The eyelid occupies a special position as a tumor site and represents a surgical challenge. The safety distances specified in guidelines for surgical resection of skin tumors usually cannot be complied with at the eyelid. Massive restrictions of eyelid function, blindness as well as extreme esthetic losses would be the consequence. Therefore, an individual approach is required for the eyelid. In malignant eyelid tumors, following the R0 resection (as much as necessary), the preservation of eyelid function by sparing tissue resection (as little as possible) is the top priority. There are varying recommendations on safety margins for eyelid malignancies, but no guidelines with clear definitions. Overall, there is a high degree of heterogeneity in eyelid tumor surgery. Due to the rarity of eyelid malignancies, little knowledge exists regarding long-term functional outcomes contingent on tumor entity and reconstructive procedure. In this study, functional rehabilitation and complications after surgical excision of rare malignant eyelid tumors (actinic keratosis, squamous cell carcinoma, sebaceous and Merkel cell carcinoma, lentigo maligna, and malignant melanoma) and reconstructions of the resulting eyelid defects are analyzed and compared between each other as well as with the predominant basal cell carcinoma. The data were collected in the eye clinic of the Charité Berlin, Campus Virchow for a period of 10 years (2006 to 2015) and based on 109 patients with malignant primary tumors of the eyelid retrospectively analyzed and evaluated. The following three hypotheses are discussed and answered: Firstly, visual acuity is preserved in the majority of patients, secondly, functional limitations after tumor removal and eyelid reconstruction are unavoidable, and lastly, recurrences develop more frequently than in basal cell carcinoma. Overall, very good results were obtained. The hypotheses can be confirmed, although visual acuity slightly worsened on average postoperatively. Most complications could be corrected well and satisfactorily by conservative measures or minor follow-up surgery. The eyelid tumors evaluated have a higher risk of recurrence and more 9 aggressive growth and spread behavior than basal cell carcinoma. The results are then discussed and compared with other work. Moreover, the discussion comprises the perioperative visual acuity and the special position of tumor localization at the eyelid as well as the surgical approach in eyelid tumor surgery. With the help of larger amounts of data, new treatment recommendations and, in the long-run, potentially even guidelines for a more uniform surgical procedure and an optimized therapy could be established. A database for eyelid malignancies as well as the establishment of a nationwide or even international registry for the different malignant eyelid tumors could contribute to this.
View lessInfection with SARS-CoV-2 presents with a highly variable clinical picture, ranging from asymptomatic cases over flu-like symptoms to severe organ damage, respiratory failure, and death. Higher age and different preexisting medical conditions are risk factors for severe disease, but early clinical risk stratification posed a special challenge due to the high variability in clinical presentation. Thus, it was crucial to quickly identify the pathophysiology of COVID-19 and enable accurate classification of disease severity and outcome prognosis.
Tandem mass spectrometry (MS/MS)-based plasma proteomics allows for a comprehensive characterization of the host response to a pathogen, enabling inference about the underlying pathophysiology. Within the Pa-COVID-19 study, we analyzed a total of 881 plasma proteomes from 280 patients, complemented by extensive data on demographics, disease severity, and 85 routine laboratory parameters.
We collected unbiased plasma proteomes from 139 patients at 687 longitudinal sampling timepoints and quantified a total of 321 protein groups, 189 of which were present in >99% of samples. We identified various correlations between acute-phase proteins and clinical laboratory markers of inflammation and organ damage (e.g., creatinine or NT-proBNP). 113 proteins and 55 routine laboratory markers correlated with disease severity. Several proteins, mainly indicating inflammation and coagulation, were differentially expressed depending on age, offering insight into the age-dependent pathogenesis of severe COVID-19.
Next, we examined the prognostic potential of plasma proteomics using different machine learning models. Based on proteomic and clinical measurements, we accurately predicted current disease severity. For critically ill patients, we were able to predict their survival or death based on a single measurement at an early timepoint, with a median of 39 days before the outcome (AUROC = 0.81). Validation of the model on a completely independent cohort yielded almost perfect classification (AUROC = 1.0).
To translate these results to the clinical routine, we identified 50 relevant peptides and developed a multiple reaction monitoring (MRM)-based peptide panel assay, which we validated in two additional cohorts of 30 (citrate plasma) and 164 (EDTA plasma) patients, and which can be applied in routine laboratories.
In summary, applying MS-based proteomics we successfully identified relevant pathophysiological mechanisms of COVID-19, allowing for accurate disease severity classification and outcome prognosis. These results should now be validated in larger cohorts, simultaneously we are expanding the peptide panel assay for use in other infectious diseases including mpox, bacterial pneumonia, and malaria.
View lessKopfschmerzerkrankungen wirken sich negativ auf die gesundheitsbezogene Lebens-qualität (hrQOL) aus. Psychiatrische Komorbiditäten können die Beeinträchtigung zusätz-lich verstärken. Spezifische Ängste bei Migräne mit Aura, wie die Auraangst (AA), wurden bisher nicht beschrieben. Die Erhebung der hrQOL bei Kopfschmerzpatient:innen ist ein wichtiger Aspekt der Therapieplanung, sowie ein häufiger Endpunkt bei der Bewertung von Studienergebnissen. Der „Comprehensive headache-related Quality of life Question-naire“ (CHQQ) ist ein im Original ungarischer hrQOL-Fragebogen zur Anwendung bei primären Kopfschmerzerkrankungen. Ziel dieser Arbeit war die Übersetzung und Validie-rung des CHQQ, sowie die Untersuchung der AA und ihrer Auswirkung auf die kopf-schmerzbezogene hrQOL und Beeinträchtigung. Der deutsche CHQQ wurde in einer Gruppe von 287 Kopfschmerzpatient:innen mit Migräne (n = 120), Clusterkopfschmerzen (n = 107) und hochfrequenten bis chronischen Spannungskopfschmerzen (n = 60) der Kopfschmerzambulanz der Charité eingesetzt und validiert. Berechnet wurde die Validität, Reliabilität und die Dimensionen- bzw. Faktoren-struktur des CHQQ. Zur Erhebung der AA, welche in pathologischer Ausprägung als Aura-phobie (AP) klassifiziert wurde, erfolgte die Durchführung einer Online-Umfrage zu aurabezogenen Ängsten unter 383 Migränepatient:innen mit Aura. Erhoben wurden die Prävalenz, Charakteristika und Einflussfaktoren der AA und AP. Untersucht wurde der Einfluss der Aura-Charakteristika und verschiedener behavioraler, emotionaler und kog-nitiver Faktoren auf die AA und AP, sowie die Auswirkung auf die kopfschmerzbedingte Beeinträchtigung (MIDAS, HIT-6TM). Eine abschließende Pilotstudie untersuchte den Ein-fluss der AA auf die kopfschmerzbedingte Beeinträchtigung (HIT-6TM) und hrQOL (CHQQ, SF-36v2®) bei Migränepatient:innen mit AA (n = 40) und ohne AA (n = 49). Die deutsche Übersetzung des CHQQ zeigte eine gute bis exzellente interne Kon-sistenz für das Gesamtinstrument (Cronbach´s Alpha 0,925) und seine Dimensionen. Die Validität des CHQQ ist unter Einbeziehung der Gesamtstichprobe und der diagnostischen Subgruppen ebenfalls als gut bis exzellent einzuschätzen, während die Ergebnisse der Gruppe mit Spannungskopfschmerzen und der Gruppe mit episodischem Cluster inner-halb einer Episode vergleichsweise weniger gut ausfielen. Die Prävalenz der AA lag in der Stichprobe bei 42,3 % (7,6 % für AP), wobei sie insbesondere durch Gesundheits-ängste, Vermeidungsverhalten und selektive Körperaufmerksamkeit charakterisiert und durch die Aurakomplexität beeinflusst wird. Die Ergebnisse verweisen auf eine signifikant schlechtere kopfschmerzbedingte hrQOL bei Migränepatient:innen mit AA im Vergleich zu solchen ohne AA. Die psychometrischen Eigenschaften des deutschen CHQQ erwiesen sich als an-gemessen und für den klinischen Einsatz geeignet. Die AA zeigt eine hohe Prävalenz mit negativen Auswirkungen auf die hrQOL. Sie sollte besser untersucht und in der Therapie berücksichtigt werden.
View lessHerausnehmbare kieferorthopädische Apparaturen werden sowohl während der aktiven Be-handlung als auch zur Retention angewendet. Nach Insertion in die Mundhöhle werden die künstlich eingebrachten Oberflächen von Biofilm, der Pathogene wie Bakterien, Viren, Pilze und Protozoen beherbergt, besiedelt. Um Erkrankungen der lokalen Hart- und Weichgewebe sowie systemische Erkrankungen zu verhindern, muss der Biofilm entfernt werden. Eine Möglichkeit ist die Reinigung mit Hilfe von chemischen Reinigern in Form von selbsttätigen Reinigungstabletten. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Reinigungsleistung dreier Zahnspangenreiniger und des Kontrollmediums Leitungswasser geprüft und verglichen. Die Untersuchungen fanden dabei an einem sieben Tage in vivo gereiften Biofilm statt. Dies zielte auf neue Erkenntnisse zur Wirksamkeit selbsttätiger chemischer Reiniger ab und sollte die Lücke zu vorhandenen Studien schließen, die die Effektivität dieser Reiniger bislang ausschließlich an wenige Tage alten weichen Belägen untersuchten. Die Ermittlung der Reinigungsleistung erfolgte mit Hilfe der modifizierten OPA-Methode, einer quantitativen Proteinmessmethode. Hierzu wurden 80 Prüfkörper, bestehend aus jeweils zwei PMMA-Prüfkörperhälften, in vivo sieben Tage lang von Biofilm besiedelt. Eine Prüfkörperhälfte wurde zur Bestimmung des Proteingehalts ohne Reinigungsprozess herangezogen, während die andere Prüfkörperhälfte randomisiert mit Hilfe eines Zahnspangenreinigers (Retainer Brite®, Kukis® Xpress und Dontodent) oder Leitungswasser gereinigt wurde. Als Indikator für die Reinigungsleistung diente die nach Reinigung nachweisbare Proteinmenge im Vergleich zur Proteinmenge in der ungereinigten Kontrollgruppe. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen dar, dass chemische Reiniger in Form von selbsttätigen Reinigungstabletten nur einen begrenzten Anteil eines sieben Tage alten Biofilms entfernen. Retainer Brite®, der in dieser Untersuchung effektivste Zahnspangenreiniger, führte zu einer Proteinreduktion um MW 54,5 ± 7,1 % und ließ somit knapp die Hälfte des Biofilms mitsamt den potenziell pathogenen Mikroorganismen zurück. An seit längerem verschmutzten kieferorthopädischen Apparaturen führen die untersuchten Reiniger zu keiner vollständigen Sauberkeit der Geräte und sollten folglich nicht als alleinige Maßnahme angewendet werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich chemische Zahnspangenreiniger in ihrer Reinigungsleistung signifikant voneinander unterscheiden können.
View lessIntroduction. Psychosis is a debilitating mental state characterized by hallucinations and delusions. Recent developments in computational and cognitive neuroscience may help to elucidate the mechanisms underlying this complex disorder. The Bayesian Brain theory views the brain as actively generating perception from the combination of prior predictions (priors) and sensory data (likelihoods). In psychosis, this normative process may be altered so that perception is biased towards sensory data on lower levels of the cortical hierarchy. This lack of low-level constraint may be compensated by overly precise prior predictions on more abstract, cognitive levels. While conceptually successful, direct empirical tests of Bayesian accounts of psychosis remain sparse, a research gap which I aimed to address with my thesis work. Methods. Study I consisted of two psychophysics paradigms, designed to study the effects of low- vs. high-level prior information on auditory- and visual perceptual decision-making, respectively. We investigated the associations between individual psychosis proneness score (PPS) in the general population and the weighting of differential types of prior information. In Study II, we assessed the reliance on prior information vs. sensory data in a bistable perception paradigm. Patients with paranoid schizophrenia and healthy controls viewed bistable stimuli with graded amounts of disambiguating sensory information. Results. Study I showed that the influence of low-level prior information reduced with increasing psychosis proneness in the general population across modalities. In agreement with Study I, results of Study II suggest an increased reliance on sensory data and a shift away from prior information in patients with paranoid schizophrenia compared to healthy controls. Conclusions. In conclusion, we observed reduced reliance on low-level prior information relative to the sensory evidence in both patients with paranoid schizophrenia and psychosis prone individuals in the general population. This finding replicated across different stimuli, task modalities, experimental settings, and study populations. It thus provides empirical support for recent conceptual- and computational models of psychosis. To bridge the gap to patient care, future experimental- and interventional research is needed to understand the neural correlates of reduced low-level priors in psychosis, with inferior frontal cortex as a candidate region for aberrations of conscious experience.
View lessHintergrund Das Melasma ist eine verbreitete dermatologische Erkrankung, die aufgrund ihrer Prädilektionsstellen im Bereich der sichtbaren Haut das emotionale Wohlbefinden und die allgemeine Lebensqualität der Betroffenen einschränken kann. Ein breites Spektrum an medizinischen, kosmetischen und pflanzlichen Therapieoptionen, bei nach dem heutigen Stand uneinheitlichen Ergebnissen und häufigen Rückfällen, erschwert die Auswahl der am besten geeigneten Behandlung.
Ziel Ziel war es, randomisierte, kontrollierte, verblindete Studien zur topischen, selbstapplizierten Therapie bei Melasma systematisch auszuwerten und kritisch zu beurteilen.
Methodik Eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse wurden im Einklang mit der Cochrane-Methodik und den Empfehlungen der Arbeitsgruppe GRADE erstellt. Es erfolgte eine systematische Literaturrecherche der elektronischen Datenbanken MEDLINE und Cochrane CENTRAL. Um eingeschlossen zu werden, mussten die folgenden Einschlusskriterien erfüllt sein: Eingeschlossen wurden randomisierte, kontrollierte Studien (RCT) mit mindestens 15 Teilnehmer*innen pro Studienarm, in denen ausdrücklich die Methode zur Erstellung der Randomisierungssequenz angegeben wurde und die Ergebnisbewertung verblindet war. Die Daten eingeschlossener Studien wurden, sofern möglich, gepoolt und metaanalysiert.
Resultate Die systematische Literaturrecherche erzielte 1078 Treffer, von denen 36 Studien ein-geschlossen wurden. Die 47 berichteten Vergleiche von Interventionen zur Behandlung des Melasmas umfassen medizinische, kosmetische und pflanzliche Therapieoptionen. Für eine Vielzahl von Interventionen waren Direktvergleiche verfügbar, deren Ergebnisse jedoch heterogen waren. Ein Pooling von Daten war möglich für die Vergleiche von Tranexamsäure vs. Hydrochinon und Cysteamin vs. Placebo. Das Vertrauen in die Effektschätzer reichte von sehr gering bis hoch.
Schlussfolgerung Die Ergebnisse zeigen, dass die etablierten Therapieoptionen Dreifachkombinationscreme, bestehend aus Fluocinolonacetonid, Hydrochinon und Tretinoin, sowie ihre Einzelkomponenten Hydrochinon und Tretinoin zu einer Aufhellung des Melasmas führen. Es gibt Hinweise, dass die Verwendung eines Breitspektrum-Sonnenschutzmittels, das sowohl das ultraviolette als auch das sichtbare Lichtspektrum abdeckt, die Wirksamkeit der Behandlung mit Hydrochinon erhöht. Wir konnten weitere vielversprechende medizinische, kosmetische und pflanzliche Behandlungsansätze identifizieren. Es sind weitere RCTs erforderlich, in denen die etablierten topischen Therapien verglichen werden, sowie Studien, die deren langfristige Wirksamkeit untersuchen, um unser Wissen über die geeignete Therapie zu erweitern.
View lessConsidering the severity and the rapid progress of autoimmune encephalitides, an early diagnosis is essential. To facilitate diagnosis, we aim to create a deeper understanding of the condition. Therefore, we systematically review imaging alterations occurring in different subtypes of auto- immune encephalitis. Our goal is to find patterns in these changes with possible relation to the patients’ clinical features. Here, we focus on autoimmune conditions caused by autoantibodies targeting neuronal cell surface structures, as these show a significantly better outcome after early diagnosis and treatment. We first defined a search query and set up inclusion/exclusion criteria for the articles. We used PubMed and Google Scholar for articles published from 2007-2021, with a dedicated query for each autoantibody. The reports were summarized in tables regarding the neuroimaging findings in relation to their timing, the patients’ demographics, and symptoms. We then visualized our results graphically. In a meta-analysis with the MetaXL statistics package, we derived a hetero- geneity analysis and assessed the risk of bias to obtain a pooled summary. Of 1,748 articles identified, 177 were included in our meta-analysis. This translates into a total of 5,050 patients. The pooled prevalence of MRI changes for each autoimmune encephalitis subtype varies from 0.11 (CI: 0-0.33) for igLON5 disease to 0.86 (CI: 0.7-0.97) for AMPAR encephalitis. We find that nearly all heterogeneity values obtained in our pooling analysis are still high and show a considerable variation (I2 0-90 %). Our results imply that pooling all antibodies in summa- rized studies is still challenging. This could be due to several factors, such as the diverse under- lying pathologies or the small number of patients currently included in the studies. However, our results confirm the findings of prior, smaller meta-analyses and further enhance their results. When pooling the prevalence of MRI changes over all subtypes collectively, the statistical findings of our meta-analysis are in excellent agreement with the results in the most recently published studies.11 To explore whether the heterogeneity is lower when considering a different subset of the imaging data, we analyzed the MRIs of the post-acute disease stage. This was only feasible for the two encephalitis subtypes with the most published cases (NMDAR and LGI1). For LGI1 encephalitis, we found similar heterogeneity between the studies reporting acute and post-acute MRI changes (I2 76 % vs. 74 %), while for NMDA, encephalitis I2 was significantly lower (I2 73 % vs. 61 %). The encephalitis subtype where we found the most significant result was anti-GABAb encephalitis. Here we detected a high pooled prevalence of MRI changes (0.63) associated with a low hetero- geneity (I2 19 %) while including a larger number of studies (12).
View lessEinführung Neurogene heterotope Ossifikationen (HO), welche im Rahmen von Querschnittlähmungen (QSL) auftreten können, führen durch Schmerzen und Bewegungseinschränkungen zur Minderung der Lebensqualität. Bei einer vollständig ausgereiften HO ist die operative Behandlung die letzte Option und mit einer hohen Komplikationsrate assoziiert. Präventionsmaßnahmen zur Verhinderung des Auftretens von neurogenen HO sind bisher wenig bekannt. Ziel der Arbeit war die Untersuchung eines potenziell präventiven Effektes von Ibuprofen unter Berücksichtigung der Verträglichkeit und Sicherheit auf das Vorkommen von HO.
Methoden In die retrospektive Studie wurden 324 Patient*innen ab 14 Jahren eingeschlossen, welche zwischen Oktober 2010 und Dezember 2017 eine traumatische QSL erlitten haben und im BG Klinikum Unfallkrankenhaus Berlin behandelt wurden. Es wurden zwei Therapiegruppen (optimales Therapieschema vs. abweichendes Therapieschema) hinsichtlich des Auftretens von HO durch Propensity Score Matching, Cox-Regression und Kaplan-Meier-Analyse untersucht. Darüber hinaus wurden unerwünschte Ereignisse in Form von gastrointestinaler Blutung, akutem Koronarsyndrom, akutem Nierenversagen und Pseudarthrose analysiert.
Ergebnisse 146 Patient*innen erhielten ein optimales Therapieschema (Gruppe OT, Therapiebeginn innerhalb von 14 Tagen, mindestens 28 Tage Therapiedauer, Durchschnittsdosis von über 1200 mg/Tag, keine Unterbrechungen der Therapie von über 4 Tagen). Verglichen zur Gruppe mit abweichendem Therapieschema (Gruppe AT, 178 Patient*innen) traten HO in dieser Gruppe nach Matching signifikant seltener auf (HR 0,05, KI 0-0,52, p=0,013). Weitere Risikofaktoren für das Auftreten von HO waren nach Matching ein AIS B (HR 27,85, KI 2,72-284,52, p=0,005) und ein Dekubitus 3. und 4. Grades (HR 9,02, 1,03-78,98, p=0,047). Für keine der untersuchten unerwünschten Ereignisse zeigten sich für die Gruppe OT höhere Inzidenzraten/100 Personenmonate verglichen zur Gruppe AT (Gastrointestinale Blutung: 0,46 vs. 0,74; Akutes Koronarsyndrom 0 vs. 0,45; Reversibles Nierenversagen 0,15 vs. 1,38; Irreversibles Nierenversagen 0 vs. 0,59; Pseudarthrose 0,14 vs. 0,13). In einer Cox-Regression mit Pseudarthrose als abhängige Variable zeigte sich im Gesamtkollektiv kein Zusammenhang zwischen einer Pseudarthrose und der Ibuprofentherapie (HR 0,94, KI 0,22-3,92, p=0,93).
Schlussfolgerung Mit vorliegender Studie konnte ein präventiver Effekt von Ibuprofen zur Vermeidung von HO bei Patient*innen mit traumatischer QSL gezeigt werden. Unter Berücksichtigung von Komorbiditäten und Risikofaktoren kam es darüber hinaus sehr selten zu unerwünschten Ereignissen. Zur zukünftigen Entscheidungsfindung sollten neben den in der Literatur beschriebenen Risikofaktoren für HO auch die in dieser Arbeit nachgewiesenen Faktoren berücksichtigt werden. Um den Empfehlungsgrad für zukünftige Leitlinien zu verstärken, sind weitere multizentrische Studien mit prospektivem Studiendesign sinnvoll.
View lessPediatric solid tumors represent a unique challenge for cancer therapeutics, due to their unique genetic background. Despite advances in cancer treatment, some forms of pediatric cancer continue having a poor outcome. Here we look at the effectiveness of ATR inhibitors in two pediatric solid tumors, alveolar rhabdomyosarcoma and MYCN-amplified neuroblastoma. ATR inhibitors showed a strong antitumor activity in alveolar rhabdomyosarcomas, observed as an accumulation of DNA damage and genomic in-stability that resulted in cell death. Using phosphoproteomics, we identified BRCA1, and more broadly homologous recombination, as being compromised upon ATR inhibi-tion, and hypothesize that defects in DNA repair are responsible for sensitivity to ATR inhibitors. We also identified PAX3-FOXO1, a fusion oncoprotein characteristic of al-veolar rhabdomyosarcoma, as a factor that increases replication stress and sensitizes alveolar rhabdomyosarcomas to ATR inhibition. Because resistance to therapy is fre-quently the cause of treatment failure, we looked at potential mechanisms of resistance to ATR inhibitors and identified the FOS family genes as candidates for ATR inhibitor resistance in alveolar rhabdomyosarcoma. Finally, we looked at the efficacy of ATR inhibitors in patient-derived xenograft models of alveolar rhabdomyosarcoma as a monotherapy and in combination with the PARP1 inhibitor olaparib. ATR inhibitors as a monotherapy were sufficient to achieve stable disease in alveolar rhabdomyosar-coma with minimal side effects, while the combination with olaparib resulted in total remission of the tumors. In MYCN-amplified neuroblastoma, together with Prof. Dr. Martin Eilers, we looked at the combination of ATR inhibitors to Aurora A kinase inhibi-tors. Previously, they identified Aurora A kinas as an interaction partner of MYCN im-portant for MYCN activity regulation. Inhibition of Aurora A kinase resulted in increased replication stress, which we hypothesized could be further exacerbated by adding ATR inhibitors. Our result show a strong antitumor effect of the combination thanks to the recruitment of immune cells to the tumor site. Together, both studies demonstrate the potential of ATR inhibitors as a novel therapy in pediatric solid tumors.
View lessEinleitung: Der Femoralisblock ist ein weitverbreitetes Standardverfahren für die Nervenblockade bei Eingriffen an den unteren Extremitäten. Als mögliche Vorteile dieser Regionalanästhesie gelten der reduzierte Opioidverbrauch und die verkürzte Krankenhausverweildauer. Die motorische Beeinträchtigung des Musculus quadriceps femoris stellt jedoch einen potentiellen Nachteil dieser Nervenblockade dar. Der Saphenusblock entwickelte sich in den letzten Jahren zu einer Alternative zum Femoralisblock. Der N. saphenus innerviert als sensibler Endast des N. femoralis das Areal distal der Patella sowie die mediale Seite des Unterschenkels. Eine geringere motorische Beeinträchtigung des Musculus quadriceps femoris und eine frühere postoperative Mobilisation sind mögliche Vorteile der Saphenusblockade gegenüber einer Femoralisblockade.
Methodik: Die vorliegende Arbeit ist eine retrospektive Analyse mit Daten aus dem Netzwerk für Regionalanästhesie in Deutschland. Ziel der Untersuchung ist der Vergleich von Femoraliskatheter versus Saphenuskatheter (jeweils mit und ohne Ischiadikuskatheter) bei Eingriffen an den unteren Extremitäten. Die Datenerhebung erfolgte bei der ersten und zweiten Visite am ersten postoperativen Tag. Analysiert wurde der Einfluss auf den gemessenen Kraftgrad nach Janda (Kraftgrad KG 0-5/5) in Bezug auf den Musculus quadriceps femoris (primärer Endpunkt). Der Muskelfunktionstest mit einem KG 0/5 zeigt keine erkennbare Muskelkontraktion. Ein KG 5/5 ist als normale Muskelkraft definiert. Die Schmerzintensität in Ruhe und bei Belastung wurde mittels NRS (0-10) als sekundärer Endpunkt analysiert. Für die ausgewerteten Daten wurde der Median mit 25 % - und 75 % - Perzentile angegeben.
Ergebnisse: Bei den Gruppen Femoraliskatheter ohne Ischiadikuskatheter (n=4883) und Femoraliskatheter mit Ischiadikuskatheter (n=2024) waren die erhobenen Kraftgrade nach Janda im Vergleich zur Gruppe Saphenuskatheter ohne Ischiadikuskatheter (n=643) und Saphenuskatheter mit Ischiadikuskatheter (n=216) bei der ersten Visite am ersten postoperativen Tag geringer eingeschränkt. Femoraliskatheter ohne Ischiadikuskatheter mit einem Kraftgrad nach Janda 4,0 [2,0;5,0] versus Saphenuskatheter ohne Ischiadikuskatheter 2,0 [2,0;3,0], (p < 0,001). Die Gruppe Femoraliskatheter mit Ischiadikuskatheter hatte einen Kraftgrad nach Janda von 4,0 [3,0;5,0] im Vergleich zur Gruppe Saphenuskatheter mit Ischiadikuskatheter 3,5 [2,0;4,0], (p < 0,001). Für die Schmerzintensität unter Belastung ergab sich bei der ersten Visite am ersten postoperativen Tag für die Gruppe Femoraliskatheter ohne Ischiadikuskatheter (n=4883) und die Gruppe Saphenuskatheter ohne Ischiadikuskatheter (n=652) kein Unterschied (p = 0,009; NRS Median für Femoraliskatheter 3,0 [1,0;5,0] und Saphenuskatheter 3,0 [2,0;5,0] jeweils ohne Ischiadikuskatheter). Ebenfalls fand sich für die Schmerzintensität in Ruhe und bei Belastung bei der ersten Visite am ersten postoperativen Tag für die Gruppe Femoraliskatheter mit Ischiadikuskatheter (n=2024) und der Gruppe Saphenuskatheter mit Ischiadikuskatheter (n=221) kein Unterschied. In Ruhe betrug der NRS-Median bei der Gruppe Femoraliskatheter mit Ischiadikuskatheter 2,0 [0,0;3,0] und bei der Gruppe Saphenuskatheter mit Ischiadikuskatheter 2,0 [1,0;5,0], (p < 0,001). Der NRS-Median bei Belastung ergab für Femoraliskatheter mit Ischiadikuskatheter 3,0 [1,0;5,0] und für Saphenuskatheter mit Ischiadikuskatheter 3,0 [3,0;5,0], (p < 0,015).
Schlussfolgerung: In der vorliegenden Untersuchung zeigte sich, dass der Kraftgrad nach Janda zum Zeitpunkt der ersten Visite am ersten postoperativen Tag bei der Femoralisblockade geringer beeinträchtigt war im Vergleich zur Saphenusblockade. Beide Regionalverfahren Femoralisblockade und Saphenusblockade weisen eine ähnliche Schmerztherapie gemessen an der NRS zur ersten Visite am ersten postoperativen Tag auf.
View lessDie transthorakale 2D-Echokardiografie gehört zur Standardmethode in der sportmedizinischen Diagnostik insbesondere zum Nachweis von Sportherzadaptationen. Trotz Empfehlung der Leitlinien findet die 3D-Echokardiografie noch keine breite klinische Anwendung. Ziel dieser Arbeit ist ein Vergleich von 2D- und 3D-Echokardiografie in der Volumenmessung des linken Herzens in einem Kollektiv von Leistungssportler*innen. Für diese retrospektive Studie diente ein Real-Life-Kollektiv von Leistungssportler*innen der sportmedizinischen Ambulanz der Charité als Studienpopulation. Es wurden Volumen- und Längenwerte des linken Ventrikels und Vorhofs aus 2D- und 3D-Echokardiografie gegenübergestellt. Für die 3D-Messungen kam die vollautomatische Echokardiografie-Software HeartModelA.I. von Philips Healthcare mit Adjustierung durch den Untersucher zum Einsatz. Die statistische Auswertung erfolgte mittels T-Test für verbundene Stichproben und Pearson-Korrelationskoeffizient. 219 Sportler*innen mit einem Durchschnittsalter von 21,29 Jahren wurden in die Studie eingeschlossen, 24% waren weiblich, 76% männlich. Den Großteil bildeten Spieler*innen der Ballsportarten. Ausdauersportler*innen waren zu 27% vertreten. Die Werte aus der 3D-Echokardiografie und der 2D-Echokardiografie unterschieden sich bis auf die EF signifikant (für alle Parameter p < 0,001). Die 3D-Werte waren durchschnittlich 3-59% höher bezogen auf den 2D-Wert. Für alle Parameter außer die EF (r = 0,2) zeigte sich eine hohe positive Korrelation (r = 0,72 bis 0,908; alle Werte signifikant mit p < 0,01). Die Anwendung einer 3D-Echokardiografie-Software zur vollautomatischen Volumenmessung des linken Herzen lässt sich mit geringem Zeitaufwand in den klinischen Alltag integrieren. Mit Adjustierung durch den Untersucher werden auch bei Leistungssportlern Messwerte erzielt, die gut mit der 2D-Echokardiografie korrelieren. Ihr Einsatz bietet sich somit den Leitlinien folgend als Alternativmethode an. Größere Vergleichsstudien mit MRT-Daten erscheinen sinnvoll, um die bessere Vergleichbarkeit der 3D-Werte mit dem Goldstandard CMR gegenüber den 2D-Werten zu demonstrieren.
View lessHintergrund: Der aktuellen Leitlinie zur Evaluation der diastolischen Funktion (DF) gelang durch Fokussierung auf fortgeschrittene Fälle eine Steigerung der der klinisch-prognostischen Relevanz. Problematisch ist die Zunahme unklarer Fälle. Die Analyse des linksatrialen Strains (LAS) stellt nachgewiesenermaßen ein sensitives Verfahren mit diagnostischen und prognostischen Vorteilen dar. Bei weiterhin fehlenden prognoserelevanten Therapieansätzen für die Herzinsuffizienz mit erhaltener linksventrikulärer Ejektionsfraktion (HFpEF) scheint die Prädiktion einer zukünftigen Entwicklung oder Verschlechterung einer diastolischen Dysfunktion (DD) von zentraler Bedeutung. Die prädiktiven Eigenschaften eines reduzierten LAS für den Verlauf der DD wurden bisher nicht evaluiert.
Ziel und Methoden: Nach einem mittleren Nachbeobachtungszeitraum von 6.8 Jahren wurden bei 249 der ehemals 449 Teilnehmerinnen der Berliner Frauen Risikoevaluation (BEFRI) Echo-Substudie erneut klinische und echokardiographische Daten erhoben. Ziel war die Beschreibung der DF und des Stellenwerts eines initial reduzierten LAS für die Entstehung oder Progression einer DD in einem prospektiven longitudinalen Studiendesign. Neben deskriptiven Kreuztabellen und Analysen von Mittelwertsunterschieden wurde diese Beziehung mittels Receiver Operating Characteristic (ROC) Kurvenanalyse und multivariaten logistischen Regressionsmodellen untersucht und mit anderen Standardparametern der DD verglichen.
Ergebnisse: 40 Teilnehmerinnen entwickelten eine diastolische Funktionsverschlechterung (16,1 %). Von diesen zeigten initial 22,5 % einen vergrößerten linksatrialen Volumenindex (LAVI), 57,5 % eine reduzierte Mitralanulusgeschwindigkeit e‘ und 90,0 % einen reduzierten linksatrialen reservoir Strain (LASr). Der linksatriale conduit Strain (LAScd) zeigte sich in der Ausgangsuntersuchung bei Frauen mit initial unauffälliger DF, die im Verlauf eine DD entwickelten, signifikant (p<0,0001) reduziert (–13,2 % ± 5,1) im Vergleich zu jenen mit anhaltend unauffälliger DF (–25,4 % ± 9,1). Auch der LASr unterschied sich signifikant (28,0 % ± 7,0 vs. 41,9 % ± 8,5; p<0,0001). LASr bot mit einer Fläche unter der ROC-Kurve (AUC) von 0,88 (95 % KI: 0,82–0,94) und LAScd mit 0,84 (95 % KI: 0,79–0,89) eine höhere diagnostische Wertigkeit, um zwischen stabiler DF und zukünftiger Verschlechterung zu differenzieren als LAVI (AUC 0,63; 95 % KI: 0,54–0,73) und die übrigen DD Parameter. Für LASr betrug der optimale Cut-off < 34 % (Sensitivität 90 %; Spezifität 78 %), für LAScd > –17,5 % (Sensitivität 83 %; Spezifität 73 %). In der multivariaten logistischen Regression zeigten einzig LASr und LAScd eine signifikante Assoziation mit einer zukünftigen diastolischen Funktionsverschlechterung.
Schlussfolgerung: Neben einer bereits beschriebenen frühen Diagnosestellung der DD und einer deutlichen Reduktion unklarer Fälle ermöglicht die Analyse des LAS die Vorhersage einer zukünftigen Verschlechterung der DF.
View lessBackground: Retinol Saturase (RetSat), an oxidoreductase, is expressed in metabolically active tissues and plays a role in adipocyte differentiation, hepatic glucose and lipid metabolism, macrophage function, vision, and ROS production. However, its function in the thyroid remains unexplored. Methods: RetSat expression in the mouse thyroid was examined under various physiological conditions, including normal diet, high-fat diet, hyperthyroidism, hypothyroidism, and iodide overload. To elucidate the functional significance of RetSat in the thyroid, a thyrocyte-specific RetSat knockout mouse model was generated and evaluated, and its effects were systematically studied under various experimental conditions. Serum samples were collected to quantify thyroid hormone levels by radioimmunoassay, TSH levels by Luminex immunoassay, and triglyceride and non-esterified fatty acids (NEFA) levels by colorimetric enzymatic assay. Thyroid and liver tissues were obtained for comprehensive evaluation of thyroid morphology using H&E staining, analysis of gene expression patterns using real-time polymerase chain reaction, examination of protein expression profiles using immunoblotting and immunohistochemistry techniques, determination of Dio1 activity using the non-radioactive Sandell-Kolthoff method, and quantification of triglyceride levels. Results: RetSat exhibited strong expression in the thyroid, with induction under hypothyroidism and reduction upon iodide overload. Thyrocyte-specific RetSat deletion resulted in elevated circulating TSH levels, alterations in thyroid morphology, and disruption of metabolic homeostasis, influenced by diet and gender. However, it did not significantly affect circulating thyroid hormone levels. Conclusion: This study unveils the previously unexplored function of RetSat in the thyroid and establishes its role as a novel regulator of thyroid function and metabolic homeostasis.
View lessDie vorliegende Dissertation befasst sich mit den kardiovaskulären Anpassungsmechanismen und Elektrokardiogramm-Veränderungen (EKG-Veränderungen) jugendlicher Fußballspie-ler*innen durch das leistungssportliche Training. Es wird der Frage nachgegangen, ob es bei jugendlichen Leistungssportler*innen zu Veränderungen des EKGs kommt, die mit dem soge-nannten ‘Athlete’s Heart’ erwachsener Athlet*innen vergleichbar sind. Die prägnanten Veränderungen jugendlicher Athlet*innen-EKGs werden zusammengefasst und mit denen nicht leistungssportlich aktiver Erwachsener verglichen. Im Anschluss daran werden die Unterschiede der EKGs leistungssportlich aktiver Jugendlicher zu nicht-leistungssportlich aktiven Jugendlichen herausgearbeitet und diese dann mit dem bei erwachsenen Athlet*innen untersuchten ‘Athlete’s Heart’ verglichen. Anhand einer Stichprobe von 861 jugendlichen Leistungsfussballspieler*innen im Alter von 8 bis 18 Jahren werden Veränderungen des EKGs untersucht und den bei erwachsenen Ath-let*innen beschriebenen Kategorien ‘physiologisch’, ‘borderline’ und ‘pathologisch’ zugeord-net. Diese Veränderungen werden mit den Kriterien und Auftretens-Häufigkeiten des sogenannten ‘Athlete’s Heart’ anhand der in der Literatur gefundenen Veränderungen erwachsener Athlet*innen verglichen. Der Einfluss des Alters auf die Häufigkeit des Auftretens der EKG-Veränderungen wird unter-sucht. Aktueller Trainingsumfang und Dauer des leistungssportlichen Trainings werden in Zusam-menhang mit den Auftretens-Häufigkeiten der EKG-Veränderungen gebracht. Die vorliegende Untersuchung ergibt, dass die EKG-Veränderungen jugendlicher Athlet*innen qualitativ in vielen Aspekten denen erwachsener Athlet*innen gleichen, dass diese jedoch nicht in gleicher Häufigkeit auftreten. Es lassen sich typische wiedererkennbare EKG-Veränderungen, die auf eine Anpassung des Herzens an den Leistungssport zurückzuführen sind, bei den jugendlichen Proband*innen nachweisen. Das Alter der jugendlichen Athlet*innen hat nachweisbaren Einfluss auf die Häufigkeit des Auftretens der EKG-Veränderungen. Es lässt sich ein signifikanter Einfluss der Dauer des leistungssportlichen Trainings sowie des aktuellen Trainingsumfangs auf die Auftretens-Häufigkeit der EKG-Veränderungen nachweisen.
View lessHintergrund: Als Medizinprodukte unterliegen Implantatabutments einem risikoadaptierten Hygienemanagement. Abutments sollten vor der Patientenversorgung einem validierten Aufbereitungsverfahren zugeordnet werden, da ihre Oberflächen während des Herstellungsprozesses labortechnisch kontaminiert werden können. Jedoch ist die Wirksamkeit von verschiedenen Reinigungs- und Desinfektionsverfahren noch nicht ausreichend wissenschaftlich untersucht worden. Zudem fehlt es an einem ausgereiften Verfahren zur Beurteilung der Dekontamination. Zielsetzung: Ziel dieser Studie war es, den Einfluss verschiedener Reinigungsverfahren auf den Kontaminationsgrad von Zirkonoxidabutments zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurden in dieser Studie neue Messmethoden entwickelt. Materialien und Methoden: In einer in vitro Studie wurden 49 zweiteilige CAD/CAM-Zirkonoxidabutments in sieben Gruppen aufgeteilt. Fünf Gruppen erhielten folgende Hygieneregime: Dreistufige Ultraschallreinigung mit zwei verschiedenen Protokollen (CP und FP), einstufige Ultraschallreinigung (UD), Wasserdampfreinigung (SC) und Argon-Sauerstoff-Plasmabehandlung (PL). Eine weitere Gruppe wurde deutschlandweit in Dentallabors separat zusammengesetzt und einem unbekannten Reinigungsverfahren unterzogen (LA). Eine andere Gruppe blieb ungereinigt (NC) und diente als Kontrollgruppe. Alle Proben wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) auf Kontaminationen untersucht. Die Kontaminationsdetektion erfolgt durch maschinelles Lernen (ML) und Schwellenwertbildung (SW), der Kontaminationsgrad wurde halbautomatisiert quantifiziert. Zusätzlich wurden Kontaminationen durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) in ihrer chemischen Zusammensetzung analysiert. Die Daten wurden mithilfe nichtparametrischer Tests (Kruskal-Wallis-Test, Dunn-Test) statistisch ausgewertet, ferner wurde ein Messmethodenvergleich (SW, ML) durchgeführt (Bland-Altman-Diagramm, Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test). Ergebnisse: Es zeigten sich signifikante reinigungsspezifische Unterschiede (p ≤ 0,01). Die Gruppen FP-NC/LA wiesen den größten Unterschied im Kontaminationsgrad auf, gefolgt von CP-LA/NC und UD-LA/NC für SW und CP-LA/NC und PL-LA/NC für ML (p ≤ 0,05). Im Methodenvergleich wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den Prozentsätzen von ML (Median = 0,008) und SW (Median = 0,012) gemessen (p = 0,22). Das Bland-Altmann-Diagramm wies einen mittleren Unterschied von -0,006 % auf mit erhöhten Messwerten für ML ab > 0,03 %. EDX zeigte bei allen Gruppen eine organische Kontamination; Spuren von Aluminium, Silicium und Calcium konnten nachgewiesen werden. Zusammenfassung: Die Kombination aus Ultraschallreinigung und chemischen Desinfektionsmitteln oder Plasmabehandlung erzielte die höchste Oberflächenreinheit; kein Reinigungsverfahren konnte die Kontaminationen vollständig entfernen. KI-gestützte Kontaminationsdetektion sollte in zukünftigen Studien weiter validiert werden.
View lessIn order to understand and eventually cure genetic disease, it is essential to understand which transcriptional and cellular mechanisms lead to the symptoms experienced by patients. Over the past few decades, the introduction of variants into the genome of laboratory mice as model organisms has been a central part of disease research. The process of generating mouse mutants has been accelerated by the discovery of the genome editing technology CRISPR/Cas9. However, the complete analysis of a mouse mutant with conventional phenotyping methods remains laborious. Another layer of complexity has been the discovery that non-coding mutations can be disease causing. Studies in cancer and rare skeletal phenotypes have demonstrated that variants involving the boundaries of the genome organizational units of topologically associating domains (TADs) can cause disruption of the functional units of cis-regulatory elements (CREs), leading to misexpression of genes within the locus and consequent development of disorders or diseases. In this work, we have addressed two central cornerstones of disease research. First, the development and application of a new strategy for phenotyping mouse mutants, in which we tested single-cell RNA sequencing as a technology for unbiased and comparative study of whole mouse mutants. Second, we extended the role of TAD variants to the highly prevalent field of neurological disorders. In the first project, we generated the mouse mutant cell atlas (MMCA) composed of 22 mouse mutants of varying severity. We developed novel analysis tools to detect and visualize mutant phenotypes at different granularities. By applying scRNA-seq to all mutants in a single experiment, we gained new knowledge about previously studied mutants, uncovered new phenotypes, unraveled the cellular dynamics of disease progression, and established the toolkit for comparative and unbiased whole-embryo analysis. In the second project, we performed an in-depth analysis of the Lmnb1 related neurodegenerative disorder acute demyelinating leukodystrophy (ADLD). We generated mouse models of a patient derived duplication of the gene itself and a deletion upstream of the gene. We discovered 3D conformational changes within the locus caused by the deletion, early onset of molecular changes, and morphological changes in the adult mice, together indicating differences in disease progression between the two variants. In summary, both projects contribute to the field of disease research by establishing scRNA-seq as a tool to generate and analyze mutants and by providing an in-depth analysis of a neurodegenerative disease, challenging the current categorisation of this group of diseases as "late-onset".
View lessSymbioses mark important transitions in the evolution of living organisms. How they become established is largely unknown. A step towards understanding those, could be creating synthetic symbioses under strictly controlled, selective conditions in the laboratory and characterizing them microbiologically and molecularly. In this work, a strategy has been developed and applied to force two randomly chosen organisms, the bacterium Escherichia coli and the eukaryotic microorganism Saccharomyces cerevisiae, into a symbiotic association under obligate metabolic coupling in continuous co-culture in suspension. The chemical elements sulphur and phosphorus were chosen as coupling factors. E. coli has been genetically modified so the first step in sulphur assimilation, the reduction of sulphate, can no longer be catalysed. As a source of sulphur, sulphite must be provided by S. cerevisiae. Conversely, S. cerevisiae cannot grow on phosphonates as a phosphate source. Phosphate must be provided by the metabolism of E. coli from the substrate phosphonate. Preliminary investigations confirmed the mutual dependence of the two organisms on the respective metabolic activity of the partner organism: in co-culture, the chosen E. coli strain can grow in a chemically defined medium with sulphate as the sole sulphur source if sulphur is contributed to reduced form by S. cerevisiae. Yeast can grow with phosphonate as the sole source of phosphate when phosphate is released from phosphonate by E. coli. In two independent experiments at the "Genemat"-format with sulphate and phosphonate as the sole sources of sulphur and phosphate, both organisms were able to persist for ≈ 815 and ≈ 642 generations in continuous co-culture. In each of these two experiments, two adaptive events were observed and characterized that led to increased dilution rates (i.e., increased productivity of the coupled system). DNA sequence analyses of the genomes from the evolved organisms identified genetic changes during the experiment that may have contributed to the adaptation events. Microscopic inspection of samples from the culture showed a tendency towards physical association of the two organisms during certain phases of the co-culture.
View lessBeweisen als ‚Heartbeat of Mathematics‘ (Davis & Hersh, 1981) bietet als zentrale Tätigkeit der Fachmathematik eine Grundlage für die Gestaltung von Mathematikunterricht, wird damit zu einem Themenfeld in didaktischen Perspektiven (Hanna, 1990) und in Verbindung mit den Begriffen Begründen und Argumentieren auch zu einem zentralen Thema im Mathematikunterricht der Grundschule. Um ein authentisches und für die universitäre Ausbildung anschlussfähiges Bild dieser Fachwissenschaft zu vermitteln, sind Begründen, Beweisen, aber auch Argumentieren Bestandteil curricularer und schuldidaktischer Überlegungen. Aus dieser Überlegung heraus ist das mathematische Beweisen, Begründen und Argumentieren auch Bestandteil des Grundschullehramtsstudiums. Um Studierende beim Erwerb einer grundschulrelevanten Beweiskompetenz zu unterstützen, ist es hilfreich, Vorgehensweisen zu identifizieren und hochschuldidaktische Schlussfolgerungen zu ziehen. Aus diesem Erkenntnisinteresse heraus adressiert die vorliegende Studie folgende Forschungsfrage: Welche Strategien werden genutzt, um eine allgemeingültige Begründung eines mathematischen Satzes zu erstellen? Dazu wird in einem ersten theoretischen Teil der Arbeit zunächst die bereits vorhandene Literatur (u.a. Stein, 1986; Boero, 1999; Kirsten, 2021; Balacheff, 1988; Wittmann & Müller, 1988; Harel & Sowder, 1998; Brunner, 2013;2014; Padberg & Büchter, 2015; Knipping, 2003; Toulmin, 2012; Reid & Knipping, 2010) analysiert, synthetisiert und potenziell mögliche Strategien abgeleitet. Begründen wird dabei zum Oberbegriff für das Argumentieren in verschiedenen Ausprägungen (Brunner, 2014) und das formal-deduktive Beweisen. Im zweiten und empirischen Teil der Arbeit werden mit Hilfe des Lauten Denkens und der qualitativen Inhaltsanalyse nach Schreier (2012; 2014) die Vorgehensweisen von Studierenden des Studiengangs Grundschulpädagogik an der FU Berlin nach dem Besuch des Moduls ‚Mathematisches Professionswissen I‘ erhoben und ausgewertet. Das Ergebnis ist eine Kollektion von theoretisch abgeleiteten Strategien, die empirisch ergänzt wurden. Es zeigte sich auch, dass nicht alle Strategien, die sich theoretisch ableiten lassen, auch genutzt werden, einige aber schon. Aus diesen Betrachtungen ließen sich verschiedene weitere Erkenntnisse bezüglich der Vorgehensweisen gewinnen. Es wurde beispielsweise eine Betonung von Strategien beobachtet, die dem Verstehen der Aufgabenstellung und dem Aufbau und der Verknüpfung von Argumenten dienen. Strategien, die darauf abzielen, mit der Lerngruppe oder der mathematischen Community in Kontakt zu treten, wurden hingegen kaum eingesetzt. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Studierenden Strategien anwendeten, die auf einen zirkulären Prozess der Gesamtbearbeitung hindeuten, und dass die Wahl der Strategien von der Struktur und dem Inhalt der Aufgabenstellung abzuhängen scheint. Auffällig war auch, dass die Studierenden häufig einzelne Elemente und Strukturen aus der Vorlesung imitierten. Bei näherer Betrachtung wurde zudem deutlich, dass Beispiele auf unterschiedlichen Darstellungsebenen, aber auch unterschiedliche Darstellungsebenen generell für die Studierenden eine zentrale Rolle im Bearbeitungsprozess spielten.
View lessSingle-molecule microscopy is a powerful tool for investigating functional events at the plasma membrane. With the state-of-the-art microscopy method, changes in protein mobility can be correlated to cellular events or structures. Such experiments offer quantitative data that is impossible to yield from ensemble methods as they render the individual functional event in a protein’s life tractable to investigation and analysis. We can visualize changes in molecular behaviour with respect to triggered or observed cellular events and thus understand the role of the observed molecule in these processes. However, setting up the conditions required for investigating stoichiometry is challenging. Single-molecule tracking requires a sparse population of the protein of interest for single-molecule visualization. This requirement is met by partially labelling the protein of interest, which occludes information like the stoichiometry of the protein and how oligomeric protein influence function. We propose control of the number of proteins at the plasma membrane by controlling its transport to achieve a low population of fully labelled proteins of interest at the site of its action. We developed an optogenetic tool for the light-controlled delivery of functional soluble and transmembrane proteins to the plasma membrane. We show that small amounts of proteins can be released optogenetically and efficiently transported to the plasma membrane using an optically cleavable fluorescent protein. Our method allows for the controlled delivery of proteins, including functional ion channels, to the plasma membrane in amounts compatible with single-molecule imaging. Single-molecule microscopy and the developed optogenetic tool were applied to study the unconventional secretion of Fibroblast Growth Factor (FGF2). FGF2 is an essential growth factor involved in cell growth, differentiation, and development. FGF2 skips the conventional ER-Golgi route for secretion and instead adopts an unconventional secretion pathway. Through biochemical reconstitution experiments, it is known to directly interact with the plasma membrane, where it undergoes phosphorylation and oligomerization. It is hypothesized that FGF2 oligomers form a pore in the plasma membrane where FGF2’s interaction with the extracellular heparan sulphate proteoglycans facilitates its extraction from the plasma membrane. To elucidate steps in FGF2 secretion in the context of live cells and to test the current model, I aimed to visualize the FGF2 secretion using live cell single-molecule microscopy. I employed the developed optogenetic tool to synchronize FGF2 release in the cytosol to study the initial phase of FGF2 secretion. Furthermore, by observing the mobility and intensity of FGF2 molecules via single molecule tracking, I dissected the sequence of events in the FGF2 secretion process.
View lessDie in dieser Dissertation vorgestellten Projekte befassen sich hauptsächlich mit dem Zusammenspiel zwischen Zellen und synthetischen Polymermaterialien. Aufgrund der hervorragenden chemischen und biologischen Eigenschaften von Polyglycerin und seinen Derivaten wurde eine Vielzahl funktioneller Materialien entwickelt. Von zweidimensionalen Oberflächen mit bestimmten topographischen Strukturen bis hin zu dreidimensionalen immunmagnetischen Partikeln und Hydrogelen wurden Zelladhäsion, -erkennung und -proliferation untersucht und entsprechende Anwendungen vorgeschlagen. Im ersten Projekt wurden drei von Muscheln inspirierte Polyglycerin-Makromoleküle mit unterschiedlichen Molekularstrukturen und chemischen Zusammensetzungen synthetisiert. Als vielseitige Beschichtungsmaterialien wurden sie durch den Vergleich von jeweils zwei von ihnen die Einflüsse der Variante, d.h. der linearen/dendritischen Struktur und der Catechin/Amin-Zusammensetzung, auf die Beschichtungsergebnisse untersucht. Im Beschichtungsprozess spielt der Catechin-Gehalt bei der Oxidation die wichtigste Rolle, während die Amine bei der Vernetzung der Oxidationsmittel helfen. Eine höhere Catechol-Konzentration bedeutet daher eine schnellere Beschichtungsrate. Andererseits übertrifft der Beschichtungsprozess von dendritischem Polyglycerin trotz höherer Catechinfunktionalisierung den von linearem Polyglycerin, was auf die hohe Reaktionseffizienz von dendritischen Strukturen zurückzuführen ist. Daher kann dPG40 unter den drei MiPG-Typen innerhalb einer Stunde eine dicke, raue Beschichtung erreichen, lPG80 benötigt mehrere Stunden, während lPG40 nur eine einschichtige Beschichtung erzeugen kann. Je nach den Ergebnissen können für jedes dieser Produkte Anwendungen vorgeschlagen werden. Da Zellen beispielsweise eine Oberfläche mit einer bestimmten Rauheit bevorzugen, können dPG40 und lPG80 mit ihrer guten Abstimmbarkeit der Rauheit geeignete Substrate herstellen, an denen Zellen haften. Im zweiten Projekt brachten wir zunächst Polyglycerin in Eisennanopartikel ein, um gezielt Zellen einzufangen, und setzten dann Polyglycerin als Hydrogel-Plattform für die Zellkultur ein. Die faszinierenden Eigenschaften von Polyglycerin, wie z. B. Bio-Antifouling, einfache Nachfunktionalisierung und hervorragende Biokompatibilität, wurden nachgewiesen. Im ersten Teil wurden die immunmagnetischen Nanopartikel mit Polyglycerin von unerwünschten Zellen oder Molekülen abgeschirmt, die Zellerkennung und der Einfang erfolgten durch die Antikörper-Antigen-Interaktion. Es wurde eine hohe Effizienz, Selektivität und Spezifität erreicht. Später wurden die eingefangenen Zellen direkt in 98 Polyglycerin-Hydrogelen auf Acrylatbasis für die 3D-Kultur verkapselt. Wir haben aus den vercapselten Zellen erfolgreich multizelluläre Tumor-Sphäroide gezüchtet und anschließend das Screening von Antitumor-Medikamenten durchgeführt. Dies zeigt, dass unser Modell in der Flüssigbiopsie für die CTC-Forschung hervorragend geeignet ist und potenziell für die personalisierte Behandlung von Krebspatienten eingesetzt werden könnte. Ermutigt durch die erfolgreiche 3D-Kultur aus dem zweiten Projekt setzten wir die Erforschung der Möglichkeiten von Hydrogelen auf Polyglycerinbasis als ECM-Mimetika fort. Durch Änderung der Vernetzungschemie entwickelten wir ein nicht abbaubares Hydrogel als Vergleich zu dem abbaubaren Acrylat-Hydrogel, über das wir in Projekt 2 berichteten, und verwendeten es als Plattform für die 3D-Kultur. Es wurden verschiedene Zelllinien verwendet, die wir aus einzelnen Zellsuspensionen zu MCTS züchten konnten. Die Größe und Morphologie der MCTS wurden charakterisiert und wir konnten beweisen, dass unsere Plattform als vielseitiges Gerüst für die Erzeugung von MCTS dient. Im Gegensatz zu den Vorteilen des abbaubaren Hydrogels, das sich für die Freisetzung eignet, kann die nicht abbaubare Beschaffenheit in Situationen wie der Organoidbildung eingesetzt werden, in denen eine lange Kulturdauer erforderlich ist.
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