Der Einsatz diätetischer Lignocellulose bei Geflügel wurde bisher nur in wenigen Studien und mit uneinheitlichen Auswirkungen auf die Tierleistung, die Nährstoffverdaulichkeiten und die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota beschrieben. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss einer höheren Dosierung von diätetischer Lignocellulose in isoenergetisch und isonitrogen gestalteten Diäten auf zootechnische, verdauungsphysiologische und mikrobiologische Parameter zu untersuchen. Dafür wurden 59 männliche Hühner einer langsam wachenden Kreuzungspopulation (WL77 – White Leghorn und NHI – New Hampshire) in drei Versuchsgruppen aufgeteilt und über einen Zeitraum von acht Wochen mit einem Futter mit 0,8, 5 und 10 % supplementierter Lignocellulose (ARBOCEL® RC Fine) gefüttert. Der Fütterungsversuch unterteilte sich dabei in eine 5-wöchige Adaptations- und eine 23-tägige Versuchsphase. Futter und Wasser standen durchgehend ad libitum zur Verfügung. Zootechnische Parameter wurden wöchentlich erhoben und die Digestaproben aus Ileum und Zäkum in der 13. LW entnommen. Zusätzlich wurden über die letzten 12 Tage des Versuchszeitraums täglich Exkremente gesammelt. Die daraus ermittelten Daten umfassten die Bestimmung der scheinbaren präzäkalen Verdaulichkeit des Rohproteins, der scheinbaren gesamten Verdaulichkeit des Rohfetts und der organischen Masse, die TS-Gehalte der Exkremente und die Analysen der bakteriellen Metaboliten sowie die Zusammensetzung und metabolische Aktivität ausgewählter Bakterien-Cluster. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mittels einfaktorieller Varianzanalyse oder dem Kruskal-Wallis-Test. Ein Einfluss der eingesetzten Diäten auf die Leistung der Tiere konnte nicht festgestellt werden. So zeigten sich weder bei der Lebendmasse, der Lebendmassezunahme, dem Futterverbrauch noch beim Futteraufwand Veränderungen zwischen den Versuchsgruppen. Die scheinbare präzäkale Verdaulichkeit des Rohproteins reduzierte sich deutlich bei 10 % supplementierter Lignocellulose gegenüber der Versuchsgruppe mit 0,8 und 5 %. Die Werte der scheinbaren Gesamtverdaulichkeit des Rohfetts zeigten keine Veränderungen bei steigendem Gehalt von Lignocellulose in der Ration. Deutliche Unterschiede zwischen allen drei Versuchsgruppen wurden jedoch bei der scheinbaren gesamten Verdaulichkeit der organischen Masse dokumentiert. Diese sank bei höheren Zulagen von Lignocellulose im Futter. Es konnten keine Gruppenunterschiede zwischen den TS-Gehalten der Exkremente festgestellt werden. Ein Vergleich der bakteriellen Stoffwechselmetaboliten in der Digesta des Zäkums zeigte eine Abnahme der ermittelten Konzentrationen bei steigendem Gehalt von diätetischer Lignocellulose. Die deutlichsten Konzentrationsveränderungen ließen sich dabei in der Versuchsgruppe mit 10 % Lignocellulose beobachten. Signifikante Auswirkungen auf die Zusammensetzung und metabolische Aktivität der bakteriellen Mikrobiota konnten bei der Quantifizierung des Escherichia/Hafnia/Shigella-Clusters ermittelt werden. Mit zunehmender Konzentration von Lignocellulose sanken die gemessenen Zellzahlen in der Zäkumdigesta. Die ebenfalls gesunkenen Werte der ermittelten rRNA-Kopien beschrieben einen gerichteten Trend und deuteten dabei zusätzlich auf eine verringerte Stoffwechselaktivität hin. Schlussfolgernd zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Studie, dass höhere Konzentrationen von Lignocellulose die scheinbare präzäkale Verdaulichkeit von Protein, die mikrobiellen Stoffwechselmetaboliten in der Digesta und die Zusammensetzung und Aktivität des bakteriellen Mikrobioms beeinflussen können. Lignocellulose könnte zudem einen Einfluss auf potenzielle Krankheitserreger im Darm haben, welcher in weiteren Studien untersucht werden sollte.

The first part of the thesis determined the prevalence of Y. enterocolitica in seafood. The presumptive Y. enterocolitica isolates were analyzed by biotyping, serotyping and antimicrobial susceptibility testing. The total prevalence of Y. enterocolitica in seafood samples was 2.7% (6/220). All isolates belonged to biotype 1A and three isolates were identified as serotype O:8, one isolate as O:5,27, while two samples did not belong to the investigated serotypes. Most isolates contained the virulence-associated genes ail, inv and ystB and the isolates were resistant to cephalothin (83.3%), amoxicillin (83.3%) and ampicillin (50.0%). The results indicate that seafood might be a potential source of infection by Y. enterocolitica. Since Y. enterocolitica (as psychrotrophic bacterium) is able to multiply at low temperatures, information about the underlying mechanisms is needed. However, information about Y. enterocolitica cold response is still scarce. In this study, strain specific growth profiles at 4°C were found and the cold response was investigated by combining phenotypic, gene expressional and proteomic approaches. The expressional changes of the cold-response genes showed that the ability to survive under cold stress depends on the transient induction and effective repression of cold-shock genes and the resumption of gene expression in other non-cold shock genes. Global proteomic analysis with label free quantification was firstly used in Y. enterocolitica cold response to indicate general cold response and resistance mechanism. Additionally, the isolate specific differences at transcriptional levels in motility- and fluidity- related genes contribute to our understanding of cold response regulated by motility and fluidity in Y. enterocolitica. By combining different approaches, cold response was described systematically, providing a better understanding of the physiological processes of Y. enterocolitica in response to cold stress.

Diese Arbeit untersuchte den Einfluss des Varroazids Ameisensäure auf die Honigbiene Apis mellifera sowie ihren Parasiten Varroa destructor. Die Varroose führt, in Kombination mit weiteren Faktoren, zu teils massiven Honigbienen-Völkerverlusten. Diese sind von enormer ökologischer und ökonomischer Bedeutung, sodass eine effiziente medikamentöse Behandlung der Bienenvölker obligat ist. Die Ameisensäure gilt aufgrund zahlreicher Vorteile gegenüber anderen Wirkstoffen als derzeit zuverlässigste und relativ einfache Behandlungsmethode, obwohl es auch während dieser Behandlung zur Schädigung der Honigbiene kommen kann. Um das Verständnis zum Wirkmechanismus der Ameisensäure zu erweitern und zukünftig durch eine adaptierte Applikation die negativen Effekte bei der Honigbiene zu reduzieren, wurde die Reaktion auf 60%ige Ameisensäure in Honigbienen und Varroa-Milben mittels vergleichender molekularbiologischer und biochemischer Methoden untersucht. In der vorliegenden Arbeit sollten molekulare endogene Effekte einer Ameisensäure-Behandlung auf die Genexpression in Honigbiene und Varroa-Milbe untersucht werden. Hierfür wurde die Technik der RNA-Seq angewandt und nachfolgend die Ergebnisse mittels RT-qPCR-Analysen validiert. Anschließende Proteom-Analysen sollten die korrelierenden Proteine erfassen, um zu überprüfen, ob diese nachgewiesenen transkriptionellen Veränderungen auch im Protein-Muster entsprechend reflektiert sind. Entsprechende Versuche wurden für die Varroa-Milbe als bisher am wenigsten untersuchtes Modell in dieser Arbeit durchgeführt. Da selbst die Konzentration eines Proteins in einem System keine gültigen Details über seine Aktivität und Funktion liefert, wurden im letzten Teil der Arbeit die Ameisensäure-spezifische Aktivität ausgesuchter Enzyme in Funktions-Assays überprüft. Dazu wurde ein Aktivitäts-Assay der Cytochrom C Oxidase im Mikrotiterplatten-System etabliert. Weiterführende Untersuchungen der enzymatischen Aktivität einiger wichtiger Kandidatenproteine soll durch deren rekombinante Expression mit nachfolgenden Funktions-Assays folgen. Die Ergebnisse der Transkriptom-Analyse bei Honigbienen deuten darauf hin, dass die bekanntlich höhere Ameisensäure-Empfindlichkeit der jüngeren Larvenstadien im Vergleich zu den frisch geschlüpften Arbeiterinnen auf eine niedrigere Entgiftungskapazität durch eine reduzierte Ausstattung mit entsprechenden Entgiftungsenzymen gegenüber adulten Bienen zurückzuführen ist. Ein Nachweis der durch Ameisensäure induzierten Kandidatengene in Honigbienen konnte allerdings in Varroa-Milben nicht geleistet werden. Dies könnte für unterschiedliche Ameisensäure-Metabolisierung-Strategien zwischen diesen beiden Organismen sprechen. Auf dieser Grundlage könnte das anhaltende Problem der unerwünschten Schädigung der Bienen während der Ameisensäure-Behandlung durch die Entwicklung neuer Formulierungen und/oder Anwendungen gelöst werden, die spezielle Zielstrukturen in den Milben treffen. Die Proteom-Analyse der Ameisensäure-behandelten Varroa-Milben deutete eine Imbalance in der Proteostase infolge einer eingeschränkten Proteinsynthese bei gleichzeitig gesteigertem Proteinabbau an. Dies deutet auf einen deutlichen Masseverlust hin und könnte eine Schadwirkung der Ameisensäure auf die Varroa-Milben erklären. Die Ameisensäureexponierten Varroa-Milben zeigten eine Induktion von Hitzeschockproteinen, ein Anzeichen für oxidativen Stress. Dieser wird vermutlich ausgelöst durch eine, in unseren Daten belegte, spezifische Hemmung der Atmungskette und des Citrat-Zyklus. Dies führt durch Schädigung von zellulären Makromolekülen zur Alterung des Organismus und letztendlich zum Zelltod. Die Proteom-Analyse ergab weiterhin eine gesteigerte Konzentration mehrerer Kandidatenproteine, die mit der Detoxifikation assoziiert sind, die allerdings mit der Transkriptom-Analyse nicht korrelierten. Insgesamt lieferte die Untersuchung der Proteine mit den Bestandteilen der Atmungskette den mutmaßlich primären Zielort der Ameisensäure-Wirkung sowie die für die Ameisensäure-generierte Toxizität verantwortlichen Abwehrmechanismen, zu denen nach unserer Datenlage hauptsächlich die Hitzeschockproteine und Detoxifikationsenzyme zählen. Die initialen Ergebnisse der Aktivitäts-Untersuchungen der Cytochrom-C-Oxidase deuten auf eine Hemmung durch Ameisensäure hin. Diese Ergebnisse bestätigen bisherige Erkenntnisse aus der Literatur und weitere Datensätze dieser Arbeit. Somit scheint die Ameisensäure-Schadwirkung eine Folge des oxidativen Stresses, erzeugt durch die Hemmung der zellulären Atmung mit laktischer Azidose zu sein. Zusammenfassend zeigen unsere Daten erstmals molekulare endogene Effekte einer Ameisensäure-Behandlung auf Honigbienen und gleichzeitig auf Varroa-Milben. Auf Grundlage der Erkenntnisse dieser Studie können zukünftige, neue Strategien der Behandlung spezifisch an die Varroa-Milbe angepasst und dadurch der Behandlungs-Erfolg bei der Varroa-Bekämpfung deutlich erhöht werden; die bisher häufig auftretenden negativen Effekte auf Honigbienen können durch das bessere Verständnis der molekularen Prozesse reduziert werden.

Hunde und ihre Fähigkeiten Gerüche selbst in extrem schwachen Konzentrationen wahrzunehmen, bieten uns viele Möglichkeiten auch in diagnostischen Bereichen in der Medizin. In dieser Studie untersuchten wir am Beispiel von Staphylococcus aureus als Mastitiserreger bei Milchkühen, ob es möglich ist, ein Trainingsprotokoll für Hunde zu entwickeln, dieses Bakterium in der Milch zu erkennen und anzuzeigen. Dieses Trainingsprotokoll kann als Anleitung dienen zur Geruchsdifferenzierung von Bakterien und als Grundlage zur Weiterentwicklung und Verbesserung. An dieser Studie nahmen 10 Hundeführer mit ihren privaten Hunden teil. Sie wurde in 4 Experimenten durchgeführt. Die Hunde wurden zunächst darauf trainiert auf Agarplatten angezüchtete Staphylococcus aureus anzuzeigen. Im Test untersuchten 8 Hunde je 100 Probengefäße, davon enthielten 10 Geruchsträger mit Staphylococcus aureus. Vier Hunde zeigten fehlerfrei alle positiven Proben richtig an und erreichten damit eine Sensitivität und Spezifität von 100 %. Im Durchschnitt aller Hunde lag die Sensitivität bei 91,3 % und die Spezifität bei 97,9 %. Im zweiten Experiment sollten die Hunde Staphylokokken in Milch erkennen. In diesem Experiment hatten die Hunde Schwierigkeiten den Zielgeruch zu identifizieren. Vermutlich war die Konzentration der Bakterien auf den Geruchsträgern zu gering. Nur 2 von 6 Hunden absolvierten alle 10 Versuchsdurchgänge. Die Sensitivität lag bei 55 % und die Spezifität bei 95 %. Für alle Hunde war die Sensitivität bei 33,3 % und Spezifität bei 92,4 %. Daraufhin wurde für Experiment 3 das Trainingsprotokoll angepasst, und es wurden Zwischenschritte eingebaut, in denen die Hunde langsam an niedrigere Bakterienkonzentrationen gewöhnt wurden. Jeder Hund suchte im nächsten Test in 15 Durchgängen zu je 7 Proben insgesamt 105 Probengefäße mit Geruchsträgern ab. Die Hunde erreichten im Durchschnitt eine Sensitivität von 83,3 % und eine Spezifität von 97,9%. Im letzten Experiment wurde getestet, ob so trainierte Hunde in der Lage sind, Staphylococcus aureus in Milch zu erkennen, die von an Mastitis erkrankten Milchkühen stammt. Fünf von 6 Hunden konnten den Test erfolgreich beenden. Die Hunde erreichten im Durchschnitt eine Sensitivität von 60 % und eine Spezifität von 92,8 %. Ein Hund erkannte 8 von 9 aus 70 Proben mit dem Zielgeruch und hatte eine Sensitivität von 88,9 % und Spezifität von 95,1 %. Das Training der Hunde für die Geruchsdifferenzierung von Bakterien ist möglich. Mit dem entwickelten Trainingsprotokoll waren nicht alle Hunde in der vorgegebenen Zeit in der Lage die Aufgabe zu erfüllen. Es gibt viele individuelle Unterschiede, auf die im Trainingsprotokoll noch detaillierter eingegangen werden müsste. Es wurde deutlich, dass kleine Trainingsschritte für die Verhaltensänderung der Hunde wichtig sind, und auch die Konzentrationsänderung des Zielgeruchs als wichtiger Trainingsschritt berücksichtigt werden muss. Dies ist die erste Arbeit, in der gezeigt wurde, dass Hunde Staphylococcus aureus in Milch von an Mastitis erkrankten Milchkühen erkennen und anzeigen können. Es wurde ein Trainingsprotokoll erstellt, mit dem 75% der Hunde das Trainingsziel erreichten und das als Grundlage dienen kann, um Hunde zu trainieren, auch andere Bakterienarten zu unterscheiden.

The objectives of this thesis were 1) to gain insight into the organization of work processes and employee training on German dairy farms, 2) to identify the most important challenges in SOP implementation and 3) to determine if online microlearning courses were beneficial for teaching dairy personnel to successfully perform tasks related to dairy calf health. The German dairy industry is undergoing a trend towards larger farms with more employees and a higher percentage of non-family labor. Farm owners and herdspersons need to expand their management skills towards managing work force and ensuring quality employee performance. To gain insight into the organization of work processes and employee training on German dairy farms, farmers were invited to complete a comprehensive questionnaire that consisted of 16 questions and 9 statements focusing on general farm data; the generation, implementation, and handling of SOP; and assessment of challenges in handling work processes on the farm. A total of 248 questionnaires was included into the analysis. Categorizing farms based on cow numbers 23% of the farms were small (up to 100 cows; mean ± SE = 75.4 ± 2.7), 52% were medium (101–500 cows; mean ± SE = 265.8 ± 10.4), and 23% were large (>500 cows; mean ± SE = 935.9 ± 55.9), respectively. The majority of respondents (82%) indicated that SOP existed on their farm. Farm size had a significant influence on the existence of SOP, such that medium and large farms were 2.11 (95% CI = 1.04–4.29; P = 0.039) and 5.63 (95% CI = 1.78–17.83; P = 0.003) times more likely to have SOP than small farms. Standard operating procedures most frequently existed for feeding (73%), milking (73%), calf handling (64%), and management of fresh cows (54%). Interestingly, merely half of the respondents (54%) stated that their SOP were available in writing and on 48% of the farms, the employees did not have free access to the SOP at all times. Whether the SOP were written down depended on farm size (P = 0.002) such that medium and large farms were 2.08 times (95% CI = 1.08–4.03; P = 0.030) and 7.24 times (95% CI = 3.21–16.32; P < 0.001) more likely to write down their SOP, respectively, compared to small farms. Almost all respondents (98%) saw the need for improving certain areas on their farm and 66% percent of the participants agreed or strongly agreed with the statement that various employees handled the same tasks differently. Consistent work performance, monitoring of work processes and improvement of animal health were considered potential benefits of SOP by 86%, 49% and 39% of the respondents, respectively. However, many farmers lacked the time (41%) or ability (42%) to create SOP to provide the employees with detailed instructions on how to perform a specific task. The majority of respondents (59%) were interested in using ready-made SOP that could be adjusted to their farm. The objective of the second study was to determine whether an SOP embedded into an online microlearning course was accessed by dairy personnel and whether it could improve selfestimated performance of tasks related to dairy calf health. Our working hypothesis was that such microlearning courses were effective at creating feelings of confidence and accuracy in work performance. Three online microlearning courses addressing colostrum management as a fundamental basis of dairy calf health (i.e., tube feeding colostrum, bottle feeding colostrum, measuring colostrum quality) were developed with a cloud-based authoring software (Gomo Learning, Brighton, UK). The courses were accessible online and could be accessed at any time and repeatedly. A 12-item survey form was embedded into each course that provided data on course perception and feedback. Two questions covered the time of course completion (i.e., whether the course was accessed during work or leisure time). Learner experiences such as access, page visits, total time spent, completion, and quiz scores were observed with the learning management system (Gomo Learning). Quantitative data were collected with 5-point Likert scales and reported as frequencies and percentages. For all 3 courses (i.e. tube feeding colostrum, bottle feeding colostrum, measuring colostrum quality) combined, 243 invitations were mailed out and 117 participants (48%) launched the courses. The SOP represented one part within the course and was accessed by almost all participants (i.e., 92, 90, and 96% in the first, second, and third course, respectively). Overall, 59% (22/37) launched the course in their leisure time and 80% stated that they were convinced to work more accurately after having taken the course. Most employees underestimated the time spent in the course (76%), accessed background information (89%), or provided feedback (55%). These observations are indicative of high engagement. Overall, 78% of employees felt more confident in correct task completion after the training. After the second and third courses, 76 and 83% of participants, respectively, strongly agreed that repetition of such knowledge was worthwhile. Overall, the 3 courses were rated as very good or good by 89% of the participants. The participants were eager to gain knowledge and were willing to use their leisure time for their training. The high level of motivation was substantiated by the underestimation of the time spent on the courses. Clearly, the courses were effective at creating a feeling of confidence and accuracy in work performance, as most people were convinced to work more accurately after having taken the courses. Overall, the results of this thesis show that there is a need for standardization of work processes on German dairy farms. Farmers oftentimes lack the time and know-how of SOP implementation and they appreciate the allocation of ready-made SOP and background information. This poses an opportunity for veterinarians and consultants to support the farmers and improve employee management and work processes on the farm.

Einleitung: In der vorliegenden Studie wird die Überlebenszeit und die Zeit der klinischen Stabilität sowie deren Einflussfaktoren unter einer Langzeittherapie mit Bosentan von bis zu zehn Jahren bei Patienten mit Eisenmenger-Syndrom (ES) untersucht. Außerdem wird die langfristige Wirkung der Bosentantherapie auf Belastbarkeit, Zyanose und Rechtsherzbelastung untersucht. Methoden: Grundlage dieser Arbeit ist die prospektive Studie HP 3.2, die unter der Koordination des Kompetenznetzes für angeborene Herzfehler die Wirksamkeit einer sechsmonatigen Therapie mit Bosentan bei Patienten mit ES untersuchte. In dieser Arbeit werden die Daten der Studie HP 3.2 sowie der retrospektiv erhobenen Langzeitdaten derselben Patienten statistisch analysiert. Ergebnisse: Das mittlere Alter der 55 ES-Patienten (29 Frauen und 26 Männer) der Studie HP 3.2 betrug 31,73 +/- 10,2 Jahre. Nach einer medianen Beobachtungszeit von 5,44 Jahren (Interquartilsabstand (IQR): 2,32-7,81 Jahre) und einer medianen Behandlungszeit mit Bosentan von 4,92 Jahren (IQR: 1,27-6,91 Jahre) lebten noch 60 % der Patienten. Die mediane Zeit bis zum Tod betrug 6,69 Jahre (IQR: 4,44-7,88 Jahre), jene bis zur ersten klinischen Zustandsverschlechterung 4,68 Jahre (IQR: 2,22-7,10 Jahre). Eine Verbesserung der maximalen Sauerstoffaufname (VO2max) während den ersten sechs Monaten einer Bosentantherapie hatte einen signifikanten Einfluss auf die Überlebenszeit (p = 0,02) ebenso wie die Höhe des Pro-BNP bei Studienstart (p = 0,01). Die Länge der Zeit bis zu einer klinischen Zustandsverschlechterung wurde durch den Pro-BNP-Wert (p = 0,01) bei Studienstart signifikant beeinflusst. Während einer Behandlungszeit mit Bosentan von sechs Monaten verbesserten sich die mediane 6-MGS von 390 m auf 440 m (p < 0,001), die NYHA-Klasse um ein Stadium (p < 0,01) und das Pro-BNP von 395 pg/ml auf 301 pg/ml (p = 0,045). Die transkutane SatO2 in Ruhe und der Abfall derselben während 6-Minuten-Gehtest veränderten sich nicht signifikant. Während den ersten drei Jahren der Langzeittherapie zeigte sich stets eine statistisch signifikant längere mediane 6-MGS im Vergleich zu den Ausgangswerten (von 390 m bis zu 437,5 m im Median). Im weiteren zeitlichen Verlauf von bis zu zehn Jahren glich sich die 6-MGS wieder den Ausgangswerten an. Schlußfolgerung: Über eine außergewöhnlich lange Beobachtungszeit konnten die Höhe des Pro-BNP-Wertes vor Beginn der Bosentantherapie sowie die Verbesserung des VO2max-Wertes in den ersten Monaten einer spezifischen Therapie als Prädiktoren für die Überlebenszeit bei ES-Patienten bestimmt werden. Die Höhe des Pro-BNP-Wertes sowie die 6-MGS vor Beginn der Therapie stellten außerdem Einflussgrößen für die Zeit bis zu einer klinischen Zustandsverschlechterung dar. Eine signifikant bessere Belastbarkeit unter Bosentantherapie konnte über die ersten drei Behandlungsjahre nachgewiesen werden.

Geohelminthen oder „Soil-transmitted Helminths“ (STH), namentlich Ascaris lumbricoides, Trichuris trichiura und die Hakenwürmer N. americanus und A. duodenale sind weltweit verbreitete, humanpathogene und zum Teil zoonotische Parasiten, die weltweit nahezu 1,2 Milliarden Menschen betreffen und eine große Gefahr für die öffentliche Gesundheit und besonders für Schulkinder darstellen. Ihre strategische Bekämpfung in vielen endemischen Ländern wird immer wichtiger. Am häufigsten betroffen sind Kinder im Vorschul- und Schulalter, was zu Leistungseinbußen bis hin zu Unterernährung und körperlicher Unterentwicklung führen kann. Eine präventive Chemotherapie wird in Ruanda seit 2008 ein- bis zweimal im Jahr an Schulkinder verabreicht und erreicht einen großen Anteil der Zielgruppe. Ziel dieser Arbeit war es, Stuhlproben von Schulkindern im Alter zwischen sechs und zehn Jahren aus zwölf Schulen und Kotproben von Schweinen der Subdistrikte der südlichen Provinz Ruandas vor Ort mikroskopisch mittels Mini-FLOTAC Verfahren auf das Vorkommen von Wurmeiern einer oder mehrerer der oben genannten STH Spezies zu untersuchen. Die Beurteilung der anthelminthischen Wirksamkeit erfolgte mittels Berechnung der Eizahlreduktion und der „Cure Rate“. Im Rahmen der Studie wurden im Jahre 2014 ca. 2000 Stuhlproben mikroskopisch analysiert, im Folgejahr 2015 weitere 400 aus vier der ursprünglich zwölf untersuchten Schulen. Die an der Studie teilnehmenden Kinder brachten am Tag der Entwurmung eine frische Stuhlprobe in die Schule mit. Nach Abgabe der Stuhlprobe wurde ihnen 2014 nach einer Allgemeinuntersuchung und Blutentnahme unter Aufsicht eine Tablette Albendazol (400 mg) verabreicht und sieben bis zehn Tage nach der Entwurmung wurden erneut frische Stuhlproben in den Schulen eingesammelt. 2015 wurde nach demselben Schema verfahren, allerdings wurden die Kinder nicht erneut klinisch untersucht oder eine Blutprobe genommen. Zusätzlich wurden 2014 aus jedem zugehörigen Dorf Kotproben von Schweinen gesammelt, die mit beprobten Kindern auf engem Lebensraum, meist in einer Umzäunung neben dem Haus, wohnten. Sie wurden ebenfalls via Mini- FLOTAC auf das Vorkommen von Wurmeiern (Ascaris suum, Trichuris suis, Magen-Darm-Strongyliden) untersucht. Für weiterführende Untersuchungen wurden Rückstellproben gesichert, aus denen im Anschluss im Labor in Berlin DNA extrahiert wurde, um auf molekularbiologischer Ebene nach Einzelnukleotidpolymorphismen (SNP) in β-Tubulin Genen von Ascaris sp. zu suchen. Die Gesamtprävalenz für Ascaris sp. lag bei Erstuntersuchung bei fast 40 %, sie sank nach der ersten Entwurmung auf knapp 13 %. Die mikroskopischen Ergebnisse in der vorliegenden Studie zeigten in neun von zehn Schulen eine verminderte Wirksamkeit des BZ Albendazol gegen Ascaris sp. Die FECR lag hier in allen betroffenen Schulen unter der von Vercruysse et al. (2011) vorgeschlagenen Schwelle, einzig in Mugogwe fanden wir eine FECR über 95% (99,56 %). Insgesamt schwankte die FECR zwischen null und 99,56 %. Die CRs schwankten zwischen 33 und 100 %. Die parasitologischen Befunde ließen sich molekularbiologisch nicht untermauern, es konnten in keiner der untersuchten Proben die bekannten, mit BZ- Resistenz assoziierten β- Tubulin- SNPs gefunden werden. Bei den Schweinen fanden wir Prävalenzen für Ascaris sp. von 18,5 bis 80,8 %, für T. suis von 0 bis 28,8 % und von den MDS von 72,2 bis 94,2 %. In den als städtisch geltenden Bezirken Ngoma und Tumba wurden zum Zeitpunkt unserer Untersuchung keine Schweine gehalten. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass es in der südlichen Provinz Ruandas durch die jährliche Entwurmung mittels Benzimidazolpräparaten zur Selektion resistenter Wurmpopulationen gekommen sein könnte und in Zukunft an Strategien zur Vermeidung weiteren Selektionsdrucks gearbeitet werden muss. Dies sollte eine Priorität in künftigen Präventionsprogrammen sein. Zur besseren Einschätzung der Gesamtprävalenz resistenter Populationen ist eine Ausdehnung der Studie auf das gesamte Land in regelmäßigen Abständen erforderlich. Es ist denkbar, dass die Mechanismen für die vorliegenden Resistenzen an anderen Positionen in β- Tubulin Genen oder in weiteren β- Tubulin Isotypen im Ascaris sp. Genom zu finden sind. Außerdem wäre es möglich, dass Ascaris sp. resistent durch metabolische Stoffwechselwege werden, die zu einer Reduzierung des aktiven Wirkstoffs im Wurm führen. Es bleibt weiteren Forschungen vorbehalten, die Mechanismen aufzudecken, die bei Ascaris sp. zu BZ Resistenz führen.

Animal experimentation has been one of the most controversial areas of animal use, mainly due to the intentional harms inflicted upon animals. When applying the principles of the 3Rs (Replacement, Reduction and Refinement), first described by Russell and Burch in The Principles of Humane Experimental Technique six decades ago, animal use in science should decline through reducing numbers of animals used and by replacing them with non-animal methods. In addition, the use of the third R, Refinement, should lead to an improvement of the conditions that cause fear, distress, pain and suffering to animals who are still being used. It is estimated that more than 127 million vertebrates are being used in science annually. Thus, until animal subjects can be fully replaced with non-animal methods, research into the third R, Refinement, and its application in practice remains imperative. To ensure scientific rigor, avoid needless animal suffering and enable an accurate harm-benefit analysis, researchers using animals must be knowledgeable about Refinement methods and apply them effectively. Indeed, researchers are legally accountable and required to minimize pain and suffering caused to the animals by their research projects. The aims of this thesis were to evaluate if and how findings from Refinement research have been implemented in practice, to determine areas where further improvement is needed and to make recommendations for the implementation of current best-practice Refinement methods. To highlight the significance of the Replacement of animals in science for scientific and for ethical reasons, a brief overview of the use of all the 3Rs in practice has also been provided and issues of poor rigor, reproducibility and translatability of animal experimentations are discussed. The study focused on experimental Refinement methods designed to minimize animal suffering. Research in this area has increased significantly over the past two decades. However, the extent to which Refinement methods are applied in practice is uncertain. Due to poor reporting standards in animal research publications, especially of Refinement, this study used original animal research proposals to retrospectively review planned Refinement. For the scope of the study, all applications submitted to the participating German competent authorities in 2010, that included recovery surgical procedures in mice and rats and that obtained a project license, were selected. The first paper of this publication-based thesis summarizes the findings of the assessment on the efficacy of proposed anesthesia and peri- and postoperative analgesia in animal research applications. Postoperative analgesia was not proposed for 30% of surgeries. Following 10% of procedures, animals were to be given pain analgesics if the investigators decided this was necessary; however, information on planned pain assessments were generally absent. Consequences of unalleviated pain and omission of pain assessment techniques are discussed, and recommendations to improve anesthesia and analgesia are made. In the second paper, we categorized the severity of proposed surgical interventions by using the relevant guidance documents and compared our rating with the rating included in the proposals. Furthermore, we assessed the appropriateness of planned monitoring of the potential adverse effects on the animals (“health monitoring”). Analysis showed that severity and chronicity of pain, suffering and distress that were to be inflicted upon the animals were frequently underestimated by the researchers. Planned health monitoring generally appeared insufficient to ensure the welfare of animals in the studies. In the third paper, the appropriateness of proposed humane endpoints and killing methods was discussed. Following 55% of surgical procedures, the investigators proposed humane endpoints. These were mostly not clearly defined, and/or were considered to be at a late stage in the animal’s deterioration. In addition, the choice of killing methods could be improved in many applications, thereby reducing suffering. The findings of this series of studies highlight the need for improvement in the implementation of Refinement in scientific use of animals, to fulfill legal requirements, to improve animal welfare and to improve the quality of research data. This study was the first to review Refinement methods in research proposals. It would be important to repeat it to assess if the situation has changed since 2010, as well as to expand it to other countries. The final paper provides an overview of the various areas of Refinement, namely housing, husbandry, care, experimental refinements and also improvements in planning, conduct and reporting of animal studies, and their application in practice. Efforts to implement the other two Rs, Reduction and Replacement, are also briefly discussed. This paper highlights extensive shortcomings in all areas of Refinement. In addition, it supports the view that, even though we have the political goal to phase out animal experimentation, in reality, we are not close to widespread Replacement of animal models with non-animal models as not enough is done to work towards such a paradigm change.

Marek’s disease virus (MDV) is a strictly cell-associated herpesvirus that is deadly and oncogenic in its natural host with up to 100% mortalities in unvaccinated flocks. In addition to the economic and agriculture importance, it is a natural virus-host model for the investigation of virus-induced lymphomas. Lymphomas are the main cause of MDV-induced tremendous suffering and death in chickens. MDV harbours a linear double-stranded genome of about 180-kilobase pairs composed of two unique regions, unique long (UL) and unique short (US). Unique regions are flanked by further repeats that have a set of genes that contributes to MDV pathogenicity and oncogenicity. These genes are the major oncogene meq, the open reading frames (ORF) RLORF5a and RLORF4, and the chemokine homolog vIL-8. Moreover, these genes encode a set of splice variants that are thought to contribute to MDV pathogenesis and carcinogenesis. Yet it is unclear if all or some of these splice variants encode an expressed protein. Interestingly, these variants are spliced to the vIL-8 gene that consists of three exons and two introns. Introns are non-coding sequences and yet their significance is underappreciated or poorly understood, despite they include important junctions that mediate splicing. In this study, one or all introns of vIL-8 were removed to abrogate the splicing of vIL-8 and characterize the importance of introns for virus replication and protein secretion. Interestingly, vIL-8 introns were non-essential for virus replication, but they were indispensable for protein secretion. In addition, intron II was found to harbour a novel exon (E3`) that is spliced to express novel vIL-8 protein variants that were non-essential for virus replication or protein secretion. This study is the first to report that alphaherpesviruses express novel chemokine variants and lay the foundation for future studies to dissect the role of vIL-8 splice variants in MDV pathogenesis and tumour formation. CRISPR/Cas was discovered in bacteria and archaea as an adaptive antiviral immune mechanism. Streptococcus pyogenes have evolved CRISPR/Cas9, which is the best-studied example of the CRISPR/Cas systems until now. CRISPR/Cas9 has been recently used in various applications that revolutionized the basic molecular biology. In principle, guide RNAs recruit Cas9 to cleave the targets in a very precise manner. In this study, CRISPR/Cas9 was used to target MDV essential genes to inhibit virus replication. Interestingly, while single gRNAs significantly impaired virus replication to different degrees, multiple gRNAs completely inhibited MDV replication. Moreover, CRISPR/Cas9 was tested for the long-term elimination of MDV from infected cultures that were serially passaged. Intriguingly, the single guides showed MDV escape mutants that appeared very quickly, yet the combined gRNAs did not produce MDV that is able to evade CRISPR/Cas9. Sequencing of the escape mutants revealed specific mutations that were seen in the recognition sites of two MDV single gRNAs, which would eliminate their ability to functionally cleave the mutated MDV targets. In all, this is the first demonstration that CRISPR/Cas9 can inhibit MDV replication and evasion, especially when two or more gRNAs are used. This study provides the basis for future studies to protect chickens from this deadly oncogenic herpesvirus.

This dissertation consists of three papers sharing the objective to analyze how machine learning methods can be useful to economists and econometricians in their pursuit to understand causal mechanisms operating in the economy. Such causal knowledge is essential when designing policies that help achieve societal goals. ML techniques are increasingly applied in and adapted to practical policy settings. These are characterized by the same type of endogeneity problems that make actionable inference from data difficult and that economists are occupied with. Thus, there are many potential synergies between ML and economics that are surfacing on both the academic and policy-making agendas. Contributions to two points of interchange between the two fields are made. First, ML can be used to improve or extend widely-used identification techniques in economics and, second, insights into causal modeling from the ML community can be introduced as novel routes to identification in economics. The first paper of this dissertation falls in the former, the second and third paper in the latter category.

In the first paper of this dissertation, we adapt the causal forest methodology proposed by Athey et al (2019) to estimate heterogeneous treatment effects in difference-in-differences studies and analyze heterogeneous effects on wage growth of the 2015 introduction of the statutory minimum wage in Germany. Two contributions are made. First, we show how the causal forest methodology can be applied in difference-in-differences settings. Second, we show that previously documented effect heterogeneities can be explained by interactions of other covariates.

The starting point for the second and third paper of this dissertation is the second point of interchange. There is a tendency to argue ML techniques' strength is their superior predictive capacity. However, above and beyond the idea that superior prediction can be useful in causal inference problems, developments in the ML community question this dictum: Techniques to model causal relations and to identify them from observational data are emerging (for a survey see Peters et al 2017).

A central tenet of causal machine learning is that the observed joint distribution of a number of random variables contains causal information in the form of invariance properties. This causal information can be exploited by appropriate statistical techniques, even in the absence of quasi-experimental techniques. In that sense, the causal machine learning literature offers novel pathways to causal understanding that are not yet exploited in economics. The originality of the second and third paper lies in exploring the potential of these novel pathways.

In the second paper, we propose a test for reverse causality that relies on the insight that making functional form assumptions can help identify the causal direction between two observed variables. Two contributions are made. First, we extend existing research from the computer science community on the identifiability of the causal direction by addressing heteroskedastic error structures and the presence of additional control variables. Second, we provide a test for reverse causality that does not rely on instruments.

In the third paper, I propose a test for instrument validity, which relies on a method proposed by Janzing & Schölkopf (2018) to quantify confounding in multivariate linear models. Given the often controversial identifying assumptions in instrumental variable models, whose justification is rarely statistically-grounded, such a method is a valuable addition to the empirical economics toolkit. Two contributions are made. First, I address the limitation of Janzing & Schölkopf (2018) of providing an overall degree of confounding for the whole model and provide a way to use their method to estimate a degree of confounding of a single covariate in multivariate linear models. Second, I show how this method can be employed to test for instrument validity in instrumental variable models and provide an empirical application.

Zytokine stellen ein vielversprechendes Therapeutikum für die Immuntherapie bei Tumorerkrankungen dar. Dabei ist IL-15 ein interessantes Zytokin, da es vor allem NK- und CD8+ T-Zellen sehr stark aktiviert und diese Zellen maßgeblich an der Tumorreduktion beteiligt sind. Sowohl bei der Monotherapie mit IL-15 als auch in Kombination aus IL-15 und Antikörpern konnte in vitro und in vivo ein gesteigerter Tumorrückgang gezeigt werden. Der Einsatz von Zytokinen in der Therapie ist jedoch auf Grund von starken Toxizitäten dosislimitierend, weshalb die geringen verwendeten Konzentrationen oftmals nicht ausreichend für einen Therapieeffekt sind. Des Weiteren liegt die Serumhalbwertszeit im Falle von IL-15 bei lediglich 30 Minuten. Bei der Therapie mit IL-15 werden hauptsächlich die Immunzellen in der Zirkulation stimuliert, während nur wenige Immunzellen in der Tumorumgebung aktiviert werden. Deshalb stellen Immunzytokine einen vielversprechenden Ansatz für die Immuntherapie dar. Durch die Fusion eines Antikörpers und Zytokins entstehen antigenspezifische Immunzytokine, welche die Immunzellen gezielt in der immunsuppressiven Tumormikroumgebung aktivieren können. Zudem kann die Serumhalbwertszeit verlängert werden.

Ein für die Immuntherapie interessantes Antigen ist TA-MUC1, da es von soliden Tumorzellen exprimiert wird und auf gesunden Zellen nahezu nicht. PankoMab-GEX® ist ein Antikörper, der ein tumorspezifisches Kohlenhydrat/Protein Konformationsepitop auf MUC1 (TA-MUC1) bindet und ADCC gegen TA-MUC1 exprimierende Tumorzellen induzieren kann. Ob PankoMab-GEX® als Grundlage für die Entwicklung eines Immunzytokins geeignet ist, wurde in dieser Arbeit untersucht.

Für diese Arbeit wurden insgesamt zehn Immunzytokine basierend auf PankoMab-GEX® generiert, welche sich hinsichtlich ihrer IL-15 Potenz (IL-15mut, IL-15wt, IL-15sushi), der FcγRIIIa Bindung sowie der Antigenbindung unterscheiden. Die Arbeit umfasste dabei die Generierung, Produktion und Reinigung der Konstrukte sowie die Charakterisierung der Bindungseigenschaften und der immunologischen Wirkung der Immunzytokine in vitro und in vivo. Es konnte gezeigt werden, dass die Stimulation von Immunzellen mit den Immunzytokinen zu einer Steigerung der Aktivierung, Proliferation, Zytotoxizität und Zytokinaussschüttung bei NK- und T-Zellen führt. Dabei konnte herausgestellt werden, dass das PM-IL-15sushi ein besonders potentes Immunzytokin ist, da es die zytotoxischen Immunzellen sehr stark aktiviert.

Anhand der durchgeführten Analysen konnte gezeigt werden, dass sich PankoMab-GEX® auf Grund der einzigartigen Antigenbindung für die Entwicklung eines Immunzytokins eignet. Angesichts der deutlich stärkeren Potenz des PM-IL-15sushi im Vergleich zu den anderen untersuchten Immunzytokinen sowie der vielversprechenden Wirksamkeitsstudie in vivo wurde dieses Konstrukt als potentielles, neuartiges Therapeutikum ausgewählt.

T cells represent a central component of the human adaptive immune system. Among them, CD4+ T helper cells and CD8+ cytotoxic T cells can be distinguished which either mediate the actions of other immune cells or kill affected cells, respectively. Their proper function is dependent on an appropriate surrounding micromilieu, which classically includes other cell types as well as chemokines and cytokines. Interestingly, recent findings suggest that also the osmolarity of the microenvironment may have an influence. Since osmolarity is substantially higher in lymphatic tissue and other immunologically active compartments than in plasma, I investigated what kind of alterations this hypertonicity can evoke in different effector T cell species. Due to their relevance in autoimmune and tumor diseases, Th17 and CD8+ T cells have been in the focus of my studies. To investigate phenotypical and metabolic changes, Th17 cells and CD8+ T cells have been cultured and stimulated in hypertonic medium and subsequently analyzed. Additionally, shRNA and molecular inhibitors were utilized to uncover possible underlying molecular pathways. Consequently, to analyze functional alterations in hypertonicity, CD8+ T cells specific for MART-1 were purified and their cytolytic capability towards target cells presenting MART-1 was evaluated in a hypertonic environment. Upon activation under hypertonic conditions, the Th17 phenotype was significantly augmented within the Th17 cell population, though this was going hand in hand with induction of anti-inflammatory markers such as FOXP3 and TGF-β expression. I was able to illustrate that both effects were mediated via the p38 MAP kinase pathway. Moreover, cytotoxic T cells showed significant increase of their cytolytic capability in hypertonic medium. It correlated with enhanced expression of granzyme B, perforin and TNF-α as well as alternative cytolytic molecules such as TRAIL. Similarly, the cytotoxic T cells demonstrated augmented cell activation and cell metabolism in a hyperosmotic microenvironment. Concurrence of the upregulation of pro- and anti-inflammatory features in Th17 cell subsets in a hypertonic microenvironment indicates a relevant role in Th17-mediated autoimmune diseases. Moreover, enhanced cytotoxic activity of CD8+ T cells in higher osmolarity may represent a vital part of the defense system protecting the human body from pathogens and preventing tumor growth. These findings may bring about therapeutic innovations in the highly investigated field of adoptive T cell therapies, making the deployed CD8+ T cells even more effective. Lastly, considering osmolarity when investigating T cell functionality will become essential in future to obtain reliable, relevant and translational findings.

Einleitung: Das Vorhofflimmern (VHF) stellt die häufigste Herzrhythmusstörung des Menschen dar [1]. Die Therapieoption der Ablation mittels zirkumferenzieller Pulmonalvenenisolation (PVI) unter ionisierender Strahlung weist hierbei ein erhöhtes Risiko für Folgeerkrankungen des medizinischen Personals auf [57, 129, 143-145]. Ferngesteuerte Katheterablationssysteme (RCS) sollen dem vorbeugen und der Sicherheit und Erfolgsrate der konventionellen manuellen Methodik nicht unterlegen sein [147, 148]. Diese Arbeit stellt die Durchführung eines Follow-Ups von Patienten nach Ablation mit dem RCS Amigo™ dar. Methodik: In diese Studie wurden Patienten mit paroxysmalen und persistierenden VHF retrospektiv eingeschlossen und am Campus Virchow Klinikum der Charité mithilfe des RCS abladiert. Als Vergleichskohorte dienten VHF-Patienten, welche mittels einer konventionellen manuellen Technik behandelt wurden. Als Studienendpunkte wurde eine Rezidivfreiheit von dokumentiertem VHF und atrialen Tachykardien (>30 Sekunden) nach 12 und 24 Monaten festgelegt. Zudem wurden sekundäre Endpunkte wie Frührezidive und Komplikationen untersucht. Ergebnisse: 28 Patienten wurden im Zeitraum vom 01.12.2012 bis 31.08.2013 mittels RCS abladiert. Ein vollständiges Follow-Up über 24 Monate war bei 26 Patienten möglich (Gruppe A). Die Vergleichskohorte (Gruppe B) bestand aus 52 Patienten. Die Gruppen zeichnete eine gute Vergleichbarkeit hinsichlich Geschlecht, Alter, BMI, VHF-Typ, CHA2DS2-VASc-Score, Größe des linken Vorhofs, linksventrikuläre Ejektionsfraktion, Medikation und Vorerkrankungen aus. Hinsichtlich der Frührezidive lagen keine signifikanten Unterschiede vor (A 38,5% vs. B 30,8%; p=0,612). Gruppe A erzielte im 12-Monats Follow-Up ein signifikant besseres Ergebnis der Rezidivfreiheit (A 80,8% vs. B 51,9%; p=0,025). Nach 24 Monaten war keine signifikante Überlegenheit der Gruppe A bezüglich der Rezidivfreiheit nachweisbar (A 53,8% vs. B 48,1%; p=0,810). Die 24 Monate des Follow-Ups überlebten alle Patienten der Gruppe B. In Gruppe A ist ein Patient kurz vor Beendigung des 2 Jahres Follow-ups an einer Pneumonie verstorben (p=0,333). Auf Seiten der manuell abladierten Gruppe traten häufiger und schwerere Prozedur-assoziierte Komplikationen auf (A 3,8% vs. B 9,6%; p=0,652). Schlussfolgerung: Die PVI-Therapie des paroxysmalen und persistierenden VHFs mittels des RCS Amigo™ war der manuellen Ablationsmethodik im Follow-Up über 12 Monate hinsichtlich der Rezidivfreiheit überlegen. Die Rezidiv-Langzeitanalyse über 24 Monate zeigte keine signifikanten Vorteile des RCS. Das RCS war der manuellen Methodik hinsichtlich der Komplikationsrate nicht unterlegen. Größere prospektive und multizentrische Studien sollten folgen, um diese Ergebnisse zu überprüfen.

HINTERGRUND: Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (alloHSZT) kann Leukämie heilen, ist jedoch assoziiert mit einer prolongierten Immundefizienz, die das Risiko für infektiöse Komplikationen steigert. Defekte in der Keimzentrumsreaktion führen vermutlich zur verlangsamten Rekonstitution von CD27 positiven Gedächtnis-B-Zellen, die eine wichtige Rolle für die Immunabwehr spielen. Konkrete Mechanismen dahinter sind jedoch kaum bekannt. METHODEN: Lymphozyten aus peripherem Blut von 35 Leukämie-Patienten wurden am Tag 180 und Tag 360 nach der alloHSZT per Durchflusszytometrie analysiert. Dabei wurden B- und T-Zell-Subpopulationen quantitativ bestimmt und die Expression von funktionellen Oberflächenmarkern ausgewertet. Zudem wurden B-Zellen von Tag 360 T-Zell-abhängig mit α-IgM/CD40L/CpG für zwei Tage stimuliert und die Menge der apoptotischen Zellen mit Annexin V/PI-Färbung untersucht. ERGEBNISSE: I.) Ein Jahr nach der alloHSZT wiesen alle Patienten trotz normalisierter Gesamt-B-Zellzahl einen Mangel an IgD-CD27+ Isotyp-gewechselten Gedächtnis-B-Zellen und IgD+CD27+ MZ-ähnlichen B-Zellen im Vergleich zur altersadaptierten Kontrollgruppe auf. Darüber hinaus waren ein Jahr nach der alloHSZT sowohl die Gesamtzahl der CD4+ T-Helferzellen als auch die Zahl der CD4+CXCR5+ follikulären Gedächtnis-T-Helferzellen signifikant vermindert. II.) Naive B-Zellen zeigten verminderte CXCR5- und HLA-DR-Expressionen am Tag 360. Dies weist auf eine reduzierte Fähigkeit zur Migration in den Lymphfollikel und zur Antigenpräsentation hin. Die Expression des BAFF-R war in allen B-Zell-Subpopulationen vermindert, was eine Auswirkung auf das Überleben und die Homöostase der B-Zellen haben könnte. Die inflammatorischen Marker CD86 und CXCR3 waren am Tag 180 signifikant höher expremiert. Im Verlauf normalisierten sie sich in nahezu allen B-Zell-Subpopulationen, nicht jedoch in den Gedächtnis-B-Zellen. III.) Am Tag 360 zeigte sich nach in vitro Stimulation eine gesteigerte Apoptose der B-Zellen von alloHSZT-Patienten im Vergleich zu den Kontrollprobanden. Damit ging eine erhöhte Expression von Fas in nahezu allen B-Zell-Subpopulationen einher. SCHLUSSFOLGERUNG: Mögliche Mechanismen für Keimzentrumsdefekte nach der alloHSZT sind ein systemisches inflammatorisches Milieu sowie eine reduzierte Migrationskapazität und eine erhöhte Apoptoseneigung nach Stimulation bei den B-Zellen. Die Ergebnisse weisen eine bis zu über ein Jahr nach der alloHSZT bestehende Gedächtnis-B-Zell-Immundefizienz aus und unterstreichen die Wichtigkeit der Überprüfung von Immunantworten auf Impfungen.

Purpose: Antibody-mediated rejection (ABMR) has been recognized as a major cause of graft loss. Early diagnosis is crucial for the effective treatment of patients with ABMR. Detecting the blood expression of interferon-stimulated gene (ISG) might offer a non-invasive way to differentiate patients with ABMR from patients with stable graft function (SGF), urinary tract infection (UTI), T cell-mediated rejection (TCMR) and interstitial fibrosis/tubular atrophy (IFTA). Methods: A total of 185 adult kidney transplant recipients were recruited, including ABMR (n=20), SGF (n=51), UTI (n=17), Borderline (BL) (n=22), TCMR type I (n=19), TCMR type II/III (n=26) and IFTA (n=30) patients. Total RNA was isolated from the whole blood of patients at the time of biopsy. Quantitative real-time PCR and ELISA were performed to measure the expression levels of ISGs, which included IFIT1, IFIT3, RSAD2, ETV7, IFI44, IFI44L. The mRNA and protein expression levels of ISGs in different patient groups were compared with each other by the Mann-Whitney U test. Receiver operating characteristics (ROC) analysis was performed to assess the diagnostic value for those markers distinguishing ABMR patients from other patients. Results: mRNA expression levels of IFIT1, IFIT3, RSAD2, ETV7 were significantly up-regulated in the blood of ABMR patients compared to the SGF group (P<0.05). The protein expression of these genes showed no significant differences compared to those of the SGF group (P>0.05). The ETV7 mRNA expression level in ABMR was significantly higher than in the SGF, BL, TCMR type II/III groups and significantly lower in the UTI group (P<0.05). The area under the ROC curve (AUC) for ETV7 mRNA expression distinguishing ABMR from all other groups is 0.69 (95% CI: 0.60-0.78, P=0.006) with a sensitivity of 0.95 and a specificity of 0.50. The AUC for ETV7 mRNA expression distinguishing the ABMR group from the SGF group is 0.83 (95% CI: 0.74-0.92, P<0.001) with a sensitivity of 0.95 and a specificity of 0.70. Conclusions: The measurement of the ETV7 mRNA expression level might offer a novel and non-invasive approach for differentiating ABMR from other complications after kidney transplantation.

Hintergrund: Das Ovarialkarzinom ist das gynäkologische Malignom mit der schlechtesten Prognose mit einer 5-Jahresmortalität von 30-40 %. Es fehlen Tumormarker für die Früherkennung, Zielmoleküle im Sinne einer „targeted therapy“ und Marker zur Prognose- und Therapieabschätzung für eine individualisierte Therapie. Die Adhäsionsmoleküle ICAM-1 und VCAM-1 sind Zellmembranproteine, die bei der Kommunikation zwischen Zellen und Matrixgewebe und bei der Zellmigration jenseits des Epithels, welches die Grundlage für eine Metastasierung darstellt, eine entscheidende Rolle spielen. Aufgrund dieser Funktionen sind sie daher ein erfolgversprechendes Zielmolekül. Für zahlreiche andere Malignome konnte eine abnorme ICAM-1 und VCAM-1 Expression gezeigt werden. Ziel dieser Untersuchung war die Evaluation der Bedeutung von ICAM-1 und VCAM-1 für das epitheliale Ovarialkarzinom (EOC). Material, Methoden und Ergebnisse: 231 Gewebe- und Plasmaproben von Patientinnen aus dem OVCAD-Register mit fortgeschrittenem EOC wurden auf die Proteinexpression von ICAM-1 und VCAM-1 mittels ELISA untersucht. Es erfolgte eine Korrelation im Plasma und Gewebe und mit etablierten Prognosefaktoren für das EOC. Abschließend wurde die prognostische Bedeutung der Proteinexpression für das Gesamtüberleben (OS) und das progressionsfreie Überleben (PFS) evaluiert. In jeder untersuchten Probe konnten ICAM-1 und VCAM-1 nachgewiesen werden. Die mediane Konzentration im Gewebe lag für ICAM-1 bei 766 ng/ml (Range: 16,7-2061 ng/ml) und für VCAM-1 bei 279 ng/ml (Range: 1,59-1141 ng/ml). Im Plasma lagen die Werte für ICAM-1 bei 353 ng/ml (Range: 135-966 ng/ml) und für VCAM-1 bei 1451 ng/ml (Range: 539-3894 ng/ml). Die VCAM-1 Expression korrelierte mit der von ICAM-1 im Plasma (ρ = 0,275, p < 0,0001) und im Gewebe (ρ = 0,62, p < 0,001). Bei der Korrelation mit den klassischen Prognosefaktoren zeigte sich für ICAM-1 im Gewebe eine negative Assoziation mit dem Alter (p = 0,036) und eine positive mit CA-125 (p = 0,026), FIGO-Stadium (p = 0,032), Vorhandensein von Aszites (p = 0,018) und Metastasen (p = 0,036). Nach Adjustierung für die klassischen Prognosefaktoren in der multivariaten Analyse konnten ICAM-1 im Gewebe (p = 0,042) und VCAM-1 im Gewebe (p = 0,001) als unabhängige Prognosefaktoren für das PFS identifiziert werden. Eine prognostische Bedeutung für das OS konnte nicht gezeigt werden. Schlussfolgerung: Die Proteinexpression im Plasma korrelierte nicht mit der im Gewebe und hatte keine prognostische Bedeutung für das OS oder PFS. Die ICAM-1 und VCAM-1-Expression im Gewebe konnte als unabhängiger Prognosefaktor für das PFS identifiziert werden und kann spezifisch für das Ovarialkarzinom sein. ICAM-1 im Gewebe korrelierte mit fünf etablierten Prognosefaktoren. Die hier erhobenen Ergebnisse müssen nun in einer prospektiven Studie mit einer größeren Patientenzahl bestätigt und weiter differenziert untersucht werden.

Eine gesunde, ausgewogene Lebensweise und ein gutes soziales Standing sind bedingt durch funktionsfähigen, hochästhetischen Zahnersatz. Auch das steigende Bewusstsein für den eigenen Körper erhöht die Forderungen der Patienten nach hochästhetischem und metallfreiem Zahnersatz. Aktuell wird die vollkeramische Versorgung durch CAD/CAM basierte Fertigung von Monolithen und Gerüsten, die nachfolgend mit einer Verblendkeramik individualisiert werden müssen, erreicht. Es kommt immer noch zu Chipping und Gerüstfrakturen. Um dem entgegenzuwirken, hat sich diese Arbeit damit befasst, monolithische und hierarchisch geschichtete Käppchen unter Verwendung der Elektrophorese herzustellen und zu untersuchen. Es wurden verschiedene Setups mit individuellen Parametern erstellt, bei denen unterschiedliche Suspensionen zum Einsatz kamen. Es war dadurch möglich Monolithe, zu denen auch gesteuert poröse Käppchen zählen, aus verschiedenen Suspensionen zu produzieren. Anschließend wurden hierarchische Käppchen elektrophoretisch erzeugt, deren jeweilige Innen- bzw. Außenschicht auf die weitere strukturelle Funktion, wie zum Beispiel das adhäsive Befestigen zum Zahn oder ein verbesserter Haftverbund zur Verblendkeramik, abgestimmt wurde. Für die Suspensionen kamen nanoskalige Oxidkeramikpulver (Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid) zum Einsatz. Diese wurden mit absolutem Ethanol und Benzoesäure dispergiert. Teilweise wurden verschiedene Zusätze und Binder wie Butvar B 98, Tulopur 4000 oder Optapix PAF 46 hinzugefügt. Unter Anwendung der Nanoindentation konnte eine literaturbeschriebene Festigkeit des elektrophoretisch erzeugten Zirkongerüstes belegt werden. Es konnte ein druckknopfartiger Verbund von Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid nach dem Sintern im Rasterelektronenmikroskop beschrieben werden. Die einzelnen hierarchischen Schichten waren fest mit einander verbunden und es kam zu keinen strukturellen Trennungen bzw. Ablösungen der jeweiligen Schichten. Ein gesteigerter Haftverbund von 37,1 % von Zirkoniumdioxidgerüst und Verblendkeramik konnte unter Durchführung eines Druck-Scher-Versuches nachgewiesen werden. Der Test nach ISO 9693-2 belegt, dass unter Anwendung des neuentwickelten Bonders zuerst die Verblendkeramik nachgibt, während der Haftverbund noch intakt ist. Somit konnte gezeigt werden, dass eine hierarchische Strukturierung von dreidimensionalen Gerüstkeramiken möglich und umsetzbar ist. Modifizierte Schichten von Oxidkeramiken sind an ihrer Oberfläche ätzbar und sorgen somit für einen besseren Haftverbund zum Zahn und einer festeren Verbindung zur Verblendung. Auch die Einlagerung von Poren in die Gerüstkeramik konnte in Ansätzen gezeigt werden.

Einleitung: Die radikale vaginale Trachelektomie (RVT) stellt eine revolutionäre fertili-tätserhaltende Behandlungsoption für junge Patientinnen mit Zervixfrühkarzinom dar. Aufgrund von hohen Frühgeburtsraten und nicht zu unterschätzenden operativen Kom-plikationen ist die RVT jedoch nicht unumstritten. Die Morbidität wird dabei u. a. durch die Parametrienresektion bedingt. Die onkologische Relevanz der Parametrektomie im Frühstadium des Zervixkarzinoms ist derzeit unklar. Nur wenige Studien haben bis dato das resezierte parametrane Gewebe der RVT standardisiert untersucht. Daher ist das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Größe der Parametrien von RVT-Präparaten zu be-stimmen. Gleichzeitig sollen die Einflussfaktoren auf die Parametriengröße untersucht und abschließend der Einfluss der resezierten Parametriumgröße auf das onkologische Outcome des Kollektivs beurteilt werden.

Methodik: Das Studienkollektiv umfasst 122 Patientinnen mit Zervixfrühkarzinom, die im Zeitraum von Mai 2010 bis Dezember 2014 an zwei verschiedenen Standorten der Cha-rité-Universitätsmedizin Berlin eine RVT in Kombination mit einer pelvinen Lymphadenektomie erhielten. Die Daten wurden retrospektiv aus den elektronischen Krankenakten der Patientinnen extrahiert und mit Fokus auf das parametrane Gewebe ausgewertet. Die statistische Auswertung erfolgte mit IBM® SPSS® Statistics 24. Sie beinhaltete neben den deskriptiven Analysen auch den Mann-Whitney-U-Test, den Kruskal-Wallis-Test, den Wilcoxon-Test, die Rangkorrelation nach Spearman sowie die Kaplan-Meier-Methode.

Ergebnisse: Der pathologische Befundbericht beinhaltete in nur 37,7% der Fälle eine detaillierte Beschreibung der Parametrien, in 18,9% der Fälle wurde das Parametrium unpräzise als „spärlich“ beschrieben, in 4,9% der Fälle wurde kein Parametrium reseziert und in 38,5% gab es im pathologischen Befund keinerlei Angaben zum parametranen Gewebe. Insgesamt konnte eine Parametrektomie bei 56,6% der Patientinnen erreicht werden. Dabei stellte sich ein signifikanter Einfluss des BMIs, des Operateurs und des Operationsortes auf die resezierte Parametriumgröße dar. In einer medianen Follow-up-Zeit von 23 Monaten (IQR: 13,3 – 37) trat ein Rezidiv auf (0,82%, 1/122). Es fand sich keine Assoziation zwischen der resezierten Parametriumgröße und dem onkologischen Outcome der Patientinnen. Das einzige Rezidiv trat bei einer Patientin mit reichlich rese-zierten Parametrium auf.

Schlussfolgerungen: Die vorliegenden Daten zeigen sowohl eine Heterogenität der Größe der Parametrienresektion als auch eine uneinheitliche, unvollständige Befundung der RVT-Präparate. In unserer Analyse lässt sich kein Vorteil für die Patientinnen erken-nen, bei denen viel parametranes Gewebe reseziert wurde. Damit lässt sich die Frag-würdigkeit der Parametrektomie beim Zervixfrühkarzinom unterstreichen. Die histopathologische Aufarbeitung des parametranen Gewebes am RVT-Präparat sollte standardisiert erfolgen. Dadurch soll die Vergleichbarkeit der Resektate gewährleistet werden, damit zukünftig validere Aussagen zur Relevanz der Parametrienresektion beim Zervixfrühkarzinom getroffen werden können.

Der systemische anti-inflammatorische Effekt des kontrollierten Fastens konnte bei Patienten mit Metabolischem Syndrom (MetS) gezeigt werden. Ob diese anti-inflammatorische Wirkung ebenfalls einen Einfluss auf orale Gewebe hat, ist bislang nicht geklärt. Ziel dieser klinischen prospektiven Kohortenstudie war es daher, den Effekt des klinisch-kontrollierten Fastens auf parodontale Entzündungsparameter zu untersuchen. Siebenundvierzig Patienten mit MetS wurden zwischen August und November 2016 nach schriftlicher Einwilligung rekrutiert. Alle Patienten wurden zur kontrollierten Durchführung eines multimodalen Fastenprogramms nach Buchinger mit maximal 300 kcal/Tag für 14 Tage stationär betreut. Die Mundhygiene blieb über den Studienzeitraum unbeeinflusst. Folgende parodontale Parameter wurden von zwei kalibrierten Untersuchern erhoben: Blutung auf Sondieren (BOP), Sulkusflüssigkeitfließrate (SFFR) und Plaqueindex (PI). Weiterhin wurden C-reaktives Protein (CRP), Blutdruck (BD), Taillenumfang (TU), Nüchternglukose (NGLU), Triglyzeride (TRG) und High-density Lipoprotein (HDL) vor dem Fastenbeginn (T1) und am letzten Fastentag ±1 Tag (T2) bestimmt. Die statistische Analyse erfolgte mittels Mann-Whitney-U Test, Wilcoxon Test und Korrelationsanalyse nach Spearman. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden Daten von 28 Frauen ausgewertet. Die parodontalen Entzündungsparameter reduzierten sich signifikant nach dem Fasten im Vergleich zur Ausgangssituation (BOP 39 % - 33,1 % (p<0,001), SFFR 73,9 PE - 59,3 PE (p<0,05)). PI und CRP blieben unverändert (PI 69,2 % - 69,3 % (p=0,446), CRP 4,2 mg/l - 4,9 mg/l (p=0,178)). Die metabolischen Parameter verringerten sich signifikant verglichen mit den Ausgangswerten (BD systolisch 135 mmHg - 120 mmHg, distolisch 80 mmHg - 75 mmHg (<0,001), TU 111 cm - 107 cm (p<0,001), NGLU 99,1 mg/dl - 76,6 mg/dl (p<0,001), TRG 173,7 mg/dl - 135,2 mg/dl (p<0,001), HDL 50,3 mg/dl - 46,4 mg/dl (p=0,002)). Das Ausmaß der Blutungsreduktion korrelierte signifikant mit den Anfangswerten der Nüchternglukose (r=0,37, p=0,049) und mit der Gewichtsreduktion (r=0,4, p=0,04). Das klinisch-kontrollierte prolongierte Fasten reduzierte die parodontalen Entzündungsparameter BOP und SFFR trotz unveränderter Mundhygiene und hohem PI. CRP als systemischer Biomarker war kein Prädiktor für die gemessenen parodontalen Entzündungsprozesse. Weiterführende Studien sind erforderlich, um den Einfluss des kontrollierten Fastens im Rahmen der Parodontitistherapie genauer zu untersuchen.

The biomechanical properties of the brain play an important role in vital functioning and disease development. Over the last decade, cerebral magnetic resonance elastography (MRE) has emerged as a valuable imaging technique, revealing important characteristics of tissue biomechanics in disease and health. However, state-of-the-art mouse brain MRE is limited by time-consuming multi-shot acquisition techniques and noise-sensitive single-frequency image reconstruction methods. Therefore, the purpose of this PhD project was the development of multifrequency mouse brain MRE based on a single-shot acquisition technique and noise-robust tomoelastography post-processing for high-resolution stiffness mapping. The feasibility of the method was demonstrated using three in vivo studies. In the first study, shear wave speed (SWS) as a surrogate of stiffness in different areas of the brain was measured. In the second study, the effect of body temperature on biophysical parameters of murine brain tissue was investigated in the normothermic to hypothermic range. Tomoelastography was combined with arterial spin labelling and diffusion-weighted imaging in order to determine the relationship between tissue stiffness, perfusion and diffusion. In the third study, mechanical brain alterations were continuously monitored during the critical phase of death in a mouse model of hypoxia. In ten animals, we quantified regional dependent SWS of 2.9 ± 0.2 m/s, 4.9 ± 0.5 m/s, 4.8 ± 0.8 m/s and 3.5 ± 0.3 m/s for the corpus callosum, hippocampus, diencephalon and cortex. In a group of six animals, we found that SWS decreased from hypothermia (28 ± 0.5 °C) to normothermia (38 ± 0.5 °C) by 6.2%, 10.1% and 7.4% in the whole brain, cortex and hippocampus, respectively. These SWS decreases were correlated with changes in water diffusion (30% increase) and blood perfusion (60% to 90% increase). Furthermore, in fourteen animals, brain death led to a 6% increase of SWS in the whole brain and 9% in the hippocampus when compared to in vivo values. Our novel multifrequency MRE method with tomoelastography processing provides mouse brain stiffness maps within shorter scan times and with greater detail resolution than a conventional MRE. Short scan times, in the order of only 40 seconds, open new horizons for continuous stiffness monitoring during different pathological processes in vivo. Clinical relevant biophysical processes in the brain, such as hypothermia and hypoxia, and the critical phase of brain death were monitored and investigated for the first time. The results show that stiffness varies across sub-regions in the murine brain, is inversely correlated with water diffusion and blood perfusion, and increases in hypoxia towards brain death. The new method contributes to the growing understanding of mechanical signatures of brain tissues and is potentially of great value for future studies of in vivo brain mechanical properties in health and disease.