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JLUpub ist das institutionelle Repositorium der Justus-Liebig-Universität.
JLUpub bietet Mitgliedern und Angehörigen der Universität die Möglichkeit neben wissenschaftlichen Dokumenten auch Forschungsdaten elektronisch zu veröffentlichen und dauerhaft zugänglich zu machen. Alle Veröffentlichungen erhalten einen Digital Object Identifier (DOI) und werden über nationale und internationale Bibliothekskataloge sowie Suchmaschinen nachgewiesen und auffindbar.
Neue Veröffentlichungen:
Struktur-Funktions-Analyse der äußeren Netzhaut von Patienten mit biallelischen Sequenzvariationen im RPE65 Gen mittels Spectral Domain Optischer Kohärenztomographie
(2025) Tanrikulu, Özgün
Biallelische Sequenzvariationen im RPE65 Gen stellen sich phänotypisch variabel als Lebersche Congenitale Amaurosis (LCA), Early Onset Severe Retinal Degeneration (EOSRD) oder Retinitis Pigmentosa (RP) dar und sind mit frühen funktionellen und strukturellen Veränderungen der Netzhaut assoziiert. Diese manifestieren sich unter anderem mit einem reduzierten Visus und einer Schichtdickenreduktion der äußeren Retina. Das Ziel dieser Studie war eine Feinanalyse und Charakterisierung der Veränderungen in der zentralen Retina vom Retinalen Pigmentepithel (RPE) bis zur Externen Limitierenden Membran (ELM) mittels A-Scan Analyse des Spectral Domain- Optischen Kohärenztomographen (SD-OCT) bei Patienten mit genetisch gesicherten biallelischen Sequenzvariationen im RPE65 Gen (RPE65-Inherited Retinal Dystrophies/RPE65-IRDs) im Vergleich zu einer gesunden Kontrollprobandengruppe sowie eine Struktur-Funktions-Analyse des fovealen Zentrums und des Visus. Ferner wurden die interokulär funktionelle Symmetrie des BCVA und die strukturelle Symmetrie der Schichten im fovealen Zentrum der Patientenaugen untersucht.
SD-OCT-B-Scans von 21 Augen von 11 Patienten mit RPE65-IRDs wurden anhand von Qualitätskriterien und einer zumindest partiellen Abgrenzbarkeit der Ellipsoid Zone (EZ) ausgewählt und analysiert. Die SD-OCT-A-Scans wurden im fovealen Zentrum und an definierten Messpunkten in Abständen von 250-500 μm bis zu 3000 μm nach nasal und temporal zum fovealen Zentrum untersucht. Die im Hinblick auf das Lebensalter angeglichene gesunde Kontrollprobandengruppe bestand aus 10 Probanden. Die Abstände der Peaks der hyperreflektiven Banden der äußeren retinalen Schichten wurden vom RPE zur ELM, vom RPE zur EZ und von der EZ zur ELM jeweils mit einer hausintern entwickelten MATLAB Software in vertikaler Achse bestimmt. Der jeweilige bestkorrigierte Visus (BCVA) zum Untersuchungszeitpunkt wurde der Patientenakte entnommen.
Bei einem jungen Patientenkollektiv [Altersspannweite 4-23 Jahre, Altersmedian 7 Jahre] mit mindestens partiell erhaltenen Schichten der äußeren Retina bestätigte diese Studie vorangegangene strukturelle Erkenntnisse, wie die eines frühen Verlusts der EZ- und ELM-Schicht und eine Reduktion der äußeren Retina. Auch die vorbekannte hohe funktionelle interokuläre Symmetrie der Abnahme des BCVA konnte für die Gesamtgruppe der Patienten bestätigt werden. Bei Betrachtung der Ellipsoid Zone Width (EZW) als Landmarke der retinalen Degeneration wurde als neue Erkenntnis hinzugewonnen, dass Patientenaugen mit regelrechter EZW im B-Scan eine ebenfalls hohe interokuläre Symmetrie des BCVA gezeigt haben, wohingegen bei Schädigung der EZW im B-Scan eine Abnahme der interokulären BCVA Symmetrie nachweisbar war. Wie vorangegangene Studien war bei hoher Streuung der Werte kein linearer oder anderer Zusammenhang zwischen der Reduktion der äußeren Retina im fovealen Zentrum und des BCVA abgrenzbar. Bei Unterteilung der Zapfen im fovealen Zentrum in die Subschichten RPE-EZ als Schicht der Außensegmente und der äußeren Innensegmente sowie der EZ-ELM als Schicht der inneren Innensegmente ließ sich als weiterführende neue Subanalyse jeweils kein linearer Zusammenhang dieser Schichten und des BCVA feststellen.
Während als weitere neue Erkenntnis bei regelrechter Abgrenzbarkeit der hyperreflektiven Schichten der äußeren Retina und einem BCVA ≤0.1 logMAR die RPE-ELM Schicht und die RPE-EZ Schicht im fovealen Zentrum eine interokuläre Symmetrie zeigten, ließ die EZ-ELM Schicht keine interokuläre Symmetrie erkennen. Letztere könnte auf eine frühe, ungleichförmig interokuläre Degeneration der Innensegmente der M- und L-Zapfen im fovealen Zentrum schließen lassen. Unter Nutzung der Kennzonen der Early Treatment Diabetic Retinopathy Study (ETDRS) konnte als weitere neue Erkenntnis bei Patientenaugen mit einem BCVA ≤0.1 logMAR für die RPE-ELM und RPE-EZ Schichten ein erhaltenes physiologisch glockenförmiges Muster von der temporären und nasalen Makulakennzone zum fovealen Zentrum beobachtet werden, während dieses physiologische Muster von der peripheren zur makulären Kennzone bereits bei diesen Patientenaugen aufgehoben war. Da bei der gleichen Patientenaugengruppe dieses physiologische Muster für die EZ-ELM Schicht in sämtlichen ETDRS Kennzonen nicht nachweisbar war, könnte dies einen Indikator einer frühen Degeneration der Photorezeptorinnensegmente darstellen. Bei den Patientenaugengruppen mit einem BCVA >0.1 logMAR konnten sowohl für die RPE- ELM Schicht wie auch für die Subschichten RPE-EZ und EZ-ELM eine Aufhebung des glockenförmigen Verdickungsmusters abgegrenzt werden, sodass eine ungerichtete und homogene Reduktion, respektive Degeneration, in der zentralen Retina nachweisbar war. Die Gruppe mit einem BCVA >0.1 - 0.49 logMAR und ohne Sehschwäche zeigte dabei ein identisches Degenerationsmuster wie die Gruppe mit einem BCVA >0.49 logMAR und Sehschwäche nach WHO-Kriterien.
Mittels SD-OCT-A-Scan Analyse der äußeren Schichten in der zentralen Retina kann durch Peak-zu-Peak-Messung der hyperreflektiven Schichten eine unkomplizierte Degenerationsevaluation bei Patienten mit biallelischer Sequenzvariation im RPE65 Gen im Verlauf bzw. zur Evaluation möglicher gentherapeutischer Effekte in den postinterventionellen Kontrollen sowie im postinterventionellen Langzeitkontrollverlauf vorgenommen werden. Bei bereits nachgewiesener Zapfendegeneration bei jungen Patienten mit sehr gutem BCVA regen diese Ergebnisse ferner eine Diskussion zur frühen Indikationsstellung der subretinalen Gentherapie an.
Die Bedeutung humaner Papillomviren in der Kopf-Hals-Onkologie
(2024) Wagner, Steffen
Trotz des allgemeinen sinkenden Konsums von Tabak bleibt die Inzidenz von Kopf-Hals-Karzinomen (KHK) in Deutschland und anderen Ländern weitgehend konstant. Dies geht auf eine signifikante Zunahme HPV-assoziierter Karzinome zurück, was inzwischen als Risikofaktor bei Plattenepithelkarzinomen des Oropharynx (OPSCC) anerkannt ist. Unsere, sowie weitere Arbeiten der letzten Jahre zeigen, dass HPV-assoziierte OPSCC eine eigenständige Tumorentität sind und sich grundlegend von Noxen-assoziierten KHK unterscheiden. Virale Onkoproteine wie E6 und E7 sind neben der charakteristischen Überexpression des zellulären p16INK4a an einer Reihe molekularer Veränderungen beteiligt, die in HPV-negativen OPSCC durch genetische Veränderungen ausgelöst werden. Hierzu gehören insbesondere immun-escape Mechanismen, wie die Reduktion der HLA Klasse I Expression oder die Induktion hemmender Liganden (z.B. PD-L1) von Immun-Checkpoint Signalwegen. Dennoch sind HPV assoziierte OPSCC durch eine Präsenz von Immunzellen (wie NK-Zellen) charakterisiert. Viele dieser HPV-bedingten Veränderungen können diagnostisch und therapeutisch bedeutsam sein. So kann virale DNA im Blut von Tumorpatienten (liquid biopsy) nachgewiesen und mit dem Verlauf der Erkrankung korreliert werden. Angesichts der Bedeutung von HPV in der Kopf-Hals-Onkologie und des spezifischen Mechanismus der Karzinogenese, mit vergleichsweise homogenen Veränderungen und meist milderen klinischen Verläufen, erscheinen HPV assoziierte OPSCC besonders geeignet für neue immunologische Therapiekonzepte.
Analyse der DNA-Reparaturmechanismen nach therapeutischer Genomeditierung mittels induzierbarer Cas9 Endonuklease in vitro
(2025) Türk, Franziska Maria
Erblich bedingte Netzhauterkrankungen betreffen viele Menschen und sind häufig verantwortlich für den Verlust der Sehkraft. Begründet liegen sie meist in einer Mutation eines relevanten Gens. Es existieren unterschiedliche therapeutische Optionen, die abhängig von dem Wissen um die Ursache und dem Fortschritt der Erkrankung zum Einsatz kommen. Therapeutische Genomeditierung, das damit einhergehende Einbringen eines DSBs sowie die nachfolgenden zelleigenen Reparaturmechanismen stellen eine wichtige Rolle im Bereich der Gentherapie dar.
Ziel dieser Arbeit war es, das BRET-Reportersystem in Verbindung mit einer induzierbaren Cas-Variante zu testen und mehr Informationen über das neuronenspezifische Verhalten nach einem induzierten DSB zu generieren.
Nachdem die Funktionalität des bereits in der Arbeitsgruppe entwickelten BRET-Systems mit den entsprechenden gRNA/Cas9-Komplexen bestätigt wurde, folgte die Herstellung eines induzierbaren Cas9-Systems passend zu den Targetsequenzen der BRET-Reporter, welche in HEK293-T-Zellen transfiziert und auf ihre Funktionalität hin überprüft wurden. Im letzten Schritt der Arbeit wurde versucht, das Cas9-System mit gRNA und BRET-Reporten mittels Cotransfektion in die iNGNs zu integrieren.
In Zukunft kann die Kombination der gRNA/iCas mit anderen Reportersystemen zu weiteren Informationen über das zellspezifische Reparaturverhalten nach einem DSB führen. Hier sollte jedoch zunächst die Erhöhung der Transfektionseffizienz der iNGNs im Fokus stehen und durch Änderung der Transfektionsmethode, der DNA-Bereitstellung und/oder des Promotors gesteigert werden.
Kurzfristiges Ziel ist es, die iNGNs als intermediäres System mit gRNA/iCas-Systemen zu etablieren, um neuronenspezifische Informationen im Bereich der DNA-Reparaturforschung in Bezug auf erblich bedingte Netzhauterkrankungen generieren zu können. Langfristig steht die Ermöglichung einer direkten Therapie von erblich bedingten Erkrankungen mittels Genome Editing im Zentrum des Bestrebens.
Zukünftig könnten CRISPR/(i)Cas und iPSCs somit einen wesentlichen Beitrag zu einer patientenspezifischen, regenerativen Medizin leisten.
Overexpression of Cx43: Is It an Effective Approach for the Treatment of Cardiovascular Diseases?
(2025) Boengler, Kerstin; Mantuano, Beatrice; Toledano, Shira; Binah, Ofer; Schulz, Rainer
In the heart, Connexin 43 (Cx43) is involved in intercellular communication through gap junctions and exosomes. In addition, Cx43-formed hemichannels at the plasma membrane are important for ion homeostasis and cellular volume regulation. Through its localization within nuclei and mitochondria, Cx43 influences the function of the respective organelles. Several cardiovascular diseases such as heart failure, ischemia/reperfusion injury, hypertrophic cardiomyopathy and arrhythmias are characterized by Cx43 downregulation and a dysregulated Cx43 function. Accordingly, a putative therapeutic approach of these diseases would include the induction of Cx43 expression in the damaged heart, albeit such induction may have both beneficial and detrimental effects. In this review we discuss the consequences of increasing cardiac Cx43 expression, and discuss this manipulation as a strategy for the treatment of cardiovascular diseases.
Mitigating Interfacial Degradation in Sulfide-Based Solid-State Batteries using Polymer Coatings and Surface-Modified Solid Electrolytes
(2025-04-11) Shi, Bing-Xuan
The growing market for electric vehicles is driving demand for high-energy-density batteries. Conven-tional liquid electrolyte batteries (LEBs) are nearing their energy-density limits, while solid electrolyte batteries (SEBs) using high-nickel cathode active materials (CAMs), solid electrolytes (SEs), and the lithium metal anode promise much higher energy densities. Sulfide-based SEs, such as Li6PS5Cl, exhibit particularly high ionic conductivity, making them promising candidates for industrial applications. How-ever, the interfacial degradation between sulfide-based SEs and electrodes limits their electrochemical performance. This dissertation explores innovative strategies to enhance the interfacial stability at both the cathode-electrolyte interphase (CEI) and the solid electrolyte interphase (SEI) in SEBs, focusing on polyelectrolyte coatings and modified sulfide-based SEs.
Polyelectrolytes are selected as electrode coating materials in this dissertation for their flexibility, ease of processing, and lower cost than inorganic coatings. Moreover, they provide intrinsic ionic conductivity compared to neutral polymers, which is essential in SEBs but less of a concern in LEBs. While polymers as coatings in LEBs are well-studied, there is limited insight into their use in SEBs. This gap motivates this dissertation, demonstrating how polyelectrolytes enhance interfacial stability and performance in SEBs. The journey begins with exploring a polycation coating on LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 using the spray-drying method, revealing their potential and limitations. The polycation coating uniformly covers CAM particles to enhance cycling stability, but improved lithium-ion conductivity is needed to prevent capacity loss. Building on these findings, a subsequent study introduces a polyanion/amide polymer blend as a coating on LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2, with the polyanion providing a lithium source to mitigate capacity loss and the amide polymer serving as a coating inducer. However, the polyanion/amide polymer coating demonstrates stiffness that needs more flexibility. As a result, a polyelectrolyte complex (PEC) coating is developed for LiNiO2 (LNO) cathode and a Si anode. This PEC employs a polycation to induce coating formation alongside a polyanion with a flowing nature that enhances both lithium-ion conductivity and flexibility.
On the other hand, compared with the use of polyelectrolyte coatings, the modification of sulfide-based SEs via solvent treatment provides another approach to reducing the interfacial degradation of SEBs. This method improves the interfacial stability between the LNO cathode and the sulfide-based SE while preventing dendrite formation from the lithium metal anode. Additionally, modified sulfide-based SEs reveal a mechanism for enhancing cathodic performance different from the polyelectrolyte coating layer. This suggests that the combination of polyelectrolyte coatings with modifications to sulfide-based SEs could further bolster interfacial stability.
This dissertation comprises four studies, including polyelectrolyte-coated electrodes and modified sul-fide-based SEs in SEBs. Each study employs a distinct approach to mitigate interfacial degradation and shows promising potential for industrial application. Collectively, these investigations provide a compre-hensive understanding of the strategies to improve interfacial stability while providing future strategies that can be further developed and studied.