden sowohl in Bezug auf die Anlagezeit als auch auf die erfolgreiche Platzierung.
Unerfahrene Anwender können unter Anwendung der modifizierten, Guedel-Tubusähnlichen Einführtechnik den LTS-D innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters von 45 sec. signifikant häufiger zufriedenstellend platzieren als nach der alten, vom Hersteller empfohlenen Anlagetechnik. Dies gilt unabhängig vom medizinischen Ausbildungsstand der Anwender. Der MIT sollte daher in der notfallmedizinischen Ausbildung mit dem LTS-D der Vorzug gegeben werden.
In der vorliegenden Arbeit wird die Ionisation von Stickstoff- und Sauerstoff-Molekülen in starken, nicht-resonanten Laserlicht-Pulsen untersucht. Die dreidimensionalen Impulsvektoren der freigesetzten Elektronen und Ionen wurden mittels eines sogenannten COLTRIMS Spektrometers vermessen. Das Hauptaugenmerk galt dem Kanal der Einfachionisation, der ein stabiles Molekülion ($N_2^+$ / $O_2^+$) erzeugt. Da in diesem Fall keine Dissoziation des Ions stattfindet, kann nicht aus der Flugrichtung ionischer Fragmente auf die Ausrichtung der Molekülachse geschlossen werden. Die Abhängigkeit des Prozesses vom Winkel zwischen der Molekülachse und der Polarisationsrichtung des ionisierenden Lichtes ist nur dann zugänglich, wenn die Ausrichtung der Molekülachsen vordem Zeitpunkt der Ionisation aktiv kontrolliert werden kann. Hierzu wurde die Technik der nichtadiabatischen Molekülausrichtung'' (non-adiabatic molecular alignment'') [1] angewandt. Ein erster, mäßig intensiver Lichtpuls bewirkte die Ausrichtung der Molekülachsen im Laborsystem. Sodann wurden die ausgerichteten Moleküle von einem zweiten, hochintensiven Puls ionisiert. In einem ersten Experiment wurden Elektronen-Impulsverteilungen für zwei verschiedene Molekülausrichtungen bestimmt. Ein Vergleich der Verteilungen brachte zwei wichtige Ergebnisse: 1) Im Bereich niedriger Elektronen-Impulse senkrecht zur Polarisationsrichtung des ionisierenden Lichtpulses wird der Fingerabdruck'' des ionisierten Molekülorbitals sichtbar. 2) Bei höheren Impulsen zeigten sich Strukturen, die als Doppelspalt-Interferenz interpretiert werden können. Ein ionisiertes Elektron propagiert im oszillierenden elektrischen Feld des Laser-Pulses. Von diesem kann es auf das Ion hin zurück beschleunigt werden und dort streuen [2]. Wir betrachten den Fall elastischer Rückstreuung''. In erster Näherung wirken die Bestandteile des diatomaren Molekülions wie ein Doppelspalt, an dem die streuende Elektronen-Welle gebeugt wird. In einem zweiten, dem ersten sehr ähnlichen Experiment wurde die Molekülausrichtungs-Richtung in kleinen Schritten variiert. Sowohl der Effekt der Elektronenbeugung am Ion, als auch - mit Einschränkungen - die Abbildung des ionisierten Orbitals wurde erneut beobachtet. Letztere ist durch eine Projektion des Orbitals in den Impulsraum senkrecht zur Laser-Polarisationsrichtung bestimmt [3,4]. Die Messung der Strukturen unter verschiedenen Molekül-Ausrichtungen im zweiten Experiment entspricht daher der Aufnahme verschiedener Projektionen des Orbitals. Der so gewonnene Datensatz sollte prinzipiell eine Rekonstruktion der dreidimensionalen Elektronen-Dichteverteilung des ionisierten Molekülorbitals mittels eines Tomographie-Algorithmus ermöglichen. Entsprechende Entwicklungen sind bei Kooperationspartnern im Gange. Die beobachtete Beugung des rückgestreuten Elektrons ermöglicht den Rückschluss auf die Positionen der Kerne im Molekülion. Es besteht die Hoffnung, dass sich in Zukunft detailliertere Informationen über das streuende Potential jenseits des einfachen Doppelspalt-Modells gewinnen lassen. Rückstreuung höherenergetischer Elektronen sollte hingegen eine verbesserte Ortsauflösung ermöglichen. Beide Informationen - Ionisiertes Orbital und Beugungsbild des Ions - werden simultan in ein- und derselben Messung gewonnen. Die zeitliche Auflösung wird durch rein optische Parameter (Licht-Wellenlänge, Pulslänge) determiniert. Sie kann mittels ultrakurzer, phasenstabiler Laserlicht-Pulse in den Bereich einer Femtosekunde oder darunter verbessert werden. [1] Stapelfeldt et al., Rev. Mod. Phys. 75, 543-557 (2003). doi:10.1103/RevModPhys.75.543 [2] Corkum, Phys. Rev. Lett. 71, 1994-1997 (1993). doi:10.1103/PhysRevLett.71.1994 [3] Spanner et al., J. Phys. B 37, L243-L250 (2004). doi:10.1088/0953-4075/37/12/L02 [4] Ivanov et al., J. Mod. Opt. 52, 165 (2005). doi:10.1080/0950034042000275360
Im Zuge dieser Dissertation wurden verschiedene Methoden zur besseren Identifikation von Proteinen aus unspezifischen Proteinverdauen entwickelt und auf ihre Einsatzmöglichkeiten hin untersucht. In diesem Rahmen wurde vorrangig die Protease Thermitase in ihrer Spezifität und ihrem Temperaturverhalten genauer definiert und ihre proteolytische Verwendbarkeit bewertet.
Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen konnte mit Thermitase eine weitere, für die massenspektrometrische Analytik verwendbare Protease, erfolgreich etabliert werden. Als wichtigstes Merkmal dieser Protease muss ihr erfolgreicher proteomischer Einsatz, auch in Kombination mit starken organischen Lösungsmittel und Detergenzien, hervorgehoben werden. Außerdem konnten in Anwesenheit von SDS Verdaue massenspektrometrisch erfolgreich untersucht werden. Die Möglichkeiten dieser Methode sind vor allem für die Membran-Proteomik interessant. Mittels Thermitase können Membranproteine direkt in einem hydrophoben Puffer denaturiert, verdaut und ohne vorheriges Ausfällen analysiert werden.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden mehrere Ansätze für die Verbesserung der Auswertbarkeit von unspezifischen Proteinverdauen verfolgt und teilweise erfolgreich umgesetzt. Mittels der bioinformatischen Auswertung von theoretischen Verdauen ganzer Datenbanken wurden die Unterschiede bei der Identifikation von spezifischen und unspezifischen Verdauen verdeutlicht. Anhand der beobachteten Vergrößerung des Suchraums um den Faktor 10 bis 100 von unspezifischen gegenüber spezifischen Proteolysen konnte nachgewiesen werden, dass bei Verwendung der heute gebräuchlichen Suchalgorithmen erst eine Steigerung der Massengenauigkeit um mindestens den Faktor 20 zu Ergebnissen führt, die mit denen spezifischer Verdaue vergleichbar sind. Einen Schritt in diese Richtung kann durch die Verwendung der MALDI-Orbitrap (Papasotiriou 2010), die eine durchschnittliche Massengenauigkeit von 5 ppm bietet, vollzogen werden. Jedoch wäre nach einer Abschätzung auf der Basis der gewonnenen Ergebnisse eine routinemäßige Massengenauigkeit von unter 1 ppm nötig, um bei der Identifikation mittels PMF für unspezifische und tryptische Verdaue die gleichen Erfolgsquoten zu erhalten. Wird dies erreicht, bieten unspezifische Proteasen, wie in dieser Arbeit gezeigt werden konnte, zahlreiche Vorteile gegenüber spezifischen Proteasen.
Ausgehend von der Verwendung aktueller Suchalgorithmen konnte der Einfluss unterschiedlicher Protein- und Peptidkriterien auf die Proteinidentifikation eindeutig gezeigt werden. Zur Verbesserung der Identifikation bei unspezifischen Verdauen wurden mehrere spezifische Kriterien erarbeitet. Eine PMF-Suche unter deren Einbezug führte zu einer 4fach höheren Identifikationsrate gegenüber einer normalen Suche mittels MOWSE. Mit der iterativen sowie der kombinatorischen Suche wurden zwei einfache bioinformatische Methoden entwickelt, die die Suche von unspezifischen Verdauen erleichtern und in Zukunft verbessern werden.
Die Identifikation von Modifikationen mittels der spezifischen Delta-Massen und die Identifikation von unspezifischen Verdauen durch Bewertung der charakteristisch auftretenden Cluster stellen zwei gänzlich neue Ansätze in der Proteinidentifikation dar. Ihr Einsatz ermöglicht neue Verwendungsmöglichkeiten von unspezifischen Verdauen, die über die klassische Proteinidentifikation hinausgehen, und versucht, spezielle Fragen in der Proteinanalytik zu beantworten. Der Einbezug zusätzlicher Informationen, die der Verdau neben der reinen Gewinnung von Peptidmassen bietet, sollte bei unspezifischen Verdauen fokussiert angegangen werden. Durch die mehrfache Überlappung der Peptide liegen diese Informationen, anders als bei tryptischen Verdauen, redundant vor. Sie können sich also bei entsprechender Auswertung in ihrer Bewertung selbst stützen.
Die in dieser Promotionsarbeit vorgestellten Ansätze zur besseren Identifikation von unspezifischen Proteinverdauen zeigen vielversprechende Möglichkeiten auf.
Realistisch betrachtet, stellt jeder dieser Ansätze eine positive Abweichung von der bislang vorherrschenden routinemäßigen Behandlung der Proteinidentifikation dieser Verdaue dar und bieten die Möglichkeiten qualitativ bessere Untersuchungsergebnisse im Bereich der Massenspektrometrie zu erzielen.
Es ist Ziel der Dissertation, einen Zusammenhang von Migration und Integration zu erarbeiten und ihn anhand einer qualitativen Befragung von Migrantinnen exemplarisch darzustellen. Das bedeutet, die Soziologie der Integration um ihr migratorisches Vorfeld zu erweitern und den Einfluss von Herkunft und Migrationsgeschichte auf den Integrationsverlauf zu prüfen. Empirische Grundlage der Arbeit sind narrative Interviews mit 15 türkischen und 15 russischen Migrantinnen zu ihrer Migrationsgeschichte und ihren Integrationserfahrungen in Deutschland. Die Forschungsfrage lautet: In welchem Maße sind Herkunftskultur und Migrationsgeschichte mitbestimmend für den Integrationsverlauf von weiblichen Zuwanderern? Daraus ergaben sich drei Forschungshypothesen. Sie thematisieren (1) den Einfluss der Migrationsgeschichte auf den Integrationsverlauf, (2) den Einfluss der Herkunftskultur auf Migrationsgeschichte und Integrationsverlauf, (3) und dass Migration zu Identitätswandel führt. Methode ist ein induktiv-verstehendes Vorgehen. Sie steht im Rahmen einer phänomenologischinterpretativen Analyse und findet in dieser Forschungsfrage ihren Anwendungsfall. Sie befasst sich mit den sozialen Repräsentanzen in der Person, denen Sozialisation (Herkunftskultur) und die Strukturen der Migrationsentscheidung (Migrationsgeschichte) zugrunde liegen. Die Antwort auf die Frage, ob die Entscheidung zur Migration individuell oder innerhalb der Familie getroffen wird, liefert deutliche Hinweise auf Verhalten und Einstellungen in der postmigratorischen Situation. Die relativ individualistische Gestaltung des Migrationsgeschehens, wie sie Russinnen berichten, und die gebundene Familienwanderung, wie sie Türkinnen erleben, markieren getrennte Lebenswelten mit ebenso getrennten weiblichen Rollenerwartungen. Sie setzen sich fort in typischen Integrationshürden und unterschiedlichen Bewältigungschancen von Fremderfahrung. Dies berechtigt, durchgehende Beeinflussungsstränge von Herkunftskultur auf Migrationsgeschehen und Integrationsverlauf anzunehmen. Kein Migrationsvorgang bleibt von der Frage des Identitätswandels unberührt. Die Erfahrung von Fremdheit und der Bedeutungsverlust der Herkunftskultur in der „Alltäglichkeit“ des Aufnahmelandes werden von der Migrantin als krisenhaft erfahren. Die Arbeit konnte aufzeigen, wie Herkunftskultur und Migrationsgeschichte für den Integrationsverlauf der befragten Migrantinnen bestimmend sind.
Im Vordergrund dieser Dissertation steht die Methode der Mikromorphologie, die verknüpft mit weiteren bodenkundlichen Analysen sowohl bodenkundliche Fragen, als auch siedlungsfunktionale Fragen beantworten kann. Die Methode dient also ideal der Verknüpfung von Bodenkunde und Archäologie. Der Begriff Archäopedologie beschreibt genau diese Verknüpfung – die Anwendung bodenkundlicher Methoden zur Bearbeitung archäologischer Fragestellungen. Inhalt des ersten Themenschwerpunktes dieser Arbeit ist der Vergleich von Böden und Sedimenten des Tells Chuera und seiner Umgebung. Ziel war es, die Böden hinsichtlich verschiedener Ausgangssubstrate, unterschiedlicher Entwicklungsdauer und Reliefpositionen miteinander zu vergleichen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Böden des Untersuchungsgebietes sich in Bezug auf ihre unterschiedlichen Substrate unterscheiden lassen. Auf den natürlichen Substraten des Waditals, den Hochflutsedimenten des Wadis Chuera, können ausschließlich haplic Calcisols ausgewiesen werden. Diese Böden sind durch einen Kalkanreicherungshorizont im Unterboden gekennzeichnet. In den anthropogen beeinflussten Substraten des Tells können ebenso vornehmlich Calcisols beschrieben werden. Diesen Böden wird ein technic vorangestellt, da sie sich in technogenen Substraten, wie z.B. Lehmziegelmaterial entwickelt haben. Geht der auf dem Tell als Konstruktionsmaterial verwendete Gips in die Bodengenese ein, werden Gypsisols gebildet. In allen untersuchten Böden sind dieselben pedogenen Prozesse wirksam: Bioturbation, Kalktranslokation und Gefügebildung. Eine Unterscheidung hinsichtlich ihrer Entwicklungszeiträume kann nicht getroffen werden. Sowohl auf dem Siedlungshügel, auf dem die Bodenentwicklung in dem Siedlungshiatus von 600 Jahren und nach der Aufgabe der Siedlung untersucht werden konnte, wie auch in der Umgebung, laufen unabhängig vom Zeitfenster dieselben Prozesse ab. Die Böden weisen keine bedeutenden pedogenetischen Unterschiede auf, die gravierende ökologisch-klimatische Veränderungen anzeigen und somit die Aufgabe der Siedlung erklären könnten. Der zweite Teil der Dissertation widmet sich der mikromorphologischen Analyse von Siedlungsresten. Kulturschichten ausgewählter Standorte (Oberstadt, Unterstadt, Straßen, Räume) wurden hinsichtlich ihrer Nutzung untersucht. Anhand von Dünnschliffanalysen konnten innerhalb der beprobten Areale verschiedene Bereiche klar abgegrenzt werden. So deuten Phytolithschichten innerhalb eines Gebäudes auf Pflanzenmatten hin, die typischerweise in Ruhe- oder Essensbereichen als Bodenbelag dienten. Darüber hinaus konnten auch Hinweise auf den Aufenthalt von Tieren in der Siedlung gefunden werden. Dies war durch den Nachweis von Dungresten und zahlreichen fäkalen Sphäruliten, die Schafen oder Ziegen zuzuordnen sind, möglich. Ob die Tiere in direkter Nachbarschaft zu den Menschen lebten, konnte bislang noch nicht geklärt werden. Gesichert ist, dass Tier und Mensch gemeinsam die Straßen und Gassen von Tell Chuera genutzt haben.
Krebs stellt die zweithäufigste Todesursache in Europa dar. Obwohl sich Diagnose und Heilungschancen über die letzten Jahre verbessert haben, besteht bei bestimmten neoplastischen Erkrankungen eine unverändert schlechte Prognose. Grundlage für eine langfristige Verbesserung des Behandlungserfolges ist ein molekulares Verständnis der Mechanismen, welche zur Krankheitsentstehung, Progression und Therapieresistenz beitragen. Nur so ist es möglich, nach neuen pharmakologischen und oder/genetischen Inhibitoren zu suchen, welche spezifische Eigenschaften dieser Faktoren blockieren und somit die Entwicklung neuer Therapiestrategien erlauben („from bench to bedside“). In diesem Zusammenhang spielen Proteasen nicht nur eine wichtige Rolle in pathobiologischen Prozessen, sondern stellen auch klinisch anerkannte Zielstrukturen derzeitiger Behandlungsstrategien dar. So wurde auch die Threonin-Protease Taspase1 als potenzielles Therapieziel der von Mixed Lineage Leukemia (MLL)-Translokationen verursachten Leukämien postuliert. Die Taspase1-induzierte Spaltung des MLL Proteins spielt eine wichtige physiologische Rolle in Entwicklungs- und Differenzierungsprozessen. Darüber hinaus scheint Taspase1 durch die Prozessierung von MLL-Translokationsprodukten, im speziellen des Produkts der t(4;11), maßgeblich zur Leukämieentstehung beizutragen. Zusätzlich gibt es, wie auch in dieser Arbeit gezeigt, erste Hinweise, dass Taspase1 auch für solide Tumore bedeutsam sein könnte. Jedoch sind unsere Kenntnisse über die molekularen Mechanismen, welche für die (patho)biologischen Funktionen von Taspase1 verantwortlich sind, bislang noch lückenhaft. Obwohl neben MLL-Proteinen einige wenige Taspase1-Zielproteine postuliert wurden, fehlt derzeit eine Übersicht über das „Taspase1-Degradom“. Die Kenntnis aller humanen Taspase1-Zielproteine stellt eine wichtige Voraussetzung dar, um die biologischen Funktionen dieser Typ2-Asparaginase gezielter erforschen und verstehen zu können. Zudem stehen im Gegensatz zu anderen Proteasen für Taspase1 bislang keine wirksamen Inhibitoren zur Verfügung, welche nicht nur als potenzielle Wirkstoffe, sondern vor allem als „chemische Werkzeuge“ der Funktionsaufklärung dienen könnten. Daher wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit das erste effiziente zellbasierte Taspase1- Testsystem entwickelt. Das Translokations-Testsystem basiert auf einem autofluoreszierenden Indikatorprotein, welches eine Taspase1-Spaltstelle enthält und durch die Wahl geeigneter Transportsignale zwischen Kern und Zytoplasma wandert. Nach Koexpression aktiver Taspase1, nicht aber inaktiver Taspase1-Mutanten bzw. anderer Proteasen, wird dieser Biosensor gezielt gespalten und dessen Akkumulation im Zellkern induziert. Die Spezifität des Testsystems mit seinem hohen Signal-zu-Hintergrund-Verhältnis erlaubte dessen Anpassung an eine Mikroskopie-basierte Hochdurchsatz-Plattform (Knauer et al., PloS ONE eingereicht). Durch gerichtete Mutagenese der Taspase1-Spaltstelle im Biosensor-Kontext konnte eine optimierte Konsensus-Erkennungssequenz für Taspase1 (Aminosäuren Q3[F,I,L,V]2D1¯G1’X2’D3’D4’) definiert werden, welche erstmalig eine zuverlässige bioinformatische Vorhersage des humanen Taspase1-Degradoms erlaubte. Die biologische Relevanz dieser Analyse wurde durch Validierung einzelner Zielproteine unterstrichen, wobei bisher noch nicht beschriebene Taspase1-Zielproteine wie beispielsweise Myosin1F und der Upstream Stimulating Factor 2 identifiziert wurden. Obwohl für beide Proteine bereits eine tumor-assoziierte Funktion beschrieben ist, bleibt die kausale Rolle von Taspase1 für deren (patho)physiologische Funktionen noch zu klären (Bier et al., JBC). Die Tatsache, dass Taspase1 als nukleäres/nukleoläres Protein identifiziert werden konnte, es sich bei den vorhergesagten Zielproteinen jedoch nicht ausschließlich um Kernproteine handelt, belegte die Notwendigkeit, die Regulation der intrazellulären Lokalisation von Taspase1 zu entschlüsseln. Experimentelle und bioinformatische Analysen zeigten erstmalig, dass Taspase1 über ein zweigeteiltes Importsignal über Importin-a aktiv in den Kern transportiert wird, jedoch kein nukleäres Exportsignal besitzt. Interessanterweise ist sowohl die cis- als auch die trans-Aktivität von diesem Kerntransport abhängig. Die nukleoläre Akkumulation wird hingegen durch die Wechselwirkung mit Nukleophosmin vermittelt. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass Taspase1 am Nukleolus aktiviert wird und möglicherweise durch die Kernexportfunktion von Nukleophosmin transient Zugang zum Zytoplasma erhält, um so auch zytoplasmatische Proteine zu prozessieren (Bier et al., Traffic eingereicht). Zusätzlich konnten erstmalig multiple post-translationale Modifikationen von Taspase1 nachgewiesen werden (Bier et al., Manuskript in Vorbereitung). So kann Taspase1 über die Interaktion mit den Peptidasen Senp1-3 sowohl durch Sumo1 als auch durch Sumo2 sumoyliert werden. Diese so vermittelten dynamischen (De)Sumoylierungszyklen könnten eine Feinregulation der Enzym-Substrat-Interaktion darstellen. Zusätzlich wird Taspase1 durch verschiedene Histon-Acetyltransferasen (HAT) acetyliert und dadurch möglicherweise in seiner enzymatischen Aktivität beeinflusst. Interessanterweise acetylieren die HATs p300 und GCN5 hauptsächlich die Proform von Taspase1, was mit einer verstärkten cis-Aktivität einhergeht, während CBP und pCAF eher die prozessierte Form acetylieren. Andererseits interagieren die Histon-Deacetylasen HDAC-3 und -6 mit Taspase1, was nur die cis-Aktivität zu beeinflussen scheint. HDAC1 hingegen verhindert die Prozessierung der zweiten MLL-Schnittstelle, was auf eine zyklische Regulation im Wechsel mit der Acetylierung schließen lässt. WeitereUntersuchungen müssen klären, ob und wie diese post-translationale Feinregulation die (patho)biologische Aktivität von Taspase1 beeinflussen. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit entscheidende neue Einblicke in die biologische Funktion und Regulation von Taspase1 gewonnen werden.
Das Prostatakarzinom (PCa) ist in Deutschland die häufigste bösartige Malignität beim Mann; jährlich erkranken etwa 58.000 Männer am PCa. Mit 11.000 Todesfällen pro Jahr liegt PCa in der Mortalitätsstatistik an dritter Stelle, hinter dem Bronchialkarzinom und dem Dickdarmkarzinom. Solange PCa auf die Vorsteherdrüse begrenzt ist, besteht die Möglichkeit einer Heilung über die Prostatektomie oder Bestrahlung. Bei etwa 15% der Neuerkrankungen tritt ein metastasierender PCa auf. Bei etwa 20% der Patienten mit organbegrenztem Tumor zeigen lokale Therapieformen keine Wirkung, so dass ebenfalls einer invasiven Ausbreitung Vorschub geleistet wird. Weitere Therapieformen bilden die Androgensuppression und die Chemotherapie. Bei der Androgensuppression kommt es sehr häufig zu einem hormonrefraktären Stadium, das über einen PSA-Anstieg definiert wird. Ist das hormonrefraktäre Stadium erreicht, stehen nur begrenzte Therapieoptionen zur Verfügung. In der jüngeren Vergangenheit wurden neue molekulare Substanzen entwickelt, die gezielt in den Metabolismus der Karzinomzellen eingreifen, die targeted therapy molecules. PCa ist eine sehr heterogene Karzinomentität. Das Verständnis des Zusammenspiels von parallelen und interagierenden mitogenen Signaltransduktionswegen beim PCa, die sein Wachstum, seine Differenzierung und seine Zellmotiliät regulieren, ist von enormer Bedeutung, um neue bzw. schon bestehende Inhibitoren gegen PCa erfolgreich zu entwickeln oder als Mono- bzw. Kombinationstherapie anzuwenden. Zu den beim PCa häufig überexprimierten Signalproteinen gehören der mammalian target of rapamycin (mTOR), die Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs) und die Histondeacetylasen (HDACs). Ziel dieser Arbeit war es, die Effektivität von Inhibitoren auf diese Signalproteine als Einzel- und Kombinationstherapie im Hinblick auf das Zellwachstum und die Adhäsionseigenschaft der PCa-Zellen zu untersuchen. Zur Anwendung kamen RAD001, ein mTOR-Inhibitor, AEE788, ein Multikinaseinhibitor gegen den VEGF- und EGF-Rezeptor, die Valproinsäure (VPA), ein HDAC-Inhibitor und das Interferon-alpha-2a (IFNalpha2a), ein körpereigenes Zytokin. Die Untersuchungen basierten auf zellbiologischen und biochemischen Analysen in-vitro unter Verwendung der PCa-Zelllinien DU145, PC-3 und LNCaP und in-vivo mittels eines xenogenen Nacktmausmodells. Im Rahmen funktioneller Untersuchungen wurden unter den entsprechenden Therapien das Zellwachstum mit dem MTT-Test ermittelt, das Expressionsmuster der zellzyklusregulierenden Proteine durch die Western-Blot-Hybridisierung und die Progression des Zellzyklus mittels der Durchflusszytometrie untersucht. Im weiteren Verlauf wurden die Adhäsionsprozesse an Matrix und an Endothel analysiert und die Modulation der Integrinsubtypen mit Hilfe der fluorimetrischen und molekularbiologischen Methoden sowie deren Genaktivität evaluiert. Die Synthese der gebundenen und freien Form von PSA wurde mit dem ELISA-Verfahren gemessen. Zur detaillierten Aufklärung der Wirkmechanismen der Medikamente diente die nähere Untersuchung intrazellulärer Signalwege anhand molekularbiologischer Studien. AEE788, RAD001, VPA, nicht jedoch IFNalpha2a erzielten eine deutliche Reduktion im Zellwachstum und der Adhäsion der PCa-Zellen. Dabei war jede Substanz durch ein eigenes Wirkprofil charakterisiert und zeigte eine zelltypabhängige molekulare Aktivität. Während AEE788 und RAD001 eine direkte Wirkung auslösten, war der Effekt von VPA zeitversetzt. Im Gegensatz zu VPA und RAD001 beeinflusste AEE788 vor allem androgenresistente Zellen. Eine kombinierte Behandlung erwies sich nicht in allen Fällen als gleich effektiv. Letztendlich zeigten vor allem AEE788/RAD001, VPA/RAD001 und VPA/IFNalpha2a deutliche antitumorale Effekte. Dabei demonstrierten die Untersuchungen eine Verringerung des Zellwachstums, einhergehend mit einer deutlichen Modulation der relevanten regulatorischen Zellzyklusproteine, einer Zunahme der Tumorsuppressoren und einer deutlichen Verlangsamung der Zellzyklusprogression. AEE788/RAD001 und VPA/IFNalpha2a erzielten dabei eine effektive Reduktion von Wachstum und Adhäsion. In Analysen der Adhäsionsprozesse konnte die Modulation der Integrinsubtypen und der integrinassoziierenden Kinasen aufgrund der Substanzen demonstriert werden und zeigte bei androgenresistenen und androgensensitiven Zellen einen unterschiedlichen Wirkungseinfluss. Nur die Kombination von VPA/IFNalpha2a verringerte signifikant die PSA-Synthese und zeigte bei der Evaluation der intrazellulären Signalwege einen deutlichen Verstärkereffekt in der Regulation der Proteinexpression und der Aktivität von EGFR, ERK1/2 und P70S6K. In der darauffolgenden in-vivo-Untersuchung konnte der Verstärkereffekt von VPA/IFNalpha2a in einer effektiven Reduktion des Tumorvolumens demonstriert werden. Da insbesondere PCa einen sehr heterogenen Phänotyp aufweist, bietet vor allem die kombinierte targeted Therapie neue Hoffnung und vielversprechende Therapiemöglichkeiten. Die eigenen Daten demonstrieren, dass nur bestimmte Medikamenten-Kombinationen eine effektive Verstärkung der antikarzinogenen Effekte erzielen und eine wirksame Therapie des PCa ermöglichen. Bei der klinischen Anwendung ist zu beachten, dass abhängig von Geno- und Phänotyp individuelle Therapiekonzepte zu berücksichtigen sind.