Willkommen bei JLUpub
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:
Strategies and Methods for Investigating Performance and Degradation in Solid-State Batteries Using Thiophosphate Solid Electrolytes
(2024) Hertle, Jonas
The demand for high-performance energy storage solutions is ever-growing, driven by the increasing need for portable electronics and electric vehicles. While conventional lithiumion batteries (LIBs) are well established, they are approaching their limits in terms of energy and power density. Solid-state batteries (SSBs) offer a promising alternative with the potential for significantly higher energy densities when using lithium metal anodes. However, a major challenge remains in the reactivity of thiophosphate solid electrolytes (SEs) with cathode active materials (CAMs), leading to degradation and performance limitations.
Current approaches used for the analysis of SSBs are limited. The influence of the anode in electrochemical experiments, specifically the overpotential, leads to unreliable results because these overpotentials are usually unknown and not accounted for. Degradation analysis in combination with standard cell setups using widely utilized post mortem techniques like X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) lack sensitivity and show overlap of different degradation pathways.
To address these shortcomings, this thesis introduces two key contributions in the form of two publications:
Publication I introduces a three-electrode (3E) setup for SSBs. A thin gold-plated tungsten wire is lithiated in-situ to provide a stable potential. This enables the independent measurement of cathode and anode, providing accurate information on the true rate-performance of CAMs without limitations from anode overpotential. Furthermore, single-electrode impedance analysis is rendered possible. This facilitates impedance analysis of the electrodes and removes ambiguity when fitting impedance data to equivalent circuits.
Publication II introduces a reliable benchmarking method for CAM coatings. This method combines the 3E setup from publication I with ToF-SIMS analysis. A specially developed current collector is used. With the help of this current collector and ToF-SIMS analysis, a semi-quantitative analysis of the various degradation pathways is made possible. Principal component analysis (PCA) is used to cope with the large data volumes of the ToFSIMS analysis. This approach allows the complete evaluation of CAMs regarding their electrochemical performance as well as their susceptibility to degradation.
By extending the knowledge of electrochemical and post mortem analysis in SSBs, this thesis paves the way for accelerated research and development. The presented concepts are
transferable to other battery systems, offering broader research possibilities. Ultimately, this work contributes to the development of competitive and commercially viable SSBs.
Myeloid-related Protein 8/14, Copeptin und hochsensitives Troponin I zur Differenzierung des Typ 1 und Typ 2 Myokardinfarkts in NSTEMI Patienten
(2023) Bormann, Johanna
Hintergrund und Ziel: Entsprechend der universellen Definition des akuten Myokardinfarkts ist dieser nicht nur als akute Plaqueruptur/-erosion mit Bildung eines intrakoronaren Thrombus wie beim Typ 1 Infarkt (T1MI) definiert, sondern er umfasst mit dem T2MI auch die myokardiale Nekrose aufgrund eines Ungleichgewichts des myokardialen Sauerstoffangebot und -bedarf. Beide Typen sind mit einer hohen Mortalität und Morbidität assoziiert. Allerdings profitiert insbesondere der T1MI von einem frühen invasiven Management. Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, in wie weit eine Differenzierung der beiden Myokardinfarkttypen mittels Biomarker verschiedener pathophysiologischer Achsen möglich ist. Hierfür wurde das etablierte hs-TnI im Vergleich zum inflammatorischen Biomarker MRP-8/14 und zum Stress-Marker Copeptin betrachtet.
Methodik: Für die Studie wurden Patienten analysiert, die mit Verdacht auf ein akutes Koronarsyndrom zwischen 08/2011 und 10/2016 ins BioACS-Register aufgenommen wurden. Für die vorliegende Auswertung wurden nur Patienten mit der Diagnose NSTEMI T1 (n=198) und T2 (n=55) sowie vorhandenen Messwerten für MRP-8/14, Copeptin und hscTnI betrachtet (n=253).
Ergebnisse: Die 0 und 3 Stunden Werte von MRP-8/14 und Copeptin sind signifikant höher in Patienten mit T2MI im Vergleich zu Patienten mit T1MI (MRP-8/14: 3,53/3,14 [0h/3h] vs. 2,4/1,92 μg/ml; Copeptin: 15,15/19,3 [0h/3h] vs. 9,05/6,22 pmol/l). Umgekehrt ist der etablierte Marker hs-cTnI wie erwartet mit höheren Konzentrationen in Patienten mit T1MI assoziiert (447,2 /515,55 [0h/3h] vs. 48,4/81,6 ng/l). Die AUCs der einzelnen Biomarker lagen bei 0,707 für hs-cTnI und bei 0,619 für MRP-8/14 sowie 0,611 für Copeptin. Durch die Kombination ließ sich diese auf 0,739 steigern. Um die Stärke des Zusammenhangs zu ermitteln, wurden mithilfe von Youden-optimierten Cut-off-Werten ORs berechnet. Wobei MRP-8/14 eine OR von 2,5[T2] und von 0,4[T1] erreichte und Copeptin 2,6 vs. 0,37. Umgekehrt erzielte hs-cTnI eine OR vom 4,66 für den T1- und 0,21 für den T2MI. Ähnliche ORs konnten auch nach Adjustierung an andere Biomarker und den TIMI-Risk-Score erzielt werden.
Schlussfolgerung: Die Daten dieser Dissertation deuten darauf hin, dass sowohl MRP-8/14 als auch Copeptin - als Biomarker anderer pathologischer Achsen des AMI - in Ergänzung zu hs-cTnI brauchbare, unabhängige, diskriminierende Informationen in einem diagnostischen Algorithmus zur Differenzierung des T2 und T1MI in NSTEMI Patienten liefern könnten. Zur Erstellung eines solchen Algorithmus sind weitere multizentrische Studien mit größeren Kohorten von Nöten.
Evaluierung der Auswirkung von nanosilberfunktionalisierten Knochenimplantaten auf die osteoblastogenen Transkriptionsfaktoren Runx2 und Osterix in einem etablierten tierexperimentellen Modell
(2024) Abdo, Belal
Implantatassoziierte Infektionen stellen ein signifikantes Problem in der Traumatologie und Orthopädie dar. Der Einsatz von AgNP zur Funktionalisierung von Implantaten hat sich als innovative Methode mit effektiver antimikrobieller Wirkung erwiesen. Die Auswirkungen von AgNP auf die Osteoblastogenese sind jedoch noch unzureichend erforscht. In dieser Dissertation wurde der Einfluss von AgNP-haltigen Implantaten auf die frühe Phase der Osteoblastogenese und deren Schlüsseltranskriptionsfaktoren, Runx2 und Osterix, untersucht.
In der Studie wurden AgNP-funktionalisierte Scaffolds aus PMMA, Titan und Kollagen Typ I sowie Kontrollgruppen mit AgNP-freien Implantaten (n = 72) in die Tibiae von Sprague-Dawley Ratten implantiert. Nach einer Standzeit von 4 Wochen und 6 Monaten wurden die Tibiaquerschnitte präpariert und immunhistochemische Untersuchung für Runx2 und Osterix durchgeführt. Die histomorphometrische Auswertung umfasste die Quantifizierung der Runx2- und Osterix-positiven Präosteoblasten und Osteoblasten in Relation zur Trabekelfläche und dem Trabekelumfang.
Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Reduktion der Runx2-positiven Präosteoblas-ten an den mit AgNP beschichteten Titanimplantaten nach 6 Monaten im Vergleich zu den Ergebnissen nach 4 Wochen. Eine Zunahme von Runx2-positiven Osteoblasten an diesen Implantaten wurde nicht beobachtet. Bei den AgNP-funktionalisierten Kollagenscaffolds wurde ebenfalls eine Reduktion der Runx2-positiven Präosteoblasten und Osteoblasten festgestellt. Diese Ergebnisse wurden durch die Osterix-Immunhistochemie bestätigt, während keine Regulation von Osterix an den Titanimplantaten und keine Regulation von Runx2 oder Osterix bei den PMMA-Implantaten beobachtet wurde. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass AgNP-beschichtete Titanimplantate die Osteoblastendifferenzierung verzögern können, was ihren Einsatz auf hochinfektiöse Fälle limitiert. Bei Kollagenscaffolds mit hoher AgNP-Freisetzungsrate wurden negative Auswirkungen auf die Osteoblastogenese beobachtet, was eine sorgfältige Nutzen-Risiko-Abwägung erfordert. Im Kontrast dazu zeigen AgNP-funktionalisierte PMMA-Scaffolds mit und ohne Gentamycin keine signifikante Beeinträchtigung der Osteoblastogenese, was ihren Einsatz in der Knochenheilung und Infektionsprävention bei Implantaten vielversprechend erscheinen lässt.
Findbuch Grafiksammlung Schüling
(2024)
Das Findbuch erschließt einen Teil der Grafiksammlung, die Dr. Hermann Schüling (1926-2019), früherer Direktor der Universitätsbibliothek Gießen, gemeinsam mit seiner Frau Renate aufgebaut und 2006 der Universitätsbibliothek Gießen als Schenkung überlassen hat. Aus der rund 4.500 Druckgrafiken, Zeichnungen und einige Gemälde umfassenden Privatsammlung sind in dem vorliegenden Findbuch, das aus einer Allegro-HANS-Datenbank hervorgegangen ist, etwa 1.600 Blätter erschlossen worden. Die Digitalisierungs- und Inventarisierungsarbeiten wurden in den Jahren 2007 bis 2009 von Zita Kadar in Zusammenarbeit mit der Professur für Neuere und Neueste Kunstgeschichte der JLU (Marcel Baumgartner) umgesetzt.
Die Bedeutung der Glutaredoxine und Thioredoxine für die pankreatische β-Zelle bei Diabetes mellitus
(2023) Petry, Sebastian Friedrich
Die Diabetologie erlebt eine rasante technologische und pharmakologische Entwicklung mit zahlreichen neuen Behandlungsmöglichkeiten. Die Insuffizienz und der Verlust der pankreatischen, einzig insulinproduzierenden β-Zellen ist bisher im klinischen Alltag jedoch nach wie vor nicht gezielt therapierbar. In der vorliegenden Arbeit wurden die Gluta- und Thioredoxine
als potentielle Zielproteine für neuartige Therapien in verschiedenen Modellen des Diabetes mellitus untersucht. Diese ubiquitär exprimierten Proteine beeinflussen grundlegende zelluläre Funktionen. Glutaredoxin (Glrx) 1 und 2 sind wesentlich für die zelluläre Redoxregulation. Glrx3 und 5 werden für die Biosynthese der mitochondrialen Eisen-Schwefel (FeS)-Kofaktoren und die Reifung von FeS-Proteinen benötigt. Die Thioredoxine (Trx1 und 2) sind in die Regulation der DNA-Synthese, Genexpression, den Zellzyklus und die Immunmodulation eingebunden.
Das Glutaredoxinsystem wurde im Kontext der Lipotoxizität untersucht. Die verfügbaren Erkenntnisse zur Auswirkung letzterer auf die β-Zellen wurden in einer ausführlichen Übersichtsarbeit zusammengestellt und diskutiert. Es konnte herausgearbeitet werden, dass die Beurteilung der vorhandenen Literatur wesentlich durch die heterogenen methodischen Ansätze erschwert wird. Parameter wie die Zusammensetzung der Fettsäurelösungen, die Kultivierungszeit, die Kettenlange der Fettsäuren, ihre Sättigung und vor allem ihre Konzentration führen zu mitunter stark divergierenden Ergebnissen. Solche Einflüsse wurde im murinen β-Zellmodell anhand der MIN6-Zelle untersucht. Es zeigte sich, dass z.B. die optische Dichte des MTT-Assays und die Insulinsekretion in hohem Maße von der Zusammensetzung der Fettsäurelösung, des verwendeten Lösungsmittels und der Behandlungsdauer abhängig sind. Aus der Untersuchung erwuchs ein Standardprotokoll zur Herstellung von Fettsäurelösungen zwecks Sicherstellung der Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit, welches bereits von anderen Autoren angewendet wurde.
Anhand von homozygoten, leptinresistenten db-Mäusen, welche spontan eine Adipositas mit Diabetes mellitus entwickeln, konnte erstmals den Verlust der insulären Glutaredoxine, insbesondere 1 und 5, nachgewiesen werden. Dieser Befund korrelierte mit dem diabetischen Phänotyp der Tiere und tiefgreifenden, pathologischen Veränderungen der Proliferation, Apoptose, Morphologie, zellulären Zusammensetzung und Funktion ihrer Langerhans’schen Inseln sowie einer gesteigerten insularen ROS-Produktion im Vergleich zu den gesunden Kontrollen, heterozygoten db-Tieren bzw. C57BL/6-Wildtypen. In einer weiteren Studie wurde der Verlust des insulären mitochondrialen Glrx5 auch in einem Mausmodell des per stark fetthaltiger Diät induzierten Diabetes mellitus mit Adipositas nachgewiesen. Bemerkenswerterweise führte die Umstellung der Ernährung auf eine Standardkost neben der Regredienz des Phänotyps und der Wiederherstellung der Glukosetoleranz in C57BL/6-Tieren auch zu einer Rekonstitution der insulären Glrx5-Expression. Anhand von MIN6-Zellen wurden die Effekte der Lipo-, Glukotoxizität und Inflammation separiert. Die Lipotoxizität stellte sich als Mediator des Glrx5-Verlusts heraus, wohingegen die Hyperglykämie und inflammatorische Zytokine keinen Einfluss auf die Expression des Redoxins nahmen. Die β-Zellen mit Glrx5-Verlust wiesen eine ausgeprägte mitochondriale Dysfunktion, charakterisiert durch den Mangel an ATP, dem Überfluss von ROS und der gestörten mitochondrialen Bioenergetik auf. In Folge dessen war die endokrine Funktion, gemessen an der Insulinsekretion, signifikant beeinträchtigt. Als Schlussfolgerung wird Glrx5 als potenzielles Bindeglied zwischen der Lipotoxizität, der mitochondrialen Dysfunktion und der gestörten Insulinsekretion der β-Zelle im Diabetes mellitus angesehen.
Das Thioredoxinsystem wurde im Kontext der Inflammation sowie der Hypoxie und Reoxygenierung untersucht. Erstmals wurde im Modell der Schwein-zu-Maus-Inseltransplantation, der MIN6-Zelle sowie humanen Blutproben aus der klinischen Inseltransplantation eine kompartimentalisierte Regulation der zytosolischen, mitochondrialen und extrazellulären Thioredoxine nachgewiesen. Zudem konnte die Sekretion von Trx1 aus der β-Zelle, welche jedoch eine funktionierende Trx-Reduktase voraussetzt, gezeigt werden. Das sezernierte Trx1 übte eine redoxvermittelte parakrine Wirkung auf die Langerhans’schen Inseln und MIN6-Zellen aus und forderte deren Viabilität und Insulinsekretion.
Folglich wird für die Gluta- und Thioredoxine Potential für weitere translationale Forschungsbemühungen im Hinblick auf β-zellerhaltende und -regenerative Therapien gesehen.