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    Pharmakologische Hemmung der Smad-abhängigen TGF-β-Signaltransduktion in metastasierten Lungenkarzinomzellen
    (2024) Pirzad, Zahra
    Der TGF-β-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle in der Kanzerogenese von Tumorzellen. In zahlreichen Studien konnte ein Zusammenhang zwischen einer erhöhten TGF-β1-Konzentration, der epithelialen-mesenchymalen Transition und der daraus folgenden Metastasierung von Tumorzellen detektiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung einer erhöhten TGF-β1-Konzentration und dessen Inhibierung durch die small-molecule-Inhibitoren SB-431542, SB-505124, BI-4659 und SIS3 auf die Proteinmenge, den Phänotyp und die Migrationsfähigkeit von A549-Zellen untersucht.
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    Routinelaborparameter als Biomarker bei pulmonal arterieller Hypertonie und chronisch thromboembolischer pulmonaler Hypertonie
    (2024) Lund, Jonas Heinrich
    Hintergrund: Die pulmonale Hypertonie (PH) ist eine schwerwiegende Erkrankung mit unterschiedlichen Ursachen, die die Lebenserwartung der Patienten stark beeinflusst. PH-Patienten können nach der Risikostratifizierung der ESC/ERS-Leitlinie anhand etablierter Parameter einer Risikogruppe zugeordnet werden, wodurch eine Aussage über das Überleben der Patienten getroffen werden kann. Die γ-Glutamyltransferase (y-GT), der Quotient aus der Aspartat-Aminotransferase (AST) und der Alanin-Aminotransferase (ALT) und die Neutrophilen-Lymphozyten-Rate (NLR) sind bekannte Biomarker mit einer prognostischen Aussagekraft bei kardiovaskulären Erkrankungen, wobei allerdings ein möglicher Nutzen dieser Biomarker bei der pulmonalen Hypertonie bisher noch nicht untersucht wurde. Methodik: Insgesamt wurden 1042 Patienten retrospektiv analysiert, bei denen durch einen Rechtsherzkatheter entweder eine pulmonal arterielle Hypertonie (PAH) oder eine chronisch-thromboembolische pulmonale Hypertonie (CTEPH) diagnostiziert wurde. 731 dieser Patienten stammten dabei aus der Ableitungskohorte (Gießen) und 311 aus der Validierungskohorte (Hamburg). Bei weiteren 703 Patienten wurde zusätzlich eine Follow-up-Untersuchung durchgeführt. Die Patienten konnten mit dem neu erstellten Risiko-Score, der aus der y-GT, dem AST/ALT-Quotienten und der NLR besteht, stratifiziert werden und die Ergebnisse konnten mit dem Goldstandard der ESC/ERS-Leitlinie verglichen werden. Ergebnisse: Die Routinelaborparameter γ-GT, NLR und der AST/ALT-Quotient korrelierten bei PAH- und CTEPH-Patienten mit etablierten und für die Überlebensprognose relevanten Parametern. Darüber hinaus konnten die drei Biomarker als unabhängige Prädiktoren des Überlebens sowohl in der Baseline- als auch in der Follow-up-Untersuchung identifiziert werden. Der neue Risikoscore, der aus γ-GT, dem AST/ALT-Quotienten und der NLR besteht, hatte eine ähnliche Aussagekraft wie der Risikoscore der ESC/ERS-Leitlinie von 2015. Anhand der Hamburger Kohorte konnte diese prognostische Relevanz in einem externen Zentrum bestätigt werden. Schlussfolgerungen: γ-GT, AST/ALT und NLR zeigten eine prognostische Relevanz für das Überleben von PAH- und CTEPH-Patienten in der Baseline- und in der Follow-up-Untersuchung. Im Vergleich mit der Risikostratifizierung nach der ESC/ERS-Leitlinie von 2015 hatte der neue Risiko-Score eine ähnliche Vorhersagekraft für das Überleben von PAH- und CTEPH-Patienten.
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    Breastfeeding in Germany – promotion in maternity hospitals and breastfeeding rates during the first year of life
    (2023) Hockamp, Nele Henrika
    Human breastmilk is the gold standard for infant feeding. Breastfeeding offers multiple benefits to the breastfed infant, the lactating mother, and the society. Therefore, professional societies in Europe recommend exclusive or full breastfeeding for at least 4 months after birth, followed by age-appropriate complementary feeding introduced no later than the beginning of the 7th month along with partial breastfeeding for as long as mother and infant desire. However, many mothers do not achieve this recommendation, because various determinants hinder them to breastfeed successfully. In order to improve breastfeeding practices numerous international initiatives have been launched. In this context, breastfeeding monitoring is envisaged for the regular collection and evaluation of breastfeeding data, e.g., to enable targeted breastfeeding promotion at the national level. In Germany, the two SuSe studies (SuSe I 1997–1998; SuSe II 2017–2019) provided data within the framework of breastfeeding monitoring. In the present thesis, data from the two SuSe studies were compared and associations for breastfeeding success were examined. The analyses showed that both, maternal breastfeeding behavior and breastfeeding promotion in maternity hospitals were more in line with the recommendations in SuSe II than in SuSe I. Seven of the 10 Steps were implemented to a greater extent in SuSe II hospitals than in SuSe I hospitals and more mothers exclusively breastfed for 4 months (57% vs. 33%) and continued partial breastfeeding until 12 months pp (41% vs. 13%). In SuSe II, a high level of breast-feeding promotion in the hospital favored exclusive breastfeeding in the hospital setting, while maternal factors such as no early use of a pacifier and preexisting breastfeeding experience were stronger predictors of longer-term exclusive breastfeeding success. Although these findings cannot be generalized to all mothers and maternity hospitals in Germany and do not allow causal conclusions to be drawn about the effectiveness of individual interventions, they nevertheless provide important insights for breastfeeding promotion in Germany and point to targeted promotion needs in order to further increase breastfeeding rates.
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    Evaluation neuer Technologien für die perkutane Koronarintervention
    (2023) Blachutzik, Florian
    Bioresorbierbare Gefäßstützen („Scaffolds“) wurden entwickelt, um einige Nachteile klassischer Drug-Eluting Stents (DES) zu überwinden. Durch ihre zeitlich begrenzte Präsenz im Gefäßsystem kommt es nach Abschluss der Resorption zur Restitution der physiologischen Vasomotion. Zudem bleibt kein Fremdmaterial im Gefäßsystem zurück. Die wissenschaftlichen Arbeiten beschäftigten sich im Wesentlichen mit der Analyse bioresorbierbarer Scaffolds unter Verwendung intravaskulärer Bildgebung mittels hochauflösender Optischer Kohärenztomographie (OCT). Im Rahmen einer ersten Studie wurde untersucht, ob sich die für die Durchführung einer OCT notwendige Kontrastmittelmenge durch eine geringere Kontrastmittelkonzentration reduzieren lässt. Hierbei zeigte sich im Vergleich zur Standard-Kontrastmittelkonzentration jedoch, dass eine entsprechende Reduktion leider auch zu einem erheblichen Verlust an Bildqualität und diagnostischer Verlässlichkeit führt, womit die OCT-Durchführung mittels reduzierter Kontrastmittelkonzentration keine Möglichkeit bietet, die Gesamtmenge an notwendigem Kontrastmittel signifikant zu reduzieren. Im Weiteren wurde der Effekt der Nachdilatation mittels non-compliant Ballons auf die gängigsten Typen bioresorbierbarer Scaffolds untersucht. Es zeigte sich, dass eine regelhafte Nachdilatation der Devices erfolgen sollte, da nur so eine optimale Apposition der Streben und Expansion des Scaffolds erreicht werden kann, ohne dass höhere Raten an Dissektionen oder Strebenfrakturen induziert werden. Die Länge koronarer Läsionen macht in manchen Fällen die überlappende Implantation von bioresorbierbaren Scaffolds notwendig. Aufgrund der hohen Strebendicke dieser Devices bestand jedoch die große Sorge, dass dies zu relevanten Lumenverlusten führen könnte. Im Rahmen einer OCTAnalyse von Scaffolds mit überlappender Implantation konnte gezeigt werden, dass diese nicht mit einer verminderten Lumen- und Scaffoldfläche assoziiert ist, sondern die doppelte Strebendicke tendenziell zu einer Überexpansion des entsprechenden Gefäßabschnittes mit einer im Vergleich zum übrigen Scaffold stabilen Lumenfläche führt. Da sich die anfängliche Annahme, dass Poly-L-Lactid Scaffolds nach 2 Jahren komplett resorbiert sein würden nicht bestätigte und die tatsächliche Resorptionsdauer in vivo bei ca. 4-5 Jahren lag, wurde eine Analyse der Resorptionsgeschwindigkeit nach Scaffoldimplantation durchgeführt. In der OCTgestützten Analyse der Resorption über die Lichtintensität der Streben zu verschiedenen Zeitpunkten nach Implantation konnte ermittelt werden, dass Diabetes mellitus sowie lokale Entzündungsprozesse der Gefäßwand mit einer verzögerten Resorption einhergehen, wohingegen die Degradation bei Patienten, die den Scaffold im Rahmen eines akuten Koronarsyndroms implantiert bekamen, eine deutlich höhere Resorptionsgeschwindigkeit zeigte. Es konnte damit dargelegt werden, dass individuelle Patientenfaktoren einen erheblichen Einfluss auf den Abbauprozess haben und bei der Implantation berücksichtigt werden sollten. Koronare Evaginationen können nach Scaffoldimplantation auftreten und stellen einen weiteren Risikofaktor für ein reduziertes klinisches Outcome dar. In der OCTAnalyse von Evaginationen zeigte sich, dass diese umso größer zu sein scheinen, je länger der Zeitpunkt der Implantation zurückliegt. Den Endpunkt dieser Entwicklung stellen möglicherweise koronare Aneurysmata dar. Evaginationen können den laminaren Fluss unterbrechen und zu späten Scaffoldthrombosen führen. In der Analyse der durchgeführten bioresorbierbaren Devices wurde deutlich, wie wichtig sowohl eine sorgsame Läsionsauswahl und -vorbereitung wie auch die Scaffoldnachdilatation sind. Es konnten einige Mechanismen dargestellt werden, die potenzielle Erklärungen für das im Vergleich zu modernen DES schlechtere klinische Outcome nach Implantation eines Poly-L-Lactid Scaffolds liefern. Als weitere neue Technologie in der perkutanen Koronarintervention wurde die intrakoronare Lithoplastie zur Behandlung stark kalzifizierter Koronarstenosen in der mit 180 Patienten bisher größten Studie hinsichtlich ihres klinischen und prozeduralen Outcomes analysiert. Es zeigten sich exzellente Prozedurergebnisse, die einen breiteren Einsatz der intrakoronaren Lithoplastie rechtfertigen. Im Rahmen der ROTA.shock-Studie wurde die koronare Lithoplastie weltweit erstmals randomisiert mit dem bisherigen Goldstandard zur Behandlung stark kalzifizierter Koronarstenosen, der Rotablation, verglichen. Hier zeigte sich, dass die koronare Lithoplastie durch eine im Vergleich zur Rotablation höhere Anzahl induzierter Frakturen im kalzifizierten Plaque bei Läsionen mit zirkumferenzieller Verkalkung besser geeignet zu sein scheint, wohingegen die Rotablation mit einem größeren akuten Lumengewinn assoziiert ist, der bei kalzifizierten Läsionen mit starker Exzentrizität von Vorteil sein kann. Da die Lithoplastie im Gegensatz zur technisch aufwendigeren Rotablation eine Ballon-basierte Technik ist, kann sie einfach in den Ablauf der meisten Herzkatheterlabore implementiert werden und stellt eine effektive und sichere Therapieoption bei Patienten mit stark kalzifizierten Koronarstenosen dar.
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    Sustainable Water Resources Management Strategies and its Implications in the Irrigated Areas of the Indus Basin of Pakistan
    (2024) Muzammil, Muhammad
    Pakistan's agriculture relies heavily on the Indus basin, where 90% of the land is cultivated under irrigated agriculture. Limited water resources, poor irrigation practices, and inadequate water management pose a serious threat to the country's food security and economy. Recently, the Government of Pakistan has been working to implement a national water policy aimed at promoting the sustainable use of water resources. The policy targets the adoption of sustainable water−saving strategies for future irrigation practices. In this dissertation, alternative water management strategies are evaluated, including replacing water−intensive crops with less water−intensive ones and implementing improved irrigation technologies to replace less efficient surface irrigation methods. Furthermore, the impact of these alternative water management strategies is also investigated under climate change Representative Concentration Pathways (RCP2.6 and RCP8.5). The results show that up to 35% of water use can be reduced by using optimal cropping patterns and up to 50% by using both optimal cropping patterns and improved irrigation technologies under current climatic conditions (baseline scenario). While in the climate change scenarios, water consumption could be restrained by up to −3% compared to the status quo through the adaptation of alternative cropping patterns. Additionally, the results show that future water consumption under climate change could even be further decreased by up to −19% through the collective implementation of improved irrigation technologies and optimized cropping patterns. In a follow-up study, the site−specific greenhouse gas emissions of CO2 associated with groundwater pumping, irrigation system operation, and bicarbonate extraction from groundwater are analyzed. Additionally, the associated costs and effects on groundwater depletion are assessed, assuming that yields remain stable. Various energy sources, such as solar power, are incorporated into the scenarios for improved irrigation technologies. Results indicate that a reduction in net CO2 emissions is only possible via the extensive use of solar−powered systems, where net CO2 emissions can decrease by up to 81%. All improved irrigation technologies result in increased irrigation costs but reduced groundwater depletion. If all scenarios are considered concerning the sustainability aspects examined, the solar system is by far the best option.
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    Tumor necrosis factor-α receptor 1 mediates BoDV1-driven changes in mitochondrial and peroxisomal dynamics in neurons
    (2024) Osei, Dominic
    Borna disease virus 1 (BoDV1) causes persistent infection in the mammalian brain, characterized by glial activation and T cell-mediated immunopathological neuroinflammation in susceptible end hosts. Peroxisomes and mitochondria play essential roles in cellular antiviral immune response, but the effect of BoDV1 infection on peroxisomal and mitochondrial dynamics and their main antioxidant enzymes was still not clear. This study used different mouse lines – i.e. tumor necrosis factor-α transgenic (TNFTg), TNF receptor-1 knockout (TNFR1ko), and TNFR2ko mice in comparison to wild-type (Wt) mice – in a model where 42-day-old non-infected mice were compared to respective BoDV1-infected mice and the other mouse lines. In the TNFTg mouse line, moderate overexpression of TNF-α in the forebrain regions creates a proinflammatory state, mimicking chronic inflammation. Focusing on the hippocampus, cerebral and cerebellar cortices, the abundances of peroxisomes and mitochondria alongside their main antioxidant enzymes, catalase and superoxide dismutase 2 (SOD2), respectively, were analyzed in several distinct neuronal cell types of each mouse line, with or without BoDV1 infection. In non-infected Wt mice, mitochondrial but not peroxisomal abundances were highest in cerebral pyramidal neurons and cerebellar Purkinje neurons. In non-infected TNFTg mice, a strong increase in mitochondrial (6.9-fold) and SOD2 (12.1-fold) abundances was detected; peroxisomal abundance increased slightly (1.5-fold), but that of catalase decreased (2.9-fold). Unlike in non-infected TNFR1ko (where no changes occurred), the abundances of both subcellular organelles, but not of their antioxidant enzymes, increased in non-infected TNFR2ko mice. Following BoDV1 infection, a strong decrease in mitochondrial (2.1–6.5-fold), SOD2 (2.7–9.1-fold), and catalase (2.7–10.3-fold) abundances, but a slight increase in peroxisomes (1.3–1.6-fold) were seen in Wt and TNFR2ko mice. Little or no changes occurred in BoDV1-infected TNFR1ko mice. Chronic TNF-α overexpression in TNFTg mice hampered changes in peroxisome and catalase abundances after BoDV1 infection, but not that of mitochondria and SOD2. The findings of this study suggest that the TNF system is involved in the biogenesis of peroxisomes and mitochondria. Moreover, TNFR1 signaling mediated the BoDV1-induced alterations of both organelles and the availability of their main antioxidant enzymes, highlighting new mechanisms by which BoDV1 could evade the innate immune system and achieve viral persistence.
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    Analyse der Beeinflussung der AP-1-Promotoraktivität und assoziierter Signalkaskaden durch Schistosoma mansoni-Eiantigene in humanen Enterozyten mittels Reportergen-Assays
    (2024) Wirth, Victoria Anna Luise
    Die parasitäre Infektionskrankheit Schistosomiasis stellt mit zirka 240 Millionen Erkrankten eine bedeutsame globale Ursache für sozioökonomische Ungleichheit und Morbidität dar. Endemisch ist die Schistosomiasis vor allem in den Tropen und Subtropen. Eine zunehmende Globalisierung, Migration und der Klimawandel begünstigen potentiell eine Ausbreitung der Erkrankung in gemäßigtere Breiten wie Europa. Eine Infektion mit der Unterart Schistosoma haematobium gilt als karzinogen. Für eine Schistosoma mansoni-Infektion wird eine Assoziation zur Entstehung hepatozellulärer und kolorektaler Karzinome diskutiert. Die diesbezügliche aus diversen kleineren Fallstudien und molekularbiologischen Untersuchungen resultierende Beweislage ist jedoch weiterhin unzureichend. Die Arbeitsgruppe um Prof. Roeb konnte bereits zeigen, dass im Kolonepithel bei einer S. mansoni-Infektion oder der Stimulation mit löslichen Eiantigenen onkogene Signalwege und DNA-Schäden induziert werden. Die hier vorliegende Arbeit knüpft an diese Erkenntnisse an. Zunächst wurde hierfür ein Reportergen-Assay für den karzinomassoziierten Transkriptionsfaktor AP-1 in Kolonepithelzellen etabliert. Es konnte gezeigt werden, dass AP-1 bei einer Stimulation mit löslichen S. mansoni-Eiantigenen (SEA) konzentrationsabhängig funktionell aktiviert wird. Gewisse Bestandteile des komplexen Antigengemisches, wie IPSE und weitere noch näher zu untersuchende Komponenten, spielen bei dieser Aktivierung eine wichtige Rolle. Die Induktion von AP-1 wird über die Aktivierung des Insulin-/ Insulin like growth factor-1-Rezeptors, des Androgenrezeptors und der Ras-Raf-MEK-ERK-MAPK- und PI3K/Akt-Signalkaskaden vermittelt. Sowohl die Rezeptoren als auch die Kinasen sind laut Literatur bei der Entstehung eines kolorektalen Karzinoms involviert. Die Aktivierung der MAPK p38 hingegen reduziert die SEA-induzierte Aktivierung von AP-1. Dies lässt einen potentiell tumorsuppressiven Effekt von p38 in diesem Kontext vermuten. Eine Behandlung der Enterozyten mit dem antioxidativ wirkenden reduzierten Glutathion ist in der Lage, die SEA-bedingten Effekte auf AP-1 abzumildern. So liefern die Erkenntnisse dieser Arbeit Hinweise darauf, dass die AP-1-Aktivierung unter anderem durch oxidativen Stress induziert wird. Konfirmatorische in vivo-Versuche hierzu stehen aus. Die Resultate dieser Arbeit liefern weiterführende Hinweise darauf, wie S. mansoni auf molekularer Ebene für die kolorektale Karzinogenese prädisponierend wirken könnte. Mittels des eigens für die Versuche der vorliegenden Arbeit in der Arbeitsgruppe etablierten Reportergen-Assays können in Zukunft weitere in diesem Kontext involvierte Transkriptionsfaktoren, Rezeptoren und Kinasen analysiert werden. Eine Etablierung von Reportergen Analysen in Hepatozyten könnte wichtige Anhaltspunkte zu SEA-induzierten, potentiell onkogenen Signalwegen in der Leber liefern. Es sollte eine Verifizierung der Ergebnisse mittels in vivo-Versuchen erfolgen. Gegebenenfalls lassen sich auf dieser Basis neue diagnostische oder therapeutische Strategien für eine Schistosoma mansoni-Infektion erforschen.
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    Untersuchungen zu den Effekten chemischer Inhibitoren der Proteinkinasen PERK und IKK𝛽 auf eine Infektion von humanen HuH7, A549 und alveolaren Epithelzellen mit dem humanen Coronavirus 229E
    (2024) Geradts, Anna Sophie
    Die Familie der Coronaviridae (CoV) umfasst ein breites Spektrum an RNA Viren, welche unterschiedliche Wirtszellorgansimen infizieren, inklusive des Menschen. Die Pandemien verursacht durch das severe acute respiratory syndrome (SARS)-CoV, SARS-CoV-2 und middle east respiratory syndrome (MERS)-CoV haben die Bedrohung dieser Viren für die globalisierte Gesellschaft verdeutlicht. Die hohen Mutationsraten und vielseitigen Escape-Mechanismen von CoV stellen zudem große Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Therapien dar. Das Ziel der Arbeit war es zu prüfen, ob die simultane Inhibition der ER-Stress und NF- kB Signalwege mit dem PERK-Inhibitor GSK2606414 und dem IKK𝛽-Inhibitor PHA- 408 einen kooperativen Hemmeffekt auf die durch das humane Coronavirus 229E (HCoV-229E) induzierten Zielgene ATF3, ANKRD1, CHAC1, IL8, AIP3, NFKBIA, EIF2AK3, FICD und FUT1 sowie die Virusreplikation bewirken kann. Ergebnisse von RT-qPCR Analysen zeigten, dass die Kombination der Inhibitoren in der humanen Leberkarzinomzelllinie HuH7 in einer stärkeren Suppression der Genexpression und Virusreplikation resultiert als die Einzelbehandlungen. Des Weiteren wurde ein Protokoll für die Infektion und Behandlung mit Inhbitoren der humanen Lungenkarzinom Zelllinie A549 etabliert. Mittels Immuno-RNA-Fluoreszenz- in situ-Hybridisierungen (Immuno-RNA-FISH) konnte auf Einzelzellebene eine signifikante Induktion der Zielgene ATF3, ANKRD1, IL8, TNFAIP3, EIF2AK3 und FICD nach 96-stündiger Infektion mit HCoV-229E nachgewiesen werden. Auch in A549 Zellen wurde eine Suppression der mRNA Level der ER-Stress und NF-kB Zielgene durch die Hemmung von PERK oder IKK𝛽 erreicht. In einem dritten Ansatz wurden humanen alveolare Epithelzellen (HAEC) kultiviert und mit HCoV-229E infiziert. Trotz sehr geringer Zellzahlen konnte die erfolgreiche Infektion der HAEC mit HCoV-229E mittels Immuno-RNA-FISH gezeigt werden. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass eine kombinierte chemische Inhibition der virusinduzierten PERK und IKK𝛽 Signalwege einen potenziellen Ansatz darstellt, um sowohl die Replikation der Viren als auch eine überschießende ER-Stress Reaktion und proinflammatorische NF-kB-abhängige zelluläre Immunantwort zu supprimieren.
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    Sustainable use of green waste and CO2 in (electro-)biotechnology
    (2024) Langsdorf, Alexander
    In this work, material recycling methods for green waste in (electro)biotechnology and the bioelectrochemical use of CO2 from flue gas were investigated. The overall aim was to find alternatives to conventional recycling of green waste and ways to reduce CO2 emissions. Initially, it was investigated whether grass clippings, a main component of green waste, can serve as a substrate for fermentation. For this purpose, grass clippings were homogenized and the solids separated. The juice was examined as a medium additive and as the sole medium for the cultivation of Cupriavidus necator pKR-hum. Different sterilization methods for the grass juice and different concentrations as an additive in the fermentation medium were tested. Cupriavidus necator pKR-hum could be successfully cultivated with autoclaved grass juice as the sole growth medium without further additives. A growth rate of 0.43 h-1 was achieved on the grass medium compared to 0.50 h-1 on a conventional LB medium. In addition, 2 mg L-1 of the terpene α-humulene could be produced on the grass medium. As a further utilization method, the extraction of industrially relevant enzymes from green waste was investigated. For this purpose, the common lawn grasses Lolium perenne and Festuca arundinacea were cultivated in the laboratory and a purification scheme for peroxidases was developed. The purified peroxidases were characterized with regard to reaction optima and kinetics and used for the oxidation of the phenolic substances phenol, m-cresol, and 2,4-dichlorophenol for wastewater treatment. The peroxidases of both grasses showed efficient conversion of the substrate 2,4-dichlorophenol. Subsequently, the experiments were repeated with crude extracts of the individual grasses and with a crude extract of real grass clippings. With the crude extract of the real grass clippings, more than 95% of 0.5 mM 2,4-dichlorophenol could be converted within 20 min. Finally, the use of green waste as starting material for electrodes for bioelectrochemical systems was investigated. Grass clippings were carbonized via hydrothermal carbonization and pyrolysis. Electrodes were manufactured from the resulting biochar using a binder and a metallic carrier. Biochar and electrodes were characterized in terms of materials science and electrochemistry. The electrodes were then used in microbial electrosynthesis (MES) with Cupriavidus necator H16 PHB-4 and in a microbial fuel cell (MFC) with Geobacter sulfurreducens and compared with conventional electrodes. As expected, the manufactured electrodes were less suitable for water electrolysis in the MES than conventional metal electrodes. However, the manufactured electrodes showed a similar performance to commercial graphite electrodes in the MFC. In addition, long-term operation of the MFC for more than six weeks could be realized. With regard to real-life application in an industrial environment, the MES was carried out in a cogeneration plant to investigate flue gas as a possible source of CO2. For this purpose, Cupriavidus necator H16 was used to produce the bioplastic polyhydroxybutyrate (PHB) in the MES. The MES was carried out and compared in the laboratory with a clean gas mixture and in the cogeneration plant with real flue gas. The use of flue gas had no detectable effect on either microbial growth or PHB production in comparison to the experiments in the laboratory. In the cogeneration plant, 333 ± 44 mg L-1 PHB could be produced with the MES at a proportion of 43 ± 3% of the dry cell mass. The results demonstrate alternative recycling methods for green waste and CO2 from flue gas, which can contribute to a reduction in the use of fossil resources and CO2 emissions. Overall, this work can support a shift towards a bioeconomy and a circular economy.
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    Brain Injury and Neurodevelopmental Outcomes in Children Undergoing Surgery for Congenital Heart Disease
    (2024) Reitz, Justus Gregor
    Background: Brain injury is commonly seen on magnetic resonance imaging in infants with complex congenital heart disease. The impact of perioperative brain injury on neurodevelopmental outcomes is not well understood. This study evaluates the association of brain injury and other markers on neurodevelopmental outcomes in patients undergoing surgery for congenital heart disease during infancy. Methods: Term newborns with cardiac surgery performed between 2008 and 2019 at a single tertiary center were identified from a clinical database. Patients who underwent both pre- and postoperative brain magnetic resonance imaging were included. Those with underlying genetic conditions were excluded. Brain injury was characterized using an MRI scoring system described by Andropoulos et al. Neurodevelopmental outcomes were assigned using the Pediatric Stroke Outcome Measure (PSOM) and Glasgow Outcome Scale Extended Pediatric Version (GOS-E). Independent risk factors for poor neurodevelopmental outcomes were determined by multivariable Cox regression. Results: A total of 122 patients were included in this study (n=42 with single ventricle physiology). Surgery was performed using CPB in 103 (84%) patients. New or progressive brain injury was noted on postoperative MRI in 69 patients (57%). A total of 101 patients (83%) had at least one neurodevelopmental assessment (median age 36, interquartile range 19-54 months) with an early neurodevelopmental assessment (5 - 24 months) performed in 95 children. Multivariable Cox regression analysis of early neurodevelopmental outcomes identified new stroke on postoperative MRI as an independent predictor of poor neurodevelopmental outcome. Postoperative peak lactate was an independent predictor of poor outcome assessed by PSOM and GOS-E at the most recent neurodevelopmental follow up. Conclusion: This study reveals that evidence of new stroke on MRI after congenital heart surgery is a predictor of poor neurodevelopmental outcomes in early childhood. Postoperative lactic acidosis is associated with poor neurodevelopmental outcome and may be a surrogate biomarker for ischemic brain injury.
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    Longitudinalstudie zum neurologischen und kognitiven Entwicklungsstand von Kindern im Alter von sechs bis sieben Lebensjahren nach erfolgreicher TCPC-Palliation in Korrelation mit kernspintomographischen Befunden
    (2024) Schwan-Diedershagen, Sabrina
    Das hypoplastische Linksherzsyndrom ist ein komplexer angeborener Herzfehler, der sich bei ca. 2-4 % aller angeborenen Herzfehler auftritt. Ohne eine operative Behandlung sind die betroffenen Kinder nicht überlebensfähig. In den letzten Jahrzehnten sind die Überlebensraten deutlich angestiegen; u. a. durch die verbesserte Pränataldiagnostik, die spezialisierte Betreuung in Perinatalzentren und die Optimierung der chirurgischen und intensivmedizinischen Maßnahmen. Dabei sollte beachtet werden, dass Patienten mit Einkammerherzen ein höheres Risiko für multiple Gefahrenfaktoren aufweisen. Beide Operationsverfahren, das Gießen-Hybrid-Verfahren und die Norwood-Prozedur, sind mit verschiedenen prä-, peri- und postoperative Risiken verbunden, zu denen auch zerebrale Schädigungen gehören. Die zugrundeliegende Herzkrankheit beeinflusst die Entwicklung des Gehirns und seine zerebrale Funktionalität über die gesamte Lebensspanne. Bereits postnatal können bei Kindern mit schweren angeborenen Herzfehlern Veränderungen im Hirnwachstum und bei der Reifung festgestellt werden. Ein reduziertes Hirnvolumen und eine höhere Prävalenz von Hirnläsionen konnten bei Schulkindern mit komplexen angeborenen Herzfehlern mit einer beeinträchtigten neurokognitiven Entwicklung in Zusammenhang gebracht werden. Das Hauptziel der vorliegenden Studie bestand darin, dass entwicklungsneurologische Outcome und die Häufigkeit und Art von zerebralen Schädigungen bei einer großen Gruppe von Kindern mit HLHS zu untersuchen, die in der neueren Operationsära hauptsächlich mit dem Gießen-Hybrid-Verfahren korrigiert wurden. Trotz aller Herausforderungen zeigten die Kinder mit univentrikulären Herzen im Alter von sechs bis acht Jahren im Allgemeinen eine günstige Entwicklung. In der vorliegenden Kohorte besuchten etwa zwei Drittel der Schülerinnen und Schüler in ihrer Grundschulzeit allgemeine Schulen ohne zusätzliche schulische Unterstützung, während weniger als ein Drittel eine zusätzliche Unterstützung durch einen Schulhelfer erhielt. Eine landesweite Standardisierung ist erforderlich, um die Ergebnisse dieser Hochrisikogruppe von Kindern mit angeborenen Herzfehlern verbessern zu können. Regelmäßige Nachuntersuchungen sind unerlässlich, um die Entwicklung dieser Patientengruppe genauer begleiten und erforschen zu können.
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    Fibroblast Growth Factor Receptor Inhibition in a Model of Multiple Sclerosis: Immunological Effects in vivo and in vitro
    (2024) Böttiger, Gregor Wolfram
    The fibroblast growth factor (FGF) signaling pathway, fundamental to vertebrates, is involved in embryogenesis, a plethora of developmental processes and disease states. Beyond this, the pathway is also a major regulator of tissue homeostasis and is essential for the integrity, regeneration, and repair of the central nervous system (CNS). Its importance in pathological conditions is underscored by accumulating evidence indicating that it plays a critical role in the pathogenesis of both multiple sclerosis (MS) and experimental autoimmune encephalitis (EAE). Interestingly, FGF receptor (FGFR) signaling in T cells and microglia is primarily modulatory and contingent upon the activation status of these cells. This is particularly relevant in diseases such as EAE and MS, where the microenvironment and disease phase are crucial to the drastic temporal change of lesions. Based on our recent studies, we hypothesized that FGFR inhibition would lead to a reduction in inflammation and immune cell activation and proliferation. To investigate this, we used an in vitro and in vivo approach. In vitro, we utilized two cell types, human CD4+ T cells (Jurkat cells) and mouse microglia (SIM-A9 cells), and three drugs: the multi-kinase inhibitor dovitinib, the non-specific FGFR1/2/3 inhibitor fexagratinib, and the selective FGFR1/2/3 inhibitor infigratinib. The study examined in vivo how infigratinib affected the immune cells both in the blood and in the spleen of mice with EAE. The study showed that in vitro, all three drugs reduce the proliferation of both cell types. However, they had varying impacts on cytokine release, FGFR surface expression, and intracellular signaling pathways. In vivo, infigratinib demonstrated significant effects on immune cells particularly during the acute phase of EAE, when administered preventively. Infigratinib reduced the proportion of T and B cells in the spleen, altered the balance of CD4+ and CD8+ T cells, and increased the number of innate immune cells. The data also suggested that FGFR inhibition affects the ERK, Akt, and pP38 pathways in a cell- and substance-specific manner, which itself may have differential context-specific effects on inflammation and tissue repair. The present work discusses the potential role of FGFR autoregulation, ligand-receptor interactions and cytokine composition in the modulation of the immune response in MS. It proposes the notion of immunostimulatory modulation by FGFR inhibition, which may inhibit the activation and proliferation of peripheral adaptive immune cells and promote cells of the regulatory parts of the adaptive immune system as well as regulatory cells of the innate immune system. In doing so, it could actually reduce inflammation and aid tissue repair in MS by reducing pathological and increasing beneficial immune cells. It is thus postulated, that FGFR inhibition has both anti-inflammatory but also pro-inflammatory properties, stimulating regulatory parts of the immune system. In conclusion, the microenvironment in inflammatory or autoimmune states plays a pivotal role in modulating FGFR signaling in immune cells, including their proliferation and/or activation. For the understanding of this modulation as well as for the understanding of the immunologic pathophysiology of demyelinating diseases, the downstream pathways of FGFR are highly important. However, further research is needed to overcome the limitations of the present study and to explore the specific implications of FGFR inhibition on different immune cells and their modulatory effects on inflammation and the CNS environment in MS.
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    Design and optimization of antimicrobial peptides combating gram-negative biofilm-forming bacteria
    (2024) Stillger, Lena
    The accumulation of undesirable microorganisms in form of biofilms, the so-called biofouling, represents a significant challenge in numerous fields, including industry, where the presence of biocorrosive bacteria can cause in a wide range of material damage. Antimicrobial peptides (AMPs) have demonstrated potential as an alternative for the usage of antibiotics in the medical technology and pharmaceutical sectors, and increase in importance as new drug candidates. The objective of this thesis is to expand the application range of AMPs to the industrial sector, with a focus on water-bearing systems. Here, AMPs are intended to replace the current biocide treatment. For this aim, membranolytic peptides were initially selected from peptide databases based on their characteristics (charge, hydrophobicity, and amphiphilicity), and then tested for their planktonic activity against various biocorrosive and other biofilm-forming bacteria. Inhibitory concentrations of 15 μM were observed against Desulfovibrio vulgaris, the primary representative of biocorrosive bacteria. Subsequent optimization of the peptide sequences by modifying the amino acid composition and modifying the peptide termini by amidation and lipidation led to an eight-fold increase in planktonic activity. An increase in activity through the use of two AMPs could only be demonstrated in combination with one peptide (P5) due to different modes of action. The development of a modified Calgary biofilm assay enables simple and rapid screening of the antibiofilm activity of the peptides, both in terms of (long-term) biofilm inhibition and removal. The analysis is based on the determination of microbial growth and the characterization of the biofilm mass by crystal violet staining. By extending the growth surfaces to polished steel surfaces, this test could also be carried out under realistic conditions. The microbiological tests show advantages of an early AMP treatment, preferably already in the planktonic stage. Comparative experiments with two common biocides, glutaraldehyde and tetrakis hydroxymethylphosphonium sulfate, in terms of activity, toxicity and resistance rate demonstrate the huge potential of AMPs, as they are more active, less toxic and less resistant against Desulfovibrio vulgaris at the same concentration. On this basis, it is possible to extend the scope of application of AMPs from the medical to the industrial sector for the control of biocorrosive bacteria and thus represents a promising alternative to the current biocide treatment.
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    Stadtquartiere im 20. und 21. Jahrhundert - Städtebauliche Analyse bestehender und geplanter Quartiersentwicklungen
    (2024) Hermsen, Sarah Alena
    Seit Beginn der Industrialisierung haben sich Städte zu Orten des Wohnens, Lebens, Einkaufens, Arbeitens und des Fortbewegens fortentwickelt. Um den Wohnraumbedarf zu decken und dabei den Ansprüchen der Bewohner:innen gerecht zu werden, sind in Deutschland in den vergangenen Jahrzehnten in vielen Städten zahlreiche neue Stadtquartiere aus einem Guss entstanden. Einerseits wurden durch Innenentwicklungsmaßnahmen Konversions- und Brachflächen revitalisiert, andererseits wurde im Zuge der Stadterweiterung auf große Freiflächen am Stadtrand zurückgegriffen. Beeinflusst durch deutschland- und europaweite Strömungen von Planungsweisen und Architektur sowie das zu jener Zeit gültige städtebauliche Verständnis, weisen die Stadtquartiere teils konträre Merkmale auf. Dies führt dazu, dass vergangene Quartiersentwicklungen rückblickend nicht selten kritisiert werden, obwohl sie zur Entstehungszeit als Ausdruck der gängigen Praktiken und Leitvorstellungen galten. Dennoch lassen sich Lehren aus den Bestandsquartieren ziehen und Elemente ermitteln, die heute wieder aufgenommen und an aktuelle Anforderungen angepasst werden. Darüber hinaus weisen Quartiere in allen Epochen neuartige Ansätze als Reaktion auf vorhandene Mängel oder veränderte Bedingungen auf. Ziel der Dissertation ist es, systematisch Stadtquartiere unterschiedlicher Epochen in ausgewählten deutschen Großstädten im Kontext der Stadtbaugeschichte zu betrachten und hinsichtlich innovativer, neuartiger und wiederkehrender städtebaulicher Bausteine zu untersuchen. Dazu wird zunächst die deutsche Stadtbaugeschichte ausführlich dargestellt, damit schlussendlich eine umfassende Einordnung der ausgewählten 60 Stadtquartiere aus sechs Epochen (1920er/1930er Jahre, 1950er/1960er Jahre, 1960er/1980er Jahre, 1990er/2000er Jahre, 2010er/2020er Jahre und 2030+) und fünf Fallstudien (Berlin, Hamburg, München, Köln und Frankfurt am Main) erfolgen kann. Neben einer einschlägigen Literaturanalyse tragen Stadtanalysen sowie Expert:inneninterviews zur detaillierten Beantwortung der forschungsleitenden Fragen bei. Die Analyse hat gezeigt, dass sich die Stadtbaugeschichte von exogenen Einflussfaktoren wie politischen und gesellschaftlichen Ereignissen und Anforderungen lenken lässt und dadurch Veränderungen bewirkt werden können. Gleichermaßen nehmen endogene Gegebenheiten aus der Stadtentwicklung wie Gesetzesänderungen oder Leitbilder Einfluss auf die Quartiersentstehung und können Anstoß für einen Wandel sein. Ersichtlich werden städtebauliche Neuerungen und Innovationen in den unterschiedlichen Epochen ebenso wie wiederkehrende Bausteine. Dementsprechend hat der Vergleich der Quartiere deutliche Unterschiede je nach Entstehungszeitraum sichtbar gemacht. Neben der zeitlichen Komponente lassen sich zudem räumliche Unterschiede und somit stadtspezifische Besonderheiten feststellen.
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    Einfluss des Thoraxtraumas auf die Frakturheilung langer Röhrenknochen - eine klinische Fallanalyse
    (2024) Timm, Karsten
    In der Literatur finden sich mehrere Hinweise darauf, dass die Frakturheilung durch das jeweilige begleitende Trauma beeinflusst wird. Experimentelle Studien deuten darauf hin, dass ein begleitendes Thoraxtrauma die Frakturheilung langer Röhrenknochen prolongiert und die Kallusbildung reduziert. Jedoch existieren bis dato keine klinischen Studien, die diese Ergebnisse bestätigen. Daher war es das primäre Ziel dieser Studie zu untersuchen, ob Patienten mit einem begleitenden Thoraxtrauma eine verminderte Frakturkonsolidierung langer Röhrenknochen im Vergleich zu Patienten mit isolierter Fraktur oder Patienten mit Frakturen zweier langer Röhrenknochen aufweisen. Zudem sollte analysiert werden, ob sich Unterschiede hinsichtlich der Frakturkonsolidierung im zeitlichen Verlauf sowie in der anatomischen Verteilung zeigen. Zuletzt galt es demografische Unterschiede zwischen den Patienten mit begleitendem Thoraxtrauma, Patienten mit isolierter Fraktur und Patienten mit Frakturen zweier langer Röhrenknochen sowie eine Korrelation von Thoraxtraumascores mit der Frakturkonsolidierung zu evaluieren. Diese klinisch retrospektive Studie umfasst 113 Patienten eines Level I Traumacenters, aufgeteilt in drei Gruppen. Die erste Gruppe ist die Referenzgruppe mit 44 Patienten (♂ = 32; ♀ = 12), die ein Thoraxtrauma und eine Fraktur eines langen Röhrenknochens erlitten, die zweite Gruppe ist eine Vergleichsgruppe aus 31 Patienten (♂ = 25; ♀ = 6), die Frakturen zweier langer Röhrenknochen erlitten und nochmals zufällig auf zwei Untergruppen (Fraktur 1 und 2) aufgeteilt wurden. Die dritte Gruppe ist eine weitere Vergleichsgruppe aus 38 Patienten (♂ = 24; ♀ = 14), die eine isolierte Fraktur eines langen Röhrenknochens erlitten. Die Einschlusskriterien für alle drei Gruppen waren ein Alter ≥ 18 Jahre und Röntgenbilder der Fraktur sechs bis acht Monate (Zeitpunkt t4) nach definitiver operativer Versorgung. Für die erste Gruppe musste weiterhin ein CT-Thorax oder Röntgen-Thorax bei der Patientenaufnahme vorliegen. Ausschlusskriterien waren für alle drei Gruppen ein Alter von < 18 Jahren, ein letal verlaufener Krankenhausaufenthalt sowie ein mittelschweres und schweres Schädelhirntrauma (Glasgow Coma Scale 3 – 12). Die Frakturkonsolidierung wurde anhand des RUST (Radiographic Union Scale in Tibial Fractures) definiert. Ein Wert von ≥ 10 nach sechs bis acht Monaten stellte dabei eine vollständige Frakturkonsolidierung dar, ein Wert von < 10 zeigte eine nicht konsolidierte Fraktur an. Der Schweregrad des Thoraxtraumas wurde mittels des Thoracic Trauma Severity Score (TTS), der Abbreviated Injury Scale Thorax (AISThorax) und des Pulmonary Contusion Score (PCS) evaluiert. In der ersten Gruppe fanden sich nach sechs bis acht Monaten 19 (43,2 %) nicht konsolidierte Frakturen, in der zweiten Gruppe 14 (45,2 %) bzw. 13 (41,9 %) und in der dritten Gruppe 14 (36,8 %). Es ergaben sich keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen hinsichtlich Konsolidierung der Frakturen (p = 0,84) sowie dem RUST zum Zeitpunkt t1 (p = 0,09), t2 (p = 0,07), t3 (p = 0,28) und t4 (p = 0,49). Es zeigten sich keine statistisch signifikanten Unterschiede bezüglich der Konsolidierung zwischen den Gruppen hinsichtlich der Frakturseite (p = 0,95) und der anatomischen Lokalisation (p = 0,05). Außerdem ergaben sich keine demografischen Unterschiede zwischen den untersuchten Gruppen. Es zeigte sich lediglich ein signifikanter Unterschied (p= 0,009) zwischen Gruppe I und Gruppe III in Bezug auf die gesamtstationäre Aufenthaltsdauer. Zudem war der ISS in Gruppe I signifikant höher als in Gruppe II (p < 0,001) und Gruppe III (p < 0,001). Der ISS der Gruppen II und III unterschied sich nicht (p = 0,66). Zuletzt fand sich bei den Thoraxtraumascores eine positive Korrelation zwischen dem AISThorax und der Konsolidierungsrate in Gruppe I. Diese war allerdings statistisch nicht signifikant (r = 0,15, p = 0,34). Der PCS zeigte auf einem 0,05 Signifikanzniveau eine positive Korrelation mit der Konsolidierungsrate (r = 0,33, p = 0,03). Der TTSmin. (r = 0,18, p = 0,25) und der TTSmax. (r = 0,18, p = 0,25) wiesen hingegen keine Korrelation mit der Konsolidierungsrate auf. Die Ergebnisse, dass ein Thoraxtrauma die Frakturkonsolidierung langer Röhrenknochen vermindert, konnten in dieser klinischen Studie nicht bestätigt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass gleichzeitige Frakturen zweier langer Röhrenknochen ebenfalls nicht negativ auf die Frakturkonsolidierung auswirken.
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    Entwicklung, Optimierung und Anwendungsversuche einer neuartigen doppellumigen Kanüle zur extrakorporalen Kreislaufunterstützung
    (2024) Heinrich, Anna Laura Stella
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neuartige doppellumige Kanüle für ein ECLS-System weiterentwickelt, optimiert und die Funktionalität in künstlichen Kreislaufsimulationen untersucht. Diese Kanüle bietet im Unterschied zu bestehenden ECLS-Systemen zum einen den Vorteil, dass das Herz-Kreislauf-System in physiologischer Flussrichtung perfundiert wird, wodurch eine adäquate Sauerstoffversorgung des gesamten Körpers gewährleistet werden soll. Zum anderen wird im linken Ventrikel verbleibendes Blut drainiert, wodurch die Regeneration des linken Ventrikels verbessert werden soll. Zur Optimierung und Anpassung einer in Vorarbeiten entwickelten Kanülenskizze erfolgten Ausmessungen in Herz-CT-Daten. Das optimierte Kanülendesign wurde in silico getestet. Kritische Stellen bezüglich des Strömungsprofils konnten verbessert werden. Im Rahmen der Computersimulation zeigte das finalen Kanülendesign hervorragende Flussraten über das Perfusions- und das Drainagelumen. Die finale Kanülenversion wurde als Prototyp 3D-gedruckt. An einer HLM wurde die Kanüle in vitro getestet und es zeigte sich auch hier eine gute Funktionalität. Für die praktische Anwendung konnte eine geeignete Einteilung der Kanülengrößen erfolgen. Aus Gründen der Praktikabilität und Wirtschaftlichkeit wurde sich auf drei verschiedene Kanülengrößen beschränkt. Es kann dennoch davon ausgegangen werden, dass es für einen Großteil der Bevölkerung eine passende Kanülengröße gibt. Die individuelle Kanülengröße soll mittels einer bildgebenden Diagnostik ausgewählt werden. Mit Hilfe von äußerlich sicht- bzw. messbaren Parametern (z. B. Geschlecht, Alter und Körperoberfläche) kann nicht auf die Herz- bzw. Kanülengröße geschlossen werden. Um in Zukunft die Kanüle im klinischen Alltag verwenden zu können, muss diese noch im Großtierversuch an Schweinen getestet werden. Um hierfür eine passende Kanüle produzieren zu können, wurden Schweineherzen vermessen. In der Zusammenschau der Ergebnisse ist die neuartige doppellumige Kanüle für ein ECLS-System funktionsfähig. Der Zugangsweg der Kanüle ist zu optimieren. Es wird eine perkutane apikale Punktion des linken Ventrikels angestrebt. Der klinische Einsatz der neuartigen Kanüle bietet großes Potenzial, da die Mortalität beim Einsatz von ECLS-Systemen trotz zunehmender Implantationsrate bisher hoch ist.
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    Die Kinetik der RNase-1 in der ischämischen Präkonditionierung bei kardiovaskulären Eingriffen
    (2023) Flicker, Luisa
    Die Methode der Fernischämiekonditionierung (RIPC) wurde bereits in zahlreichen vorangegangenen Studien angewandt, um die Ischämie-Reperfusionsverletzung (IRI) zu minimieren. Diese tritt während herzchirurgischer Eingriffe und anderer Verfahren auf und hat zum Ziel, die postoperativen Ergebnisse bei Patienten und Patientinnen zu verbessern. Es wurde nachgewiesen, dass der eRNA/RNase-1-Signalweg in die Steigerung der Ischämietoleranz durch RIPC involviert ist. Dabei führt die verstärkte Freisetzung von RNase-1 als natürlicher Gegenspieler der schädlichen eRNA, die unter anderem durch TNF-α den IRI fördert, zu einer Verringerung des Myokardschadens. Da bisherige Untersuchungen zur RIPC lediglich vier Zyklen von Ischämie und Reperfusion an den Extremitäten beinhalteten und unterschiedliche Ergebnisse lieferten, wurden in dieser Studie die Auswirkungen von sechs Zyklen auf den eRNA/RNase-1- Signalweg bei Patienten und Patientinnen untersucht, die sich einer Herzoperation unterzogen. Insgesamt erhielten 14 Patienten sechs Zyklen mit jeweils fünfminütigen Phasen von Ischämie und Reperfusion an einer Extremität. Blutproben wurden sowohl intraoperativ nach jedem Zyklus als auch postoperativ zu festgelegten Zeitpunkten einer peripheren Arterie entnommen. Zusätzlich waren Proben zum Zeitpunkt der Aortenklemmung und - öffnung sowohl peripher als auch aus dem Koronarvenensinus zu beziehen. Im Labor wurden die Proben hinsichtlich der Veränderungen von eRNA, TNF-α und der RNase-1- Aktivität analysiert. Die Einbeziehung von zwei zusätzlichen RIPC-Zyklen führte zu einer signifikanten weiteren Steigerung der RNase-1-Aktivität sowie zu einer Angleichung des transkardialen Gradienten von eRNA und TNF-α, was in einer verstärkten Reduktion schädlicher Parameter im Koronarvenensinus während der Operation mündete. Darüber hinaus zeigte sich zwischen 24 und 48 Stunden nach der Operation eine weitere signifikante Zunahme der RNase-1-Aktivität, die sogar die Werte am Ende der RIPC übertraf. Dies stützt die Annahme eines zweiten Schutzfensters (Second Window of Protection, SWOP) und weist auf die Beteiligung der RNase-1 hin. Zusammenfassend konnte die vorliegende Studie den signifikant positiven Effekt der beiden zusätzlichen RIPC-Zyklen nachweisen. Um jedoch Schlüsse auf die Auswirkungen dieses laborchemisch nachgewiesenen Effekts auf das klinische Outcome ziehen zu können, sind weitere Studien erforderlich. Diese sollten verschiedene Patientengruppen berücksichtigen und klinische Parameter einbeziehen.
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    Investigation of epigenetic factors TET1-3 and PRC2 in spermatogenesis and mature spermatozoa: role in male infertility
    (2024) Shiplu, Shanjid Ahmed
    This study investigated the role of aberrant epigenetic mechanisms in spermatogenesis and male infertility. We examined the expressions and retention of TET1, PRC2 components, and H3K27me3 during human and mouse spermatogenesis and the mRNA and methylation levels of their target genes in mature human sperm from fertile and infertile/subfertile men. We first studied the impact of Tet1 knockout on PRC2 and H3K27me3 and its implications for male fertility. In Tet1-deficient mice, Eed was absent, and Ezh2 and Suz12 expressions shifted to early and late stages of spermatogenesis respectively. As Eed knockout mice are infertile and Eed helps establish H3K27me3 through PRC2, and this mark is passed from sperm to the next generation, these results and altered H3K27me3 expression suggest Tet1's indirect role in male infertility. Next, we examined the retention of TET1, H3K27me3, and PRC2 components at the protein level in human motile spermatozoa. In patients’ spermatozoa, we found aberrant retention of H3K27me3 and a trend of higher enrichment of H3K27me3 in selected genes of developmental relevance (GDR). Further analysis revealed dysregulation of TETs, PRC2 components and selected GDR in subfertile patients. Particularly, TET1, TET3, SOX1-2, and OCT4 mRNA levels were significantly upregulated in subfertile patients. Additionally, patients exhibited significantly lower mRNA levels of EED, FOXA2, HERV-w and dysregulated promoter methylation levels of EZH2, SUZ12 and GATA2. Our data suggest that high TET1 and TET3 mRNA levels and over-retention of H3K27me3 are characteristics of infertile patients. These aberrations were linked with the overexpression and hypomethylation of a few GDR in spermatozoa. As the affected GDR code transcription factors, which are critical for embryonic genome activation (EGA) and preimplantation embryogenesis, sperm-inherited RNA and proteins may play a crucial role in early embryonic development, i.e. their aberrations may impact embryo development, implantation, and cause unsuccessful pregnancy. In conclusion, our study has established a preliminary link between TETs, PRC2, H3K27me3 and GDR, and suggest that their interplay is important for governing EGA and embryogenesis, and herewith also for male fertility.
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    Interaktion von Flotillin-2 mit desmosomalen Proteinen und Proteinen des EGFR-Signalweges: Etablierung der BioID-Methode
    (2024) von Hayn, Sonja
    Pemphigus Vulgaris ist eine bullöse Autoimmunerkrankung, die Blasen auf der Haut und Schleimhaut verursacht. Sie entsteht durch die Wirkung von IgG-Autoantikörpern gegen desmosomale Strukturproteine Desmoglein 1 und 3. Die Folge ist der Verlust der intraepidermalen Adhäsion von Keratinozyten. Die Flotillin- Proteinfamilie kommt ubiquitär vor und zeigt ein großes Spektrum an Funktionen, wobei Flotillin-1 und Flotillin-2 oft eng miteinander verknüpft sind. Diese Proteine assoziieren mit Adhäsions- bzw. Adapterproteinen von Desmosomen und nehmen eine essenzielle Rolle bei der Integrität und Stabilität von Zell-Zell-Kontakten ein. Zudem fungieren Flotilline als Signalvermittler und gerüstbauende Elemente. Eine Verankerung der Flotilline mit der Plasmamembran wird sowohl über Oligomerisierung, als auch über Myristylierung, Palmitylierung und Cholesterinverbindungen vermittelt. Ein Ziel meiner Arbeit war mit Hilfe der BioID-Methode desmosomale Interaktionspartner von Flotillin-2 in humanen Keratinozyten genauer zu untersuchen, um in diesem Rahmen auf mögliche physiologische als auch pathologische Zusammenhänge schließen zu können. Es konnten jedoch nur für BirA* stabile Zellinien generiert werden. Fusionskonstrukte des Wildtyp-Flotillin-2-BirA* sowie der Mutante (Y163F) konnten zwar kultiviert werden, jedoch zeigten diese keine Expression im Immunassay. Flotilline sind auch an bestimmten Signalwegen wie dem Mitogen-aktivierte Proteinkinasen Signalweg beteiligt, welcher durch den epidermalen Wachstumsfaktor stimuliert wird. Der MAPK-Signalweg stellt einen zentralen Mechanismus in der zellulären Signaltransduktion dar. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von extrazellulären Signalen in intrazelluläre Antworten und reguliert diverse biologische Prozesse. Ein weiteres Anliegen meiner Untersuchungen war die Etablierung der BioID, um Interaktome von Flotillin-2 mit Komponenten dieses Weges zu untersuchen. Mit Hilfe des Enzym-Labelings konnten Interaktionspartner wie der EGFR und ERK identifizieren werden. In Abhängigkeit von der Aktivierung des EGFR mit EGF habe ich gezeigt, dass stärkere Interaktionen ohne Gabe des Liganden zu verzeichnen waren. Dabei interagiert die Mutante generell mehr mit dem EGFR, da sie im Gegensatz zum Wildtyp nicht endozytiert werden kann und in der Plasmamembran verbleibt. Weitere untersuchte Interaktionspartner wurden mit der verwendeten Biotinligase nicht identifiziert, da möglicherweise der Aktionsradius nicht ausreichte, um diese zu biotinylieren.
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    Dynamics of Host Snail Species and Associated Schistosoma/Fasciola Infections: Testing the Citizen Science Model in Lake Albert Region, Uganda
    (2024) Tumusiime, Julius
    Schistosomiasis is a snail-borne disease that affects over 200 million people globally, 90% living in Sub-Saharan Africa. Severe infections lead to morbidity and death. The disease is highly prevalent among the great lakes in Uganda. However, incomplete knowledge of the distribution patterns of the snail hosts, disease transmission sites, and a shortage of malacologists impede elimination of the disease. Hence, this study assessed the variation in the distribution of host snails of Schistosoma and Fasciola spp. in space and time within the schistosomiasis endemic Lake Albert region of Uganda. The study adopted a citizen science approach to snail monitoring. Snails were sampled from 73 sites monthly for 20 months by the PhD researcher (expert) starting from June 2020, while the citizen scientists (CSs) sampled the same sites weekly in the same period. A time-based snail scooping approach was followed while water physicochemical parameters were determined in situ and some in a field laboratory following standard protocols. Snail species determination followed analysis of the cytochrome c oxidase subunit 1 (COX1) and the nuclear internal transcribed spacer (ITS) markers. Phylogenetic and haplotype network analysis was conducted on the snail sequences to confirm species identity and study gene flow among populations. Logistical and generalised linear models were generated to compare the data generated by the expert and the CSs. Regression analyses were conducted between physicochemical parameters and snail abundance while spatial differences in snail abundance were analysed using the chi-square tests. In 1, 382 data reports (site visits), a total of 52,757 snails belonging to the three target genera (Bulinus (n = 6,123), Biomphalaria (n = 29,670) and Radix (n = 16,964)) were collected by the expert. Impressively, the CSs identified snail genera with over 99% accuracy (n = 4,034 data reports). In addition, the CS collected snail data agreed with the expert's data (70-90%) in snail presence but the degree of agreement varied between snail genera. Schistosoma mansoni was only recorded among Biomphalaria at lake sites despite superior snail numbers at sites away from the lake, thus highlighting the existence of transmission conditions at the lake. The upland Biomphalaria were dominated by B. cf. pfeifferi, which for the first time, this study provides evidence to be a subspecies of B. sudanica that tended to harbour Schistosoma rodhaini. Notably, the study found, for the first time in this area, Bulinus globosus and B. nasutus productus, the hosts of Schistosoma haematobium. However, shedding and PCR tests only revealed infections with the bovine parasite S. bovis. Increasing pH was significantly associated with Biomphalaria spp. abundance (R² = 0.388, p = 0.007) while site type was a predictor of Bulinus and Radix spp. abundance (p<0.05). Thus, this study highlights the actual and potential risk of both S. mansoni and S. haematobium respectively in the Albertine region and the high reliability of citizen-collected data for snail monitoring. This study recommends further research to resolve taxonomy gaps among Biomphalaria and Bulinus snails.