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Recent Submissions

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    Item type: Item ,
    Die Bürstenzelle stimuliert parakrin über Acetylcholin die Mucinfreisetzung aus dem Gallenblasenepithel
    (2025) Faraj Tabrizi, Schayan
    Das Gallenblasenepithel besteht aus Cholangiozyten, die als dominierende Zellen für die Mucinsekretion verantwortlich sind, sowie aus Bürstenzellen. Abgesehen davon, dass Bürstenzellen das für die Acetylcholinsynthese verantwortliche Enzym ChAT exprimieren, ist ihre Funktion bislang unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Funktion biliärer Bürstenzellen in der Gallenblase zu identifizieren. Hierzu wurden explantierte Gallenblasen von Mäusen entweder pharmakologisch oder mithilfe blauen Lichts in einem optogenetischen Modell (ChAT-ChR2-EYFP) stimuliert. Anschließend wurde elektronenmikroskopisch die Volumendichte der Mucingranula in den Cholangiozyten stereologisch analysiert. Gallenblasen von Mäusen mit globaler Defizienz des muskarinergen Rezeptors Chrm3 sowie mit bürstenzellspezischer Deletion des Acetylcholinsyntheseenzyms ChAT dienten zur Abklärung des Signalwegs. Muskarin bewirkte eine Exozytose der Mucingranula in Cholangiozyten. Eine optogenetische Aktivierung der Bürstenzellen in ChAT-ChR2-EYFP-Mäusen, in denen der lichtsensitive Kanal ChR2 in der Gallenblase selektiv in Bürstenzellen exprimiert wird, senkte entsprechend die Volumendichte der Mucingranula. Dieser Effekt war mit dem muskarinischen Rezeptorblocker Atropin hemmbar. Als Kandidat für einen natürlich vorkommenden Stimulus von biliären Bürstenzellen wurde Propionat gewählt, da es im Darmtrakt in hohen Konzentrationen als mikrobieller Metabolit vorkommt. Auch Propionat löste über Bürstenzellen eine Exozytose von Mucinen aus, und zwar über einen cholinergen Mechanismus, da der Effekt bei bürstenzellspezifischer Deletion von Chat ausblieb. Dabei vermittelte der muskarinerge Rezeptor Chrm3 den Effekt der Bürstenzelle auf die Cholangiozyten, da Propionat in Gallenblasen von Chrm3- gendefizienten Mäusen keine Exozytose induzierte. Die Ergebnisse zeigen, dass Bürstenzellen der Gallenblase den dort als Gefahrensignal zu wertenden, von Bakterien oder Parasiten stammenden Metaboliten Propionat erkennen und über Acetylcholinfreisetzung eine Mucinfreisetzung aus dem Gallenblasenepithel induzieren. Die Mucinfreisetzung dient als unspezifischer Abwehrmechanismus gegen verschiedenartige Pathogene. Die Bürstenzelle ist daher als Wächter- und Effektorzelle gegenüber einer Besiedlung mit Propionat produzierenden Pathogenen anzusehen.
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    Item type: Item ,
    Domain discretization and moment-free quadrature for meshless methods
    (2025) Degli Esposti, Bruno
    Meshless methods are a versatile class of numerical techniques that discretize computational domains using scattered, unstructured nodes, avoiding the complexities and limitations of conventional mesh generation. These methods are especially well-suited for problems involving complex geometries and dynamic phenomena such as free boundaries, large deformations, and crack propagation, where traditional meshing approaches often become computational bottlenecks. This thesis addresses two fundamental challenges in the meshless paradigm: robust node generation for real-world 3D domains, and high-order numerical integration on scattered nodes. First, we propose a fully meshless advancing front node generation algorithm tailored for 3D domains described in the B-rep (boundary representation) format, the standard used in Computer-Aided Design (CAD). Our algorithm efficiently converts trimmed NURBS surfaces into variable-density point clouds that sample both the interior and boundary of the domains. The method operates hierarchically by progressively advancing a front over lower-dimensional entities (edges and faces) before higher-dimensional ones (volumes), and incorporates a novel meshless inclusion test that prevents nodes from being placed outside the domain of interest, even in the case of piecewise smooth boundaries. The algorithm is shown to perform effectively on complex 3D geometries, producing well-distributed node configurations suitable for numerical simulations using meshless finite difference methods. Second, we introduce a novel approach to numerical integration by simultaneously generating high-order quadrature weights for integrals over Lipschitz domains and their boundaries without relying on meshing or the computation of moments (integrals of basis functions). The weights are obtained on given scattered nodes as a minimum norm solution of a sparse underdetermined linear system arising from a discretization of a suitable boundary value problem. This discretization is achieved using either tensor-product B-spline collocation or meshless finite differences, such as those based on polyharmonic radial basis functions (RBF-FD). The proposed moment-free method is easy to implement, and does not depend on the domain’s representation (parametric or implicit), since it only requires as inputs the position of all quadrature nodes and the direction of outward-pointing normals at each node belonging to the boundary. Comprehensive numerical experiments demonstrate the robustness and high accuracy of the method on a number of smooth and piecewise smooth domains in 2D and 3D, including some with reentrant corners and edges. Together, the contributions presented in this thesis advance the state of the art in meshless methods by addressing critical challenges in node generation and numerical integration, and by providing robust tools for challenging real-world applications involving complex geometries and high-order accuracy requirements.
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    Item type: Item ,
    Theoretische Untersuchungen der molekularen Mechanismen der C-C Kupplungsreaktion auf Oberflächen
    (2026) Jung, Jannis
    Dank der Entwicklung der Rastersondenmikroskopie ist es möglich geworden Reaktionen von Molekülen auf Oberflächen zu beobachten und zu steuern. Das daraus erwachsene Feld der oberflächengestützten Chemie ermöglicht es geordnete molekulare Netzwerke zu konstruieren, welche in Zukunftstechnologien wie der molekularen Elektronik Verwendung finden könnten. Durch experimentelle Studien konnten bereits verschiedene geeignete Reaktionsmechanismen zur Konstruktion molekularer Netzwerke, wie beispielsweise die Ullmann-Kupplung, untersucht werden, bei der neue C-C Bindungen geknüpft werden. Allerdings sind noch viele Aspekte auf dem Gebiet dieser zweidimensionalen Reaktionsmechanismen ungeklärt und Gegenstand von Grundlagenforschung. Die Wechselwirkung der Moleküle mit der Oberfläche und deren Einfluss auf Reaktionsbarrieren, die Stabilität von Intermediaten und mögliche Nebenreaktionen hängen von einer Vielzahl verschiedener Faktoren ab. Dazu zählen neben der Wahl der Moleküle und Metalle auch die Beschaffenheit der Oberfläche, wie das Vorliegen von Adatomen, oder die Adsorptionsposition der Moleküle. In dieser Arbeit wurden am Beispiel verschiedener Modellsysteme aus Arylhalogeniden auf Münzmetalloberflächen die Reaktionsmechanismen von Ullmann-artigen C-C Kupplungsreaktionen untersucht und Adsorptionsstrukturen sowie die organometallischen Bindungen analysiert. Hierzu wurden sowohl Methoden basierend auf der Dichtefunktionaltheorie als auch semiempirische Methoden verwendet, um Adsorptionsstrukturen zu bestimmen, zu analysieren und Reaktionsbarrieren zu berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte anhand von halogeniertem Naphthalen theoretisch dargelegt werden, dass die Stabilität von organometallischen Netzwerken auf einer Silberoberfläche aufgrund der organometallischen Bindung besonders hoch ist, was folglich die Selbstassemblierung und Ordnung von Netzwerken begünstigt. Gold hingegen zeigt als Resultat aus den relativistischen Effekten ein deutlich anderes Bindungsverhalten der organometallischen Bindung als Kupfer und Silber, was zu einer reduzierten Reaktionsbarriere der C-C Kupplung und somit zu instabilen organometallischen Netzwerken auf Gold führt. Im zweiten Teil wurde eine Methode zur schnellen Bestimmung einer optimalen Adsorptionsposition der Moleküle entwickelt, welche im weiteren Verlauf dieser Arbeit zur Bestimmung komplexerer molekularer Adsorptionsstrukturen verwendet wurde. Im dritten und vierten Teil konnten die Reaktionsmechanismen von Ullmann-artigen intramolekularen Reaktionen verschiedener Phenylnaphthalen-Derivate zu Fluoranthen aufgeklärt werden. Hierbei konnte in Kooperation mit experimentellen Arbeiten ein katalytischer Einfluss von Wasserstoffradikalen auf Dehydrierungsreaktionen nachgewiesen werden. Im fünften Teil dieser Arbeit wurden verschiedene Methoden zur Simulation von AFM-Messungen miteinander und mit experimentellen Messungen der Moleküle aus dem dritten Teil verglichen. Eine vollständige Strukturoptimierung des Modellsystems unter Einfluss der AFM-Spitze konnte die Bewegung des Moleküls während der Messung simulieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zum Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Molekülen und Oberflächen bei und erklären unbekannte Reaktionspfade. Sie sind Teil eines Fundaments, dass genutzt werden kann, um Arbeitsabläufe zu optimieren und bessere Prognosen zur gezielten Entwicklung molekularer Netzwerke zu ermöglichen.
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    Item type: Item ,
    Die Bedeutung des Biomarkers CILP1 in der Risikostratifizierung bei Patient*innen mit Verdacht auf eine ischämische Kardiomyopathie
    (2024) Kamml, Nora
    Das Krankheitsbild der ischämischen Kardiomyopathie besteht aus einer Vielzahl an pathophysiologischen Prozessen, welche häufig in ein Remodeling des linken sowie rechten Ventrikels münden und in der Folge eine reduzierte, kardiale Ejektionsfraktion begünstigen. Trotz des erhöhten Mortalitätsrisikos von Patient*innen mit einer ischämischen Kardiomyopathie konnten sich bis dato noch keine Biomarker etablieren, welche eine suffiziente Aussage hinsichtlich des Schweregrads sowie des Mortalitätsrisikos dieser kardialen Erkrankung, treffen konnte. In den letzten Jahren häuften sich allerdings Studien zu dem Biomarker CILP1 und dessen Assoziation mit ischämischen sowie dilatativen Kardiomyopathien. Ziel dieser Dissertation war es, zum einen zu evaluieren, ob der Biomarker CILP1 bei dem Krankheitsbild der ischämischen Kardiomyopathie exprimiert wird und ob das Glykoprotein CILP1 einen Zusammenhang mit einer zusätzlichen rechts- oder linksventrikulären Maladaption hat. Ferner sollte untersucht werden, ob CILP1 zur Prognose des Moralitätsrisikos bei Patient*innen mit ischämischer Kardiomyopathie fungieren kann und ob die Involvierung weiterer klinischer Parameter von Bedeutung sein könnte. Mittels statistischer Analysen wurden die Daten der 538 Patient*innen auf ihre Evidenz in Bezug auf das Protein CILP1 untersucht und es konnte nachgewiesen werden, dass CILP1 in der Gruppe von Patient*innen mit ischämischer Kardiomyopathie nicht vermehrt exprimiert wird. Subgruppenanalysen lieferten die Annahme, dass eine rechtsventrikuläre Einschränkung, im Sinne eines verminderten TAPSE-Wertes, bei den Personen mit ischämischer Kardiomyopathie mit höheren CILP1-Konzentrationen assoziiert sein könnten. In weiterer Folge wurden ROC-Analysen durchgeführt, welche das Potential von CILP1 in der Risikostratifizierung beleuchten sollten. Es konnte aufgezeigt werden, dass CILP1 bei Personen mit ischämischer Kardiomyopathie und zusätzlicher rechtsventrikulärer Dysfunktion das Potential haben kann zwischen Versterben und Überleben zu diskriminieren. Verstärkt wurde diese Annahme mit einer final durchgeführten uni- und multivariaten hierarchischen Regression. Demnach zeigen die vorliegenden Daten, dass es durchaus eine Assoziation zwischen CILP1 und der Mortalität bei zusätzlicher rechtsventrikulärer Maladaption (TAPSE < 16mm) gibt und dass in diesem Fall CILP1 das Potential haben könnte als Biomarker in der Risikostratifizierung zu fungieren. In Hinblick auf die zukünftige Forschungsperspektive könnte die Involvierung weiterer, kardialer Biomarker von Interesse sein. Eine Kombination von CILP1 und klassischen Biomarkern, wie beispielsweise NT-proBNP, könnte die Zuverlässigkeit erhöhen und zusammen mit echokardiografischen Parametern, wie der TAPSE, die Genauigkeit einer Prognose im klinischen Alltag verbessern.
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    Item type: Item ,