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IL-22 ist ein TH17-Signaturzytokin und wird primär von aktivierten T- und NK-Zellen produziert. Die Literatur beschreibt IL-22 als immunregulatorisches Signalmolekül, welches vor allem bei Infektionen und Entzündungsprozessen eine wichtige Rolle spielt. Typische IL-22-induzierte Gene sind beispielsweise Akut-Phase-Proteine, β-Defensine sowie Matrixmetalloproteasen. In dieser Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass IL-22 die IFNγ-induzierte iNOS-Expression in humanen DLD-1 Kolonkarzinomzellen massiv verstärkt. Eine gestörte iNOS-Induktion mit folglich extensiver NO-Produktion trägt zu entzündlichen Veränderungen und zur Tumorentstehung bei. Insbesondere gibt es stichhaltige Belege, welche iNOS und NO in Verbindung mit Krebs als potentes Mutagen, als Angiogenesefaktor, als Verstärker der Protoonkogenexpression und als Inhibitor der Apoptose charakterisieren. Demzufolge ist gerade die Identifikation von Signaltransduk-tionswegen von Interesse, welche das Potential zur Regulation der iNOS-Expression in epithelialen Kolonkarzinomzellen besitzen. Der Nachweis des IL-22-Rezeptorkomplexes sowie einer STAT3-Phosphorylierung belegte die IL-22-Responsivität der hier verwen-deten DLD-1 Kolonkarzinomzellen. Der Transkriptionsfaktor STAT3 gilt als prominentes Signalmolekül in der Signaltransduktionskette von IL-22. In der aktuellen Literatur wird STAT3 aufgrund seiner antiapoptotischen und proliferativen Eigenschaften als Onkogen definiert. Sowohl in Patienten mit Morbus Crohn als auch im humanen Kolorektalkarzinom ist eine Überexpression von STAT3 und iNOS beschrieben. Unter Verwendung einer STAT3-spezifischen siRNA konnte der Nachweis erbracht werden, dass STAT3 ein essen-tieller Faktor in der IL-22-vermittelten Induktion der iNOS-Expression ist. Luciferase-Reporterstudien zeigten, dass IL-22 die humane iNOS-Promotoraktivität in DLD-1 Zellen, welche die Photinus pyralis (Firefly)-Luciferase unter Kontrolle eines 16kb-iNOS-Promotor-konstrukts überexprimieren (DLD-1/pXP2-16kb), erhöht. Somit kann eine Regulation der Transkription durch IL-22 angenommen werden. Dennoch vermag diese Arbeit die Frage nach den transkriptionellen Regulationsmechanismen der IL-22-vermittelten iNOS-Expres-sion in DLD-1 Zellen nicht abschließend zu beantworten. Eine Beteiligung ausgewählter Parameter der Zellaktivierung wie beispielsweise NFκB, STAT1α oder IRF-1 an der IL-22-vermittelten iNOS-Induktion konnte durch die vorliegende Arbeit ausgeschlossen werden. Neben transkriptionellen Regulationsmechanismen übernimmt auch die Regulation der iNOS mRNA-Stabilität eine wichtige Funktion bei der Induktion der iNOS-Expression. Allerdings zeigten auch hier die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit, dass IL-22 die iNOS-mRNA nicht stabilisieren kann. Dies bekräftigt wiederum die Annahme, dass IL-22 auf transkriptioneller Ebene den iNOS-Promotor reguliert. Weitere Versuche zeigten auch, dass IL-22 spezifisch an der iNOS-Expression in Kolonkarzinomzellen beteiligt ist und keinen generellen Verstärker der IFNγ-induzierten Genexpression darstellt. Beachtet man hierbei die bedeutende Rolle von STAT3 und iNOS bei Entzündung und Karzinogenese, so repräsentiert IL-22 möglicherweise eine neue Zielstruktur für immuntherapeutische Interventionen im Rahmen dieser Erkrankungen. Der zweite Abschnitt der vorgelegten Arbeit beschäftigte sich mit der Regulation der IL-22-Sekretion im Kontext von Sepsis und systemischer Entzündung. Es stellte sich die Frage, inwiefern IL-22 in diesem komplexen klinischen Syndrom der Sepsis nachzuweisen ist. In diesem Zusammenhang zeigte sich, dass sowohl eine generelle T-Zellaktivierung sowie verschiedene Stimuli der angeborenen Immunität, hier im Besonderen ein hitze-inaktiviertes Lysat von Staphylococcus epidermidis, eine vermehrte IL-22-Produktion anre-gen. Eine wichtige Frage ist hier die pharmakologische Beeinflussung der IL-22-Sekretion. Da bei der Therapie einer Sepsis die Behandlung mit niedrig dosierten Glukokortikoiden Erfolg versprechend ist, wurde im Folgenden der Einfluss des klassischen antientzünd-lichen Pharmakons Dexamethason auf die IL-22-Sekretion in PBMC untersucht. Es konnte eindrucksvoll gezeigt werden, dass Dexamethason sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene einen sehr potenten Inhibitor der S. epidermidis-induzierten IL-22-Sekretion darstellt. Um die in vitro-Daten der IL-22-Sekretion nach Immunaktivierung humaner PBMC durch in vivo-Experimente zu ergänzen, wurde ein kürzlich etabliertes Nagermodell der schweren Sepsis mit akutem Verlauf verwendet (CLI; caecum ligation and incision). In diesem Modell ist IL-22 im Vergleich zu unbehandelten Tieren signifikant erhöht. In Über-einstimmung mit den in vitro-Experimenten in humanen PBMC hat die Applikation von Dexamethason im CLI-Modell die Hemmung der IL-22-Produktion zur Folge. Zur Abrun-dung dieser Ergebnisse wurde das Serum von Patienten mit einer Peritonitis-bedingten Sepsis untersucht und es konnte erstmals eindrucksvoll gezeigt werden, dass IL-22 in dieser Patientengruppe signifikant erhöht ist. Zum aktuellen Zeitpunkt ist die Rolle von IL-22 in der Sepsis noch nahezu unbekannt. Daher ist zu klären, wie die eingehend beschriebene IL-22-vermittelte Aktivierung der epithelialen Immunabwehr, die systemische Immunsuppression über die Induktion von IL-10 sowie das proinflammatorische und destruktive Potential von IL-22 in Einklang zu bringen sind.
Die kombinierte Radiochemotherapie erzielt bei vielen Tumorerkrankungen höhere Remissionsraten als eine Monotherapie. Jedoch ist bis heute nicht eindeutig geklärt, ob dieser gesteigerte Effekt auf einer Addition der Wirkungen zweier unabhängiger Einzelbehandlungen beruht, oder ob es sich um einen Synergismus, also eine wechselseitige Verstärkung, handelt. Weiterer Klärungsbedarf besteht beim Einfluß der Reihenfolge und des zeitlichen Abstands zwischen Bestrahlung und Applikation des Chemotherapeutikums auf den Therapieerfolg. Zur Beantwortung dieser Fragen wurden in dieser Arbeit Ehrlich-Aszites-Tumorzellen (EAT) unterschiedlich lange mit 25 nmol/l Paclitaxel inkubiert und mit verschiedenem zeitlichen Abstand entweder vorher oder nachher einmalig mit gamma-Strahlung mit einer Dosis von 2 Gy bestrahlt. Als Vergleichsparameter diente das Überleben der Zellen, das mit dem Makrokolonietest bestimmt wurde. Bei kontinuierlicher Inkubation mit Paclitaxel konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden: * Das Überleben ist bei Inkubation mit Paclitaxel gefolgt von Bestrahlung (P --> B) immer geringer als bei Bestrahlung gefolgt von Inkubation mit Paclitaxel (B --> P). * Das Überleben nimmt mit zunehmendem zeitlichen Abstand bei B --> P zu. * Die Reihenfolge der Applikation ist bis zu einem Abstand von 6 Stunden unerheblich. * Das Überleben nimmt bis zu einem Abstand von 9 Stunden bei P --> B ab, danach steigt es wieder. * Ein Abstand von 9 Stunden zwischen Paclitaxelzugabe und Bestrahlung ist optimal in Bezug auf ein möglichst geringes Überleben. Bei zeitlich begrenzter Inkubation mit Paclitaxel ergaben sich folgende Resultate: * Das Überleben ist bei zeitlich begrenzter Inkubation mit Paclitaxel gefolgt von Bestrahlung (Pw --> B) außer bei einem Abstand und einer Inkubationsdauer von 3 Stunden geringer als bei Bestrahlung gefolgt von zeitlich begrenzter Inkubation mit Paclitaxel (B --> Pw) * Mit zunehmender Inkubationsdauer sinkt das Überleben sowohl bei B --> Pw als auch bei Pw --> B. * Bei einer Inkubationsdauer von 3 und 6 Stunden und einem Abstand von 3 und 6 Stunden ist die Reihenfolge der Verabreichung beider Noxen unerheblich. * Mit zunehmender Inkubationsdauer vergrößert sich der Abstand der Überlebensraten zwischen B --> Pw und Pw --> B. * Bei zeitlich begrenzter Inkubation mit Paclitaxel mit bis zu 12 Stunden wird bei keiner Probe ein so geringes Überleben erreicht wie bei kontinuierlicher Inkubation mit Paclitaxel. Bei kontinuierlicher Inkubation mit Paclitaxel konnten von der Reihenfolge abhängige Überlebensraten verzeichnet werden, die auf einen Synergismus schließen lassen, wenn Paclitaxel vor der Bestrahlung angewandt wird. Der in Kap. 2.3.1 beschriebene Wirkmechanismus von Paclitaxel kann diesen synergistischen Effekt erklären. Bei einem Abstand von 9 Stunden ist dieser Effekt am stärksten ausgeprägt. Des weiteren konnte gezeigt werden, dass Paclitaxel keinen Einfluß auf die Reparaturvorgänge nach Bestrahlung hat. Die Versuche mit zeitlich begrenzter Inkubation mit Paclitaxel lassen darauf schließen, dass die Zellen nach beendeter Disposition das Chemotherapeutikum abbauen oder ausscheiden können. Ebenso läßt sich ein Synergismus nicht eindeutig nachweisen. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit und unter Berücksichtigung der Literatur zu diesem Thema (Kap. 6) muß ein allgemeiner strahlensensibilisierender Effekt des Paclitaxels weiterhin kritisch betrachtet werden, da er neben Konzentration und Inkubationsdauer auch von der Zellart abhängt. Die verwendeten EAT-Zellen zeigen eine erhöhte Strahlenempfindlichkeit durch Paclitaxeleinfluss. Diese Arbeit hat zu drei als zuverlässig einzustufende Kernaussagen geführt: 1) Die Reihenfolge P --> B ist der umgekehrten Reihenfolge klar überlegen. 2) Der optimale zeitliche Abstand liegt bei 9 Stunden. 3) Die kontinuierliche Inkubation erzielt bessere Ergebnisse als die zeitliche begrenzte Inkubation. Überträgt man diese in vitro gewonnen Resultate auf die klinische Praxis, so ließe sich mit 24-Stunden-Infusionen über 5-7 Tage eventuell nicht nur der therapeutische Nutzen gegenüber den derzeit meist verwendeten 1- bis 3-Stunden-Infusionen ein- bis dreimal pro Woche steigern, sondern auch die auftretenden Nebenwirkungen senken.
Das Ziel dieser Arbeit war es, RNA-Strukturen als potentielle Zielstrukturen für die Medikamentenentwicklung zu untersuchen. Hierbei ging es im Speziellen um die Anwendung Virtueller Screening Verfahren für die RNA-Liganden-Vorhersage. Hierzu wurde die als TAR-Motiv (transactivating response element) bekannte RNA-Struktur der mRNAs des HI-Virus ausgewählt. Diese Struktur wurde gewählt, da mit den vier PDB-Einträgen 1ANR, 1ARJ, 1LVJ und 1QD3 bereits experimentell motivierte Strukturmodelle zum Beginn der Untersuchung vorlagen. Ausschlaggebend war hierbei auch das Vorhandensein eines Tat-TAR-FRET-Assays im Rahmen des SFB 579, in welchem diese Arbeit angefertigt wurde. Die Aufmerksamkeit, welche dem HI-Virus im Rahmen der Bekämpfung der Immunschwächekrankheit bereits zukam, führte bei dem gewählten Testmodell ebenfalls zu einem, wenn auch immer noch überschaubaren Datensatz bereits getesteter Substanzen, der als Grundlage für einen Liganden-basierten Ansatz als erste Basis dienen konnte. Basierend auf diesen Voruntersuchungen ergaben sich die weiteren Schritte dieser Arbeit. Die Arbeit lässt sich zusammenfassend in vier zum Teil parallel verlaufende Phasen einteilen: Phase 1:Bestandsaufnahme bekannter Informationen über die Zielstruktur · experimentell bestimmte Zielstrukturen · experimentell bestimmte Liganden/Nichtliganden der Zielstruktur Phase 2: Ableiten eines ligandenbasierten Ansatzes zur Vorhersage von potentiellen Bindern der Zielstruktur aus Substanzbibliotheken, der nicht auf Strukturdaten der Zielstruktur beruht. Phase 3: Analyse der bekannten Konformere der Zielstruktur auf konstante Angriffspunkte für ein spezielles Liganden-Design. Phase 4: Einbinden der bekannten Strukturinformationen der Zielstruktur zur weiteren Verfeinerung der Auswahlverfahren neuer Kandidaten für die weitere experimentelle Bestimmung des Bindeverhaltens. Im Rahmen dieser Arbeit konnten mittels der Anwendung von künstlichen neuronalen Netzen in einem ligandenbasierten Ansatz durch virtuelles Screening der Chemikalien-Datenbanken verschiedener Lieferanten fünf neue potentielle TAR-RNA-Liganden identifiziert werden (drei davon mit einem Methylenaminoguanidyl-Substrukturmotiv), sowie als „Spin-Off“ durch die Anwendung der ursprünglich nur für den Tat-TAR-FRET-Assay vorgesehenen Testsubstanzen in einem Kooperationsprojekt (mittels CFivTT-Assay) zwei neue potentiell antibakterielle Verbindungen identifiziert werden. Die Beschäftigung mit der offensichtlichen Flexibilität der TAR-RNA und damit einer nicht eindeutig zu definierenden Referenz-Zielstruktur für das Liganden-Docking führte zur Erstellung eines Software-Pakets, mit dem flexible Zielstrukturen – basierend auf den Konformer-Datensätzen von MD-Simulationen – auf konstante Angriffspunkte untersucht werden können. Hierbei wurde ausgehend von der Integration eines Taschenvorhersage-Programms (PocketPicker) eine Reihe von Filtern implementiert, die auf den hierzu in einer MySQL-Datenbank abgelegten Strukturinformationen eine Einschränkung des möglichen Taschenraums für das zukünftige Liganden-Design automatisiert vornehmen können. Des Weiteren ermöglicht dieser Ansatz einen einfachen Zugriff auf die einzelnen Konformere und die Möglichkeit Annotationen zu den Konformeren und den daraus abgeleiteten Tascheninformationen hinzuzufügen, so dass diese Informationen für die Erstellung von Liganden-Docking-Versuchen verwendet werden können. Ferner wurden im Rahmen dieser Arbeit ein neuer Deskriptor für die Beschreibung von Taschenoberflächen eingeführt: der auf der „Skalierungs-Index-Methode“ basierende molekulare SIMPrint. Die Beschäftigung mit der Verteilung der potentiellen Bindetaschen auf der Oberfläche der Konformerensemble führte ferner zur Definition der Taschenoberflächenbildungswahrscheinlichkeit (Pocket Surface Generation Probability – PSGP) für einzelne Atome einer Zielstruktur, die tendenziell für die Einschätzung der Ausbildung einer potentiell langlebigen Interaktion eines Liganden mit der Zielstruktur herangezogen werden kann, um beispielsweise Docking-Posen zu bewerten.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der geochemischen und isotopischen Analyse detritischer Zirkonminerale aus rezenten Sedimenten des weit verzweigten Orange- und Vaal River Flusssystems in Südafrika. Zirkone kristallisieren überwiegend aus krustalen Schmelzen und sind äußerst resistent gegenüber jeglicher Zerstörung und damit ein idealer Kandidat zur Rekonstruktion früherer Krustenbildungsprozesse der geologischen Erdgeschichte. Der kombinierte Ansatz der U-Pb Altersdatierung, der Hf Isotopie und der Spurenelementgeochemie mittels Laserablation und des Einsatzes induktiv-gekoppelter Sektorfeld- und Multikollektormassenspektrometer ermöglicht es die krustale Wachstums- und Entwicklungsgeschichte des südafrikanischen Kratons zu erfassen. Die mehr als 1200 U-Pb Analysen der Zirkone weisen 4 tektonische Hauptphasen des südafrikanischen Kontinents nach: 1. die Panafrikanische Orogenese (0.5-0.7 Ga), 2. das Namaqua-Natal Faltengürtelorogen (1.0-1.3 Ga), 3. die Kheis Orogenese (1.8-2.0 Ga) und 4. die westliche Kaapvaal-Kratonisierung (2.9-3.2 Ga). Allerdings zeigt sich, dass die 13 Probenlokationen überwiegend lokale bzw. regionale U-Pb Altersdaten ihrer umgebenden Herkunftsgebiete liefern. Die Hf Isotopie der Zirkone der verschiedenen tektonischen Hauptphasen Südafrikas stellen ihre differenzierte Akkretions- und Aufschmelzungsgeschichte dar. Die panafrikanischen Zirkone zeigen eine ausgeprägte Durchmischung von juvenilem und recyceltem Material. Die mesoproterozoischen (Namaquan) Zirkone entstanden aus juvenilem Magma während eines Inselbogen-Kontinent-Kollisionsereignisses. Die paläoproterozoischen und archaischen Zirkone sind Produkte von aufgeschmolzener prä-existierender kontinentaler Kruste oder vom Mantel abstammende Schmelzen, die durch kontinentale Kruste kontaminiert wurden. Die berechneten Hf Modellalter, so genannte „Mantelextraktionsalter" ergeben zwei Maxima, die zwei Stadien juvenilem Krustenwachstums einschließen, einmal vor 1.4 und 3.2 Ga. Dieses krustale Wachstum zeigt eine Übereinstimmung mit den progressiv episodischen Modellen von Nagler & Kramers (1998) sowie Condie (2000) mit Höhepunkten zwischen 3.0 und 2.0 Ga sowie den Studien von Wang et al. (2008) mit krustalen Wachstumsperioden von 1.6 bis 2.2 und 2.9 bis 3.4 Ga auf dem Nordamerikanischen Kontinent und auf dem Gondwana-Kontinent (Australien) von Hawkesworth & Kemp 2006) und implizieren wohl ein globales kontinentales Krustenwachstum. Die Abgrenzung und Wiedererkennung der Zirkone anhand der chemischen Zusammensetzung zu möglichen Muttergesteinen zeigen noch keine viel versprechenden Ergebnisse. Generell weisen die Zirkone eine magmatische granitoide Zusammensetzung kontinentalen Ursprungs auf. Eine Auffälligkeit stellen die erhöhten Spuren- und leichten Seltenenerdelemente in Zirkonen jeglicher Altersklassen dar. Nachfolgende Arbeiten müssen zeigen, wie und ob diese Anreicherungen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung, die U-Pb Datierung und vor allem die Hf-Isotopie der Zirkone haben.
Die Dissertation möchte einen kritischen Blick auf die Interkulturelle Pädagogik in Deutschland werfen. Nach einer Auseinandersetzung mit den Inhalten des Fachgebietes folgt eine soziologische und psychologische Herangehensweise, die das Ziel verfolgt, einen erweiterten Blick auf die Thematik interkultureller Inhalte zu richten. Anschliessend werden verschiedene Theatertechniken und -projekte vorgestellt, die beispielhaft zeigen sollen wie die Absichten der Interkulturellen Pädagogik in die Gesellschaft transferiert werden können.
Die trimeren P2X–Rezeptoren sind nicht–selektive Kationenkanäle, die durch Adenosintriphosphat (ATP) aktiviert werden. Es gibt sieben Untereinheiten (P2X1–7). P2X–Rezeptoren sind in nahezu jedem Gewebe exprimiert und dort an den verschiedensten physiologischen Vorgängen beteiligt. Neben den „Cys–Loop“–Rezeptoren und den ionotropen Glutamat–Rezeptoren stellen die P2X–Rezeptoren eine eigenständige Familie von Neurotransmitter–gesteuerten Rezeptoren dar. Eine Untereinheit der trimeren P2X–Rezeptoren besteht aus den intrazellulären N– und C–Termini und zwei Transmembrandomänen, die über eine große extrazelluläre Domäne verbunden sind. Da weder ein P2X–homologes lösliches Protein für Kristallisationsstudien noch ein Gewebe zur Aufreinigung großer Mengen von P2X–Rezeptorprotein zur Verfügung steht, stützen sich Struktur–Funktions–Studien auf einzelpunktmutierte Rezeptoren in heterologen Expressionsystemen. Einige Aminosäuren, die bei Austausch gegen Alanin eine deutliche Verschiebung der Dosis–Wirkungs–Kurve von ATP bewirken und von denen daher vermutet wird, dass sie an der Agonisten–Bindung beteiligt sind, wurden bereits identifiziert. Ob sich die Agonisten–Bindungstasche der P2X–Rezeptoren zwischen zwei Untereinheiten, wie bei den nikotinischen Acetylcholin–Rezeptoren, oder innerhalb einer Untereinheit, vergleichbar mit den ionotropen Glutamat–Rezeptoren, befindet, ist weitgehend ungeklärt. Um die Lokalisation der ATP–Bindungstasche zu bestimmen, wurden, basierend auf vorhandener Literatur, potenziell an der ATP–Bindung beteiligte Aminosäuren des P2X1–Rezeptors durch zielgerichtete Mutagenese gegen Cysteine ausgetauscht und die P2X–Rezeptormutanen in Xenopus laevis–Oozyten exprimiert. Das Ziel dabei war, quervernetzte Cystein–Mutanten durch Disulfidbrückenbildung zwischen den substituierten Cysteinen zu identifizieren und so die Distanz von Aminosäure–Seitenketten, die an der Agonisten–Bindung beteiligt sind, zu bestimmen. Für die biochemischen Untersuchungen wurden entweder alle neu gebildeten Proteine der Oozyten metabolisch durch Inkubation mit radioaktivem [35S]–Methionin oder selektiv die Plasmamembran– ständigen Proteine mit Sulfo–NHS–Fluoreszenz–Farbstoffen markiert. Die Rezeptormutanten wurden affinitätschromatographisch über ein N–terminales Hexahystidyl–Motiv unter nicht–denaturierenden Bedingungen aufgereinigt und mit nicht–reduzierender SDS–Polyacrylamid–Gelelektrophorese (PAGE) auf Expression sowie mit Blauer–Nativer–PAGE auf korrekte Trimerisierung überprüft. Darüber hinaus wurden homologe Cystein–Substitutionen einer P2X2–1–Chimäre, welche dieselben Bindungseigenschaften des P2X1–Rezeptors besitzt, mittels der Zwei–Elektroden–Spannungsklemme charakterisiert (TEVC). Die Koexpression der verschiedenen P2X–Mutanten ergab eine spontane Quervernetzung über Disulfidbrücken zwischen den P2X1 K68C– und F291C–Mutanten, die in nicht–reduzierenden SDS–PAGE–Gelen über eine Dimerbildung nachgewiesen werden konnte. Dies deutet auf eine geringe Distanz zwischen diesen Cystein–substituierten Aminosäuren hin. Die Ausbildung der Disulfidbrücke konnte nach Reduktion der Quervernetzung während der Aufreinigung und durch Zugabe von ATP verhindert werden. In funktionellen Studien der P2X2–1 K68C/F291C–Doppelmutante war es entsprechend möglich die Disulfidbrücke reversibel zu reduzierenden. In den Mutantenkanäle exprimierenden Xenopus–Oozyten wurde der geringe Rezeptorstrom durch Reduktion mit DTT ca. 60fach potenziert und dadurch überhaupt messbar gemacht. Die Reoxidation durch H2O2 wurde wie in den biochemischen Experimenten in Anwesenheit von ATP ebenfalls verhindert. Da die Aminosäuren K68 und F291 des P2X1–Rezeptors möglicherweise an der Agonisten–Bindung beteiligt sind, sind diese Ergebnisse die ersten direkten experimentellen Hinweise auf die Aposition von Domänen benachbarter Untereinheiten, die an der Agonisten–Bindung beteiligt sind. Demnach befindet sich die ATP–Bindungstasche an der Grenzfläche zwischen zwei Untereinheiten der P2X–Rezeptoren. Die Koexpression homologer Cystein–substituierter P2X2–, P2X3– und P2X4–Rezeptoren zeigte analog zu den P2X1–Experimenten eine spontane Dimerisierung der P2X2 K69C– und F289C–Mutanten. Eine mäßige Quervernetzung von zwei Untereinheiten der P2X3 K63C– und F280C– sowie der P2X4 K67C– und F294C–Mutanten konnte nach Anwendung einer ca. 0,5 nm langen Cystein–spezifischen quervernetzenden Substanz erreicht werden. Die paarweise Kombination der P2X1–, P2X2–, P2X3–und P2X4–Cystein–Mutanten zeigte selbst nach Anwendung quervernetzender Substanzen nur in der Kombination von P2X1–K68C und P2X2–F289C eine Quervernetzung von zwei unterschiedlichen Untereinheiten eines heteromeren P2X1/2–Rezeptors. Diese Kombination konnte in elektrophysiologischen Messungen durch Reduktion der Disulfidbrücke spezifisch messbar gemacht und somit die Heteromerisierung dieser Untereinheiten eindeutig aufgezeigt werden. Zusammenfassend deutet die geringe Distanz der an der Quervernetzung beteiligten Cystein–Mutationen der P2X1–, P2X2– und homomeren P2X1/2–Rezeptoren auf ein konserviertes strukturelles Motiv dieser P2X–Subtypen hin, welches in P2X3– und P2X4–Rezeptoren nicht konserviert zu sein scheint. Diese Ergebnisse liefern wichtige Hinweise auf die generelle Struktur der P2X–Rezeptoren und werden maßgeblich zur Interpretation einer zukünftigen Kristallstruktur beitragen.
Der Behandlungserfolg maligner Erkrankungen mit konventionellen Chemotherapeutika wird durch hohe Morbiditäts- und Mortalitätsraten infolge schwerer Nebenwirkungen aufgrund der unselektiven Wirkung auf den proliferierenden Zellpool und durch zunehmende Resistenzentwicklungen gegen das jeweils eingesetzte Therapeutikum limitiert. Zusätzlich wirken konventionelle Chemotherapeutika bei niedrig-malignen Tumoren mit geringer Proliferationsrate nur unzureichend. Intensive Forschungen beschäftigen sich deshalb mit der Entwicklung spezifischer Therapeutika, die ausschließlich den entarteten Zellklon angreifen, indem sie den zur Transformation der Zelle führenden molekularen Mechanismus, der zur Störung der Induktion oder des Ablauf des programmierten Zelltodes (Apoptose) oder zur gesteigerten Zellprogression führt, gezielt antagonisieren. SRC-Kinase-Inhibitoren gehören zu diesen innovativen Substanzen der so genannten „Molecular Targeted Therapy“. Sie hemmen selektiv SRC-Kinasen, die zur Gruppe der intrazellulären Nicht-Rezeptor-Tyrosinkinasen zählen und an der Pathogenese verschiedener malignen Erkrankungen beteiligt sind. Ihr antiproliferatives Potential konnte in vitro sowohl in der Therapie solider Tumoren, als auch der CML und CLL nachgewiesen werden. In dieser Dissertation wurde gezeigt, dass die neuen SRC-Kinase-Inhibitoren AZD0424, AZD0530 und AZM559756 bei Einsatz mikromolarer Konzentrationen in der Lage sind, in Bcr-Abl-, c-Kit- und PDGF-negativen B-Zell-Lymphomzelllinien Apoptose zu induzieren und die Zellprogression durch Beeinflussung des Zellzykluses zu unterdrücken. Dabei erwies sich die Substanz AZD0424 als der am stärksten wirksame Apoptose-Induktor. Durch umfangreiche Untersuchungen der Responder- (DOHH-2 und WSU-NHL) und Nonresponderzellen (Jurkat und Raji) zur Apoptosekaskade konnten die Schlüsselmoleküle des durch die neuen SRC-Kinase-Inhibitoren induzierten programmierten Zelltodes identifiziert werden. So lies sich die Aktivierung des extrinsischen und intrinsischen Apoptoseweges nachweisen. In Responderzellen erfolgten eine Aktivierung von Initiator- (-8 und -9) und Exekutorcaspasen (-3, -6 und -7), die Zerstörung des mitochondrialen Membranpotentials sowie die Spaltung von Bid, Rb und PARP. Des Weiteren konnten in den Responderzellen eine Downregulation von antiapoptotischen Bcl-xl und eine Downregulation der Apoptoseinhibitoren Survivin, cIAP-1 und c-Flip als apoptosevorantreibene Schritte identifiziert werden. Ebenso lies sich ausschließlich in den behandelten Responderzellen eine Downregulation der c-Abl-Kinase und eine Verminderung der Akt-Phosphorylierung nachweisen. Die Untersuchung der basalen Expression der SRC-Kinasen in den getesteten Lymphomzelllinien bestätigte, dass SRC-Kinasen in unterschiedlichen malignen Erkrankungen fehlgesteuert sind und sich durch ein vom Normalzustand abweichendes Expressionsmuster auszeichnen. Des Weiteren konnten Lyn, Fyn und Lck als Haupteffektor-SRC-Kinasen der neuen SRC-Kinase-Inhibitoren identifiziert werden: so lies sich in allen behandelten Zellen eine Downregulation der SRC-Kinase Lck sowie der phosphorylierten Isoformen p-Lck-Tyr505 und p-Lyn-Tyr507 nachweisen. Durch vergleichende Western Blot Analysen zwischen Responder- und Nonresponderzelllinien gelang es, Charakteristika der Zellen zu identifizieren, die Erklärungen für das unterschiedliche Ansprechen der Zellen auf SRC-Kinase-Inhibitoren anbieten. So wurde gezeigt, dass sich Responderzellen im Gegensatz zu Nonresponderzellen durch eine deutlich geringere c-Myc Expression auszeichnen. Somit deckt diese Arbeit die molekularen Mechanismen der durch SRC-Kinase-Inhibitoren induzierten Apoptosekaskade in B-Zell-Lymphomzellen auf, zeigt wesentliche Schlüsselmoleküle der SRC-vermittelten intrazellulären Signaltransduktion auf, die letztendlich zur Initiierung des programmierten Zelltodes und der Inhibition der Zellzyklusprogression führen und identifiziert entscheidende, für das Ansprechend der Zellen verantwortliche Proteine. Zusammenfassend konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass die neuen SRC-Kinase- Inhibitoren großes antiproliferatives Potential in B-Zell-Lymphomzellen besitzen. Damit stellen sie eine neue, aussichtsreiche Therapieoption in der Behandlung der Lymphomerkrankungen dar. Insbesondere für die Therapie der niedrig-malignen Non-Hodgkin-Lymphome, für die es trotz zahlreicher Forschungsbestrebungen bis heute keine kurativen Behandlungsmöglichkeiten gibt, könnten mit diesen Substanzen verbesserte Heilungschancen erzielt werden. Durch die Aufdeckung der molekularen Mechanismen der durch SRC-Kinase-Inhibitoren induzierten Apoptose, die sich in der Tat von denen der konventionellen Zytostatika unterscheiden, ergibt sich ferner die Möglichkeit, durch eine Kombination beider Chemotherapeutika synergistische Erfolge in der Behandlung maligner Erkrankungen zu erreichen. So könnten zum einen durch Einsatz niedriger Wirkstoffdosen die Nebenwirkungen für den Patienten reduziert werden. Zum anderen könnten mittels der neuen SRC-Kinase-Inhibitoren Resistenzen gegen konventionelle Zytostatika überwunden werden. Somit liefert diese Arbeit wesentliche Grundlagen für weitere, aussichtsreiche in vivo Untersuchungen der SRC-Kinase-Inhibitoren bezüglich einer Optimierung der Therapie der Lymphomerkrankungen.
Die Einführung von Imatinib hat die Behandlung der CML revolutioniert, leider wird die Wirksamkeit dieses Medikaments überschattet durch das Vorkommen von primären und sekundären Resistenzen, welches Gegenstand vieler laufender Studien ist. Wir haben untersucht ob ein Mangel an einer aktiven Tyrosinphosphatase, der PTP-1B, Ursache einer solchen Resistenz gegen Imatinib in bcr-abl positiven Zellen sein kann. Zu diesem Zweck konstruierten wir eine Substratfalle, die einerseits in der Lage ist PTP-1B zu binden, allerdings keine/ kaum katalytische Aktivität besitzt. Eine solche dominant-negative Mutante wurde in K562 Zellen kloniert und mit einem überexprimierendem Klon hinsichtlich CML-prägenden Veränderungen (Differenzierungsverhalten mittels FACS-Analysen, veränderte Signaltransduktion mittels Western Blot und Wachstumsverhalten mittels Zellzahlbestimmung, etc...) untersucht. Hiernach konnten wir zeigen, dass ein Mangel an aktiver PTP-1B zu einer Resistenz gegen Imatinib in bcr-abl positiven Zellen führt.
Die Lyme-Borreliose stellt in Deutschland mit ca. 60.000 Neuinfektionen pro Jahr die am häufigsten durch Zecken übertragene Zoonose beim Menschen dar. Obwohl adäquat antibiotisch therapiert, konnte in wenigen Fällen bei Patienten mit Erythema migrans eine persistierende Borrelieninfektion nachgewiesen werden. Die zugrunde liegenden Mechanismen einer möglichen Antibiotikaresistenz sind jedoch nur unzureichend untersucht. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde daher der Frage nachgegangen, ob und wie B. burgdorferi der inhibitorischen Wirkung von Antibiotika entgehen. Basierend auf einer vergleichenden Proteomanalyse von antibiotisch behandelten und unbehandelten Borrelienzellen, sollten Unterschiede in den Proteinsignaturen einzelner Moleküle, als Ausdruck einer koordinierten Abwehrreaktion aufgezeigt werden. Die unter subinhibitorischen Antibiotikakonzentrationen inkubierten Borrelienzellen wiesen mikroskopisch keine morphologischen Veränderungen auf. Gleichermaßen konnten keine signifikanten Unterschiede in der Proteinexpression nachgewiesen werden. Sichtbare, strukturelle Veränderungen liessen sich erst in Gegenwart von 0,5mg/l bis 1mg/l Penicillin bzw. Doxycyclin nachweisen, was der MHK beider Antibiotika entsprach. Die unter identischen Bedingungen durchgeführte Proteomanalyse ergab eine deutliche Veränderung bei 14 Proteinen der mit Penicillin-behandelten Borrelienzellen und 5 Proteinen der mit Doxycyclin-behandelten Borrelienzellen. Mit Ausnahme eines einzelnen Proteins waren alle anderen Moleküle durch eine signifikante Repression gekennzeichnet. Interessanterweise wurde die Expression bei drei Proteinen sowohl von Penicillin als auch von Doxycyclin beeinflusst. Mittels massenspektrometrischer Analyse (MALDI-TOF-MS) konnten insgesamt 9 zytoplasmatische Proteine und ein membranständiges, porenbildendes Protein (p66) eindeutig identifiziert werden. Von den im Zytoplasma lokalisierten Proteinen besitzen vier Proteine als Isomerasen, Transferasen, bzw. Kinasen enzymatische Aktivität und ein Protein (FtsZ) ist bei der Zellteilung beteiligt. Die Ergebnisse dieser Studie lassen vermuten, dass Borrelien auf Penicillin und Doxycyclin mit einem koordinierten Regulations- bzw. Abwehrmechanismus reagieren, der in unterschiedliche Stoffwechselprozesse eingreift. Inwieweit dieser Antibiotika-induzierte Prozess als Stressantwort zu deuten ist oder Teil eines Resistenzmechanismus darstellt, sollte Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein.
Die Hyperhomocysteinämie ist in zahlreichen Untersuchungen als Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen beschrieben worden. Lebertransplantierte Patienten weisen im Mittel zu 50-70% einen erhöhten Homocysteinspiegel auf. Aufgrund der immunsuppressiven Therapie steigt bei diesen Patienten zudem das Risiko für Hypertonien, Diabetes, Malignome, kardiovaskuläre Erkrankungen und Hyperlipidämien. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Veränderungen des Serumhomocysteinspiegels nach achtwöchiger Einnahmezeit von Folsäure oder LMTHF placebokontrolliert, in einer randomisierten Doppelblindstudie zu untersuchen. Die zu Beginn erhobenen Laborparameter der drei Patientengruppen (L-MTHF, Folsäure und Placebo) wiesen keinerlei signifikante Unterschiede auf. Nach achtwöchiger Einnahmezeit konnte in der L-MTHF-Gruppe eine signifikante Reduzierung des Serumhomocysteinspiegels um 37% beobachtet werden. In der Folsäure-Gruppe kam es acht Wochen nach Studienbeginn zu einer nicht signifikanten Abnahme um 24% des Ausgangswertes. Der Spiegel der Placebo-Gruppe blieb weitgehend unverändert. Zwei Wochen nach Absetzen der Studienmedikation (Woche 10, Auswaschphase) lag der Serumhomocysteinwert der L-MTHF-Gruppe verglichen mit der Folsäure- und Placebo-Gruppe immer noch am niedrigsten. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass bei Patienten nach Lebertransplantation, L-MTHF im Vergleich zu Folsäure zu einer effektiveren Senkung des Serumhomocysteinspiegels führt. Ob die dauerhafte Einnahme von L-MTHF vor dem Hintergrund des Risikofaktors „Hyperhomocysteinämie“ auch prospektiv die Gefahr der mit ihr assoziierten Erkrankungen verringert, muss in weiteren grösser angelegten Studien untersucht werden.
Poly(pyrazol-1-yl)borate, die sogenannten Skorpionate, repräsentieren eine der etabliertesten Ligandenklassen in der Koordinationschemie und finden aufgrund ihrer Vielseitigkeit zahlreiche Anwendungen. In den letzten Jahren hat sich ein besonderes Interesse an Bis- und Tris(pyrazol-1-yl)boratliganden entwickelt, die mehrere Skorpionateinheiten im selben Molekül vereinen und dadurch kooperative Effekte zwischen den Metallionen fördern. Diese Liganden können sowohl Einsatz in der homogenen Katalyse als auch in den Materialwissenschaften finden. Die bisher in unserer Arbeitsgruppe entwickelten ditopen Bis(pyrazol-1-yl)borate des Typs L (Abb. 3.1) weisen allerdings eine recht hohe Hydrolyseempfindlichkeit auf, deren Ursache wahrscheinlich im elektronenschiebenden Charakter und der Raumerfüllung der Alkylsubstituenten begründet liegt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher zunächst die ditopen Skorpionatliganden M2[3] und M2[6] mit Phenyl- und Pentafluorphenylsubstituenten dargestellt, die in darauf folgenden Hydrolysestudien eine im Vergleich zu L erheblich höhere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit zeigten. Die Umsetzungen der Liganden Li2[Lpara] (Dissertation Dr. Susanne Bieller; Frankfurt 2005) und Li2[6] mit MnII-chlorid verdeutlichten, dass sich das C6F5-substituierte Heteroskorpionat auch in Bezug auf sein koordinationschemisches Verhalten vom tertButyl-substituierten Liganden unterscheidet. Während Li2[Lpara] mit MnCl2 zu einem chlorid-überbrückten, makrozyklischen, dinuklearen Mangankomplex reagiert, wird mit Li2[6] das in Abb. 3.2 dargestellte Koordinationspolymer {(MnCl2)2(Li(THF)3)2[6]}∞ erhalten. Die Ladung der anionischen Polymerkette wird durch Lithium-Gegenionen ausgeglichen. Um die Bildung von diskreten Komplexen einerseits bzw. von Koordinationspolymeren andererseits gezielt steuern zu können, wurden die mit sterisch anspruchsvollen Pyrazolylsubstituenten versehenen Liganden M2[4], M2[5] und M2[7] (Abb. 3.1) dargestellt. Im Zuge der Kristallisation von Li2[4] zeigte sich, dass diese Verbindung eine hohe Affinität für Chloridionen besitzt. Auch in Anwesenheit eines Überschusses Kronenether führen Spuren des Halogenids zur Ausbildung des in Abb 3.3 gezeigten dinuklearen, chloridverbrückten Lithiumkomplexes Li2Cl[4]. Die ausgeprägte Komplexbildungstendenz lässt Li2Cl[4] im Hinblick auf die Entwicklung von Anionenrezeptoren interessant erscheinen. Komplexe, in denen zwei Metallionen durch zwei Heteroskorpionatliganden in eine makrozyklische Struktur eingebunden werden (Tmeta/para in Abb. 3.4), konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht isoliert werden. Ein Hinweis, warum dieses Strukturmotiv ungünstig sein könnte, wurde durch die Charakterisierung des auf einem partiell hydrolysierten Derivat von Li2[Lpara] beruhenden CoII-Makrozyklus Co2[23]2 erhalten. Die Analyse der Strukturparameter dieser Verbindung deutet an, dass die Bildung eines Makrozyklus im Fallder unhydrolysierten Heteroskorpionate aufgrund sterischer Wechselwirkungen zwischen den Pyrazolylringen und der Phenylenbrücke benachteiligt sein sollte. Obwohl zwischen Aryl- und Alkyl-basierte n Heteroskorpionaten erhebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Neigung zur hydrolytischen Zersetzung erkennbar sind, zeigen beide Ligandentypen ähnliche Labilitäten gegenüber der stark Lewis-aziden Verbindung Brommanganpentacarbonyl. Die Reaktionen von Li2[Lpara], Li2[3] und Li2[6] mit Mn(CO)5Br führten zur Spaltung von B-N-Bindungen, die in allen drei Fällen durch Kristallisation des in Abb. 3.5 gezeigten, pyrazolid-verbrückten MnI-Carbonylkomplexes 21 dokumentiert werden konnte. Im Gegensatz zu den Heteroskorpionatliganden zeigen oligotope phenylenverknüpfte Homoskorpionate keine Tendenz, sich unter dem Einfluss von Mn(CO)5Br zu zersetzen. Reaktionen der di- und tritopen Tris(pyrazol-1-yl)borate Li2[15], Li2[16] und Li3[18] lieferten die in Abb. 3.6 dargestellten Mangantricarbonylkomplexe (Mn(CO)3)2[15], (Mn(CO)3)2[16] und (Mn(CO)3)3[18] in guten Ausbeuten. Neben der Darstellung dieser, für materialwissenschaftliche Fragestellungen (Koordinationspolymere, Metallorganische Netzwerke) interessanten Liganden, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit auch der Frage nachgegangen, ob die Verknüpfung zweier Heteroskorpionateinheiten Auswirkungen auf die katalytische Aktivität entsprechender Rhodium-Cyclooctadien-Komplexe in der Polymerisation von Phenylacetylen hat. Sterisch anspruchsvolle Pyrazolylsubstituenten tragende monotope Rhodium-Cyclooctadien- Skorpionatkomplexe konnten in dieser Reaktion bereits erfolgreich als Katalysatoren eingesetzt werden und lieferten regioselektiv cis-transoid-verknüpftes Poly(phenylacetylen). Zunächst wurden die in Abb. 3.7 dargestellten Rhodiumkomplexe (Rh(cod))2[3] und (Rh(cod))2[6] von Bis(pyrazol-1-yl)boraten, die keine sterisch anspruchsvollen Pyrazolylsubstituenten tragen, synthetisiert. Ähnlich wie der analoge einkernige Komplex Rh(cod)[H2Bpz2 ] zeigten (Rh(cod))2[3] und (Rh(cod))2[6] keinerlei katalytische Aktivität. Daher sollten im Anschluss die mit Phenylpyrazolylgruppen ausgestatteten Derivate (Rh(cod))2[5] und (Rh(cod))2[7] synthetisiert und im katalytischen Prozess eingesetzt werden. Im Verlauf dieser Experimente stellte sich heraus, dass die Reaktionen der Alkalimetallskorpionate Li2[5] und K2[7] mit (Rh(Cl)(cod))2 nicht zu den Zielverbindungen, sondern zur Zersetzung der Ligandgerüste führen. In beiden Fällen konnte das Abbauprodukt 22 isoliert werden (Abb. 3.8). Weitere Untersuchungen ergaben, dass 22 in der Lage ist, Phenylacetylen in guten Ausbeuten und regioselektiv (cis-transoid-verknüpftes Poly(phenylacetylen)) zu polymerisieren. 22 stellt somit ein gut zugängliches und leicht zu modifizierendes Katalysatorsystem dar, dessen Optimierung Thema zukünftiger Untersuchungen sein wird.
Die Onkogenese geht mit einer Deregulation des Zellzyklus einher. Dabei spielt unter anderem die Regulation verschiedener krebsrelevanter Transkriptionsfaktoren eine wichtige Rolle. Ein Interaktionspartner und Regulator vieler dieser Faktoren ist das LIM-only Protein FHL2. Es ist bereits bekannt, dass sich der FHL2-Status zwischen normalen und entarteten Zellen in allen bisher untersuchten Geweben unterscheidet. Im Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass dies auch im Brustgewebe der Fall ist. FHL2 wird in fast allen aggressiven Mammakarzinomen überexprimiert, nicht aber im Normalgewebe und nur schwach in nicht-invasiven "DCIS". Dies weist darauf hin, dass die FHL2-Menge mit der Aggressivität des Tumors korreliert. Weiterhin konnte hier zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass FHL2 in die Zellzyklusregulation involviert ist. Am G1/S-Übergang kann FHL2 die Cyclin D1-Expression induzieren, was letztendlich zu einer Phosphorylierung des RB-Proteins und zum Eintreten der Zelle in die S-Phase führt. Wichtiger aber ist die hier gezeigte FHL2-abhängige Induktion von p21CIP/WAF, ein Zellzyklusinhibitor, der unter anderem auch in der G2/M-Kontrollpunkregulation involviert ist und normalerweise über p53 reguliert wird. Diese Induktion resultiert dort in einem verlangsamten Kontrollpunktübergang, wogegen eine Reduktion des FHL2-Gehalts einen beschleunigten G2/M-Übergang zur Folge hat. Zusätzlich zeigten Expressionsanalysen mit synchronisierten Brustkrebszellextrakten dass FHL2 zellzyklusabhängig exprimiert wird, mit einem Maximum am G2/M-Kontrollpunkt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die p21-Expression in den hier verwendeten Brustkrebszelllinien p53-unabhängig ist und ausschließlich von FHL2 abhängt. Hierbei wird die FHL2-abhängige p21 Expression wahrscheinlich über die Aktivierung des c-jun-Transkriptionsfaktors im MAPK-Signaltransduktionsweg induziert. In vivo und in vitro Interaktionsstudien haben eine Interaktion von FHL2 mit c-jun gezeigt, wobei die Interaktion über die ersten beiden LIM-Domänen vermittelt wird. Der FHL2-c-jun-Komplex bindet an die AP-1-Sequenz innerhalb des p21-Promotors und induziert dadurch p21. Dies führt zu einer Inhibition verschiedener CDE/CHR-regulierter Proteine wie CDC25C oder Plk1 und zu einer verzögerten Zellzyklusprogression. In diesem Zusammenhang konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass die FHL2-Expression nicht nur zu einer verlangsamten Proliferation führt, sondern auch zur Fähigkeit der Zelle zum zellmatrixunabhängigen Wachstum beisteuert. Es scheint auf den ersten Blick widersprüchlich, dass FHL2 für einen intakten G2/M-Kontrollpunkt und eine geringere Proliferationsrate sorgt, gleichzeitig aber zur Tumorentwicklung beiträgt. Es ist allerdings bekannt, dass Tumore ihr Wachstum verlangsamen bevor sie metastasieren. Auch führt ein erhöhter p21-Gehalt im Cytosol zu einer Inhibition der Apoptose, einer weiteren Eigenschaft von Tumoren. FHL2 ist daher ein signifikanter Faktor in der Onkogenese des Mammakarzinoms und aufgrund der differentiellen Expression in vielen Tumoren ein interessantes Ziel für Krebstherapien.
Ferrocenbasierte Polymere stellen interessante Verbindungen dar. Sie weisen herausragende optische und/oder elektronische Eigenschaften auf, die sich auf die redoxaktiven Eisenionen sowie die kooperativen Effekte entlang des Polymerstrangs zurückführen lassen. Befindet sich Ferrocen in der Hauptkette und sind die Ferrocenbausteine jeweils über ein einzelnes Atom miteinander verbunden, so ist dieses Brückenelement maßgebend für die substanzspezifischen Merkmale des Makromoleküls. Während bereits effiziente Syntheserouten bekannt sind, auf denen sich Atome der Gruppen 14 bis 16 in die Brücke einführen lassen, bereitet die Synthese borverbrückter Poly(ferrocenylene) große Schwierigkeiten. Gerade diese Stoffklasse wäre aber besonders attraktiv, da Boratome sowohl dreifach als auch vierfach koordiniert vorliegen können und über diese Eigenschaft das Ausmaß der elektronischen Wechselwirkungen entlang des Polymerrückgrats ebenso wie die Struktur des Makromoleküls gezielt beeinflussbar ist. Vor diesem Hintergrund galt es im Rahmen der vorliegenden Arbeit, chemisch stabile Poly(ferrocenylene) mit tetrakoordinierten anionischen Boratbrücken darzustellen. Als Grundlage diente die Adduktbildung zwischen lewissauren 1 ,1'-fc(BRz)zDerivaten und dem lewisbasischen doppelt deprotonierten Ferrocen 1,1 '-fcLi2 x 2/3 TMEDA. Frühere Untersuchungen an BMez-verbrückten di- (35) und tri nuklearen (36) Ferrocenkomplexen haben gezeigt, dass diese Verbindungen extrem empfindlich gegenüber Luft und Feuchtigkeit sind. Auch mussten cyclovoltammetrische Messungen an 35 bzw. 36 bei tiefen Temperaturen (-78 Oe) durchgeführt werden, um zu verhindern, dass es zu einer Zersetzung der Moleküle im Zuge der Fe{fI)Oxidation kam. Im Rahmen dieser Arbeit sind Systeme dargestellt worden, bei denen die labilen BMe2-Gruppen durch BPh2- bzw. Borafluorenylbrücken ersetzt sind. An mononuklearen Verbindungen konnten (Diphenylboryl)ferrocen 57, 1, 1'MBis(diphenylboryl) ferrocen 58 und 9-Ferrocenyl-9-borafluoren 61 isoliert und voIlständig charakterisiert werden (Abb. 53). ....
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Eignung von Pseudorezeptoren im virtuellen Screening untersucht. Hierzu wurde nach intensiver Auseinandersetzung mit bisher bekannten Konzepten ein neues Computerprogramm zur automatischen Konstruktion von Pseudorezeptormodellen entwickelt. Das Ziel von Pseudorezeptoren ist die Konstruktion eines alternativen, artifiziellen Wirtssystems aus bekannten Liganden eines Zielproteins, dessen dreidimensionale Struktur unbekannt ist. Der generierte Pseudorezeptor ist zu verstehen als die Menge aller Pseudoatome, die um die Ausgangssubstanz(en) projiziert werden. Bei multiplen Referenzliganden wird eine Gewichtung der Pseudoatome durchgeführt. Zudem wird ausschließlich von Distanz- und Winkelparametern Gebrauch gemacht, die aus Untersuchungen von Kokristall-strukturen gewonnenen wurden. Eine abschließende Kodierung generierter Pseudorezeptoren als 90-dimensionalen Korrelationsvektor wurde zum virtuellen Screening eingesetzt. In zwei retrospektiven Fallbeispielen wird gezeigt, dass die generierten Pseudorezeptoren für COX-2 und PPARα mit den realen Zuständen ihrer kokristallisierten Bindetaschen in den PDB Einträge 6cox und 2p54 kompatibel sind. Im retrospektiven virtuellen Screening in der Wirkstoffdatenbank COBRA (8.311 Moleküle) nach COX-2 Inhibitoren (136 Aktive) konnte eine Anreicherung der aktiven Strukturen in den ersten zwei Perzentilen gezeigt werden (54% der Aktiven). Zudem konnten 80% der aktiven Moleküle bereits nach Vorhersage von 10% Falsch-Positiven gefunden werden. Im Falle des retrospektiven Screenings nach 94 PPAR Liganden konnten 30% der aktiven Moleküle nach der Vorhersage von 10% Falsch-Positiven entdeckt. Nach 20% Falsch-Positiver wurden 46% der PPAR Liganden wieder gefunden. Weiterhin konnte mit den ligandenbasierten Informationen eines H4 Pseudorezeptors eine Justierung einer potentiellen Bindetasche des Histamin H4 Rezeptors aus einer molekularen Dynamiksimulation vorgenommen werden. Schließlich wurde in einem prospektiven virtuellen Screening nach Histamin H4 Liganden mit einem Pseudorezeptor zwei Strukturen mit unterschiedlichem Grundgerüst und einem Ki ~ 30 µM identifiziert.
Azidothymidin (AZT) wird seit Jahren zur Behandlung der HIV-Infektion im Rahmen von Kombinationstherapien verwendet. Unklar ist, ob Unverträglichkeiten oder Therapieversagen unter AZT auf zu hohe bzw. zu niedrige Medikamenten-konzentrationen im Körper der Behandelten zurückgeführt werden können. Untersuchungen der AZT Serum- und Urinkonzentrationen erfassen nur kurze Zeitfenster. Der Nachweis von Substanzen im Haar erlaubt dagegen die Beurteilung der mittleren Substanzkonzentrationen über längere Zeiträume. Es sollte geklärt werden, ob AZT ins menschliche Haar eingebaut wird und ob damit ein besseres Therapiemonitoring möglich ist. Hierzu wurden die Haare und der Urin von mit AZT behandelten HIV-positiven Patienten untersucht. Die Haare wurden entweder mittel Epilation gewonnen oder post mortem asserviert. In 320 Experimenten wurden zahlreiche Präparationsmethoden sowie chromatographische Verfahren (Flüssig-Flüssig-Chromatographie, Säulenchromatographie, Dünnschichtchromatographie, HPLC) eingesetzt. Während AZT im Urin reproduzierbar quantitativ nachweisbar war, gelang dies in keiner einzigen Haarprobe. Mittels eines AZT-RIA wurde AZT im Haar nachgewiesen (n=15; 16,54 – 461,7 ng/ml (Minimum – Maximum), 108 ± 144 ng/ml (X ± SD), Median 33,1 ng/ml). Da dieses Verfahren aber auch niedrige AZT-Konzentrationen in den Haarproben unbehandelter Kontrollen anzeigte (n=11; 0,77 – 32,6 ng/ml, 8,7 ± 11,9 (x ± SD); Median 1,3), war auch diese Methode ungeeignet. Daraufhin wurden die Haare von 10 HIV-positiven, mit AZT behandelten Patienten nach internationalen Richtlinien entnommen und asserviert. Es erfolgte eine Aufteilung in 4 cm Segemente. Diese wurden 3 mal gewaschen (Wasser, Aceton, Petroleumbenzin). Die Haare wurden im Ultraschallbad bei 50° C methanolisch extrahiert. Die Derivatisierung erfolgte mit N-Methyl-ter-butyldimethyl-silyltrifluor(o)acetamid. Die Proben wurden mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (SIM-Modus) untersucht. Es zeigte sich, dass in allen Proben in den proximalen Segmenten (0-4 cm) AZT quantitativ nachweisbar war (0,11 – 2,0 ng/mg (Minimum – Maximum), 0,8 ± 0,53 ng/ml (X ± SD), Median 0,67 ng/mg). Es fand sich keine Korrelation zwischen der Tagesdosis und der AZT Menge im Haar. Dagegen bestand eine signifikante Korrelation zwischen der AZT-Tagesdosis bezogen auf das Körpergewicht und der AZT Konzentration im Haar (r2=0,55, p=0,0017). Diese Untersuchungen zeigen, dass AZT mittels GC/MS quantitativ im menschlichen Haar nachweisbar ist. In den proximalen 4 Zentimetern besteht dabei ein linearer Zusammenhang zwischen der auf das Körpergewicht bezogenen Tagesdosis (mg/kg) und der AZT Konzentration im Haar (ng/mg). Ob ein Therapiemonitoring möglich ist, könnte durch die Analyse kürzerer Haarsegmente geklärt werden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zwei unterschiedliche regenerative Therapieverfahren, nämlich Emdogain® (SMP) und Emdogain® in Kombination mit Straumann BoneCeramic® (SMP/SBC), anhand von prä- und postoperativen, standardisierten Röntgenbildern auf ihre röntgenologisch sichtbare Defektauffüllung von ein- und zweiwandigen infraalveolären Defekten hin zu vergleichen. In fünf über Deutschland verteilten Zentren wurden in einer randomisierten, kontrollierten Doppelblindstudie 68 Patienten therapiert, 33 Fälle mit SMP allein und 35 mit SMP/SBC. Die präoperativen und postoperativ nach einem Zeitraum von zwölf Monaten erstellten Röntgenbilder wurden mittels Flachbettscanner digitalisiert und mit dem Programm SIDEXIS® ausgewertet. Zur Vermeidung von Fehlinterpretationen wurde die Vorgehensweise des Untersuchers zur Bestimmung der Messwerte vor der Studie anhand von 20 Röntgenaufnahmen einer anderen Studie auf den Leiter der Untersuchung kalibriert. Bestimmt wurden die Messstrecken Schmelz-Zement-Grenze /Restaurationsrand (SZG/RR) zum Defektboden (DB), SZG/RR zum Limbus alveolaris (LA) sowie INFRA. INFRA stellt die Distanz zwischen DB und einer horizontalen Hilfslinie durch den koronalsten Punkt des Alveolarfortsatzes (M3) dar. Schließlich wurde der Defektwinkel (< M3-DB-SZG/RR) bestimmt. Der durchschnittliche Knochenabbau (SZG/RR-DB) der mit SMP/SBC operierten Defekte lag vor der Therapie bei 9,77 ± 3,19 mm und der nur mit SMP behandelten Defekte bei 10,07 ± 2,47 mm. Zwölf Monate nach Therapie konnte eine 13,9 %ige knöcherne Defektauffüllung für Emdogain® allein und 18,1 % für die Kombinationstherapie ermittelt werden. Bezogen auf die infraalveoläre Komponente (INFRA) ist in der Kombinationsgruppe eine 37 %ige (2,19 ± 2,21 mm) und in der SMP-Gruppe eine 26 %ige (1,49 ± 1,89 mm) knöcherne Defektauffüllung erreicht worden. Innerhalb einer Gruppe war die Defektwinkelvergrößerung im Vergleich mit den Ausgangswerten statistisch signifikant, im Gruppenvergleich jedoch nicht. Eine unabhängige statistische Analyse der Ergebnisse mit Hilfe des Wilcoxon- und Mann-Whitney-U-Tests konnte in beiden Gruppen eine statistisch signifikante, wenn auch geringe knöcherne Veränderung des Limbus alveolaris sowie eine Defektwinkelvergrößerung belegen. Diese wurden als Zeichen einer Defekt füllenden, knöchernen Heilung gewertet. Des Weiteren wurde anhand einer multiplen Regressionsanalyse der Einfluss der einzelnen Variablen auf die knöcherne Auffüllung untersucht, wobei sich zeigte, dass die präoperative Größe des infraalveolären Defektes (INFRA) sich statistisch signifikant positiv auf die Defektauffüllung auswirkt. Ein signifikanter Vorteil der Kombinationstherapie gegenüber der alleinigen Anwendung von Emdogain® konnte nicht nachgewiesen werden. Abschließend muss erwähnt werden, dass röntgenologische Studien zur Bewertung regenerativer Verfahren nur als Teilaspekt gewertet werden können. Als Beweis für eine echte Regeneration im Sinne einer Neuformation von Zement, parodontalem Ligament und Knochen sollten röntgenologische Auswertungen mit klinischen Ergebnissen und histologischen Untersuchungen kombiniert werden.
Drogendealer stehen auf der Beliebtheitsskala unserer Gesellschaft nicht gerade auf einem der vorderen Ränge. Im Gegenteil: Drogendealer sind böse, von vielen verachtete und gehasste Menschen. Niemand möchte Drogendealer als Nachbarn haben, keiner ihnen im Dunkeln begegnen. Von Eltern sind sie meist genauso gefürchtet wie Sexualstraftäter. Drogendealer – so sagt der Volksmund – verführen die armen, unschuldigen Kinder unserer Gesellschaft zu Drogen, bringen sie auf die so genannte schiefe Bahn und – noch viel schlimmer – sind dafür verantwortlich, dass die Kinder zu abhängigen, willenlosen Geschöpfen werden, zu Versagern. ...
Ionenkanäle bilden therapeutische Schlüsselstellen für viele Erkrankungen und sind daher vor allem für die pharmakologische und medizinische Forschung von herausragender Bedeutung. Der Forschungsbedarf ist enorm und dementsprechend groß auch die Nachfrage nach elektrophysiologischen Systemen, die eine Analyse von Ionenkanälen und/oder Wirkstoffen im Hochdurchsatz erlauben. Derzeitige Hochdurchsatzsysteme basieren zumeist auf modifizierten Patch-Clamp-Verfahren, weisen aber im Vergleich zu manuellen Patch-Clamp-Systemen noch einige Nachteile auf. In der vorliegenden Arbeit wurde daher im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten BioChancePlus-Projektes eine alternative Methode, die Fakir-Methode, entwickelt und ihre Einsatzmöglichkeit in Hochdurchsatzsystemen evaluiert. Bei der Fakir-Methode werden Zellen in einem inhomogenen, elektrischen Wechselfeld mit Hilfe dielektrophoretischer Kräfte zu Metallnanoelektroden hin beschleunigt, aufgrund ihrer Bewegungsenergie von letzteren penetriert und dadurch elektrisch kontaktiert. Dies ermöglicht die anschließende, intrazelluläre Messung in physiologischer Lösung. Im Vergleich zur Patch-Clamp-Methode hat die Fakir-Methode die Vorteile, dass das Zytoplasma der Zelle erhalten bleibt und dass mit einer geringen Zelldichte gearbeitet werden kann. Auf der anderen Seite polarisiert die Elektrode schnell und die genaue, intrazelluläre Zusammensetzung während der Messung ist nicht bekannt. Für die Realisierung der Fakir-Methode im Experiment wurde eine Mikrofluidikkammer mit austauschbaren Metallmikro- und Metallnanoelektroden- Chips entwickelt, die die mikroskopische Beobachtung des Kontaktierungsprozesses ermöglichte. Die Charakterisierung der Elektroden erfolgte sowohl durch Potentialmessungen als auch mit Hilfe von Impedanzspektroskopie. Um die dielektrophoretische Attraktion von Zellen genauer steuern zu können, wurde zudem ein Amplitudenmodulator entwickelt. Zellen konnten sowohl einzeln, als auch in Gruppen kontaktiert werden. Intrazelluläre Potentialmessungen von HEK293-Zellen, die den blaulichtgesteuerten Kationenkanal Channelrhodopsin-2 (ChR2) exprimierten, zeigten, dass mit Hilfe der Fakir-Methode von Membranproteinen verursachte Spannungsänderungen gemessen werden können. Beim Fakir-Modell auftretende Schwierigkeiten wurden analysiert und die Ergebnisse genutzt, um ein Konzept für eine hochreproduzierbare Herstellung von Nanoelektroden-Arrays unter Verwendung der 2-Photonenpolymerisations- Technolgie (2PP) zu entwerfen. Für den Einsatz als Biosensoren sind große Zellen besonders geeignet. Eine effektive Vergrößerung von Zellen kann durch die Multi-cell-Elektrofusion erreicht werden. Diese Art der Herstellung von Riesenzellen ist insbesondere deshalb so interessant, weil die Elektrofusion problemlos in ein automatisiertes Mikrofluidiksystem eingebunden werden kann. Neben HEK293-Zellen konnten nach Entwicklung geeigneter Protokolle für die Herstellung von Protoplasten auch Saccharomyces cerevisiae und Pichia pastoris zu Riesenzellen elektrofusioniert werden. Solche Riesenzellen wurden im Rahmen dieser Arbeit biophysikalisch charakterisiert. Neben Kapazitätsmessungen zeigten sowohl die Expression von YFP in den Membranen als auch die Verwendung von fluoresceinhaltiger Patch-Clamp- Pipettenlösung, dass es sich bei den Riesenzellen um einheitliche Kompartimente handelte und somit die gesamte Membranfläche für elektrophysiologische Experimente zur Verfügung stand. Vergleichende Patch-Clamp-Messungen von ChR2-exprimierenden Ursprungs- und Riesenzellen ergaben nicht nur, dass das überexprimierte Protein auch nach der Elektrofusion noch funktional war, sondern auch, dass die Expressionsdichte unverändert blieb. Damit bilden elektrofusionierte Riesenzellen weit über ihre Einsatzmöglichkeiten in Hochdurchsatzsystemen hinaus ein vielversprechendes Werkzeug, um zum Beispiel elektrogene Membranproteine mit geringer Stromamplitude nachzuweisen oder in der giant-inside-out- Konfiguration elektrophysiologische Messungen durchzuführen. Lipophile Anionen können eingesetzt werden, um die elektrischen Eigenschaften der Membranen zu verändern und die Zellstabiliät während des Elektromanipulationsprozesses zu verbessern. Daher wurde für vier verschiedene lipophile Anionen die Spannungsabhängigkeit der Erhöhung der spezifischen Membrankapazität in Patch- Clamp-Experimenten mit HEK293-Zellen analysiert.
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ergebnisse der laparoskopischen Cholezystektomie anhand verschiedener Qualitätsmerkmale überprüft. In die Analyse der Ergebnisse sind ausschließlich Patienten eingegangen, die sich einer isolierten Operation der Gallenblase unterzogen haben. Patienten, bei denen die Cholezystektomie im Rahmen eines großen abdominellen Eingriffs erfolgte, waren ausgeschlossen. Als Grundlage dienten die Auswertungen von 624 Patienten, die bezüglich Indikationsbestimmung, Bluttransfusion, Verweildauer, eingriffsspezifischen Komplikationen, postoperativen Komplikationen, Reintervention und Letalität untersucht wurden. Die erhobenen Befunde wurden im Kontext zu bestehenden Studien und Daten analysiert, um so die Qualität der laparoskopischen Cholezystektomie zu bestimmen. Die gewonnenen Ergebnisse der medizinischer Kennzahlen ermöglichen uns eine wertvolle Standortbestimmung, die in den entsprechenden Bereichen zu belegbaren Verbesserungen der Versorgung führen können. Es wird zunehmend erkannt, dass die Diskussion über die Gestaltung medizinischer Prozesse auf der Basis von Ergebnissen medizinischer Kennzahlen sehr wichtig ist. Dabei ist nicht nur die Aufdeckung von „Schwächen“ ein Antrieb zur Qualitätsverbesserung. Die Orientierung an den „Besten“ im Sinne eines Benchmarking kann ebenfalls wichtige Impulse für eine verbesserte Versorgungsqualität geben. Sieht man die erhobenen Ergebnisse in ihrer Gesamtheit (d.h. Qualitätsberichte), so lassen auffällige Gesamtraten eines Qualitätsindikators und die Kenntnis der Analysen ein Versorgungsproblem im jeweiligen Leistungsbereich erkennen. Studien zur Versorgungsforschung und klinische Forschungsprojekte können in Kenntnis der Ergebnisse zielgenauer geplant und durchgeführt werden. Berufsverbände und wissenschaftliche Fachgesellschaften sind so in der Lage, durch Entwicklung oder Weiterentwicklung von Leitlinien die klinische Praxis in problematischen Bereichen gezielt zu beeinflussen. Die erhobenen Klinikwerte stehen im Vergleich zu allgemeinen Referenzwerten und zeigen in den Jahren 2001 - 2004 nahezu konstante Werte. Die Komplikationsrate (Galleleck 0,4-1,5%, Wundinfektion 1,3-1,8%, Pankreatitis 0,3%, Blutung 0,2-1,4%) ist bei der laparoskopischer Cholezystektomie geringer als bei der offenen Cholezystektomie. Die Rate der Gallengangsverletzung zeigt im Vergleich zur konventionellen Cholezystektomie eine verfahrensunabhänig niedrige Rate (0,2-0,4%). Voraussetzung für eine dem Ausmaß der Verletzung entsprechende Therapie ist eine exakte Einteilung, wie sie unter Anderem von Siewert, Strasberg und Neuhaus entwickelt wurde. Des Weiteren ist die Zeit bis zur Diagnosestellung einer Gallengangsverletzung entscheidend, um so die Kurz- bzw. Langzeitschäden dieser Verletzung zu minimieren. In der Asklepios Klinik Langen kam es in dem Untersuchungszeitraums in einem Fall zu einer Gallengangverletzung. Diese wurde durch eine Hepaticojejunostomie behoben. Zwischen der Cholezystektomie und der Diagnose der Gallengangverletzung lagen 2 Tage. Postoperativ nach laparoskopischer Cholezystektomie wurde der Patient durch zunehmenden Ikterus und steigende Cholestaseparameter auffällig. In der ERCP zeigte sich eine komplette Durchtrennung des DHC (Typ D nach Einteilung von P.Neuhaus et al.). Es wurde eine frühzeitige Hepaticojejunostomie durchgeführt. Der postoperative Aufenthalt, zunächst auf unserer interdisziplinären Intensivstation und später auf Normalstation gestaltete sich unkompliziert. Wie auch in unserem Fall beschrieben werden die besten Ergebnisse nach frühzeitiger definitiver Versorgung erreicht. Gleiches gilt für die Rate der postoperativen Komplikationen, die 2001-2004 zwischen 1,5-3,2% unter den entsprechenden Referenzwerten lag. Der Wert der Konversionsrate von 3 % liegt zum einen unter den Referenzwerten, zum anderen unter dem in der Literatur von 7 % angegebenen Wert. Die wichtigen Aussagen bezüglich der Komplikationen, die letztendlich einen entscheidenden Einfluss auf die Mortalität der Patienten haben, zeigen im Vergleich zu den Werten für Gesamthessen und im Vergleich mit internationalen Daten konstant gute Werte. Nach Auswerten der Daten und im Vergleich zu internationalen Ergebnissen, zeigt sich eine gute Qualität in der Behandlung der akuten Cholezystitis. Die laparoskopische Cholezystektomie stellt weiterhin den Goldstandard in der in der operativen Therapie dar, bedarf jedoch der kritischen Beobachtung und Bewertung von extern.
Ein früherer Vorschlag zum Reaktionsmechanismus der DFPase, der eine Wasseraktivierung durch den Rest H287 postulierte, mußte nach neuen experimentellen Daten verworfen werden. Daher lag zu Beginn der hier vorliegenden Arbeit kein Vorschlag für den Mechanismus der DFPase vor, der die experimentellen Daten erklären konnte. Für das längerfristige Ziel, die katalytischen Eigenschaften der DFPase gezielt verändern zu können, war es daher notwendig, zunächst den Mechanismus der Hydrolyse von Verbindungen wie DFP durch die DFPase näher zu untersuchen. Durch computergestützte Modellierung im aktiven Zentrum der DFPase (Docking) wurde die Bindung von DFP und anderen Substraten der DFPase genauer untersucht und mit vorhandenen experimentellen Daten verglichen. Diese Arbeiten führten auch zur theoretischen Untersuchung des Bindungsverhaltens von O,O-Dialkylphosphoroamidaten als potentiellen Inhibitoren der DFPase. Diese den Dialkylfluorophosphaten strukturell sehr ähnlichen Substanzen werden durch die DFPase nicht umgesetzt. Die Ergebnisse der Dockinguntersuchung führten schließlich zu der Synthese von drei Phosphoroamidaten unter der Untersuchung ihres Verhaltens als Inhibitoren der DFPase. DIe Charakterisierung erfolgte dabei über enzymkinetische Methoden sowie NMR-Experimente. Mit dem stärksten Inhibitor O,O-Dicyclopentylphosphoroamidat gelang die Kristallisation eines Komlexes mit der DFPase, der mit der Methode der Röntgenbeugung strukturell bestimmt werden konnte. Dieser Komplex belegt die Bindung der Phosphorylgruppe von Substraten an das katalytisch wirksame Calciumion im aktiven Zentrum der DFPase und zeigt die vorherrschenden Bindungskräfte zwischen Ligand und Protein auf. Eine Reihe von Mutanten der DFPase, bei denen gezielt die koordinierenden Aminosäuren des katalytischen Calciumions verändert wurden, ergänzte die bereits in früheren Arbeiten erzeugten Mutanten. Die katalyischen Eigenschaften dieser Mutanten und ihre Fähigkeit zur Metallbindung gestatten es, diese Metallbindungsstelle genauer zu beschreiben und lassen zusammen mit den Dockingexperimenten und der Struktur des Inhibitor-Enzymkomplexes vermuten, dass der calciumkoordinierende Aminosäurerest D229 als aktives Nukleophil im Reaktionsmechanismus der DFPase fungiert. Diese Vermutung ließ sich mit experimentellen Daten untermauern. Durch 18O-Isotopenmarkierung konnte gezeigt werden, dass ein Sauerstoffatom von D229 auf das entstehende Produkt übertragen wird. Hierdurch konnte die Existenz eines Phosphoenzymintermediats nachgewiesen werden. Des weiteren gelang es, Kristalle der DFPase zu züchten, die für Neutronenbeugungsexperimente geeignet waren. Im Rahmen dieser Experimente gelang die Aufnahme eines vollständigen Datensatzes und die Lösung der Neutronenbeugungsstruktur der DFPase in einer Auflösung von 2,2 Å. Diese Neutronenstruktur, in der Wasserstoffatome im Unterschied zu Röntgenstrukturen gut sichtbar sind, zeigt eindeutig, dass der Rest D229 wie erforderlich deprotoniert und dass das in der Bindungstasche an das Calciumion koordinierende Wassermolekül nicht als Hydroxid vorliegt. Damit ließ sich die direkte Aktivierung von Wasser durch das Metallion ausschließen. Neben wichtigen Informationen über die Bindungstasche der DFPase lieferte die Neutronenstruktur auch detaillierte Einblicke in das Wasserstoffbrückennetzwerk im zentralen, wassergefüllten Tunnel des Proteins. Über die Bestimmung des Wasserstoff/Deuteriumaustausches von Proteinrückgradamiden konnten weitere Aussagen über die Solvenszugänglichkeit von verschiedenen Proteinbereichen gemacht werden. Für die DFPase konnten strukturell und funktionell ähnliche Proteine identifiziert werden. Neben der Paraoxonase 1 waren dies das Calciumbindeprotein Regucalcin aus Agrobacterium thumefaciens sowie das Drug Resistance Protein 35 aus Staphylococcus aureus. Es konnte gezeigt werden, dass diese Proteine eine der katalytischen Calciumbindestelle der DFPase vergleichbare Metallbindestelle aufweisen und verschiedene Enzymaktivitäten dieser Proteine durch einen Mechanismus mit einem zu D229 analogen Nukleophil erklärt werden können. Ein direkter Vergleich zwischen der DFPase und der humanen Paraoxonase gelang durch Untersuchungen mit fluorogenen Organophosphaten als Substrate. Hierbei konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die DFPase in der Lage ist, Substrate mit einer P-O Bindung hydrolytisch zu spalten. Die unterschiedlich gute Umsetzung der verschiedenen Substrate durch die beiden Enzyme konnte auf der Grundlage der Proteinstrukturen erklärt werden, wobei für die Paraoxonase postuliert wurde, dass der calciumbindende Aminosäurerest D269 als zu D229 analoges Nukleophil wirkt. Abschließend gelang es, zusätzlich eine Zusammensetzung für eine Enzympräparation zu finden, die eine Gefriertrocknung der DFPase mit nur geringem Verlust an enzymatischer Aktivität erlaubt. Ein solches lagerstabiles Enzympulver ist ein notwendiger Schritt hin zu einer praktischen Anwendung der DFPase für die technische Dekontamination von hochtoxischen Nervenkampfstoffen.
IL-18 ist ein proinflammatorisches Zytokin mit tumorsuppressiven Eigenschaften. Daher befindet es sich derzeit in klinischen Studien der Phase II zur Behandlung immunsensitiver Tumore. Erste Ergebnisse dieser Studien sind vielversprechend, zumal IL-18 im Vergleich zu beispielsweise IL-1Beta und IL-12 eine hohe Verträglichkeit im Menschen aufweist. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass IL-18 nicht nur in soliden Tumoren, sondern auch in leukämischen Zellen wie AML-Zellen zur Expression eines Genmusters führt, welches hohes antileukämisches Potential aufweist. Diese Erkenntnis wurde mittels einer Microarray-Analyse gewonnen und in unabhängigen Versuchen überprüft. Zu den hochregulierten Genen gehören neben IFNY und Fas-Ligand die in der vorliegenden Arbeit untersuchten angiostatischen Chemokine IP10 und I-TAC sowie EBI3, die Beta-Kette des heterodimeren Zytokins IL-27. Da die Regulation des humanen EBI3-Gens bislang schlecht charakterisiert war, schloss sich eine Promotoranalyse des humanen EBI3-Promotors an. Diese brachte hervor, dass zwei NFKB-Bindungsstellen des Promotors für die Expression von EBI3 unter dem Einfluß von proinflammatorischen Zytokinen unabdingbar sind. Der humane Promotor wurde dabei in dieser Arbeit zum ersten Mal im humanen Kontext betrachtet. Weiterhin konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass IL-27 die Fähigkeit besitzt, humane myeloisch-leukämische Zellen zu aktivieren und Signale in Form von STAT1 und STAT3-Phosphorylierung sowie Hochregulation von SOCS3- Expression zu induzieren. Interessanterweise lassen sich die potentiell tumorsuppressiven Eigenschaften von IL-18 in Bezug auf KG1 Zellen durch eine Zugabe von Zink verstärken. So kommt es unter dem Einfluß von Zink zu einer Verstärkung der Expression von IFNY und EBI3. Dieser synergistische Effekt besitzt allgemeinere Gültigkeit, da die hier durchgeführten Experimente an humanen PBMC zeigten, dass eine Erhöhung des extrazellulären Zinkgehalts um den Faktor 2 im Vergleich zu dem physiologisch zugänglichen Zinkgehalt im Blutplasma zu einer Potenzierung der Freisetzung von IFNY durch die proinflammatorischen Zytokine IL-1Beta, IL-18 und IL-12 führt. Diese Ergebnisse waren besonders in Bezug auf IL-1Beta unerwartet und tragen ihren Anteil zum Verständnis der erhöhten Sensibilität von Leukozyten unter zinksupplementierten Bedingungen bei. Weitere Studien werden zeigen, ob eine Therapie mit IL-18 und möglicherweise auch in Kombination mit Zink eine alternative Option bei AML Patienten bietet, die besonders responsiv auf dieses Zytokin reagieren.
In den letzten 25 Jahren HIV-Forschung wurden einige Medikamente entwickelt, die in der Lage sind, den Ausbruch der Krankheit AIDS hinauszuzögern. Als Gemeinsamkeit dieser Arzneimittel ist die Interaktion mit regulatorischen Proteinen des HIV-Lebenscyclus zu erwähnen. In den letzten Jahren intensivierte sich jedoch auch die Forschung auf RNA als Angriffsort für Wirkstoffe, da sie in zahlreichen biochemischen Prozessen involviert ist. Aufgrund der vielfältigen Sekundär- und Tertiärstruktur der RNA bietet sie Bindungsstellen für Proteine, Antibiotika und weitere kleine Moleküle. Die Affinität zwischen RNA und dem Liganden, z.B. einem Peptid, basiert auf Wasserstoffbrücken, Coulombschen Kräften und Stapelwechselwirkungen. Das Konzept dieser Arbeit bestand darin, peptidische RNA-Liganden zu entwickeln, die u.a. aufgrund von Stacking mit den Nucleobasen der RNA eine starke Bindung eingehen. In Anbetracht der Tatsache, dass lediglich vier unterschiedliche natürliche aromatische Aminosäuren existieren, wurden Synthesewege entwickelt, um eine Vielfalt nicht-natürlicher Bausteine zu gewährleisten. In diesem Projekt wurden (L)-Methionin bzw. (L)-Glutaminsäure als chirale Ausgangsverbindungen, in Abhängigkeit von der benötigten Seitenkettenlänge (C2 für Met, C3 für Glu), verwendet. Der Schlüsselschritt in beiden Syntheserouten ist mit der Heck- bzw. Negishi- Kupplung eine Übergangsmetall-katalysierte C-C-Knüpfungsreaktion. Auf beiden Wegen konnten in zehn Stufen Fmoc-geschützte -Aminosäuren dargestellt werden. Diese Bausteine wurden zusammen mit natürlichen Aminosäuren zu peptidischen Bibliotheken aufgebaut, die entweder über kombinatorische oder parallele Festphasensynthese hergestellt wurden. Über homogene Assays wurden die besten RNA-Binder identifiziert. In ersten Experimenten wurden ausgewählte Peptide auf ihre Affinität zum TAR-Element von HIV-1 untersucht. Ein Farbstoff-markiertes Tat-Peptid wurde in dieser Anwendung vom Test- Liganden verdrängt. Alternativ konnte über die Fluoreszenz der Pyren-Peptide eine direkte Bestimmung von Bindungskonstanten erfolgen. Mit dem Tripeptid 172 (IC50 = 900 nM, Kd = 50 nM) konnte eine vielversprechende Verbindung identifiziert werden. In Untersuchungen mit HIV-1-infizierten HeLa-P4- (IC50 = 125 microM) bzw. MT-4-Zellen (EC50 = 46 microM) wurde die antivirale Eigenschaft von 172 bewiesen. Des Weiteren wurden u.a. für das Peptid 172 antimikrobielle Tests gegen B. subtilis (MIC = 22 microM) und S. aureus (MIC = 31 microM) durchgeführt.
Arabidopsis thaliana besitzt 21 Hitzestress-Transkriptionsfaktoren die von zentraler Bedeutung für die Aktivierung der Hitzestress-Antwort sind. Der HsfA2 ist dabei der am stärksten exprimierte Hsf und akkumuliert in der Pflanze wie andere Hitzestress- Proteine. Nach ca. einer Stunde HS ist die maximale Transkriptmenge zu verzeichnen, während das sehr stabile Protein noch mindestens 21 Stunden nach dem Stress vorhanden ist. Durch Analyse einer SALK T-DNA-Insertionslinie mit einem kompletten HsfA2-Knockout wurden Zielgene des HsfA2 identifiziert. Am stärksten ist die Ascorbat-Peroxidase 2 (APX2) betroffen, deren Transkript in Knockout-Pflanzen fast völlig fehlt. Außerdem sind sHsps, einzelne Mitglieder der Hsp70- und Hsp100-Familien, sowie Transkripte von Genen, deren Funktion noch nicht bekannt ist, reduziert. In transienten GUSReporter- Assays wurde das Aktivierungs-Potential des HsfA2 an den Promotoren der folgenden Gene bestätigt: Hsp18.1-CI, Hsp25.3-P, Hsp22.0-ER, Hsp26.5-MII, Hsp70b und Hsp101-3. Dabei zeigte sich, dass jeweils ca. 0,5kb der stromaufwärts des Startcodons liegenden regulatorischen Sequenzen zur Gen-Aktivierung ausreichen. Für den APX2-Promotor konnte durch Deletionsanalysen zudem das entscheidende HSE-Dimer identifiziert werden. In EMSAs mit rekombinanten GST-Fusions-Proteinen wurde die spezifische Bindung des HsfA2 hier bestätigt, während eine Mutante HsfA2(R98A) nicht mehr an die DNA bindet. Mit Proteinextrakten aus hitzegestresster Arabidopsis-Zellkultur konnte die Bedeutung dieses HSE-Dimers für die Bindung endogener Faktoren im Hitzestress ebenfalls nachgewiesen werden. Auch für die oben genannten Hsps sowie Hsp17.4-CI, Hsa32 und die zwei unbekannten Proteine At1g0370 und At4g21320 konnte die DNA-Bindung des GST-HsfA2 im EMSA gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde HsfA2 erstmals als Voll-Längen-Protein untersucht. Durch Analyse von NLS-Mutanten wurde nachgewiesen, dass nur eine Hälfte der als bipartit vorhergesagten NLS funktionell ist und somit die NLS monopartit ist. Weitere Mutanten wie z.B. Deletionen von Sekundärstruktur-Elementen der DBD oder der Oligomerisierungsdomäne zeigen die Notwendigkeit dieser Bestandteile für die Funktionalität des HsfA2. Außerdem ist offenbar der N-terminale Bereich vor der DBD wichtig für die Proteinstabilität. Um die DNA-Bindungsdomänen aller 21 verschiedenen Arabidopsis-Hsfs auf ihre Bindungsfähigkeit zu untersuchen, wurden Konstrukte verwendet, die jeweils die DBD in Fusion mit dem C-Terminus des HsfA2 enthielten. Diese chimären Hsfs wurden in transienten GUS-Reporter-Assays und EMSAs untersucht. Dabei zeigte sich, dass ein Großteil der Proteine immer an die analysierten DNA-Fragmente bindet, wenn auch mit unterschiedlicher Intensität, während die A6a- und B3-DBDs dies gar nicht oder nur extrem schlecht vermochten. Durch Mutation einzelner Aminosäurereste ließ sich das zumindest für B3 verbessern. Der HsfA3 ist ein weiterer im Hitzestress induzierter Hsf. Allerdings ist sein Transkript erst nach ca. drei Stunden vorhanden und nimmt in der frühen Erholungsphase noch zu. Unter den 21 Hsfs ist er der einzige, der spezifisch durch DREB2A induziert wird. In transienten GUS-Reporter-Assays und EMSAs konnten im HsfA3-Promotor zwei DREs als Bindungsstellen des DREB2A identifiziert werden, die gleichermaßen notwendig sind. Desweiteren wurde das Aktivator-Potential des HsfA3 und fünf DREBs (1A, 1B, 1C, 2A und 2B) an potentiellen Zielgenen untersucht. Dabei konnten drei Gruppen definiert werden: A) Gene die nur durch HsfA3 induziert werden (Hsp18.1-CI, Hsp25.3-P, Hsp70b und Hsp101-3), B) Gene die hauptsächlich durch HsfA3 aber teilweise auch durch DREBs (besonders 2A und 2B) induziert werden (Hsp17.4-CI, Hsp17.6-CII, Hsp26.5-MII und GolS1) und C) Gene die nur durch DREBs induziert werden (RD29A, COR47 und KIN1). In dualen Reporter-Assays wurde die Transkriptionskaskade DREB2A -> HsfA3 -> Hsp bestätigt. Die direkte DNA-Bindung der DREBs bzw. des HsfA3 an den Promotoren wurde in EMSAs nachgewiesen und für Hsp26.5-MII und Hsp18.1-CI durch Kartierung auf kleine Bereiche eingegrenzt. Aus der Literatur ist bekannt, dass HsfA1a/A1b konstitutiv exprimiert werden und ebenfalls Einfluß auf viele Hitzestress-Gene besitzen. So lässt sich spekulieren, dass diese bereits in der frühen Hitzestress-Phase die Induktion der HS-Antwort regulieren könnten, während HsfA2 die Expression von HS-Genen verstärkt und HsfA3 später möglicherweise für die volle Ausprägung der Thermotoleranz wichtig ist.
Die juvenile idiopathische Arthritis (JIA) ist eine Autoimmunerkrankung und die häufigste chronisch-rheumatische Erkrankung im Kindes- und Jugendalter. Erhöhte Spiegel des proinflammatorischen Zytokins Interleukin-18 (IL-18) spielen bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen eine pathogenetische Rolle. Im Promotor des IL-18 befinden sich in den Positionen -607 (C/A) und -137 (G/C) Einzelbasen-Mutationen, die die Bindung von Transkriptionsfaktoren beeinflussen können. Diese Polymorphismen konnten in vitro die Transkription des IL-18-Gens und die Expression des Proteins verstärken und sind somit möglicherweise in der Lage, die Empfänglichkeit für oder den Verlauf von Erkrankungen wie der JIA zu verändern. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob bestimmte Allele, Diplo- oder Genotypen der IL-18-Promotor-Polymorphismen bei Patienten mit JIA gehäuft auftreten. Zu diesem Zweck wurden die Blutproben von 60 Patienten und 134 gesunden Kontrollpersonen mittels sequenzspezifischer PCR auf das Vorliegen der Polymorphismen getestet. In der Literatur existieren für die Assoziation der JIA und anderer chronischentzündlicher Erkrankungen zu IL-18-Promotor-Polymorphismen unterschiedliche Angaben. Werden Assoziationen gefunden, so deuten sie in Bezug auf den -607-Locus darauf hin, dass -607 AA protektiv wirkt, -607 CC aber eine Krankheitsempfänglichkeit vermittelt. Den -137-Locus betreffend sind die Ergebnisse widersprüchlicher. Viele Studien zeigen bezüglich beider Polymorphismen keinerlei Assoziation. In dieser Studie konnte eine Krankheitsassoziation weder für die Allel- noch die Diplotyp- oder Genotyp-Häufigkeiten nachgewiesen werden, ebenfalls nicht für einzelne Genotypenkombinationen. Anzunehmen ist, dass die erhöhten IL-18-Spiegel bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen nicht allein auf Einzelbasen-Mutationen zurückgehen, sondern durch Wechselwirkungen innerhalb eines komplex geregelten biologischen Systems zu Stande kommen. Ein Ansatz, der allein auf die Auswirkungen der Polymorphismen auf Genebene abzielt, ist möglicherweise zu kurz gefasst.
Helicobacter pylori (H. pylori) ist ein spiralförmiges, gram-negatives und mikroaerophiles humanpathogen. Seit seiner ersten Isolierung 1983 gilt H. pylori als eine der häufigsten Ursachen für entzündliche Prozesse des gastrointestinalen Traktes (u.a. chronische, sowie atrophische Gastritis und Ulzera). Darüber hinaus kann es gastrale Adenokarzinome und Lymphome des MALT (mucosa-associated lymphoid tissue)-Systems induzieren. Einige H. pylori-Stämme besitzen eine Gruppe von ungefähr 30 Genen, die als cag-Pathogenitätsinsel (cagPAI) bekannt ist. Diese Stämme sind häufig mit Magenschleimhautentzündungen, Geschwürbildung und einem erhöhtem Risiko von Magenkrebs verbunden. Die Gene der cagPAI kodieren für ein Typ IV-Sekretionssystem (T4SS), das Protein- Effektor-Moleküle in die Wirtszelle transloziert. In dieser cagPAI befindet sich ebenfalls das Gen für den Pathogenitätsfaktor CagA (cytotoxin associated gene A). Dieses Protein ist, neben Peptidoglykan, eines der beiden bisher bekannten Moleküle, die vom T4SS transportiert werden. In der Zielzelle wird CagA von Kinasen der Src-Familie an den Tyrosinen in den EPIYA-Sequenz-Wiederholungen phosphoryliert und induziert über einen wenig verstandenen Signalweg eine starke Elongierung und Migration der infizierten Epithelzellen. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss von c-Abl auf die zellulären Prozesse während einer Infektion mit H. pylori untersucht. Die erarbeiteten Daten zeigen deutlich, dass c-Abl ein wichtiges Zielmolekül in der H. pylori-induzierten Zellmigration ist. Durch den Einsatz von spezifischen Inhibitoren der c-Abl-Kinase konnte die Zellelongierung signifikant reduziert werden. Nach Transfektion eines shRNA-Vektors in eine humane Adenokarzinom- Zelllinie wurde eine stabile c-Abl-„Knockdown“-Zelllinie hergestellt. Infektion dieser Abl- AGS-Zellen mit H. pylori induzierte ebenfalls nicht mehr die Zellelongierung. Da wie erwartet die Blockierung der Src-Kinasen ebenfalls den H. pylori-vermittelten Phänotyp inhibierte, sollte in weiteren Experimenten geklärt werden, ob c-Abl- und Src- Kinasen ähnliche Mechanismen aktivieren, die zur Zellmotilität beitragen. Es konnte gezeigt werden, dass Src-Kinasen bereits nach 10-30 min nach der Infektion aktiviert und sehr früh nach 45-60 Minuten wieder inaktiviert wurden. In in-vitro Kinase-Experimenten konnte darüber hinaus beobachtet werden, dass c-Abl dagegen erst nach 60-90 min aktiviert wurde und anschließend über einen längeren Zeitraum aktiviert blieb. Diese unterschiedlichen Kinetiken deuten darauf hin, dass beide Kinasen in der H. pylori-Infektion differentiell reguliert werden und unterschiedliche Funktionen übernehmen. Es wurde bereits publiziert, dass Src-Kinasen CagA direkt in den EPIYA-Motiven phosphorylieren. In dieser Arbeit konnte mittels Ko-Immunpräzipitationen gezeigt werden, dass zwischen c-Abl und CagA eine stabile physikalische Interaktion induziert wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass c- Abl CagA direkt phosphoryliert und diese c-Abl-vermittelte Phosphorylierung ein wichtiger Schritt in der H. pylori-induzierten Zellmotilität spielt. Zusammengefasst kann ein Model aufgestellt werden, dass c-Abl die CagA Phosphorylierung über einen langen Zeitraum aufrechterhält und somit die frühe Inaktivierung von Src ersetzt. Die Aktivität von Proteinkinasen wird häufig über Tyrosinphosphorylierungen reguliert. Im Gegensatz zu Src wurden die in der Literatur schon für c-Abl beschriebenen Phosphorylierungsstellen Tyrosin 245 und 412 während einer H. pylori-Infektion nicht phosphoryliert. Eine Phosphorylierung von Tyrosin 245 ließ sich nur durch Stimulation der Zellen mit Natrium-Vanadat und H2O2 erzielen. Interessanterweise korrelierte die c-Abl Aktivität aber mit einer H. pylori-induzierten Zunahme der c-Abl-Proteinmenge. Da die mRNA-Menge nicht variierte, handelte es sich vermutlich um eine Stabilisierung von c-Abl im Komplex mit CagA. Anstelle der Tyrosin-Phosphorylierung konnte die Phosphorylierung von Threonin 735 während einer H. pylori-Infektion nachgewiesen werden. Die bisher nur in geringer Anzahl vorliegenden Veröffentlichungen beschreiben, dass die Phosphorylierung von Threonin 735 eine Rolle in der zellulären Lokalisierung der Kinase spielen könnte. Mit Hilfe von konfokaler Mikroskopie und subzellulärer Fraktionierung, konnte nach H. pylori- Infektion eine Translokation von c-Abl von der typischen zytosolischen Verteilung in die Fokalkomplexe nachgewiesen werden. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war erste Anhaltspunkte zur Identifizierung der bis heute völlig unbekannten Kinase zu finden, die für die Phosphorylierung von c-Abl an diesem Lokus verantwortlich ist. Bemerkenswert dabei ist, dass diese Phosphorylierung unabhängig von CagA ist, aber trotzdem ein funktionierendes T4SS voraussetzt. Dies konnte durch den Einsatz von Mutationen im T4SS von H. pylori nachgewiesen werden. Dieser Befund deutet darauf hin, dass weitere Faktoren von H. pylori existieren, die über das T4SS in die Zielzellen injiziert werden und an der Regulierung von c-Abl beteiligt sind.
In-vitro-Studie zur Toxizität von Wasserstoffperoxid als Wirkstoff von dentalen Bleachingprodukten
(2008)
Fast alle derzeit angebotenen Bleichmittel basieren auf der Wirkung von Wasserstoffperoxid (H2O2). Während die aufhellende Wirkung und die Wirkungen auf die Zahnhartsubstanz und Restaurationen von Bleichmitteln sehr intensiv wissenschaftlich untersucht wurden, gibt es weitaus weniger Untersuchungen, die die Nebenwirkungen von H2O2 auf das Weichgewebe und die Zellen untersuchen. Ziel dieser In-vitro Studie war es, die Zytotoxizität von H2O2 in verschiedenen Konzentrationen und Einwirkzeiten zu untersuchen. Dies erfolgte quantitativ an Zellkulturen humaner Gingivafibroblasten und qualitativ an histologischen Schnittpräparaten humaner Gingiva, die H2O2 in unterschiedlichen Einwirkzeiten und unterschiedliche Konzentrationen ausgesetzt wurden. Im Zellkulturversuch konnte gezeigt werden, dass H2O2 ab einer Konzentration von 5% und ab einer Einwirkzeit von 15 Sekunden zu einer signifikant höheren Anzahl an toten Zellen führte, als die Kontrollgruppe. Die zytotoxische Wirkung von H2O2 war auch nach einer vierundzwanzigstündigen Erholungsphase der Zellen nicht reversibel. Die histologischen Schnittpräparate zeigten destruktive Veränderungen durch 10%iges und 30%iges H2O2 im Binde-und Fettgewebe der Dermis, das Epithel und das Stratum basale blieben unversehrt. Obwohl die Ergebnisse dieser In-vitro Studie nicht direkt auf In-vivo Verhältnisse übertragbar sind, liefern sie einen Beleg für das Gefahrenpotential von H2O2. Von der Anwendung von H2O2 ab Konzentrationen von 5% ohne ärztliche Aufsicht ist abzuraten.
Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Formulierungsentwicklung eines nanopartikulären Arzneistoffträgers für Zytostatika zur Gewinnung einer „Drug Targeting“ Zubereitung. Im Fokus der Arbeit stand dabei die Stabilität der unterschiedlichen Zubereitungen. Die untersuchten Partikel waren dabei auf Basis von humanem Serumalbumin. Mittels einer etablierten Desolvatationsmethode ließen sich reproduzierbar Nanopartikel im Größenbereich von 200 nm herstellen. Zur Partikelgrößenbestimmung bediente man sich sowohl der hotonenkorrelationsspektroskopie (PCS) als auch der Analytischen Ultrazentrifugation (AUZ). Bei der Untersuchung verschiedener HSA-Chargen, stellte sich heraus, dass das Ausgangsmaterial einen Einfluss auf die Partikelgröße besaß. Nichtsdestotrotz waren die Partikelgrößenschwankungen aufgrund von unterschiedlichen HSA-Chargen gering. Durch Einlagerung von Doxorubicin in die Partikelmatrix kam es zu einer wesentlichen Partikelvergrößerung, so dass die resultierten Partikel eine Größe von etwa 400 nm aufwiesen. Die Inkorporation des Arzneistoffs in die Partikelmatrix war reproduzierbar und stabil. Auch der Einsatz von Serumalbumin aus rekombinanter Quelle erwies sich als geeignet um Nanopartikel herstellen zu können. Allerdings waren unbeladene Partikel aus diesem Material wesentlich größer als Nanopartikel, die aus dem Standardmaterial hergestellt wurden. Doxorubicinbeladene Partikel zeigten wiederum eine vergleichbare Größe wie Partikel aus HSA. Allerdings war die Beladung der rHSA-Nanopartikel geringer als die der SA-Nanopartikel. Dies zeigte sich besonders bei der geringeren Quervernetzung von 40%. Als Fazit lässt sich sagen, dass prinzipiell eine Herstellung von sowohl Leerpartikeln als auch Doxorubicin-beladenen Partikeln möglich war. Die Biodegradierbarkeit von Nanopartikeln ist eine wichtige Voraussetzung für einen therapeutischen Einsatz kleinpartikulärer Strukturen, damit diese nicht im Körper kumulieren. Zudem könnte bei nicht abbaubaren Partikeln die Idee der intrazellulären Freigabe des eingebetteten Arzneistoffs aus der Partikelmatrix nicht verwirklicht werden. Vorversuche haben gezeigt, dass sich Nanopartikel auf Basis von HSA mit einer Reihe von Enzymen abbauen lassen. Versuche, Nanopartikel aus rHSA enzymatisch abzubauen, führten zu vergleichbaren Abbaukinetiken wie bei Partikeln aus HSA. Zu den eingesetzten nzymen zählten Proteinase K, Protease, Trypsin, Pankreatin, Pepsin und Cathepsin B, die mit Partikel aus rHSA mit den Quervernetzungen 40, 60, 80 und 100% inkubiert wurden. Alle Abbaukinetiken zeigten dabei, dass die Abbaugeschwindigkeit vom Grad der Quervernetzung abhängig war. 40% quervernetzte Nanopartikel wurden am schnellsten, 100% quervernetzte Partikel am langsamsten enzymatisch degradiert. Die Abbauversuche mit Cathepsin B bei zwei verschiedenen pH-Werten zeigten, dass die Wahl des richtigen pH-Werts entscheidend für einen effektiven Abbau ist, denn nur bei einem pH-Wert von 5,4 wurden die Nanopartikel von Cathepsin B abgebaut. Im Gegensatz dazu, wurden die Nanopartikel bei pH 6,4 kaum degradiert. Des Weiteren wurden Beladungsversuche von HSA-Nanopartikeln mit Cisplatin durchgeführt. Dabei wurden im ersten Schritt Adsorptionsversuche an gelöstes HSA durchgeführt, da viele Arzneistoffe eine hohe Plasmaeiweißbindung besitzen, wenn sie sich im Blutkreislauf des Menschen befinden. Diese Tatsache sollte bei der Herstellung von arzneistoffhaltigen Nanopartikel auf Basis von humanem Serumalbumin ausgenutzt werden. Vor dem eigentlichen Desolvatationsprozess wurden gelöstes HSA und Cisplatin bei unterschiedlichen pH-Werten und für unterschiedliche Zeitintervalle inkubiert, um eine Adsorption des Cisplatins an das Protein zu erreichen. Dadurch soll es bei der anschließenden Desolvatation zu einer effektiveren Inkorporation des Arzneistoffs kommen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass bei sauren pH-Werten die Adsorption schwächer ausfällt als bei einem pH-Wert von 8,0. Zudem war die Adsorption umso ausgeprägter, je länger die Inkubation stattfand. Bei einem pH-Wert von 8,0 führten steigende Konzentrationen an eingesetztem Cisplatin bei konstanter Menge an HSA, zu höheren Konzentrationen an adsorbiertem Arzneistoff. Prozentual gesehen, führten aber zunehmende Mengen an eingesetztem Cisplatin zu geringeren Adsorptionsraten. Als Fazit muss aber festgehalten werden, dass Cisplatin eine geringe Tendenz zur Adsorption an gelöstes HSA zeigte. Die Herstellung von Cisplatin-beladenen HSA-Nanopartikeln zeigte, dass die Desolvatation bei pH 8,0 zu guten Ergebnissen führte. Zum einen wiesen die erhaltenen Nanopartikel gute physikochemische Eigenschaften mit nahezu quantitativen Partikelausbeuten auf, zum anderen besaßen die Partikel eine hohe Beladungseffizienz. Dabei galt, je höher die eingesetzte Menge an Cisplatin war, umso mehr Cisplatin wurde in die Matrix der Partikel eingelagert. Die Dauer der zuvor stattfindenden Adsorption spielte dabei eine eher untergeordnete Rolle im Vergleich zu den Adsorptionsversuchen. Eine Erklärung für diese Beobachtung könnte sein, dass die Zugabe des Desolvatationsmittels Ethanol, in welchem Cisplatin sehr schwer löslich ist, zu einer verstärkten Interaktion zwischen Arzneistoff und Protein führt und diese Komponenten zusammen ausfallen, nahezu unabhängig von der zuvor stattfindenden Adsorptionsphase. Um die Idee einer „Drug Targeting“ Zubereitung umsetzen zu können, wurden mit Hilfe von Polyethylenglykol-Ketten sowohl Leerpartikel als auch arzneistoffbeladene Nanopartikel auf ihrer Oberfläche mit monoklonalen Antikörpern modifiziert. Als Verum wurde dabei Trastuzumab verwendet, als Kontrolle diente ein IgG-Antikörper von Sigma, der kein Target besitzt. Sowohl eine adsorptive Bindung als auch die kovalente Kopplung der Antikörper an die Oberfläche der nanopartikulären Strukturen konnte reproduzierbar durchgeführt werden. Dabei spielte es keine Rolle, ob die Partikel mit Arzneistoff beladen waren oder nicht. Trastuzumab zeigte ein hohes Maß an adsorptiver Bindung an die Oberfläche von HSA-Nanopartikeln, die bei dem Kontollantikörper nicht festgestellt werden konnte. Von allen Partikelpräparationen wurden die Partikelgröße, die Größenverteilung, das Zetapotential und die Partikelausbeute bestimmt. Durch das Aufbringen neuer Oberflächenstrukturen, kam es zu keiner wesentlichen Veränderung der Partikelgröße bzw. der Oberflächenladung. Durch die zahlreichen Umsetzungsschritte, die für eine Oberflächenmodifikation nötig sind, kam es bei Nanopartikeln ohne Arzneistoffbeladung zu einem Verlust an Partikelausbeute. Da die Doxorubicin-beladenen Partikel viel größer waren als Leerpartikel, ließen sie sich einfacher und effektiver abzentrifugieren, was in einem geringeren Partikelausbeuteverlust sichbar wurde. Da die Gefriertrocknung zu den Standardmethoden zählt Zubereitungen eine gute Haltbarkeit zu verleihen, wurden eine Reihe von nanopartikulären Zubereitungen der Lyophilisation unterzogen und im Hinblick auf ihre Langzeitstabilität unter verschiedenen Lagerungsbedingungen getestet. Dabei stellte sich heraus, dass es mittels Gefriertrocknung möglich war aus HSA-Nanopartikelsuspensionen einfach und reproduzierbar Lyophilisate herzustellen. Als geeignete Hilfsstoffe kristallisierten sich dabei die Zucker Sucrose, Trehalose, der Zuckeralkohol Mannitol und Emulgatoren wie Tween® 80 und Pluronic® F68 heraus. Als ungeeignet zeichnete sich der Einsatz von L-Arginin und eines Natriumphosphat-Puffers pH 8,0 ab. Larginin führte schon vor dem Gefriertrocknen zu einer Partikelvergrößerung, die nach der Lyophilisation noch ausgeprägter war. Puffer auf Basis von Natriumsalzen führen zu einem starken pH-Shift während des Gefriertrocknungsprozesses. Dies führte beim Einsatz des Phosphat-Puffers pH 8,0 zu einem starken Partikelwachstum. Gefriertrocknungsprozesse mit unterschiedlichen Geräten haben gezeigt, dass der Zusatz von Sucrose bzw. Trehalose oder Mannitol ab einer Konzentration von 2% (m/V) zu guten physikochemischen Eigenschaften der rekonstituierten Proben führte. Hilfsstoffkombinationen, wie sie in der Literatur beschrieben sind, waren für die Stabilisierung der nanopartikulären Strukturen nicht nötig. Die Langzeitlagerungsstabilitätsdaten der gefriergetrockneten HSA-Nanopartikel über 13 Wochen bei unterschiedlichen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen zeigten eine Überlegenheit der Hilfsstoffe Sucrose und Trehalose im Vergleich zu Mannitol. Als geeignete Hilfsstoffkonzentration stellte sich hier ein 3%iger (m/V) Zusatz heraus. Versuchsansätze mit unterschiedlichen Gefriertrocknern und somit unterschiedlichen Prozessen zeigten, dass nicht nur die Auswahl der Hilfsstoffe, sondern auch die Bedingungen des Gefriertrocknungsprozesses Einfluss auf die Lagerungsstabilität hatten. Ein kontrollierter Prozess zeigte sich dabei gegenüber dem schnellen Einfrieren mittels Stickstoff als überlegen. Von Nanopartikelsuspensionen mit den Hilfsstoffen Trehalsoe, Sucrose und Mannitol wurden die Glasübergangstemperaturen bestimmt. Die Ergebnisse deckten sich im Wesentlichen mit den in der Literatur beschriebenen Daten, so dass schlussgefolgert werden kann, dass die HSA-Nanopartikel keinen wesentlichen Einfluß auf die Glasübergangstemperatrur hatten. Zusätzlich wurde die Restfeuchte der Lyophilisate direkt nach der Gefriertrocknung und nach 13 wöchiger Einlagerungszeit bestimmt. Die Proben wiesen direkt nach dem Prozess eine Restfeuchte von ungefähr 3% auf, durch Lagerung der Partikel bei erhöhter Luftfeuchtigkeit kam es zu einem Anstieg des Wassergehalts in den Proben. Mit den Hilfsstoffzusätzen Trehalose, Sucrose und Mannitol ließen sich auch Doxorubicin-beladene HSA-Nanopartikel gefriertrocknen. Dabei kam es nach der Rekonstitution dieser Partikel zu keinem Austreten des eingelagerten Arzneistoffs. Zusätzlich wurden oberflächenmodifizierte Partikel lyophilisiert. Dabei bestand die Modifikation zum einen aus Methoxypolyethylenglykol-Ketten. Zum anderen wurden über NHS-PEG-Mal Crosslinker kovalent monoklonale Antikörper auf die Oberfläche von HSANanopartikeln gebunden. Zusätzlich wurden auch HSA-NP in Suspension einer Untersuchung bezüglich Langzeitlagerungsstabilität unterworfen. Dabei wiesen auch HSA-Nanopartikel in Suspension bei verschiedenen Einlagerungsbedingungen eine hohe Stabilität auf. Partikel, die über einen Zeitraum von 210 Tagen eingelagert wurden, zeigten bei den Temperaturen 4°C, 20°C und 30°C im Hinblick auf Partikelgröße und Polydispersität kaum Veränderungen. Die Lagerung der Nanopartikel bei Minusgraden führte allerdings zu Mikropartikeln. Bei der Untersuchung der Partikelüberstände hinsichtlich herausgelöstem HSA zeigte sich, dass je höher die Lagerungstemperatur und je länger die Einlagerung war, umso mehr HSA löste sich aus der mittels Glutaraldehyd fixierten Matrix heraus. Bei den eingefrorenen Partikeln löste sich über die gesamte Lagerungszeit kein Protein aus den Nanopartikeln heraus. Zellkulturexperimente zeigten, dass im Gegensatz zu Kontrollzubereitungen, Nanopartikel, die an ihrer Oberfläche therapeutisch wirksame Antikörper trugen, spezifisch von Krebszellen aufgenommen wurden und im Zellinneren den eingebetteten Arzneistoff freisetzten. Daraus resultierte eine spezifische Toxizität dieser Zubereitungen gegenüber Tumorzellen. Dies ist ein erster Ansatz, um zeigen zu können, dass durch nanopartikuläre Trägersysteme die unerwünschten Nebenwirkungen der unspezifisch wirkenden Zytostatika reduziert werden können. In weiteren Versuchen, vor allem mit Hilfe von in vivo Versuchen muss gezeigt werden, dass das Partikelsystem stabil genug ist, ausreichend lang im Körper zirkulieren zu können. Nur so ist das Trägersystem in der Lage, sein Zielgewebe zu erreichen. Zudem müssen Tierversuche die in der Literatur beschriebene Anreicherung des Partikelsystems im Tumorgewebe verifizieren. Dies ist nur möglich, wenn die Nanopartikel in der Lage sind, das Gefäßsystem im Bereich des Tumorgewebes zu verlassen und anschließend in die Tumormasse einwandern können. Nur dann können die in den Zellkulturversuchen gezeigten Effekte greifen.
In dieser Arbeit wurden Interaktionen zwischen Tumorzellen und Fibroblasten und die Rolle von MMPs auf Tumorwachstum und Invasion untersucht. Die Studien erfolgten in dem in vitro Modell der organotypischen Zellkulturen, in dem eine Haut-ähnliche Situation rekonstruiert wird. Hierbei wachsen maligne Epithelzellen auf einer extrazellulären Matrix (Kollagen Typ I) in enger Nachbarschaft zu hierin eingebetteten Fibroblasten und bilden ein mehrschichtiges Epithel. Dabei sind Epithelien von malignen Keratinozyten durch ein Fehlen einer definierten Struktur und Polarität charakterisiert. Im HaCaT-Tumormodell konnte der essentielle Beitrag des Tumorstromas zur Tumorprogression nachgewiesen werden da eine Steigerung der Malignität von HaCaT-Tumorzellen bis hin zur Metastasierung nur durch Wachstum in der in vivo Umgebung der Nacktmaus nicht aber durch Selektion in vitro induzierbar war. In der vorliegenden Arbeit wurden humane Fibroblasten und ihre Interaktion mit den prämalignen HaCaT Zellen in vitro analysiert. Interessanterweise, kam es nur in der Anwesenheit von Fibroblasten zu einer Kollagengel-Degradierung. Diese Beobachtungen gingen mit einer Expressionsänderung von MMPs sowie von angiogenen Faktoren, wie VEGF und PDGF, einher. Ferner zeigte sich, dass in der OTK in der Abwesenheit von Fibroblasten MMP-2 geringer exprimiert wurde und vorwiegend in den oberen Zellschichten des Epithels zu detektieren war. Parallel dazu konnte in diesen Zellschichten eine gesteigerte Proliferationsaktivität nachgewiesen werden. In Anwesenheit von Fibroblasten jedoch wurde MMP-2 vorgefunden. Die Kollagengel-Degradierung in der Anwesenheit der Fibroblasten korrelierte auch mit einer verringerten TIMP-1/TIMP-2-Expression. Die geringe TIMP-2-Expression führt zu einem Anstieg von MMP-2, welches direkt den Prozess der Kollagengel-Degradierung in der OTK fördert. TIMPs spielen nicht nur in die Regulation der MMP Expression sondern auch in der anderer Wachstumsfaktoren, wie VEGF und PDGF, eine Rolle. Während wir in der OTK keinen Zusammenhang zwischen einer VEGF- und TIMP-Expression detektieren konnten, wurde PDGF in der OTK in der Abwesenheit der Fibroblasten stärker exprimiert. In Folge einer MMP-Inhibition mit einem MMPI (Ro28-2653) der selektiv MMP-2/MMP-9 hemmt, konnte die Kollagengel-Degradierung aufgehalten werden. Nach der Behandlung mit Ro28-2653 wurden die Expression der Proteine MMP-1/MMP-2 signifikant herrunterreguliert. Dagegen war eine Verringerung der MMP-9-Expression nur zu Beginn der Behandlung detektierbar. In der OTK wurde zusätzlich initial VEGF in Folge einer MMP-Inhibition herunterreguliert. Ab der dritten Woche war die VEGF-Expression in behandelten und unbehandelten Proben vergleichbar hoch. PDGF wurde zunächst herunterreguliert, später ab der zweiten Woche signifikant hochreguliert. PDGF ist in der Lage eine TIMP-1-Expression zu induzieren. In der OTK trifft dies für TIMP-1 und TIMP-2 zu. ECM und BM Degradierung sind eine der Vorraussetzungen für Gefäßsprossung. Es kam in vivo bei malignen HaCaT-ras-A-5RT3-Tumoren in Folge einer MMP-Inhibition (Ag3340) zu einer Induzierung der Gefäßreifung und der Zerstörung kleiner, unreifer Blutgefäße. Zusätzlich ließ sich mit MRT und Hochfrequenzsonographie eine Reduzierung der Tumorgröße; des relativen Blutvolumens und ein Anstieg des mittleren Gefäßdurchmessers bei therapierten Tieren detektieren. Dieser Anstieg des mittleren Gefäßdurchmessers, quantifiziert mittels „Vessel Size Imaging“, unterstützt die Annahme, dass eine MMP-Inhibition vorwiegend die kleinen unreifen Gefäße zerstört. Die großen und reifen Gefäße sind gegen eine anti-angiogene Therapie resistent. Immunhistologische Analysen verifizierten diese Ergebnisse. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Fibroblasten bei der Tumorinvasion von malignen Keratinozyten eine fundamentale Rolle spielen. Nur in der Anwesenheit der Fibroblasten war eine MMP-2-Expression nachweisbar Wahrscheinlich stimulieren Tumorzellen Fibroblasten - über parakrine Mechanismen - MMP-2 zu synthetisieren. In vivo spielen MMPs und TIMPs und Wachstumsfaktoren, wie VEGF und PDGF, eine wichtige Rolle beim Prozess der Angiogenese. Dies ließ sich mit nicht-invasiver Bildgebung bei HaCaT ras A 5RT3 Tumoren unter MMP-Inhibition anhand des Nachweises einer zunehmenden Gefäßreifung und des Rückgangs der kleinen, unreifen Gefäße zeigen.
Typ 1 Diabetes mellitus ist eine Glucoseverwertungsstörung, die durch die utoimmune Zerstörung der insulinproduzierenden β-Zellen des Pankreas bedingt wird. Es wird davon ausgegangen, dass zu 40 - 50 Prozent exogene Faktoren und zu 50 - 60 Prozent genetische Faktoren an der Pathogenese beteiligt sind. Die Gene der HLA-Region sind dabei etwa zu einem Drittel an der genetischen Disposition beteiligt. HERV K18, ein HERV der im ersten Intron des CD 48 Gens auf Chromosom 1q21.2-q22 lokalisiert ist, verfügt über einen Bereich der für ein Superantigen (SAg) codiert. In Studien wurde eine Vβ7-T-Zellen-Expansion in Pankreata bei neumanifestiertem Typ 1 Diabetes mellitus nachgewiesen, die auf die SAg Wirkung des env Gens des HERV K18 zurückzuführen war. Es wurde anschliessend postuliert, dass SAg Autoimmunerkrankungen hervorrufen indem sie T-Zellen, genauer autoreaktiver CD4+ Vb17-T-Lymphozyten, aktivieren, die spezifisch für Autoantigene sind. Humane endogene Retroviren (HERV) machen 8 % des menschlichen Genoms aus und werden mit der Entstehung von verschiedenen Autoimmunprozessen in Verbindung gebracht, wie Rheumatoide Arthritis oder Multipler Sklerose. Unterschiede in der DNA-Sequenz des HERV K18 könnten eine prädisponierende Wirkung von Untergruppen des endogenen Retrovirus für eine Typ 1 Diabetesmanifestation erklären. 20 kb stromaufwärts des 5 LTREndes findet sich ein hochpolymorpher Mikrosatellitenmarker dessen Polymorphismen ebenfalls von Bedeutung sein könnten für die Entstehung von Typ 1 Diabetes mellitus. Nicht nur die mittels SAg getriggerte polyklonale Aktivierung autoreaktiver CD4+ Vb17-T-Lymphozyten könnte zu Typ 1 Diabetes mellitus führen, auch über eine Veränderung der CD48-Expression könnte es einen kausalen Zusammenhang mit der Pathogenese des Typ 1 Diabetes geben. In der Untersuchung der HERV K18-Polymorphismen fand sich bei beiden, also HERV 8594 und HERV 8914, weder in der Genotypenverteilung noch in der Transmissionsanalyse ein Hinweis für eine Kopplung mit Typ 1 Diabetes mellitus. Ebenso zeigte die Analyse des Mikrosatelliten zeigte keine signifikanten Unterschiede. Unsere Ergebnisse zeigen somit weder eine Assoziation des HERV K18, noch der ihm benachbarten Genregion mit Typ 1 Diabetes mellitus. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit einem Polymorphismus im Areal 2q33, welches immunologisch betrachtet von essentieller Bedeutung ist. Es beherbergt Gene, deren Moleküle an der Zelloberfläche exprimiert werden und die als regulierende Signale in der T-Zell- Aktivierung fungieren. Zu den wichtigsten zählen CD28, CTLA 4 sowie ICOS. CTLA 4 ist bei der Entstehung des Typ 1 Diabetes mellitus, Morbus Basedow, Hashimoto Thyreoiditis sowie Myasthenia gravis involviert. Durch die gengeographische Nähe des ICOS zum CTLA 4 besteht die Möglichkeit, dass auch ICOS mit Typ 1 Diabetes gekoppelt ist. Innerhalb des Intron 4 des ICOS befindet sich ein alter, hochkonservierter und hochpolymorpher Mikrosatellit, genannt SARA 47. In der Transmissionsanalyse fiel auf, dass das Allel 93 ausschliesslich transmittiert wurde und das Allel 95 hingegen eher retiniert wurde. Besonders deutlich wird dieser Effekt in der isolierten Betrachtung der maternalen Transmission. Hier wird vor allem die protektive Wirkung des Allels 95 deutlich. In der Kopplungsanalyse des SARA 47 mit CTLA 4 wird der Haplotyp 93-A ausschliesslich transmittiert und ist somit ein prädisponierender Faktor in der Entstehung des Typ 1 Diabetes mellitus. Die gekoppelten Haplotypen 95-G sowie 99-A hingegen wirken eher protektiv. Durch den in dieser Arbeit untersuchten Mikrosatelliten wird die Bedeutung der Region 2q33 in der Pathogenese von Typ 1 Diabetes mellitus untermauert.
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist charakterisiert durch einen Differenzierungsblock sowie aberrante Selbsterneuerung („self-renewal“) hämatopoetischer Vorläuferzellen im Knochenmark (Grignani, 1993). Bei Patienten mit akuter Promyelozyten-Leukämie (APL), einem Subtyp der AML, bezeichnet als M3 gemäß FAB(„French-American-British“)-Klassifikation, ist dieser Phänotyp induziert durch die spezifischen Leukämie-assoziierten chromosomalen Translokationen t(15;17) sowie t(11/17). Beide involvieren einen identischen Anteil des Retinsäure-Rezeptors Alpha (RAR-Alpha) und jeweils entweder Gene der Promyelozyten-Leukämie (PML) oder promyelozytäre Zinkfinger (PLZF). Durch homologe Oligomerisierung, vermittelt durch die PCC(“coiled-coil”)-Domäne beim PML (Grignani, 1999) und die BTB/POZDomäne beim PLZF (Benedetti, 1997), formieren die Fusionsproteine PML/RAR und PLZF/RAR-Alpha in vivo HMW(“high molecular weight“)-Komplexe (Melnick, 1999). Im Vergleich zum RAR-Alpha von Wildtyp-Zellen zeigen diese erhöhte Affinität zu “Histone-Deacetylase-Recruiting-Nuclear- Corepressor”-Komplexen, was über aberrante Rekrutierung der Histon- Deazetylase zu konstitutiver Hypoazetylierung der Histone und schließlich zur Blockade der Transkription von Genen, die für eine Ausdifferenzierung von hämatopoetischen Vorläuferzellen bedeutsam sind, führt. Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist das molekulare Targeting der Oligomerisierungsdomänen von PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha in vitro. Hierfür werden retrovirale Vektoren mit artifiziellen Fusionsgenen kloniert. Diese bestehen aus jeweils PCC-ABL oder POZ-ABL, welche sich aus der ABLKinase des Philadelphia-Chromosoms BCR/ABL und den spezifischen Oligomerisierungsdomänen von PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha zusammensetzen sowie den Peptiden PCC und POZ mit analogen Strukturen zu diesen Domänen. Fusionen der ABL-Kinase mit den Oligomerisierungsdomänen von PML und PLZF führen wie bei BCR (Beissert, 2003) zur konstitutiven ABLAktivität und vermitteln IL-3-unabhängiges Wachstum von Ba/F3-Zellen (murine Pro-B-Zelllinie). Die jeweils koexprimierten Peptide lagern sich an die analogen Proteinstrukturen von PCC-ABL und POZ-ABL an und stören deren homologe Oligomerisierung, was die IL-3-Unabhängigkeit gänzlich aufhebt. Dies wird über Wachstumskurven, Durchflusszytometrie (FACS) und Westernblot gezeigt. Folgend werden Vektoren zur Koexpression der kompletten APLcharakterisierenden Fusionsgene PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha zusammen mit identischen Peptiden kloniert, um mit diesen Sca1+/lin--selektionierte, murine, hämatopoetische Stammzellen zu infizieren. Deren Differenzierungsgrad wird über Zählung der Kolonien-formenden Einheiten (“Colony Forming Units” - CFUs), über deren Kolonie-Morphologie, deren Zytologie sowie Stammzell- und Differenzierungsoberflächenmarker bestimmt. Die Kontrollen mit alleiniger Expression der Fusionsproteine sowie zusammen mit vertauschten Peptiden zeigen die bekannte Morphologie von Promyelozyten, während die Koexpression der interferierenden Peptide zu deutlich akzelerierter Ausdifferenzierung führt. Eine erhöhte Replating-Effizienz durch die aberrante Fähigkeit zur Selbsterneuerung, eine typische Eigenschaften leukämischer Blasten, wird unter Einfluss interferierender Peptide nicht beobachtet. Hierfür wird ursächlich eine Störung der HMW-Komplex-Bildung beschrieben. Die Fusionsproteine PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha werden durch dieses Targeting über Westernblot nicht mehr nachgewiesen und somit als proteasomal degradiert angenommen. Das Vorliegen der Fusionsgene von PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha in den bei diesen Experimenten verwendeten Zellen kann auf RNA-Ebene über RT-PCR gezeigt werden. Zusammenfassend beschreibt die Koexpression von spezifischen Peptiden, die mit Oligomerisierungsdomänen von Fusionsproteinen, wie hier PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha, interferieren, einen neuen, vielversprechenden Ansatz bei der Therapie von Leukämien.
Experimentelle Analyse der auslösenden Reize für das Verhalten von Königinnen der Gattung Apis
(2008)
Bei Honigbienen werden im Rahmen der Kolonievermehrung zahlreiche junge Königinnen aufgezogen, von denen letztlich nur eine einzige pro Bienenvolk verbleibt. Die Eliminierung überzähliger Königinnen erfolgt im direkten Kampf der Königinnen gegeneinander. Dabei endet dieser Kampf zwischen zwei jungen unbegatteten Königinnen stets mit dem Tod einer Konkurrentin. Der Kampf der Königinnen ist der zentrale Mechanismus zur Sicherung der Monogynie. Diese Arbeit greift die Fragen auf, welche Reize das aggressive Verhalten der Königin auslösen und wo diese lokalisiert sind. Grundlage der Untersuchungen ist ein Biotest, in dem das Stechverhalten der Königin innerhalb einer Versuchsarena quantifiziert werden kann. Hierbei zeigte sich, dass der Ablauf des Verhaltens dem unter natürlichen Bedingungen im Bienenvolk entspricht. Das Auftreten des Stechverhaltens wurde bei Königinnen verschiedenen Alters und Fertitilitätszustandes untersucht. Es wurde gezeigt, dass das Stechverhalten bei frisch geschlüpften, begatteten und älteren Königinnen, die bereits Eier legen, vorhanden ist. Zur Untersuchung phylogenetischer Aspekte wurden die Verbreitung sowie die interspezifische Wirksamkeit der Auslöser des Stechverhaltens bei insgesamt fünf Apisarten untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Auslöser des Stechverhaltens über die Artengrenzen hinweg wirksam sind. Dies weist darauf hin, dass die Auslöser des Stechverhaltens phylogenetisch an der Wurzel innerhalb des Genus Apis sind. Arbeiterinnen lösen das Stechverhalten dagegen nicht aus. Es zeigte sich allerdings, dass die als Pseudoköniginnen zwischen Arbeiterinnen und Königinnen intermediären eierlegenden Arbeiterinnen der Kaphonigbienen A. m. capensis die Auslöser des Stechverhaltens besitzen und ebenso wie eine Königin mit Stechverhalten auf eine Königin reagieren. Dies weist darauf hin, dass die Auslöser des Stechverhaltens neben der Sicherung der Monogynie möglicherweise noch eine weitere Funktion besitzen, die nicht im Zusammenhang mit der Kolonievermehrung (Schwarmvorgang) steht. Im Gegensatz zu den europäischen Unterarten von Apis mellifera treten bei der in Ägypten endemischen A. m. lamarckii sehr viele Jungköniginnen auf, die sich während der Schwarmphase zunächst tolerieren. In vergleichenden Untersuchungen mit A. m. carnica Königinnen wurde der Frage nachgegangen, ob die Variabilität des Stechverhaltens und dessen Auslöser hierfür Ursache sind. Hierbei wurde deutlich, dass die Auslöser des Stechverhaltens bei A. m. lamarckii Königinnen reduziert sind. Dies kann im biologischen Kontext als eine ökologische Anpassung an die Produktion vieler kleiner Schwärme verstanden werden. Ziel weiterer Analysen war eine Charakterisierung der Auslöser durch das schrittweise Eingrenzen und die Übertragung der biologischen Aktivität. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass antennaler Kontakt für das Auslösen des Stechverhaltens notwendig ist. Hierbei zeigte sich, dass die über Kontakt wahrgenommenen Auslöser auf den abdominalen Tergiten lokalisiert sind. Untersuchungen der Tergitoberfläche mit dem Rasterelektronenmikroskop gaben hier weitere Hinweise. Auf der Kutikula der abdominalen Tergite von frisch geschlüpften Königinnen sind Sekretprotuberanzen zu erkennen, die bei älteren Königinnen zunehmen. In diesem Bereich liegen die von Renner und Baumann (1964) beschriebenen subepidermalen Tergittaschendrüsen. Da die Auslöser des Stechverhaltens in diesem Bereich lokalisiert sind, ist zu vermuten, dass diese Sekretprotuberanzen den Tergittaschendrüsen entstammen und die Auslöser des aggressiven Verhaltens enthalten. Zum Nachweis einer chemischen Natur der Auslöser wurde ein Entfernen und Übertragen von Oberflächensubstanzen auf Attrappen untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Auslöser durch Abwischen der Tergite entfernt und durch Aufreiben übertragen werden können. Das Entfernen durch Extraktion sowie eine Übertragung der Auslöser durch das Auftragen von Extrakten war mit dem unpolaren Lösungsmittel n-Pentan möglich. Hierdurch wurde klar belegt, dass es sich bei den über Kontakt wahrgenommenen Auslösern des Stechverhaltens um chemische Reize handelt. Zur Eingrenzung der Komponenten wurde das biologisch aktive Extrakt durch eine präparative Gaschromatographie schrittweise fraktioniert. Anschließend wurde die biologische Aktivität dieser Fraktionen im Biotest bestimmt. Die weitere Identifikation der Komponenten in der biologisch aktiven Fraktion erfolgte durch Analyse der Massenspektren, chemische Reaktionen sowie Vergleiche mit Referenzen. Beim Vergleich der biologisch aktiven Fraktion mit den inaktiven Fraktionen wurden alle Komponenten analysiert, die ausschließlich in der aktiven Fraktion enthalten waren. Hierbei wurden die drei langkettigen Ester Hexadecyllinoleate, Hexadecyloleate und Octadecylpalmitoleate identifiziert. Diese bei Arbeiterinnen nicht vorhandenen Ester wurden ebenfalls in den Tergitextrakten von Apis florea und Apis cerana Königinnen nachgewiesen. Eine Identifikation des biologisch aktiven Isomers durch dessen Synthese und Nachweis im Biotest gestaltet sich aufgrund der Vielzahl möglicher Stereoisomere sehr aufwendig und sprengt deutlich den Rahmen dieser Doktorarbeit. Den Ergebnissen zu Folge ist davon auszugehen, dass die auf den dorsalen Tergiten der Königin nachgewiesenen langkettigen Ester Hexadecyllinoleate, Hexadecyloleate und Octadecylpalmitoleate, die den dort befindlichen subepidermalen Tergittaschendrüsen entstammen und über Kontaktperzeption von der Königin wahrgenommen werden, die Auslöser für das aggressive Verhalten zwischen Königinnen sind.
Das Bcr-Abl Onkogen kodiert für eine Nichtrezeptor-Tyrosinkinase, welche durch die aktivierte Abl-Tyrosinkinaseaktivität zur malignen Transformation hämatopoetischer Zellen führt. Bei etwa 95% der Patienten mit chronischer myeloischer Leukämie (CML) und etwa 30% der erwachsenen Patienten mit akuter lymphatischer Leukämie (ALL) läßt sich das Bcr-Abl Onkogen nachweisen. Die Bcr-Abl positive ALL zeichnet sich dabei durch eine besonders schlechte Prognose trotz intensiver Polychemotherapie aus. Mit dem Abl-Tyrosinkinaseinhibitor Imatinib steht eine kausale Therapieoption für Patienten mit Bcr-Abl positiver Leukämie zur Verfügung. Die ersten klinischen Studien begannen 1999. Dabei zeichnen sich jedoch Patienten mit CML in Blastenkrise und Patienten mit ALL durch eine hohe Rate an Therapieversagern aus. Dies betrifft sowohl das direkte Therapieversagen (sog. primäre Resistenz) als auch die frühzeitige Entwicklung von Rezidiven nach initialem Therapieansprechen (sog. sekundäre Resistenz). Das von der Leber synthetisierte Akute-Phase-Protein α1-saures Glykoprotein (AGP) bindet Imatinib mit hoher Affinität. Dies führt zur Verringerung der freien Imatinibkonzentration. Da Imatinib nur in freier Form aktiv von der Leukämiezelle aufgenommen wird, könnte die Serumkonzentration von AGP das Therapieansprechen auf Imatinib beeinflussen. Tierexperimentelle Daten konnten dies belegen. Daten bei Menschen liegen jedoch nur wenige vor. Überwiegend stammen diese Daten von Patienten mit CML in chronischer Phase, zudem sind die Ergebnisse teilweise wiedersprüchig. Ob die AGP Konzentration bei Patienten mit CML in Blastenkrise oder Bcr-Abl positiver ALL einen Einfluss auf die Wirkung von Imatinib hat, ist aufgrund fehlender Daten unklar. In dieser Arbeit konnte die Bedeutung des APG als Resistenzmechanismus und Prognosefaktor für die Behandlung von Patienten mit CML in Blastenkrise und Bcr-Abl positiver ALL sowohl in vitro als auch in vivo belegt werden. In vitro führten Patientenseren mit steigender Konzentration von AGP zu einer signifikanten Abschwächung der Wirkung von Imatinib auf die Bcr-Abl positive Zelllinie BV173. In vivo wurde der Zusammenhang zwischen der AGP Konzentration und dem Erfolg der Therapie mit Imatinib bei 42 erwachsenen Patienten mit Bcr-Abl positiver ALL (32 Patienten) bzw. CML in Blastenkrise (10 Patienten) untersucht. 25 Patienten (59,5%) erreichten unter der Therapie mit Imatinib als einziges zytoreduktives Medikament eine komplette Remission. Patienten, die eine komplette Remission erreichten, hatten signifikant niedrigere AGP Werte, als Patienten, die keine komplette Remission erreicht hatten. Ein AGP-Wert im Normbereich hatte einen positiven Vorhersagewert von 86% und eine Spezifität von 88% bezüglich des Erreichens einer kompletten Remission. Patienten mit erhöhten AGP Werten hatten verglichen mit Patienten mit normwertigen AGP Konzentrationen eine jeweils signifikant kürzere mediane Zeit bis zur Krankheitsprogression (1,5 Monate vs. 4,9 Monate), kürzere mediane krankheitsfreie Überlebenszeit (1,4 Monate vs. 4,7 Monate), kürzere mediane Gesamtüberlebenszeit (3,9 Monate vs. 16,5 Monate) sowie niedrigere Fünfjahresüberlebensrate (4% vs. 36%). Damit belegt diese Arbeit mit dem bisher größten Patientenkollektiv und dem bisher längsten Beobachtungszeitraum die Bedeutung von AGP als Prognosefaktor für die Imatinibbehandlung von Patienten mit CML in Blastenkrise und Bcr-Abl positiver ALL und liefert einen Beitrag zum Verständnis der Resistenzentstehung. Möglicherweise könnte die Bestimmung von AGP in Zukunft zur Therapiestratifizierung beitragen.
Als chronisch entzündliche systemische Erkrankung mit dominanter Manifestation an den Gelenken kann die rheumatoide Arthritis in ihrem progredienten Verlauf mit den derzeit existierenden krankheitsmodifizierenden Antirheumatika oft nicht vollständig aufgealten werden. Dies hat irreversible Knorpeldestruktion und Knochenusuren mit schwerwiegenden Einbußen der Gelenkfunktion zur Folge. In der Literatur gibt es überzeugende Hinweise auf eine wichtige Rolle der T-Zellen in der Immunpathogenese der RA, die neben verschiedenen Mechanismen der erworbenen Immunität auch matrixdegradierende Prozesse der fibroblastenartigen Synoviozyten (FLS) propagieren. Die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine aus Makrophagen wie IL-1β, TNF-α und IL-18 führt wiederum zur Induktion der ebenfalls entzündungsfördernden T-Zell-Zytokine IL-2 und IFN-γ. Die Bedeutung von IL-17, einem anderen T-Zellzytokin, war zum Zeitpunkt der Durchführung dieser Arbeit noch nicht verstanden, und IL-23 war noch nicht entdeckt. In der vorliegenden Arbeit wurden periphere mononukleäre Zellen (PBMC) aus dem Venenblut (systemische Komponente) und der Synovialflüssigkeit (SFMC, lokale Komponente) von RA und Kontroll-Patienten (andere Formen der Arthritis) mittels Ficoll-Gradient Dichtezentrifugation separiert und die Subpopulationen von T-Zellen durch fluoreszierende Antikörper gegen die Oberflächenmerkmale CD4, CD8, CD45RA und CD45RO mittels FACS-Analyse identifiziert, um ihr Verteilungsmuster in den systemischen und lokalen Kompartimenten zu erfassen. Außerdem wurden T- Zellen bezüglich ihres Aktivierungsstatus durch Markierung mit anti-CD69-Antikörpern und das intrazelluläre Zytokinexpressionmuster (IL-2, IFN-γ, IL-10) nach Sekretionshemmung durch Monensin und anschließender Permeabilisierung der Zellen mittels Saponin auf Einzelzellniveau untersucht. Der Einfluss von autologen und allogenen FLS auf die T-Zellen hinsichtlich der oben genannten Aktivierungsparameter (CD69 und Zytokinexpression) wurde zudem in vitro an einem autologen und allogenen Kultur-System durch Koinkubation von peripheren mononukleären Zellen mit FLS von RA Patienten untersucht. Hierbei kamen FLS, die aus der Synovialmembran und aus der Synovialflüssigkeit gewonnen wurden, nach der 4. bis 5. Passage in der Langzeitkultur zum Einsatz. Eine präferentielle Akkumulation von CD45RO+ Memory T-Zellen wurde ex vivo sowohl in den Subpopulationen von CD4+ als auch CD8+ T Zellen in allen untersuchten Synovialflüssigkeiten unabhängig von der Arthritisform bzw. Grundkrankheit festgestellt. Außerdem zeigte sich sowohl bei RA- als auch bei Kontrollpatienten mit anderen Arthritisformen sowohl in den CD45RA+ naiven als auch CD45RO+ Memory CD4+ und CD8+ T-Zellen in der Synovialis im Vergleich zum Blut eine erhöhte CD69 Expression als Ausdruck eines frühen Aktivierungszustandes. Trotzdem konnte nur bei einem geringen Anteil dieser T-Zellen die Expression von IL-2 detektiert werden. Dies zeigt eine präferentielle Rekrutierung einwandernder Memory T-Helfer- und –Suppressorzellen ins Gelenk, aber eine zumeist inkomplette Aktivierung sowohl von naiven als auch von Memory T-Zellen bei RA- und Kontrollpatienten. Die Patienten mit RA und anderen Arthritisformen unterschieden sich jedoch hinsichtlich der Expression von IL-10, einem entzündungshemmenden Zytokin, und IFN-γ in den PB- und SF-T-Zellen. Hier schien vor allem die Subpopulation von CD8+ T-Zellen einen relevanten Beitrag zur gesteigerten IL-10-Expression zu leisten. Entsprechend konnte im Koinkubationsexperiment demonstriert werden, dass nur die CD8+ T-Suppressorzellen durch FLS komplett aktiviert und zu einer anhaltenden IL- , IFN-γ- und IL-10-Produktion stimuliert wurden, während FLS bei den CD4+ T-Helferzellen die Expression von IL-2 hemmten. Die Anwesenheit der Synovialisfibroblasten erzeugt somit bei den CD4+, nicht aber bei den CD8+ T-Zellen einen Anergiezustand. Daher scheinen FLS zu RA-typischen Zytokinexpressionsmustern in den CD4+ und CD8+ T-Zellen durch unterschiedliche Mechanismen (Aktivierung von CD8+ T-Zellen versus Anergie der CD4+ T-Zellen) beizutragen. Die Aktivierung von MHC-I-restringierten CD8+ T Zellen sowie die Regulation von MHC-II restringierten CD4+ T Zellen durch FLS führt zu einer Modulierung der TH1/Th2 Zytokinbalance im Sinne entzündungshemmender Regulationsmechanismen. Bei der schweren RA Synovialitis sind diese Mechanismen aber offensichtlich unzureichend, um den Entzündungsprozess effektiv zu kontrollieren.
Einleitung In einem medizinischen Notfall kann schnelles und strukturiertes Handeln für das Überleben des Patienten von entscheidender Bedeutung sein. Die hierfür benötigten Fertigkeiten sollten bereits im Rahmen der medizinischen Ausbildung erlangt und evaluiert werden. Die objektive, strukturierte klinische Prüfung (OSCE) ist ein valides und reliables Prüfungsformat zur Evaluierung praktischer Fertigkeiten. Jedoch werden in den traditionellen OSCE-Stationen nur isolierte Fertigkeiten bzw. Komponenten eines klinischen Arbeitsablaufes beurteilt. Was fehlt, ist eine valide Repräsentation der Realität in der Klinik. Doch gerade die Kompetenz, einzelne Fertigkeiten und Fähigkeiten in einen klinischen Arbeitsablauf zu integrieren, ist in der Notfallmedizin von entscheidender Bedeutung. Daher wurden im Rahmen der hier vorliegenden Studie die so genannten „Emergency Case OSCE Stations“ (ECOS) entwickelt. Hier müssen die Studierenden das komplette Notfallmanagement vom Auffinden des Patienten über die Einleitung der Primärmaßnahmen bis zur Organisation der weiteren Behandlung demonstrieren. Im ersten Teil der vorliegenden Studie wird die Durchführbarkeit der ECOS im Rahmen einer praktischen Prüfung für das Fach Notfallmedizin untersucht. Dabei soll untersucht werden, ob die ECOS eine mit den traditionellen OSCE-Stationen vergleichbare Machbarkeit, Reliabilität und Akzeptanz erreichen können. Im Jahr 2003 trat die neue Approbationsordnung für Ärzte in Kraft, durch die die medizinische Ausbildung einen stärker praxisorientierten Ansatz erhalten sollte. In der alten ÄAppO spielte das Fach Notfallmedizin eine untergeordnete Rolle mit nur wenig praktischem Training. Im Rahmen der Umsetzung der neuen ÄAppO erfuhr die Notfallmedizin durch die Einführung des eigenständigen Querschnittsbereiches Notfallmedizin eine deutliche Aufwertung entsprechend ihrer Wichtigkeit für das Überleben der Patienten. Der zweite Teil der Studie beurteilt, welchen Effekt das neue simulationsbasierte Curriculum im Fach Notfallmedizin auf die Fertigkeiten der Studierenden hat, einen Notfall zu handhaben. Methode Im ersten Teil der Studie absolvierten 45 Studierende einen 10-Stationen-OSCE-Parcours bestehend aus 6 ECOS sowie 4 traditionellen OSCE-Stationen. Sie wurden hierbei anhand einer fallspezifischen Checkliste beurteilt. Im Anschluss an jede Station sowie im Anschluss an den Gesamtparcours vervollständigte jeder Studierende einen Fragebogen, um die ECOS und traditionellen OSCE-Stationen zu evaluieren. Im zweiten Teil der Studie wurde eine kontrollierte, verblindete Untersuchung mit 44 Studierenden durchgeführt. Die Studierenden waren alle in ihrem letzten Ausbildungsjahr. 22 der Studierenden haben nach der alten ÄAppO studiert und waren somit Teil der Kontrollgruppe. Die 22 Studierenden der Interventionsgruppe absolvierten ihre medizinische Ausbildung nach der neuen ÄAppO. Das neue Ausbildungskonzept im Fach Notfallmedizin besteht aus einem simulationsbasierten Training mit theoretischen Unterrichtseinheiten, um die Algorithmen aus der Vorlesung zu wiederholen, und aus standardisierten Szenarien in einer realistischen Umgebung. Das Training basiert auf den Basic Life Support- (BLS) und den Advanced Cardiac Life Support- Kursen (ACLS) der American Heart Association sowie auf einem studentischen Bedürfnissen angepassten Advanced Trauma Life Support-Training (ATLS). Auch weitere häufige und lebensbedrohliche Notfallsituationen wurden in das Simulationstraining integriert. Die Beurteilung erfolgte anhand eines 10-Stationen-OSCE-Parcours mit einem Maximum von 4 Monaten nach Abschluss der Intervention (Simulationstraining). Alle Studienteilnehmer waren gegenüber dem Studienprotokoll verblindet. Die Prüfer und Simulationspatienten waren des Weiteren gegenüber der Gruppenzugehörigkeit der Studierenden verblindet. Ergebnisse Wir konnten in der vorliegenden Studie zeigen, dass die ECOS im Rahmen einer OSCE durchführbar sind. Auf Seiten der Studierenden und auch der Prüfer zeigte sich eine hohe Akzeptanz. Die ECOS wurden als wesentlich realistischer im Vergleich zu den traditionellen OSCE-Stationen gewertet. Die Reliabilitätsanalyse mittels Cronbachs α ergab für die ECOS eine gute Reliabilität mit 0.793. Im zweiten Teil der Studie konnten wir einen signifikant positiven Effekt des neuen Curriculums auf die Fertigkeiten und das Verhalten der Studierenden in einem Notfall nachweisen (p< 0.0001 bis p = 0.016). Schlussfolgerung Die ECOS bieten eine gute Alternative zu den traditionellen OSCE-Stationen mit einer guten Reliabilität und bieten hierbei die Möglichkeit, das Notfallmanagement der Studierenden in einem realistischen Szenario zu beurteilen. Das neue Curriculum im Querschnittsbereich Notfallmedizin verbessert erheblich die Kompetenzen der Studierenden in einem medizinischen Notfall.
In einer retrospektiven Analyse von 94 Fällen wurde unter besonderer Berücksichtigung des Kyphosewinkels eine Empfehlung zur Therapie der Spondylitis herausgearbeitet. Die Patienten waren in den Jahren 1991 bis einschließlich 1997 aufgrund einer Spondylitis an der Orthopädischen Universitätsklinik Friedrichsheim in Frankfurt am Main in stationärer Behandlung. Die Ergebnisse wurden durch Auswertung der Krankenakten, Ausmessung der Röntgenbilder und einer Nachuntersuchung von 61 Patienten im Mittel von 4,6 Jahren nach dem stationären Aufenthalt erhoben. Das Durchschnittsalter der Patienten lag bei 56 Jahren. Von 94 Fällen waren 12 spezifische und 82 unspezifische Spondylitiden. Der Erregernachweis gelang in 49% der Fälle; Staphylococcus aureus war der am häufigsten nachgewiesene Keim (46%). Mycobacterium tuberculosis wurde bei 6 Patienten kulturell (13%) und in 9 Fällen histologisch (10%) nachgewiesen. Bei der Nachuntersuchung war die Beurteilung der Schmerzfreiheit in der ventralen und dorso-ventralen Patientengruppe identisch. Beide Methoden hatten den größten Anteil an schmerzfreien Patienten. Eine neurologische Symptomatik zu Therapiebeginn hatten 25 Patienten. Am Therapieende hatte sich bei 16 Patienten die Neurologie vollständig zurückgebildet. Zu einer Teilrückbildung der Neurologie kam es in 4 Fällen, und bei 5 Patienten wurden zur Rückbildung der Neurologie keine Angaben gemacht. Die Blutsenkungsgeschwindigkeit und das C-reaktive Protein waren zu Behandlungsbeginn erhöht, und die Leukozyten lagen im Normbereich. 9 Patienten wurden konservativ behandelt. 34 Patienten wurden einer ventralen Spondylodese zugeführt und 37 Patienten wurden dorso-ventral operiert. Weitere 14 Patienten wurden von dorsal mittels Fixateur interne stabilisiert. Bei 8 der 14 Patienten wurde der Entzündungsherd von dorsal ausgeräumt, und 9 der 14 Patienten bekamen zusätzlich dorsal, dorso-lateral oder transpedikulär Knochenspäne implantiert. Die durchschnittliche Knochenspaneinbauzeit war bei den ventralen und dorso-ventralen Spondylodesen etwa gleich lang (Brustwirbelsäule 5 respektive 5,4 Monate, Lendenwirbelsäule 3,8 respektive 3,9 Monate). Die durchschnittliche radiologische Ausheilung der Spondylitis bei den dorsalen Spondylodesen und den konservativ behandelten Patienten dauerte ebenfalls etwa gleich lang (Brustwirbelsäule 6,9 respektive 7,8 Monate, Lendenwirbelsäule 4,4 respektive 5 Monate). Für die Dauer des Knochenspaneinbaus scheint eine zusätzliche dorsale Stabilisierung unbedeutend. In den Fällen, bei denen eine Ausräumung des Entzündungsherds und Knochenspanimplantation erfolgte, ließ sich eine schnellere knöcherne Ausheilung der Spondylitis erkennen. Demzufolge scheint die Herdausräumung mit konsekutiver Knochenspanimplantation wesentlich für die Ausheilung der Spondylitis zu sein. Die Durchbauungsrate der nochenspanspondylodesen lag in allen Gruppen jeweils bei 100% (vorausgesetzt ein zeitlich kompletter, radiologischer Verlauf eines Patienten lag zur Beurteilung vor). Eine intraoperative Aufrichtung der kyphosierten Wirbelkörper gelang in 71 von 85 Fällen (84%). Die größten effektiven Korrekturgewinne wurden mit der dorso-ventralen Spondylodese erzielt (Vergleich präoperativ zu follow-up). Der größte Korrekturverlust entstand in den ersten drei postoperativen Monaten. Postoperative Korrekturverluste traten bei den ventralen Spondylodesen bis zu 3 Monaten, bei den dorso-ventralen Spondylodesen bis zu 6 Monaten und bei den dorsalen Spondylodesen über 6 Monate hinaus auf. Ursache hierfür ist die noch mangelnde Tragfähigkeit des im Umbau befindlichen Gewebes. Eine Ausheilung der Spondylitis trat in allen Fällen ein. Zwei Patienten entwickelten 1 Jahr respektive 1,5 Jahre später ein Rezidiv (2%). Basierend auf den Erkenntnissen dieser Arbeit ist die dorso-ventrale Operation zur Therapie der Spondylitis zu favorisieren. Durch die ventrale Spondylodese kommt es zu einer beschleunigten Ausheilung der Spondylitis. Eine intraoperative Aufrichtung des erkrankten Wirbelkörpersegments kann die Statik der Wirbelsäule wiederherstellen respektive erhalten. Eine Progredienz der Kyphose wird damit dauerhaft verhindert. Außerdem können Schmerzen und neurologische Defizite schnell behoben werden. Mit einem Fixateur interne kann das Operationsgebiet von dorsal gesichert werden. Eine Frühmobilisation des Patienten wird ermöglicht, was im Hinblick auf Komplikationen durch Immobilisation insbesondere bei älteren oder multimorbiden Patienten wesentlich erscheint. Weiterhin erlaubt die intraoperative Probeentnahme eine Erregerbestimmung mit zugehörigem Antibiogramm und eine histologische Diagnose. Bei geringer knöcherner Destruktion kann eine alleinige ventrale Operation mit Herdausräumung und Knochenspanimplantation ausreichend sein. Eine mehrwöchige Phase der postoperativen Immobilisation sollte bei diesem Vorgehen berücksichtigt werden. Eine konservative Therapie empfiehlt sich bei Patienten, deren Ausmaß der Erkrankung (knöcherne Destruktionen) sehr gering ist, oder die aufgrund ihres Allgemeinzustands nicht operabel sind.
Ziel dieser Studie war es, ein Verfahren zur Kryokonservierung von Ovarialgewebe bei Krebspatientinnen soweit zu optimieren, dass den betroffenen Frauen vor der onkologischen Therapie eine Entnahme von Ovarialgewebe und die Kryokonservierung angeboten werden kann. Bisher durchgeführte Untersuchungen von Mitarbeitern unserer Arbeitsgruppe und auch von anderen zeigen, dass eine Kryokonservierung von Ovarialgewebe bzw. von Follikeln prinzipiell möglich ist. Nach Reimplantation in den Körper kam es bisher zu zeitweiligem Follikelwachstum in den Transplantaten. Langfristige Funktion, oder eine Schwangerschaft konnte bisher international sechs Mal erzielt werden (vgl. 4.6) Untersucht wurden Biopsate von sechs Patientinnen im Alter von 22 – 38 Jahren. Die Proben wurden nach dem Frankfurter Protokoll langsam eingefroren. Es wurden drei verschiedene Kryoprotektanden verwendet um herauszufinden, welches die besten Ergebnisse erzielt und zwar 1,2-Propandiol (PROH), Ethylenglykol (EG) und Dimethylsulfoxid (DMSO). DMSO ist der meist benutzte Kryoprotektand (Gosden et al. , 1994; Baird et al. , 1999), Q Hovatta( 2003) sagt, dass das langsame Einfrieren mit den kryoprotektanden PROH, EG und DMSO die meist etabilierte Methode sei. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Ergebnisse mit Ethylenglykol (EG) bessere Resultate erzielten, als die mit Dimethylsulfoxid. Aufgrund der Studie von Siebzehnrübl, 2000, wurde auf die schnelle Einfriermethode zugunsten der langsamen verzichtet. Die Auswertung der Proben erfolgte durch Messung der Konzentration von 17-ß Estradiol und Progesteron. Die Messungen fanden zu drei verschiedenen Zeitpunkten statt, nach drei Stunden, nach sechs Stunden und nach 24 Stunden. Der Anstieg der Konzentration in dem Zeitraum von 3 – 24 Stunden kann als Indikator für die Vitalität des Ovarialgewebes genutzt werden (vgl. Isachenko V. et al., 2002). Da die Anstiegswerte der Hormonkonzentration im Zeitraum von 3 – 6 Stunden zu nah aneinander lagen und der Zeitraum auch zu kurz war, um eine Aussage zu treffen, beruhen die Ergebnisse auf den Anstieg im Zeitraum zwischen 3 – 24 Stunden. Verglichen wurden die drei kryokonservierten Gruppen noch mit zwei Frischgewebe Gruppen, einer Kontrollgruppe und einer mitDie Anstiegswerte der ormonkonzentration für Estradiol lagen im Durchschnitt bei 5,38 pg/ml bei den kryokonservierten Gruppen. Die Frischgewebe Gruppen hatten einen durchschnittlichen Anstieg um 7,20 pg/ml. Es ist zwar ein Unterschied zu erkennen, dennoch die die Resultate bei den kryokonservierten Gruppen recht gut. Von den kryokonservierten Gruppen hat die EG-Gruppe mit einem Anstieg von 5,61 pg/ml am besten abgeschnitten. Bei den Propandiol Werten sieht es ähnlich aus. Die kryokonservierten Gruppen erzielten einen durchschnittlichen Anstieg um Faktor 2,78 und die Frischgewebe Gruppen um Faktor 5,62. Die Werte sind deutlich niedriger also die des Estradiol. Interessant zu erwähnen ist der große Unterschied beim Progesteron zwischen der Kontrollgruppe 3,09 und der FSH-Gruppe 8,15. Isachenko V. et al., 2002 haben keine signifikante Werte für die Progesteronkonzentration erhalten und daher auf die Auswertung verzichtet. Die Progesteronwerte in dieser Arbeit hingegen stimmen bedingt mit denen des Estradiol überein. Genauere Aussagen darüber könnte man sicher noch treffen, wenn die Stichprobe größer wäre. Die in dieser Arbeit beschriebenen Versuche zeigen, dass die Vitalität durch langsames Einfrieren erhalten bleibt und die besten Ergebnisse mit dem Kryoprotektanden Ethylenglykol (EG) erzielt werden. Die Methode ist einfach in die Praxis umzusetzen und scheint daher als praktikabel und sinnvoll.
Methodik: Die Daten von 1553 Patienten mit Knotenstrumen, die in den Jahren 2004 und 2005 im Bürgerhospital Frankfurt am Main operiert worden sind, wurden analysiert. Patienten mit einem bereits klinisch manifestem C-Zell-Karzinom, mit einem Rezidiv oder mit einem durch ein genetisches Familienscreening (MEN 2a, MEN 2b, fCZK) entdeckten C-Zell-Karzinom wurden aus der weiteren Analyse vorerst herausgenommen und in einer gesonderten Gruppe zusammengefasst. Im weiteren Verlauf erfolgte die Aufteilung der 1553 Patienten in einen Teil, der bereits mit vorbestimmten basalen Calcitoninwerten in das Bürgerhospital überwiesen wurde und in einen anderen Teil, bei dem diese Bestimmung erstmalig im Rahmen des im Bürgerhospital routinemäßig durchgeführten Calcitoninscreenings bei Strumapatienten erfolgte. Bei beiden Gruppen wurden dann diejenigen Patienten näher betrachtet, die einen pathologischen, präoperativen, basalen Calcitoninwerte hatten. Die Grenzwerte für ein pathologisches Ergebnis wurden hierbei nach Geschlecht differenziert: für Männer galt basal 10 [ng/l], für Frauen hingegen 5 [ng/l]. Auf einen pathologisch hohen basalen Calcitoninwert folgte in der Regel bei jedem Patienten ein Calcitoninstimulationstest mit Pentagastrin (i.v. Injektion von 0,5 [mikro-g/kg Körpergewicht], Bestimmung des CT bei Minute 0, 2, 5 10, höchster gemessener CT-Wert galt als stimuliertes CT (sCT)). Hier lagen die Grenzwerte auch nach Geschlecht differenziert bei 100 [ng/l] für Männer und 50 [ng/l] für Frauen. Nach dem Ergebnis des Stimulationswertes richtete sich die Wahl der Operationsmethode: Fiel der Stimulationstest pathologisch aus, so wurde eine Thyreoidektomie (TTX) oder isthmuserhaltende Thyreoidektomie (IPTB) durchgeführt. War der Stimulationstest dagegen negativ, so wurde eine subtotale Entfernung der Schilddrüse angestrebt. Bei allen Patienten erfolgte postoperativ neben der histologischen auch eine immunhistologische Untersuchung des entfernten Schilddrüsengewebes, sowie eine erneute Bestimmung der basalen und stimulierten Serumcalcitoninwerte. Stellte sich in der Immunhistologie eine C-Zell-Pathologie heraus, so wurde bei dem betroffenen Patienten weiterhin noch eine genetische Analyse auf das Vorliegen eines MEN 2a, 2b oder familiären C-Zell-Karzinoms durchgeführt. Die statistische Analyse der Daten erfolgte rein deskriptiv. Dabei wurden das arithmetische Mittel, der Median, die Range und der Quartilabstand verwendet. Die Bestimmung einer Signifikanz war zur Beantwortung der Fragestellung nicht nötig. Ergebnisse: Von den 1553 Patienten hatten insgesamt 120 ein präoperativ erhöhtes Calcitonin. Von diesen 120 Patienten hatten 14 ein C-Zell-Karzinom, 40 eine C-Zell-Hyperplasie und 66 keine C-Zell- Pathologie. Trennt man diese Gruppe der 120 Patienten in diejenigen, die schon von extern mit einem gemessenen Calcitoninwert kamen (Gruppe A) und diejenigen bei, denen intern im Bürgerhospital im Rahmen des routinemäßigen Calcitoninscreenings erstmals der basale Calcitoninwert bestimmt wurde (Gruppe B), so entfallen auf die Externen 37 und auf die Internen 83 Patienten. Bei den externen Patienten gab es 11 C-Zell-Karzinome (30 %), 22 CZell-Hyperplasien (60 %) und vier Patienten hatten keine C-Zell-Pathologie (10 %). Bei den intern bestimmten Patienten gab es drei C-Zell-Karzinome (4 %), 18 C-Zell-Hyperplasien (22 %) und 62 Patienten hatte keine C-Zell-Pathologie (74 %). Im präoperativ erfolgten Calcitoninstimulationstest waren in der Gruppe A 27 der 36 getesteten Patienten pathologisch stimulierbar. Von den neun nicht stimulierbaren Patienten hatten 6 eine CZH und drei keine CZP. In der Gruppe B waren 14 der 57 getesteten Patienten pathologisch stimulierbar. Von den 43 nicht stimulierbaren Patienten hatten 9 eine CZH und 33 keine CZP. Bei den extern überwiesenen Patientinnen fand sich kein Fall mit einem basalen Calcitoninwert über 5 [ng/l] und unter 10 [ng/l]. Die Zahl derjenigen Patientinnen, die intern bestimmt worden sind und diese Kriterien erfüllten lag bei 39. Von diesen 39 Patientinnen hatte eine Patientin ein C-Zell-Karzinom, drei eine C-Zell-Hyperplasie und 35 hatten keine C-Zell-Pathologie. Die Kosten für die Stimulationstests, die bei diesen 39 Patientinnen mit einem niedrig pathologischen Calcitoninwert von über 5 [ng/l] aber unter 10 [ng/l] in den Jahren 2004 und 2005 angefallen sind, beliefen sich auf 2.073,60 €. Schlussfolgerung: Die Berücksichtigung der verschiedenen Normalbereiche bei der Calcitoninbestimmung von Männern und Frauen und der daraus resultierenden verschieden hohen Grenzwerte führte zu der präoperativen Diagnose von einem C-Zell-Karzinome und drei C-Zell-Hyperplasien (davon ein Indexfall) in der Gruppe der intern bestimmten Patienten, die bei den bisherigen Grenzwerten von 10 [ng/l] basal nicht aufgefallen wären. Nachteilig war eine hohe Anzahl an falsch positiven Ergebnissen bei Patienten die keine C-Zell-Pathologie aufwiesen. Die durch die differenzierten Grenzwerte entstehende finanzielle Mehrbelastung ist zwar deutlich, aber in Anbetracht der Ergebnisse vertretbar, so dass weiterhin eine Differenzierung angestrebt werden sollte.
Prädiktoren der Remission bei Patienten mit Morbus Basedow : eine Verlaufsbeobachtung über 30 Monate
(2008)
Eine Verringerung der Schilddrüsenantikörper, besonders des TSH- Rezeptor- Antikörpers, ist ein Marker für die Voraussagbarkeit einer Remission des Morbus Basedow. Auffallend ist, dass es nicht detektierbare TSH- Level in unbehandelten, sich in Remission befindlichen Patienten gibt. Die klinische Verwertbarkeit dieses Befundes ist jedoch noch nicht hinreichend untersucht. 88 Patienten mit Morbus Basedow wurden im Mittel über einen Zeitraum von dreizig Monaten beobachtet. Zu sieben verschieden Zeitpunkten wurden TSH, fT3, fT4 und die thyroidalen Antikörper gemessen. Drei dieser Zeitpunkte wurden genauer untersucht, eingeteilt in einen Anfangszeitpunkt, einen mittleren Zeitpunkt und einen Endzeitpunkt. Im zuletzt gemessenen Zeitpunkt waren 77 % der Patienten in Remission. In der Gruppe die wir nach thyreostatischer Therapie beobachteten, waren 86 % der Patienten in Remission, in der Gruppe mit L-Thyroxin behandelten Patienten wiesen 80 % der Patienten eine Remission auf. Von den Patienten, die wir unter laufender medikamentöser Therapie untersuchten, hatten 62 % eine Remission. Zu diesem Zeitpunkt bekamen die Patienten, die sich in der Gruppe nach medikamentöser Therapie befanden, im Schnitt für 12 – 18 Monate thyreostatische Medikamente. Patienten, die unter thyreostatischer Medaktion standen, erhielten im Schnitt für 12 – 24 Monate Thyrostatika. Patienten, die nun mit L-T4 behandelt werden, erhielten im Schnitt für 12 - 24 Monate vorab medikamentöse Therapie. Durchschnittliche TSH Werte bei Patienten ohne Therapie sind 1.211 mU/ml (±0.900), bei Patienten, die L-T4 erhielten, 2,255 mU/ml (±3,404) und in Patienten mit antithyroiden Medikamenten 1,695 mU/ml (±2,575). TSH- Level in der Gruppe der unbehandelten Patienten waren signifikant niedriger (p<0.05) als in den Patientengruppen, die Levothyroxin oder medikamentöse Therapie erhielten. TRAK waren signifikant niedriger in der Gruppe der Patienten nach thyreostatischer Therapie (durchschnittlich 1.64±1.55 U/l) als in der mit L-T4 behandelten Gruppe (durchschnittlich 3.578 ±6.428 U/l) oder in der antithyroidalen Gruppe (durchschnittlich 2.758 ±2.741U/l). TRAK war bei allen Patienten, die in Remission blieben, deutlich verringert. Die Patienten, die ein Rezidiv hatten, wiesen im Schnitt weiterhin einen deutlich erhöhten TRAK – Level auf. Anders als in anderen Studien observierten wir nur einen weiblichen Patienten mit undetektierbaren TSH- Level in klinischer und biochemischer Remission. Diese Patientin hatte durchgehend nicht detektierbare TRAK- Spiegel. Der sinkende TRAK während der Behandlung und auch im weiteren Verlauf scheint ein glaubwürdiger Vorhersagewert für eine Remission des Morbus Basedow zu sein. Bei unseren untersuchten Patienten in Remission stellten wir keine bedeutsame Zahl mit nicht nachweisbarem TSH- Level fest. TSH stellt keinen prädiktiven Wert für die Prognose dar. Die Höhe des TRAK – Wertes ist dagegen prognostisch verwertbar.
Humanes Perikard kann in vielen chirurgischen Bereichen zu Transplantationszwecken genutzt werden, da keine Abstoßungsreaktion beim Empfänger erfolgt und das Gewebe durch funktionelles, körpereigenes Gewebe ersetzt wird. Die Entnahme humanen Gewebes wird durch das „Gesetz über die Spende, Entnahme und Übertragung von Organen und Geweben (Transplantationsgesetz – TPG)“ und Richtlinien der European Association of Tissue Banks (EATB) geregelt. Von der EATB wurde ein Intervall von 24h nach dem Tod zur Entnahme menschlicher Gewebe festgelegt. Dieses Intervall verkürzt sich auf 12 Stunden, falls die Leiche nicht innerhalb von 4 bis 6 Stunden postmortal gekühlt wird. In der vorliegenden Arbeit wurden humane Perikardproben mit einer Zugfestigkeitsprüfmaschine bis zum Zerreißen gedehnt. Gemessen wurden die Maximalkraft beim Reißen der Probe und die prozentuale Dehnung bei einer Krafteinwirkung von 10 N. Die Ergebnisse zeigen keinen signifikanten Einfluss der Leichenliegezeit auf die biomechanischen Eigenschaften des Perikards. Die Probendicke, das Lebensalter und das Geschlecht zeigten signifikante Einflüsse auf die Reißfestigkeit des Perikards. Die höchste Reißfestigkeit konnte bei dicken Proben, bei einem jungen Alter der Verstorbenen und dem männlichen Geschlecht gemessen werden. Unter mechanischen Aspekten gibt es keine Bedenken das Intervall von 24 Stunden zu verlängern. Eine Verlängerung der Entnahmefrist würde die Anzahl potentieller Spender erhöhen und somit das Angebot humaner Gewebetransplantate steigern. Weiter wurde der Anteil vitaler Zellen in den Perikardproben mit dem Cytotoxicity detection Kit der Fa. Roche bestimmt. Hierbei wird das Gewebe in Phosphatpuffer aufgenommen und die Aktivität der Laktatdehydrogenase (LDH) im Überstand ermittelt. Durch die Bestimmung der LDH- Aktivität vor und nach Zugabe eines Zellmembranlysierenden Detergens konnte auf den Anteil vitaler Zellen einer Probe indirekt geschlossen werden. Es zeigte sich eine gute Korrelation der Leichenliegezeit mit der Anzahl vitaler Zellen im Perikard. Diese Methode könnte man zur Bestimmung der Leichenliegezeit nützen. Man hätte damit in der Rechtsmedizin ein einfaches Instrument zur Bestimmung mittlerer und längerer Leichenliegezeiten. In weiteren Untersuchungen müsste die Methode validiert und eventuell auch auf andere Gewebe ausgedehnt werden.
Die vorliegende quasiexperimentelle Studie geht der Frage nach, welche kognitiven Merkmale sich im hohen Alter als trennscharf für die Abgrenzung einer beginnenden Alzheimer-Demenz von einer Major-Depression erweisen. 186 hochaltrige Patienten, die von April 2001 bis April 2007 in einer geriatrischen Abteilung eines Akutkrankenhauses stationär aufgenommen waren, wurden nach einem bewährten Prozedere fünf Untersuchungsgruppen (Kontrollgruppe, Gruppe der Major-Depression, Gruppe der leichten kognitiven Beeinträchtigung, Gruppe der Alzheimer-Demenz und Gruppe der Alzheimer-Demenz mit einer gleichzeitig bestehenden Major-Depression) zugewiesen. Eine sich anschließende neuropsychologische Untersuchung erfasste kognitive Leistungen wie die verzögerte Reproduktion von verbalem Material, Intrusionsfehler, visuell-räumliche Leistungen, formallexikalische und semantische Wortflüssigkeitsleistungen sowie Benennleistungen. Es zeigte sich, dass kognitive Merkmale wie das mittelfristige verbale Neugedächtnis, geprüft über die verzögerte Reproduktionsrate, die semantische Wortflüssigkeit sowie visuelle Benennleistungen wirksam zwischen einer beginnenden Alzheimer-Demenz und einer Major-Depression unterscheiden. Wenig aussagefähig sind dagegen eine quantitative Analyse von Intrusionsfehlern und eine Prüfung visuell-räumlicher Leistungen mit oder ohne expliziten Sprachbezug. Das in der Literatur vielfach beschriebene spezifische kognitive Profil der Depression der deutlich verminderten exekutiven Leistungen konnte in der hier zugrunde liegenden Studie nicht nachgewiesen werden. Kognitive Plastizitätskennwerte wie Retest- oder Trainingseffekte haben sich im Funktionsbereich des Benennens als differenzialdiagnostisch nicht bedeutsam erwiesen. Auch weisen Trainingseffekte keine größere prognostische Validität auf als Retesteffekte. Interessanterweise konnten bei Alzheimer-Patienten im Funktionsbereich des Benennens erwartungskonträre Retest- und Trainingseffekte nicht unerheblichen Ausmaßes gefunden werden. Diese sind auf weitgehend erhaltene perzeptive Priming-Effekte zurückzuführen und weisen bei Alzheimer-Patienten auf Lernressourcen hin, die rehabilitativ genutzt werden sollten. Verminderte konzeptuelle Priming-Effekte deuten auf eine beginnende Alzheimer-Erkrankung hin, was der Differenzialdiagnostik eine neue Perspektive eröffnet. Da ein zufälliges, gemeinsames Auftreten der beiden Krankheitsbilder Major-Depression und beginnende Alzheimer-Demenz nicht auszuschließen ist, bleibt trotz einer sorgfältigen evidenzbasierten Diagnostik insbesondere bei älteren oder hochbetagten Patienten die Abgrenzung von einer beginnenden Alzheimer-Demenz und einer Major-Depression schwierig.
Die Komplementarität der molekularen Oberflächen und der Pharmakophorpunkte ist ein verbreiteter Konzept im rechnergestützen Moleküldesign. Diesem Konzept folgend wurde die Software SQUIRREL neu entwickelt und in der Programmiersprache Java implemetiert. Die Software generiert die Vorschläge für den bioisosteren Ersatz von Molekülen und Molekülfragmenten. SQUIRREL kombiniert Oberflächen- und Pharmakophoreigenschaften bioaktiver Substanzen und kann im virtuellen Screening und fragment-basierten de novo Design eingesetzt werden. In einer prospektiven Studie wurde SQUIRREL verwendet, um neue selektive PPARalpha-Agonisten aus einer kommerziellen Moleküldatenbank zu identifizieren. Die Software lieferte eine potente Substanz (EC50 = 44 nM) mit über 100facher Selektivität gegenüber PPARgamma. In einer zweiten Studie wurde eine Leitstruktur de novo generiert und synthetisiert. Als Ausgangstruktur diente der bekannte PPARalpha-Agonist GW590735. Während des Designvorgangs wurden zwei Teilstrukturen, die für die Aktivität von GW590735 verantwortlich sind, durch bioisostere Gruppen ersetzt, die von SQUIRRELnovo vorgeschlagen wurden. Die neue Leitstruktur aktiviert PPARalpha in einem zellbasierten Reportergen-Testsystem bei einem EC50 von 0.51 µM.
Diese Arbeit beschreibt wie mit physikalischen Methoden die Glukosekonzentration gemessen werden kann. Die Infrarot-Spektroskopie bietet eine Möglichkeit da die Energie der meisten Molekülschwingungen Photonenenergien im infraroten Spektralbereich entspricht. Hier zeigen Glukosemoleküle charakteristische Absorptionsspektren, die mit spektroskopischen Methoden gemessen werden. Um nicht invasiv zu messen, wurde eine photoakustische Messmethode gewählt. Die Grundidee ist, dass die durch Licht angeregten Moleküle ihre Anregungsenergie teilweise in Form von Wärme abgeben. Da die anregende Strahlung intensitätsmoduliert ist, wird auch die Wärmeentwicklung periodisch verlaufen wodurch periodische Volumenänderungen hervorgerufen werden, die eine Druckwelle erzeugen, die sich durch empfindliche Mikrofone oder Schallwandler erfassen lässt. So kann im MIR auf Grund der hohen Spezifizität, der Glukosegehalt mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt werden. Die Wellenlänge der Glukoseabsorptionsbanden im MIR Bereich sind im Wesentlichen gekoppelte C=O Streck- und O–H Biegeschwingungen. Im MIR-Bereich zeigen Spektren zwischen 8,3µm bis 11,1µm fünf glukoserelevanten Banden. Der photoakustische Effekt wird durch die Rosencwaig-Gersho Theorie beschrieben. Die Absorption des Lichtes in der Probe bewirkt eine Temperaturerhöhung, die als Wärme an Umgebung abgegeben wird. Da das eingestrahlte Licht gepulst ist, wird auch die Wärme periodisch abgegeben. Durch die Absorption eines Laserpulses in der Haut entsteht ein Temperaturgradient, die abhängig vom Absorptionskoeffizienten und der Glukosekonzentration ist. Der führt zu einer Diffusion von Wärme im Absorptionsvolumen. Die Hautoberfläche und damit eine dünne Luftschicht über der Hautoberfläche werden durch die Diffusionswärme periodisch mit der Modulationsfrequenz der Laser aufgeheizt, was als Druckschwankungen in Messkammer mit Mikrofon detektiert wird. Im Mitteinfrarot geben Quantenkaskadenlaser die beste Lichtquelle, wegen ihre gute Strahlqualität und hohe optische Leistung. Die verwendete photoakustische(PA) Resonanzzelle ist nach dem Prinzip des Helmholtz-Resonators konzipiert. Der Vorteil des Verstärkungsverhaltens einer resonanten PA-Zelle kann unter Umständen durch Verwendung Volumenreduzierten und mit empfindlichen Mikrofonen ausgestatteten nicht-resonanten PA-Zelle erreicht werde. Zum Erfassung der PA Signale wird eine Kombination aus einen Analog-Digital Wandlerkarte verwendet, die eine gemeinsame Zeitbasis mit der synchronen Lasersteuerung und der Datenerfassung liefert und phasenechte Fourieranalyse der photoakustischen Signale ermöglicht. Es wurde ein Modellsystem entwickelt um photoakustischen Glukosemessungen in vitro zu testen. Dieses „Phantommodell“ besteht aus einer dünnen Polymermembran befestigt in eine Gefäß von nur paar ml Volumen die mit verschiedenen Glukosekonzentrationen gefüllt wurde. Die modulierte Laserstrahlung passiert die Messzelle und dringt durch die Folie in die wässerige Glukoselösung ein. Das Folienmaterial und Dicke wurde so gewählt, dass keineAbsorption im verwendeten MIR-Bereich entsteht. Als Lösung für die jeweiligen Glukosekonzentrationen wurde ein Wasser-Albumin Gemisch verwendet mit einen 10%igen Albuminanteil, die verwendet wurde, um den Proteingehalt der Haut zu imitieren und zu zeigen, dass Eiweiß keinen Störeinfluss im Glukosefingerprintbereich hat. Messungen wurden bei steigenden und fallenden Glukosekonzentration durchgeführt damit gezeigt könnte, dass das Messsignal in der PA- Zelle nicht von der Lufterwärmung in der Zelle stammt, sondern vom PA-Signale der Glukose. Die Glukoseschwankungen in der extrazellulären Flüssigkeit der Epidermis spiegeln die Glukoseschwankungen im Blut gut wider, bei einer Messung am Arm entsteht eine Verzögerung von paar Minuten. Im Daumenballenbereich findet aufgrund der guten Durchblutung ein schneller Austausch der Glukosekonzentration der von uns gemessenen interstitiellen Flüssigkeit mit der Blutzuckerkonzentration statt. Deshalb wurden die in-vivo Messungen am Daumenballen durchgeführt. Das Stratum spinosum ist für uns von Bedeutung, da dies das interstitielle Wasser enthält, in dem der Glukosegehalt mit dem Glukosegehalt im Blut gut übereinstimmt. Die photoakustische Messmethode wird nicht-invasiv durchgeführt. Probanden wird Zucker verabreichet und danach in Abständen von 5 Minuten der Blutzucker konventionell bestimmt und gleichzeitig mittels der photoakustischen Messung am Daumenballen durchgeführt. Mit diesen Daten kann die Korrelation zwischen beiden Methoden bestimmt werden. In vielen in vivo Messreihen zeigen sich bereits in direkter Korrelation zu invasiv genommenen Blutzuckerwerten Korrelationskoeffizienten bis zu R=0,8 und eine damit deutliche Evidenz für einen glukoserelevanten Effekt. Trotz der versprechenden Ergebnisse wird deutlich, dass weitere Entwicklungen notwendig sind, damit das System zu einer direkten Konkurrenz zu der vorhandenen invasiven Meßsystemen werden kann.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der übergeordneten Frage nach dem Einfluss der Multikollinearität bei der Spezifikation und Schätzung von latenten nichtlinearen Effekten in Strukturgleichungsmodellen. Da das Multikollinearitätsproblem in latenten nicht-linearen Strukturgleichungsmodellen bisher in der Literatur kaum Beachtung gefunden hat, wird als erstes die Frage beantwortet, welche Relevanz das Vorliegen von Multikollinearität in nichtlinearen Strukturgleichungsmodellen hat. Dabei wird aufgezeigt, dass Multikollinearität von Prädiktoren nicht nur bei linearen Strukturgleichungsmodellen ein Problem darstellt, sondern vor allem bei nicht-linearen Strukturgleichungsmodellen aufgrund des Vorhandenseins nicht-linearer Terme. Da nicht-lineare Terme untereinander in einem höheren Zusammenhang stehen können als lineare Terme eines Strukturmodells, kann es zu Scheineffekten und zu verzerrten Schätzungen der nichtlinearen Effekte kommen. Ein Teststärkeverlust tritt immer ein. Als zweites wird gezeigt, dass die am stärksten vertretene Ansatzklasse zur simultanen Schätzung von Interaktionseffekten und quadratischen Effekten, nämlich die Klasse der Produkt-Indikator-Ansätze, seit ihrer Erstpublikation durch Kenny und Judd (1984) Spezifikationsfehler aufweist, welche in ähnlicher Form auch in jüngeren Publikationen enthalten sind (z.B. bei Lee, Song & Poon, 2004). Spezifikationsfehler machen die ganze Ansatzklasse für Multikollinearität „anfällig“, so dass es theoretisch zu verzerrten Schätzungen oder Scheineffekten kommen muss. Es wird gezeigt, wie man die Spezifikationsfehler korrigieren kann, d.h. wie man die bestehenden Ansätze erweitern muss. Da die latente Prädiktorkorrelation Bestandteil der Spezifikationsfehler ist, stellt sich die Frage, wie groß die Verzerrungen sind, die sich bei der Anwendung der (unkorrigierten) Produkt-Indikator-Ansätze ergeben, wenn die Multikollinearität steigt. Um diese Frage zu beantworten, wird eine Simulationsstudie durchgeführt. Sie zeigt, dass der Zwei-Stufen-Ansatz von Ping (1996) verzerrte Schätzungen der nicht-linearen Effekte produziert. Dieser Ansatz ist ein Vertreter der Produkt-Indikator-Ansätze und enthält die besagten Spezifikationsfehler. In der Simulationsstudie wird außerdem gezeigt, dass die korrekte Erweiterung des Ansatzes von Jöreskog und Yang (1996) zu erwartungstreuen Schätzungen führt. Als drittes wird der Frage nachgegangen werden, welche theoretischen und empirischen Unterschiede zwischen den neuen verteilungsanalytischen Ansätzen LMS (Klein & Moosbrugger, 2000) und QML (Klein & Muthén, 2007), einerseits, und den klassischen Produkt-Indikator-Ansätzen, andererseits, zu erwarten sind. Dazu werden die theoretischen Eigenschaften der verteilungsanalytischen Verfahren, LMS und QML, untereinander und mit der Klasse der Produkt-Indikator-Ansätze verglichen. Ihre theoretischen Eigenschaften werden beim Vorliegen von Multikollinearität betrachtet. Illustriert werden die theoretischen Unterschiede anhand einer Simulationsstudie, die die Ansätze hinsichtlich ihrer Schätzeigenschaften bei steigender Multikollinearität miteinander vergleicht. In der Simulationsstudie werden die theoretisch herausgearbeiteten Vorteile der verteilungsanalytischen Verfahren, LMS und QML, bestätigt. In der Zusammenschau der theoretischen Überlegungen und der Ergebnisse aus den Simulationsstudien zeigt sich, dass Multikollinearität für alle Ansätze zur simultanen Schätzung multipler nicht-linearer Effekte eine Herausforderung ist. Die forschungspraktische und inhaltliche Relevanz des Multikollinearitätsproblems wird anhand eines Beispiels veranschaulicht. Für in jüngster Zeit diskutierte komplexere Modelle (z.B. moderierte Mediatormodelle) wird Multikollinearität ein Kernproblem sein, dem sich alle Ansätze werden stellen müssen oder für das neue Ansätze entwickelt werden müssen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der übergeordneten Frage nach dem Einfluss der Multikollinearität bei der Spezifikation und Schätzung von latenten nichtlinearen Effekten in Strukturgleichungsmodellen. Da das Multikollinearitätsproblem in latenten nicht-linearen Strukturgleichungsmodellen bisher in der Literatur kaum Beachtung gefunden hat, wird als erstes die Frage beantwortet, welche Relevanz das Vorliegen von Multikollinearität in nichtlinearen Strukturgleichungsmodellen hat. Dabei wird aufgezeigt, dass Multikollinearität von Prädiktoren nicht nur bei linearen Strukturgleichungsmodellen ein Problem darstellt, sondern vor allem bei nicht-linearen Strukturgleichungsmodellen aufgrund des Vorhandenseins nicht-linearer Terme. Da nicht-lineare Terme untereinander in einem höheren Zusammenhang stehen können als lineare Terme eines Strukturmodells, kann es zu Scheineffekten und zu verzerrten Schätzungen der nichtlinearen Effekte kommen. Ein Teststärkeverlust tritt immer ein. Als zweites wird gezeigt, dass die am stärksten vertretene Ansatzklasse zur simultanen Schätzung von Interaktionseffekten und quadratischen Effekten, nämlich die Klasse der Produkt-Indikator-Ansätze, seit ihrer Erstpublikation durch Kenny und Judd (1984) Spezifikationsfehler aufweist, welche in ähnlicher Form auch in jüngeren Publikationen enthalten sind (z.B. bei Lee, Song & Poon, 2004). Spezifikationsfehler machen die ganze Ansatzklasse für Multikollinearität „anfällig“, so dass es theoretisch zu verzerrten Schätzungen oder Scheineffekten kommen muss. Es wird gezeigt, wie man die Spezifikationsfehler korrigieren kann, d.h. wie man die bestehenden Ansätze erweitern muss. Da die latente Prädiktorkorrelation Bestandteil der Spezifikationsfehler ist, stellt sich die Frage, wie groß die Verzerrungen sind, die sich bei der Anwendung der (unkorrigierten) Produkt-Indikator-Ansätze ergeben, wenn die Multikollinearität steigt. Um diese Frage zu beantworten, wird eine Simulationsstudie durchgeführt. Sie zeigt, dass der Zwei-Stufen-Ansatz von Ping (1996) verzerrte Schätzungen der nicht-linearen Effekte produziert. Dieser Ansatz ist ein Vertreter der Produkt-Indikator-Ansätze und enthält die besagten Spezifikationsfehler. In der Simulationsstudie wird außerdem gezeigt, dass die korrekte Erweiterung des Ansatzes von Jöreskog und Yang (1996) zu erwartungstreuen Schätzungen führt. Als drittes wird der Frage nachgegangen werden, welche theoretischen und empirischen Unterschiede zwischen den neuen verteilungsanalytischen Ansätzen LMS (Klein & Moosbrugger, 2000) und QML (Klein & Muthén, 2007), einerseits, und den klassischen Produkt-Indikator-Ansätzen, andererseits, zu erwarten sind. Dazu werden die theoretischen Eigenschaften der verteilungsanalytischen Verfahren, LMS und QML, untereinander und mit der Klasse der Produkt-Indikator-Ansätze verglichen. Ihre theoretischen Eigenschaften werden beim Vorliegen von Multikollinearität betrachtet. Illustriert werden die theoretischen Unterschiede anhand einer Simulationsstudie, die die Ansätze hinsichtlich ihrer Schätzeigenschaften bei steigender Multikollinearität miteinander vergleicht. In der Simulationsstudie werden die theoretisch herausgearbeiteten Vorteile der verteilungsanalytischen Verfahren, LMS und QML, bestätigt. In der Zusammenschau der theoretischen Überlegungen und der Ergebnisse aus den Simulationsstudien zeigt sich, dass Multikollinearität für alle Ansätze zur simultanen Schätzung multipler nicht-linearer Effekte eine Herausforderung ist. Die forschungspraktische und inhaltliche Relevanz des Multikollinearitätsproblems wird anhand eines Beispiels veranschaulicht. Für in jüngster Zeit diskutierte komplexere Modelle (z.B. moderierte Mediatormodelle) wird Multikollinearität ein Kernproblem sein, dem sich alle Ansätze werden stellen müssen oder für das neue Ansätze entwickelt werden müssen.
Untersuchung möglicher Wege zur Präparation von Nioboxynitriden mittels thermischer Kurzzeitprozesse
(2008)
In dieser Arbeit wurden mögliche Wege zur Präparation von Nioboxynitriden mittels thermischer Kurzzeitprozesse (Rapid Thermal Processing (RTP)) in dünnen Metallfilmen untersucht. Die dafür verwendeten Nb-Filme wurden mittels Magnetronsputtern auf ein thermisch oxidiertes Siliziumsubstrat (SiO2/Si-Substrat) aufgebracht. Die SiO2-Schicht hatte eine Dicke von 100 nm und soll die unerwünschte Reaktion zwischen Si und Nb vermeiden, welche zur Bildung von Niobsiliziden bei der RTP-Temperung führen kann. Um Nioboxynitride zu präparieren wurden Nb-Filme in mehreren Schritten mittels RTP behandelt. Durch die Variation der Ansatzreihenfolge (Oxidation und Nitridierung), der Reaktionsgase (O2, N2, NH3), der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit sowie der Schichtdicke der Proben wurde die Möglichkeit der Bildung von Nioboxynitriden untersucht. Es stellte sich heraus, dass die Bildung von Nioboxynitriden bei der Nitridierung der Nb2O5-Filme in Ammoniak erfolgt. Die Nb2O5-Filme wurden durch die Oxidation der as-deposited Nb-Filme im molekularem Sauerstoff bei 450 °C (nach 5 min Oxidation) bzw. bei 500 °C (nach 1 min Oxidation) hergestellt. Die gebildete Nb2O5-Phase wurde dem orthorhombischen beta-Nb2O5 zugeordnet. Die Oberfläche der Nb2O5-Filme zeigte Rissbildung sowie sichtbare Delamination bzw. Ablösung der Nb-Filme vom Substrat. Dies wird durch das Stressaufkommen im Film bei der direkten Oxidation des as-deposited Films im O2-Strom erklärt. Das Stressaufkommen wird durch eine starke Ausdehnung des Kristallgitters von Niob bei der Bildung des Nb2O5 sowie durch eine hohe Oxidationsrate des as-deposited Nb-Films in O2 hervorgerufen. Das Herabsetzen der Oxidationsgeschwindigkeit verringerte den Stress zwischen dem Metall und Niobpentoxid und verbesserte die Oberflächenqualität des Films nach der Temperung. Eine Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit wurde durch die Änderung der Ansatzreihenfolge erreicht. Die Oxidation der vorher nitridierten Nb-Filme führte zu einer langsameren Bildung des Nb2O5 im Vergleich zu den Filmen, die einer direkten Oxidation im O2-Strom ausgesetzt wurden. Dies wurde durch die Barrierefunktion der bei der Nitridierung gebildeten Niobnitride gegen den eindiffundierenden Sauerstoff hervorgerufen. Bei der Oxidation wurde die Diffusion des Sauerstoffes im nitridierten Film durch den Stickstoff gehemmt, was zu einer Abnahme der Oxidationsgeschwindigkeit und somit zu einer langsameren Bildung des Nb2O5 führte. Die Oxidation der zuvor nitridierten Filme führte zu wesentlich niedrigerem Stress zwischen dem Niob und den gebildeten Oxidphasen als zwischen dem Niob und dem Niobpentoxid bei der direkten Oxidation des Niobs in molekularem Sauerstoff. Die weitere Nitridierung der Filme, bei denen bei der Oxidation der bereits nitridierten Filme die Bildung nur einer Nb2O5-Phase erfolgte, führte zur Bildung von zwei Phasen: Nb4N3 und NbxNyOz. Die Zusammensetzung des gebildeten Nioboxynitrides entspricht am wahrscheinlichsten einer Zusammensetzung von NbN0.6O0.2. Sowohl die 200 als auch 500 nm-Filme zeigten nach der dreifachen Temperung eine hohe Porosität. Die hohe Porosität der Probe wurde durch Gasbildung und -diffusion (H2, H2O) im Innern des Films bei der Temperung des Nb2O5-Films in NH3 verursacht. Die EFTEM/EELS-Untersuchungen zeigten, dass sich beim dünnen 200 nm-Film zwei ausgeprägte Zonen (an der Oberfläche – Nb4N3, im Bulk bzw. am Interface – NbxNyOz) gebildet haben. Beim 500 nm-Film zeigte sich, dass die stickstoffhaltigen sowie stickstoff- und sauerstoffhaltigen Zonen, welche entsprechend Nb4N3 und NbxNyOz zugeordnet wurden, im ganzen Film ziemlich gleichmäßig verteilt sind. Ein Hinweis auf die Bildung eines Nioboxynitrides durch die Nitridierung der unvollständig oxidierten Nb-Filme im molekularen Stickstoff wurde nicht gefunden. Bei diesen Temperungen erfolgte die Bildung von unterschiedlichen Oxid- und Nitridphasen. Es wurde festgestellt, dass die Oxidation sowie die Nitridierung der Nb-Filme zu einem texturierten Wachstum der gebildeten Phasen führten. Die SiO2-Schicht auf dem (100)-orientierten Silizium wirkte sich auf das Schichtwachstum des auf das Silizium aufgebrachten Niobs aus und beeinflusste die Kristallstruktur der entstandenen Nb-Schicht und der bei den RTP-Temperungen gebildeten Phasen. Bei dünnen Schichten, wirkt sich dieser Effekt stärker aus, da der Einfluss des Substrates mit wachsender Schichtdicke abnimmt. Die bei der Oxidation gebildeten Nioboxide stellten eine starke Diffusionsbarriere für den bei der Nitridierung eindiffundierenden Stickstoff dar, was zur Aufstauung von Stickstoff in den an der Oberfläche liegenden Filmschichten führte. Die Analyse der erhaltenen SIMS-Daten zeigte, dass bei der Nitridierung der bereits oxidierten Filme die Diffusion des Stickstoffes zwei gleichzeitig ablaufende Prozesse verursacht. Von einer Seite verdrängt der eindiffundierende Stickstoff den Sauerstoff aus dem Film. Andererseits führt die Diffusion des Stickstoffes aufgrund des Schneepflug-Effekts zur Aufstauung des Sauerstoffes in den tiefliegenden Bereichen des Films. Gleichartige Diffusionsprozesse wurden bei der Oxidation der bereits nitridierten Filme beobachtet. Die Nioboxide, welche am Interfacebereich detektiert wurden, bildeten sich durch die Reaktion zwischen Niob und dem aus der SiO2-Schicht ausdiffundierenden Sauerstoff. Die Gegenwart der schon vorhandenen Nioboxide hemmte allerdings die Ausdiffusion des Sauerstoffes aus der SiO2-Schicht des Substrates im Vergleich zu den unoxidierten Filmen.
1.) Die A1AO-ATP-Synthase wurde aus Membranen von P. furiosus unter Erhalt der Struktur isoliert. Das Enzym wurde durch PEG-Fällung, Dichtegradientenzentrifugation, Anionenaustausch-Chromatographie und Gelfiltration zur Homogenität gereinigt. 2.) Die neun aus dem Gencluster vorhergesagten Untereinheiten konnten durch Maldi-TOF-Analysen oder MS/MS identifiziert werden. Die molekulare Masse der A1AO-ATP-Synthase wurde durch LILBID-Analysen zu 730+/-10 kDa bestimmt. 3.) Die funktionelle Kopplung der A1- und AO-Domäne wurde durch Studien mit dem Inhibitor DCCD und TBT nachgewiesen. Weitere ATP-Synthase spezifische Inhibitoren wie DES, Dienestrol und Hexestrol waren in der Lage, das Enzym zu inhibieren. Die I50-Werte betrugen für DES 0,36 mM, für Dienestrol 0,52 mM und für Hexestrol 0,59 mM. 4.) Die ATPase-Aktivität war bei 100°C und pH 6 optimal. Das Enzym hydrolysierte Mg-ATP als bevorzugtes Substrat mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,7 U/mg und einem KM von 0,63 mM. 5.) Die ATPase-Aktivität war Na+-abhängig. Der KM-Wert betrug 0,6 mM. Li+ konnte Na+ substituieren, K+ war dazu nicht in der Lage. Die Wirkung des Inhibitors DCCD (I50 100 μM) konnte durch Zugabe von 5 mM NaCl bis zu einer Konzentration von 0,25 mM aufgehoben werden. Dies war der erste Nachweis einer Na+-abhängigen A1AO-ATP-Synthase. 6.) Das für die c-Untereinheit kodierende Gen wurde aus chromosomaler DNA amplifiziert und sequenziert. Die Genverdopplung konnte bestätigt werden, ebenso die Vorhersage nur einer Ionenbindestelle (Helix 4). Durch LILBIDAnalysen wurde eine Verdopplung der c-Untereinheit aufgrund der molekularen Masse (15,8 kDa) im gereinigten Komplex nachgewiesen. 7.) Die Bildrekonstruktion aus 7400 Einzelbildern zeigte einen Komplex aus zwei Domänen, die durch einen zentralen und zwei periphere Stiele miteinander verbunden sind. Ausgehend von den Summenbildern wurde erstmals eine D-Rekonstruktonsmappe einer A1AO-ATP-Synthase generiert, mit einer Auflösung von 23 Å. In diese 3D-Rekonstruktionsmappe wurden Untereinheiten gelöster Struktur modelliert. Mit Hilfe dieser Daten konnte die voraussichtliche Stöchiometrie der A1AO-ATP-Synthase von P. furiosus zu A3B3CDFE2H2ac10 bestimmt werden. 8.) Durch LILBID-Analysen mit erhöhter Laserintensität wurde ein Subkomplex mit einer molekularen Masse von 233-236 kDa detektiert. Biochemische Daten weisen auf einen Komplex aus einer Kopie der Untereinheit a und 10 Kopien der Untereinheit c hin. Zusammen mit der 3D-Rekonstruktion wurden unabhängige Evidenzien für einen c-Ring bestehend aus 10 Kopien des Monomers mit je 4 transmembranenen Helices und nur einer Ionenbindestelle erhalten. Dies würde eine Na+/ATP-Stöchiometrie von 3,3 ergeben und erklären, warum die A1AO-ATP-Synthase von P. furiosus trotz der V-Typ artigen c-Untereinheit ATP synthetisiert. 9.) Mit dem gereinigten Enyzm wurde eine 3D-Kristallisation durchgeführt. Die resultierenden Kristalle hatten tetraedrische Gestalt, waren 10 x 5 nm groß und wuchsen über einen Zeitraum von 30 Tagen. Die Kristalle beugten Röntgenstrahlen bis zu einer Auflösung von 15 Å. 10.) Zum Nachweis einer möglichen Na+-Abhängigkeit der ATP-Synthase von M. jannaschii wurde ein Na+-armer Puffer mit Sulfit hergestellt, da bereits eine Sulfitabhängigkeit der ATPase-Aktivität nachgewiesen wurde. Es konnte für die A1AO-ATP-Synthase keine Na+-Abhängigkeit der ATPase- Aktivität zwischen 0,07-400 mM nachgewiesen werden. 11.) Ein Subkomplex konnte durch mehrmaliges Auftauen und Einfrieren der A1AO-ATP-Synthase-haltigen Proteinlösung erhalten werden. Der Komplex enthielt die Untereinheiten ABFDacx. Die Untereinheiten C, E und H fehlten dem Komplex, was zu einem Zerfall in hydrophile und hydrophobe Domäne während der Präparation führte. Es konnten in der elektronenmikroskopischen Untersuchung nur Kopfteile detektiert werden. 12.) Die heterolog produzierte A1AO-ATP-Synthase aus M. mazei Gö1 wurde durch das Detergenz Dodecylmaltosid am besten aus der Cytoplasmamembran von E. coli solubilisiert. 13.) TBT ist ein potenter Inhibitor der heterolog produzierten A1AO-ATP-Synthase (I50=60 μM). Der Wirkort konnte durch Vergleichsmessung mit der heterolog produzierten A1-Domäne identifiziert werden. TBT interagiert mit der AODomäne archäeller ATP-Synthasen und ist daher geeignet, die Kopplung der heterolog produzierten A1AO-ATP-Synthase nachzuweisen.
Basierend auf dem kognitiv-motivationalen Prozessmodell von Vollmeyer und Rheinberg (1998) werden zwei Studien vorgestellt, die sich mit dem selbst regulierten Lernen mit Multimedia im Physikunterricht beschäftigen. Das kognitiv-motivationale Prozessmodell beschreibt, wie die Eingangsmotivation über Mediatorvariablen auf die Leistung, in diesem Fall den Wissenserwerb, wirkt. Wie in früheren Studien gezeigt werden konnte, besteht die Eingangsmotivation aus vier voneinander unabhängigen Faktoren: Herausforderung, Interesse, Erfolgswahrscheinlichkeit und Misserfolgsbefürchtung. Als Mediatorvariablen wurden in beiden Studien die von Schülern verwendeten Strategien, der motivationale Zustand während des Lernens und der funktionale Zustand während des Lernens angenommen. Bei den Strategien handelt es sich genauer gesagt um das beobachtbare Verhalten der Schülers während des Lernens. Mit Motivationalem Zustand sind die gleichen Faktoren wie bei der Eingangsmotivation gemeint, nur dass jetzt die Lerner schon Erfahrung mit der Aufgabe haben. Der funktionale Zustand gibt an, wie sehr ein Lerner auf die Aufgabe konzentriert ist. Ein Konstrukt, das diesen Zustand gut beschreibt, ist Csikszentmihalyis Flow. Ziel der Pilotstudie war es, das Lernen im Schulalltag mit einem Physikprogramm am Computer zu untersuchen. Dazu wurden folgende Hypothesen aufgestellt: 1) Die Eingangsmotivation wirkt auf die Mediatoren. 2) Die Mediatoren wirken auf die Leistung. 3) Die Eingangsmotivation wirkt auf die Mediatoren und diese wiederum auf die Leistung (Prüfung des Prozessmodells). 4) Es gibt Geschlechtsunterschiede bei den Variablen: Eingangsmotivation, hier insbesonders beim Interesse, den Mediatoren und der Leistung. Schüler sollten bei allen Variablen besser abschneiden. In der Pilotstudie hatten 32 SchülerInnen einer 11. Klasse 30 Minuten Zeit, sich ein Physiklernprogramm zum Thema Drehmomente (Wünscher & Ehmke, IPN Kiel, 2002) selbständig zu erarbeiten. Neben der Eingangsmotivation vor Beginn des Lernens (FAM, Rheinberg, Vollmeyer & Burns, 2001) wurde die Motivation und Flow während des Lernens gemessen (FKS; Rheinberg, Vollmeyer & Engeser, 2003; 8 Items aus dem FAM). Die Vorgehensweise am PC wurde mit Hilfe eines Videoüberwachungsprogramms (ScreenVirtuoso) und eines Monitoringprogramms (StatWin) aufgezeichnet. Indikatoren für das Lernen waren die im Anschluss an die Bearbeitung des Lernprogramms in einem Lernfragebogen zu der Lerneinheit erzielte Punktzahl. Als Kontrollvariable wurde zu Beginn das Vorwissen erfasst. Indikatoren für die Strategien waren a) die Schnelligkeit der Bearbeitung (Anzahl der bearbeiteten Abschnitte und Bearbeitungszeit der einzelnen Abschnitte), b) die Aktivität (Mausklicks) und c) die Verwendung der Animationen (Schnelligkeit des Auffindens, Anzahl, Länge und Art und Weise der Nutzung). Die Hypothesen konnten bestätigt werden. Das kognitiv-motivationale Prozessmodell konnte in den meisten Teilen bestätigt werden: Die Eingangsmotivation, vor allem das Interesse, wirkt über Mediatoren, hier besonders über die verwendeten Strategien, auf die Leistung. Die Geschlechtsunterschiede beim Lernen mit einem Physikprogramm am PC (in der Eingangsmotivation, den Vorgehensweisen, und der gezeigten Leistung) waren stärker als erwartet zu Gunsten der Schüler. Die Geschlechtsunterschiede waren bei allen Variablen signifikant. Damit Schülerinnen in dem untersuchten Bereich zukünftig bessere Ergebnisse erzielen, könnte es hilfreich sein, ihr situationales Interesse und die Erfolgszuversicht zu erhöhen. In der Hauptstudie wurde daher der Versuch gemacht, durch eine Veränderung der Instruktion die Motivation, besonders die der Schülerinnen, beim Arbeiten mit einem Physiklernprogramm zu steigern. Hier sollten besonders zwei Faktoren der Eingangsmotivation wichtig sein. Wenn es eine Rolle spielt, für wie fähig sich ein Schüler hält, dann müsste es möglich sein, durch entsprechende Instruktionen die Erfolgswahrscheinlichkeit zu stärken und damit das Lernergebnis zu verbessern. Dies erschien im Hinblick auf die schlechte Erfolgswahrscheinlichkeit der Schülerinnen in der Pilotstudie geboten. Weiterhin wurde der Einfluss, den das Interesse auf die Leistung hat, diskutiert und entsprechend in der Hauptstudie versucht, das Interesse der Schüler zu steigern. Die Hypothesen lauteten: 1) Bei den Experimentalgruppen wird durch die Instruktion die Eingangsmotivation verändert. 2) Da der Einfluss von Vorwissen nicht auszuschließen ist, wird es kontrolliert. Es wird erwartet, dass das Vorwissen mit der Leistung signifikant korreliert. Bei den Experimentalgruppen wird mehr Vorwissen aktiviert als bei der Kontrollgruppe. 3) Durch die Manipulation sollen sich auch die Mediatoren des Lernprozesses verändern. 4) Die Leistung soll sich in Abhängigkeit von der Instruktion in den Experimentalgruppen verbessern. Der Versuchsablauf blieb im Wesentlichen unverändert. In einem 3 x 2 Design wurden 60 Schüler (30 weiblich, 30 männlich) aus der Klassenstufe 11 getestet. Es gab eine Instruktion, worin die Schülerinnen über die Bedrohung durch Geschlechtsrollenstereotype informiert wurden und gebeten wurden, dagegen an zu arbeiten. In einer zweiten Experimentalgruppe sollte das Interesse aller Probanden erhöht werden. Die Ergebnisse waren weitgehend hypothesenkonform. Es konnte gezeigt werden, dass sich mittels der Instruktion die Eingangsmotivation verbesserte und sich dadurch auch Flow-Erleben und Motivation während des Lernens erhöhten, wodurch eine bessere Leistung zustande kommen konnte. Dies ist ein Ergebnis, das für den Schulalltag von Schülern und Lehrern berücksichtigt und umgesetzt werden sollte. Lehrer sollten Schülerinnen in mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächern auf das Geschlechtsrollenstereotyp aufmerksam machen, da dies zu besseren Strategien und Leistungen bei deren Lernen führt. Sie sollten überdies das Interesse der Schülerinnen wecken, durch Betonung der persönlichen Relevanz des Themas ebenso wie durch noch zu untersuchende andere, Interesse besser weckende Instruktionen. Allerdings war in der Hauptstudie das Interesse in der Interessegruppe nicht wie erwartet gestiegen, dagegen veränderten sich andere Faktoren der Eingangsmotivation. Die Schüler hielten einen Erfolg für wahrscheinlicher, die Schülerinnen waren ängstlicher. Dennoch verhielten sich die Schülerinnen dieser Gruppe strategisch besser und erzielten auch bessere Leistungen. Die Schüler hatten ein höheres Flow-Erleben, erzielten aber keine besseren Leistungen. In der Stereotypgruppe gab es ebenfalls signifikante Verbesserungen bei allen Prozessvariablen bei den Schülerinnen. Sie hatten erwartungsgemäß eine höhere Erfolgswahrscheinlichkeit, zeigten bessere Lernstrategien und erzielten bessere Leistungen als die Schülerinnen der Kontrollgruppe. Während in der Kontrollgruppe fast alle Geschlechtsunterschiede der Pilotstudie repliziert wurden, gab es in den Experimentalgruppen keine Geschlechtsunterschiede mehr. Insbesondere die Schülerinnen hatten von der Manipulation profitiert. Die Gründe für die Veränderungen in den Experimentalgruppen wurden diskutiert und weitere Forschungsansätze aufgeführt. Erfreulich ist, dass im Schulalltag beim Lernen mit einem Computerprogramm Flow-Erleben erzeugt werden konnte. Ebenfalls erfreulich ist, dass der Benachteiligung von Schülerinnen beim Lernen mit Physikprogrammen wirksam begegnet werden konnte. Der Lernprozess konnte ein weiteres Stück im Schulalltag erforscht werden und mit Hilfe von Monitoringprogrammen konnten objektive Indikatoren für das Vorgehen bzw. die Strategien von Schülern beim Lernen am Computer bestimmt werden. Als günstiger Strategieindikator erwies sich vor allem die Länge und Güte der Nutzung von Animationen. Das kognitiv-motivationale Prozessmodell konnte erneut bestätigt werden und sollte in weiteren Forschungen als theoretischer Hintergrund herangezogen werden.
Die genaueste Darstellung der anatomischen Verhältnisse und pathologischer Veränderungen der Prostata gelingt durch den Einsatz einer Kombination von einer Endorektal und Phased-Array-Oberflächenspule, wie sie auch für die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Studie verwandt wurde (95; 96). In 70 – 80 % aller Fälle entsteht das Prostatakarzinom in der peripheren Zone (24; 33; 51; 93) und führt in der MRT zu einer charakteristischen Signalabsenkung (24). Prostatakarzinomherde von weniger als 4 mm Größe können in der MRT nicht zuverlässig erkannt werden (83), und andere Krankheitsprozesse können prostatakarzinom-ähnliche Veränderungen in der peripheren Zone hervorrufen, da sie ebenfalls zu Signalabsenkungen führen (42). In diesem Zusammenhang ist die chronische granulomatöse Prostatitis ebenso zu nennen wie BPH-Knoten in der periphere Zone oder eingeblutete bzw. narbig veränderte Bezirke bei Zustand nach Prostatabiopsie (24; 33; 42; 93). Außer in Fällen mit eindeutiger makroskopischer Kapselüberschreitung, die in der MRT relativ sicher identifiziert werden kann, bleibt die Interpretation einer signalabgesenkten Läsion in der peripheren Zone in gewissem Maße subjektiv. Ein exaktes Staging des Prostatakarzinoms ist für eine Therapieentscheidung unerlässlich, da davon abhängt, ob eine kurative radikale Prostatektomie durchgeführt werden kann oder nicht. Die Diagnose eines Prostatakarzinoms wird nach wie vor am einfachsten und kosteneffektivsten durch die Kombination von Messung des Serumwertes des Prostata-spezifischen Antigens (PSA), digitaler rektaler Untersuchung (DRE) und durch transrektalen Ultraschall (TRUS) gesteuerter Biopsie gestellt (69). Mithilfe der histologischen Untersuchung von Biopsiematerial kann sowohl die Ausdehnung des neoplastischen Prozesses als auch der Malignitätsgrad des Karzinoms durch Ermittlung des so genannten Gleason-Scores abgeschätzt werden. Im Gegensatz zu diesen klaren diagnostischen Richtlinien wird die Auswahl des Therapieverfahrens nach wie vor kontrovers diskutiert, da die Erkrankung einen langsamen, subklinischen Verlauf nehmen kann und weil keine eindeutigen Richtlinien über das dem jeweiligen Karzinomstadium angemessene Therapieverfahren existieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die TRUS mit Biopsieentnahme eine Hauptrolle in der Diagnostik des Prostatakarzinoms spielt, beim lokalen Staging jedoch die MRT einen entscheidenden Beitrag zur Beantwortung der Frage leisten kann, ob ein Karzinom auf die Prostata beschränkt ist oder die Organgrenzen bereits überschritten hat. Das weitere Schicksal von Patienten mit unklarem klinischen Befund kann also wesentlich vom korrekten und rechtzeitigen Einsatz der Magnetresonanztomografie abhängen, die beim Staging des Prostatakarzinoms die höchste Genauigkeit aller Untersuchungsmodalitäten bietet, wenn sie mit hoher Bildqualität durchgeführt wird und die Befundung der Bilder durch einen erfahrenen Radiologen erfolgt. In der vorliegenden Doktorarbeit wurden die MRT-Bilder von 81 Patienten mit histologisch gesichertem Prostatakarzinom vor einer radikalen Prostatektomie retrospektiv analysiert. Bei den MRT-Bildern, die in dieser Arbeit analysiert wurden, handelte sich um die T2-gewichtete MRT-Bilder. Auf T2-gewichteten Bildern zeigt die periphere Zone ein homogen helles Signal, das mit der dünnen außen liegenden signalarmen Prostatakapsel kontrastiert. Nach innen ist eine Abgrenzung zur in gemischter Signalintensität dargestellten Pseudokapsel, der zentralen Zone und der Übergangszone möglich (33; 36; 56). Diese T2-gewichteten MRT-Bilder wurden anhand folgender MRT-Kriterien analysiert: * Obliteration des rektoprostatischen Winkels * Irregulär konturierte Kapsel * Großflächiger Kontakt des Tumors zur Prostatakapsel * Asymmetrische Darstellung des neurovaskulären Bündels Bereits in vorhergehenden Studien wurden diese MRT-Kriterien von verschiedenen Autoren untersucht, wie z. B. von Yu et al (95). In dieser Studie wurden die Obliteration des rektoprostatischen Winkels und die Asymmetrie des neurovaskulären Bündels als diejenigen Parameter identifiziert, die die größte Aussagekraft für ein extrakapsuläres Wachstum besitzen. Bei allen Patienten wurden zusätzlich die klinischen Parameter „ präoperativer PSAWert “ und „bioptischer Gleason-Score“ telefonisch von den überweisenden Urologen ermittelt und in die Gesamtanalyse mit einbezogen. Mittels ROC-Analysen wurden optimale Grenzwerte des bioptischen Gleason-Scores und des präoperativen PSA-Wertes zur Unterscheidung eines T3 von einem T2-Tumor ermittelt. Durch Berechnung einer vorwärts gerichteten logistischen Regression wurden dann diejenigen Parameter ermittelt, die einen signifikant unabhängigen Beitrag zur Vorhersage des Tumorstadiums leisten. Als Resultat unserer Arbeit konnte gezeigt werden, dass die "Obliteration des rektoprostatischen Winkels" als radiologischer Parameter und "ein bioptischer Gleason-Score" von größer oder gleich 7 signifikant unabhängige Prädiktoren eines kapsel-überschreitenden Wachstums vom Prostatakarzinom darstellen. Die übrigen von uns analysierten Parameter leisteten darüber hinaus keinen weiteren Beitrag zum präoperativen Staging. Aufgrund des Ergebnisses der vorliegenden Arbeit ist es in Zukunft möglich, das MRT-basierte Staging des Prostatakarzinoms zu standardisieren und somit robuster zu gestalten. Aufgrund der reduzierten Parameter ergibt sich zudem eine erhebliche Vereinfachung der Bildanalyse.
S1P ist ein bioaktives Lipid, welches die Migration und Proliferation von Endothelzellen durch die Aktivierung des S1P-Rezeptors (EDG-Rezeptor) mit beeinflusst. Auch bei der SDF-1 induzierten Migration und beim Knochenmarkshoming von CD34+ Zellen spielt S1P eine Rolle. FTY720 ist ein synthetisches Analogon von S1P. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass endotheliale Progenitor Zellen (EPCs), gewonnen aus Patienten mit einer vorbestehenden KHK, durch Inkubation von S1P oder FTY720, verbesserte Neovaskularisation in der hinterlaufischämischen, athymischen Nacktmaus zeigen. Demgegenüber war die endogene Neovaskularisationkapazität, bei induzierter Hinterlaufischämie, von Mäusen mit S1P3 -/- stark eingeschränkt im Vergleich zu den Wildtyp-Varianten. Auch vermindert war der Blutfluß von Knochenmarkszellen, gewonnen aus S1P3 -/- Mäusen, transplantiert in hinterlaufischämische, athymische Nacktmäuse. Die Behandlung der KMZs mit S1P-Rezeptor- Agonisten führte zu keiner gesteigerten Erholung des Blutflusses. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass S1P und FTY720 den CXCR4-Rezeptor und JAK2 phosphorylieren. Ebenfalls aktiviert wird die Src-Kinase. Bei Verwendung von Zellen, gewonnen aus CXCR4 +/- Mäusen, zeigt die Inkubation von S1P oder FTY720 keine Verbesserung in der Invasions- und Neovaskularisationskapaziät. Durch Vorinkubation des Src-Kinase-Familien-Inhibitors PP2 konnte aufgezeigt werden, dass die Phosphorylierung von CXCR4 von der Src-Familie abhängig ist. Auch funktionell betrachtet, führt die Vorinkubation von PP2 zu einer ausgeprägten Erniedrigung der Invasionskapazität bei Inkubation mit S1PRezeptoragonisten. In Knochenmarkszellen, gewonnen aus S1P3 -/- Mäusen, kommt es zu keiner Src-Kinase-Phosphorylierung. Auch kommt es in den embryonalen Mausfibroblasten (MEF-Zellen) zu keiner JAK2-Kinase-Phosphorylierung, nach Inkubation von einem S1P-Rezeptoragonisten. Auf diesen Zellen wird kein S1P3-Rezeptor exprimiert, wie FACS-Analysen zeigten. Dies spricht für eine Aktivierung des CXCR4-Rezeptors über den S1P3-Rezeptor. Diese Doktorarbeit zeigt, dass S1P und FTY720 den CXCR4-Signalweg beeinflussen. So könnten sie bei Zelltherapiestudien als pharmakologisches Mittel benutzt werden, um die in ihrer Funktion eingeschränkten EPCs oder KMZs von Patienten mit einer bestehenden KHK zu verbessern.