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Development, Design and Utilization of a CDSS for Refeeding Syndrome in Real Life Inpatient Care: Development, Design and Utilization of a CDSS for Refeeding Syndrome in Real Life Inpatient Care
No full textBackground: The refeeding syndrome (RFS) is an oftentimes-unrecognized complication of reintroducing nutrition in malnourished patients that can lead to fatal cardiovascular failure. We hypothesized that a clinical decision support system (CDSS) can improve RFS recognition and management. Methods: We developed an algorithm from current diagnostic criteria for RFS detection, tested the algorithm on a retrospective dataset and combined the final algorithm with therapy and referral recommendations in a knowledge-based CDSS. The CDSS integration into clinical practice was prospectively investigated for six months. Results: The utilization of the RFS-CDSS lead to RFS diagnosis in 13 out of 21 detected cases (62%). It improved patient-related care and documentation, e.g., RFS-specific coding (E87.7), increased from once coded in 30 month in the retrospective cohort to four times in six months in the prospective cohort and doubled the rate of nutrition referrals in true positive patients (retrospective referrals in true positive patients 33% vs. prospective referrals in true positive patients 71%). Conclusion: CDSS-facilitated RFS diagnosis is possible and improves RFS recognition. This effect and its impact on patient-related outcomes needs to be further investigated in a large randomized-controlled trial
Clinical Impact of Polygenic Risk Score for Breast Cancer Risk Prediction in 382 Individuals with Hereditary Breast and Ovarian Cancer Syndrome
No full textSingle nucleotide polymorphisms are currently not considered in breast cancer (BC) risk predictions used in daily practice of genetic counselling and clinical management of familial BC in Germany. This study aimed to assess the clinical value of incorporating a 313-variant-based polygenic risk score (PRS) into BC risk calculations in a cohort of German women with suspected hereditary breast and ovarian cancer syndrome (HBOC). Data from 382 individuals seeking counselling for HBOC were analysed. Risk calculations were performed using the Breast and Ovarian Analysis of Disease Incidence and Carrier Estimation Algorithm with and without the inclusion of the PRS. Changes in risk predictions and their impact on clinical management were evaluated. The PRS led to changes in risk stratification based on 10-year risk calculations in 13.6% of individuals. Furthermore, the inclusion of the PRS in BC risk predictions resulted in clinically significant changes in 12.0% of cases, impacting the prevention recommendations established by the German Consortium for Hereditary Breast and Ovarian Cancer. These findings support the implementation of the PRS in genetic counselling for personalized BC risk assessment
Apoptosis Regulation in Osteoarthritis and the Influence of Lipid Interactions
No full textOsteoarthritis (OA) is one of the most common chronic diseases in human and animal joints. The joints undergo several morphological and histological changes during the development of radiographically visible osteoarthritis. The most discussed changes include synovial inflammation, the massive destruction of articular cartilage and ongoing joint destruction accompanied by massive joint pain in the later stadium. Either the increased apoptosis of chondrocytes or the insufficient apoptosis of inflammatory macrophages and synovial fibroblasts are likely to underly this process. In this review, we discuss the current state of research on the pathogenesis of OA with special regard to the involvement of apoptosis
3DNA: A Tool for Sculpting Brick-Based DNA Nanostructures
No full textTo assist in the speed and accuracy of designing brick-based DNA nanostructures, we
introduce a lightweight software suite 3DNA that can be used to generate complex structures.
Currently, implementation of this fabrication strategy involves working with generalized, typically
commercial CAD software, ad-hoc sequence-generating scripts, and visualization software, which
must often be integrated together with an experimental lab setup for handling the hundreds or
thousands of constituent DNA sequences. 3DNA encapsulates the solutions to these challenges in one
package by providing a customized, easy-to-use molecular canvas and back-end functionality to assist
in both visualization and sequence design. The primary motivation behind this software is enabling
broader use of the brick-based method for constructing rigid, 3D DNA-based nanostructures, first
introduced in 2012. 3DNA is developed to provide a streamlined, real-time workflow for designing
and implementing this type of 3D nanostructure by integrating different visualization and design
modules. Due to its cross-platform nature, it can be used on the most popular desktop environments,
i.e., Windows, Mac OS X, and various flavors of Linux. 3DNA utilizes toolbar-based navigation
to create a user-friendly GUI and includes a customized feature to analyze the constituent DNA
sequences. Finally, the oligonucleotide sequences themselves can either be created on the fly by a
random sequence generator, or selected from a pre-existing set of sequences making up a larger
molecular canvas
Advanced NMR Cryoporometry
No full textAccurate structural characterization of mesoporous solids is of importance for potential applications and for better understanding of properties of natural porous materials. Among different characterization techniques, thermoporometry has
several beneficial features, such as applicability to wetted and soft materials. In this review, we discuss recent advancements
concerning nuclear magnetic resonance cryoporometry allowing for a notable improvement of the accuracy of this
method
Cognitive frames of depression and their association with accessibility to mental health communication: a cluster analysis for developing stigma-sensitive targeting strategies
No full textIntroduction: Depression is a globally prevalent mental disorder; however,
the stigmatization of individuals experiencing depression remains a significant
challenge. The effectiveness of mental health promotion efforts and anti-stigma
messages is contingent upon individuals’ existing beliefs and the stigmatizing
potential of their attitudes. Thus, understanding how individuals perceive mental
disorders such as depression, as well as their communicative accessibility, is
vital from a strategic health communication standpoint. This study explored
the prevailing cognitive frames regarding depression in Germany, and the
corresponding affective reactions toward individuals experiencing depression.
Differences in communicative accessibility, individuals’ social proximity to the
topic, as well as socioeconomic characteristics were used to inform stigma-
sensitive targeting strategies.
Method: A representative survey of the German adult population (N = 1,530)
was conducted, using a vignette describing a person with symptoms of major
depression. Factor and cluster analyses identified four distinct cognitive frames
of depression, characterized by varying stigmatizing attitudes and attributions of
responsibility.
Results: The study has revealed that stigmatizing cognitive frames demonstrate
lower receptivity to mental health information. Individuals with stigmatizing
perspectives represent a significant portion of the population, have reduced
receptivity to mental health information, and are likely to exhibit defensive or even
negative affective responses to anti-stigma efforts.
Discussion: The findings underscore the significance of considering cognitive
frames as complex but suitable approaches for target group segmentation
in mental health communication strategies. The development of tailored and
creative low-threshold strategies fitting well within the cognitive frames of
individuals with stigmatizing perspectives seems essential
Collaborative Semantic Annotation Tooling (CoAT) to Improve Efficiency and Plug-and-Play Semantic Interoperability in the Secondary Use of Medical Data: Concept, Implementation, and First Cross-Institutional Experiences
No full textThe cross-institutional secondary use of medical data benefits from structured semantic
annotation, which ideally enables the matching and merging of semantically related data items from
different sources and sites. While numerous medical terminologies and ontologies, as well as some
tooling, exist to support such annotation, cross-institutional data usage based on independently
annotated datasets is challenging for multiple reasons: the annotation process is resource intensive
and requires a combination of medical and technical expertise since it often requires judgment calls
to resolve ambiguities resulting from the non-uniqueness of potential mappings to various levels of
ontological hierarchies and relational and representational systems. The divergent resolution of such
ambiguities can inhibit joint cross-institutional data usage based on semantic annotation since data
items with related content from different sites will not be identifiable based on their respective annotations
if different choices were made without further steps such as ontological inference, which is still
an active area of research. We hypothesize that a collaborative approach to the semantic annotation of
medical data can contribute to more resource-efficient and high-quality annotation by utilizing prior
annotational choices of others to inform the annotation process, thus both speeding up the annotation
itself and fostering a consensus approach to resolving annotational ambiguities by enabling annotators
to discover and follow pre-existing annotational choices. Therefore, we performed a requirements
analysis for such a collaborative approach, defined an annotation workflow based on the requirement analysis results, and implemented this workflow in a prototypical Collaborative Annotation Tool
(CoAT).We then evaluated its usability and present first inter-institutional experiences with this novel
approach to promote practically relevant interoperability driven by use of standardized ontologies.
In both single-site usability evaluation and the first inter-institutional application, the CoAT showed
potential to improve both annotation efficiency and quality by seamlessly integrating collaboratively
generated annotation information into the annotation workflow, warranting further development
and evaluation of the proposed innovative approach
Nosokomial erworbene systemische Infektionen bei schwerverletzten Patient*innen mit einem ISS≥16
No full textUnsere Studie untersuchte 195 schwerverletzte (ISS≥16) Patient*innen in den Jahren von 2012 bis 2019, welche am Universitätsklinikum Leipzig behandelt wurden. Von diesen entwickelten 117 Patient*innen (60%) mindestens eine nosokomiale Infektion (Abbildung 4). Die häufigste infektiöse Komplikation stellte die Pneumonie (75/195; 38,5%), gefolgt von HWI (44/195; 22,6%), BSI (39/195; 20%) und postoperativer Wundinfektion (29/195; 14,9%) dar (Abbildung 6). Von den 117 (60%) Patient*innen mit mindestens einer Infektion entwickelten 68 (34,9%) Patient*innen eine, 30 (15,4%) Patient*innen zwei, 17 (8,7%) Patient*innen drei und 2 (1%) Patient*innen vier infektiöse Komplikationen. Dabei wurden BSI gehäuft am zehnten Hospitalisationstag, Pneumonien am fünften Tag, HWI am sechsten und 14. Tag und Wundinfektionen am sechsten Tag diagnostiziert.
Der Erwerb einer nosokomialen Infektion stand dabei in signifikantem Zusammenhang mit verlängerten Liegedauern auf der Intensivstation (25±22 vs. 9±16 Tage; p<0,0001) und im Krankenhaus (30±21 vs. 21±14 Tage; p<0,0001). Diese signifikanten Korrelationen hinsichtlich verlängerter intensivstationärer (BSI: 31±30 vs. 17±19 Tage; p<0,0001; PN: 25±22 vs. 13±20 Tage; p<0,0001; HWI: 28±21 vs. 17±20; p<0,0001; WUND: 31±26 vs. 18±19 Tage; p=0,0002) und gesamtstationärer Aufenthaltsdauer (BSI: 37±29 vs. 25±18 Tage; p=0,0009; PN: 30±19 vs. 24±20 Tage; p=0,0021; HWI: 31±20 vs. 25±18; p=0,0020; WUND: 51±35 vs. 24±17 Tage; p<0,0001) galten für alle vier untersuchten infektiösen Komplikationen.
Ein sozioökonomischer Vergleich von Patient*innen mit und ohne infektiöse Komplikationen erbrachte eine starke Korrelation zwischen erhöhten Gesamtkosten und verlängerter Krankenhausliegedauer. Leferings Kostenschätzung von 2007/08, angepasst um 34% im Rahmen der Kostensteigerung von 2% pro Jahr bis 2024, ergab Behandlungskosten von 1152€ pro Tag auf der Intensivstation und 531€ pro Tag auf der Normalstation. Patient*innen mit Infektionen blieben ca. 16 Tage länger auf der ITS und fünf Tage länger auf der Normalstation, was zu durchschnittlichen Gesamtbehandlungskosten von 42.150€ führte. Bei Patient*innen ohne Infektion, betrugen die Gesamtkosten demgegenüber nur 22.432€ [31, 42].
In unserer Studie wurde eine erhöhte Mortalität bei Auftreten nosokomialer
Blutstrominfektionen (38,5% vs. 13,5%, p=0,0008) und Pneumonien (26,7% vs. 13,3%, p=0,0320) nachgewiesen. Besonders das Auftreten sekundärer BSI, die von einem primären Infektionsherd ausgingen, war mit einer signifikant verringerten
Überlebenswahrscheinlichkeit assoziiert (siehe Kaplan Meier Kurve in Abbildung 7).
Innerhalb unseres Studienkollektivs konnte die höchste Mortalität an Tag sieben, unabhängig vom Auftreten einer Infektion, beobachtet werden, wobei sich ein Zusammenhang zwischen erhöhter Mortalität und Anzahl infektiöser Komplikationen annehmen ließ (Abbildung 8).
Bezüglich potenzieller Risikofaktoren nosokomialer Infektionen ergaben sich in der
univariaten Analyse folgende Zusammenhänge: Nosokomiale BSI korrelierten signifikant mit der Anzahl an operativen Eingriffen (3±6 vs. 2±2; p=0,0151), EK-Gabe innerhalb der ersten 48 Stunden auf Intensivstation (2±5 vs. 0±2; p=0,0026) und verlängerter Dauer auf ITS (31±30 vs. 17±19 Tage; p<0,0001). Pneumonien waren signifikant mit der Intubationsrate (96% vs. 81%; p=0,0019), Dauer der maschinellen Beatmung (16±15 vs. 5±13 Tage; p<0,0001), erhöhtem ISS (33±18 vs. 27±14; p=0,0013), schweren Kopfverletzungen (4±2 vs. 4±3; p=0,0080) und längerer Dauer der Intensivpflichtigkeit (25±22 vs. 13±20 Tage; p<0,0001) assoziiert. HWI standen signifikant mit dem weiblichen Geschlecht (34,1% vs. 17,2%; p=0,0273) und verlängerter ITS-Dauer (28±21 vs. 17±20 Tage; p<0,0001) in Zusammenhang. Es ergaben sich signifikante Korrelationen zwischen postoperativen Wundinfektionen und ISS (36±11 vs. 27±14; p=0,0002), erhöhter Verletzungsschwere des Thorax (4±1 vs. 3±4; p=0,0046), Abdomens (3±4 vs. 0±2; p<0,0001) bzw. des Beckens/Extremitäten (3±2 vs. 1,5±2; p<0,0001), gehäufter OP-Anzahl (7±7 vs. 2±2; p<0,0001), erniedrigtem Hb-Wert bei Ankunft im Schockraum (11±2 vs. 13±2 g/dL; p=0,0002) und erniedrigtem systolischem Blutdruck (92±40 vs. 130±40 mmHg; p<0,0001), vermehrter Kristalloid- (1±1,4 vs. 0,5±0,5 L; p=0,0029) sowie EK- Gabe im Schockraum (3±6 vs. 0±0; p<0,0001) und in den ersten 48 Stunden auf ITS (2±5,5 vs. 0±2; p<0,0001), sowie längerer Liegedauer auf der ITS (31±26 vs. 18±19 Tage; p=0,0002). In der multivariaten linearen Regressionsanalyse wiesen BSI (OR 1,04; 95% CI 1,02-1,07; p=0,0016), nosokomiale Pneumonien (OR 1,03; 95% CI 1,01-1,06; p=0,0039) und Harnwegsinfektionen (OR 1,04; 95%CI 1,02-1,06; p=0,0005) eine signifikante Korrelation mit einem längeren intensivstationären Aufenthalt auf. Zudem konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen postoperativen Wundinfektionen und einer erhöhten Anzahl von operativen Eingriffen festgestellt werden (OR 1,81; 95% CI 1,27-2,79; p=0,0028).
Innerhalb der vier untersuchten infektiösen Komplikationen fanden sich vorrangig
Enterobakterien, insbesondere E. coli (BSI: 53,8%; Pneumonie: 27,9%; HWI: 46,7%;
Wundinfektion: 31%), gefolgt von Staphylococcus aureus bei Blutstrominfektionen (24%) und Pneumonien (26,4%) bzw. Enterokokken (vor allem Enterococcus faecalis) bei Harnwegs- (16,7%) und postoperativen Wundinfektionen (21,6%) (siehe Tabelle 19). Bei 21/117 (18%) Infektfällen ließ sich ein multiresistenter Erreger nachweisen, wobei Enterobakterien mit ESBL bzw. 3-/4-MRGN Resistenzverhalten (kumulativ 17 Nachweise) gehäuft auftraten.
Die kalkulierte antibiotische Therapie erfolgte, unabhängig vom Infektionsort, hauptsächlich mit Beta-Laktamen/BLI (BSI: 47,5%; Pneumonie: 59,6%; HWI: 51,6%; Wundinfektion: 24,0%). Alternativen stellten bei Blutstrominfektionen Glykopeptide (25,0%) oder Carbapeneme (15,0%), bei Pneumonien bzw. HWI Cephalosporine (PN: 23,9%; HWI: 16,1%) oder Fluorchinolone (PN: 5,5%; HWI: 9,7%) und bei Wundinfektionen Carbapeneme (14,0%) oder Glykopeptide (14,0%) dar (Tabelle 22). Die initiierten kalkulierten Therapien entsprachen, mit Ausnahme der nosokomialen Pneumonien und Wundinfektionen, den Empfehlungen des hausinternen Antiinfektiva-Leitfadens. In unserer Studie wurden Pneumonien anstelle der empfohlenen kalkulierten Therapie mit Carbapenemen (3,7%) vermehrt mit Cephalosporinen
(23,9%) behandelt, wobei sich ebenfalls ein verbessertes Überleben in der
Behandlungsgruppe der Cephalosporine feststellen ließ (11,5% vs. 25,0%, p=0,4545; Tabelle 23). Anstatt der Gabe von Cephalosporinen (7,8%) oder MLS-Antibiotika (0,8%), kam es bei Wundinfektionen gehäuft zum Einsatz von Carbapenemen (14,0%) oder Glykopeptiden (14,0%). Dabei ließ sich kein signifikanter Mortalitätsunterschied zwischen den Behandlungsgruppen nachweisen (MortalitätCephalo+MLS 45,5% vs. MortalitätPenem+Glykopeptid 44,4%; p=1,0000). Rezidiv-Infektionen wurden meistens mit einem Carbapenem (38,1%) oder Beta-Laktam-Antibiotikum (19,0%) kalkuliert behandelt.
Im Gesamtvergleich ließ sich überraschenderweise weder ein Überlebensvorteil bei der
kalkulierten Therapie mit einem Beta-Laktam als erste Wahl (MortalitätBLI 27,6% vs.
Mortalitätnon-BLI 31,2%; p=0,6643) noch eine Überlegenheit von Carbapenemen gegenüber Cephalosporinen (MortalitätPenem 42,1% vs. MortalitätCephalo 23,9%; p=0,1230) nachweisen. In unserer Studie konnte kein Zusammenhang zwischen unwirksamer (Gruppe aus „nicht resistogrammgerechter“ und „fehlender“) kalkulierter Therapie und erhöhter Mortalität, unabhängig des Infektionsortes, festgestellt werden. Jedoch wiesen Patient*innen mit HWI und wirksamer kalkulierter Therapie eine signifikant kürzere Liegedauer im Krankenhaus (25±19 vs. 39±17 Tage; p=0,0339) auf. Anders als erwartet, hatte eine resistogrammgerechte kalkulierte Therapie bei BSI, Pneumonien und Wundinfektionen keinen positiven Einfluss auf die ITS- und Krankenhausliegedauer. Bei Vergleich des Einflusses einer fehlenden kalkulierten
Therapie ließen sich in unserem Studienkollektiv, unabhängig der infektiösen Komplikation, keine Nachteile hinsichtlich erhöhter Mortalität bzw. verlängerter ITS- und Krankenhausaufenthaltsdauer nachweisen.
Unsere Studie zeigt im Ergebnis, dass das Auftreten nosokomialer Infektionen bei
schwerverletzten Patient*innen die Ressourcen der medizinischen Versorgung erheblich belastet. Dies lässt sich an längeren Krankenhausaufenthalten, vermehrten Kosten und erhöhten Sterblichkeitsraten erkennen. Besonders Blutstrominfektionen und Pneumonien zeigen eine bedeutende Assoziation mit einem ungünstigen Krankheitsverlauf. Dies betont die Dringlichkeit präventiver Maßnahmen sowie einer wirksamen antibiotischen Therapie.:Abbildungsverzeichnis IV
Abkürzungsverzeichnis VI
1 Einführung 1
1.1 Die Rolle schwerverletzter Patient*innen im deutschen Gesundheitssystem 1
1.2 Das Trimodale Sterblichkeitsmodell als Basis der Grundlagenforschung 2
1.3 Behandlungsalgorithmen schwerverletzter Patient*innen 3
1.3.1 Phase A – Präklinische Phase 3
1.3.2 Phase B – Schockraumphase 4
1.3.3 Phase C – Stabilisierungsphase auf Intensiv- und Normalstation 5
1.4 Pathophysiologische Mechanismen bei Schwerverletzten 6
1.5 Unterschied zwischen schwerverletzten und polytraumatisierten Patient*innen 8
1.6 Infektionsforschung bei polytraumatisierten Patient*innen im Fokus 9
1.7 Definition der Sepsis 10
2 Aufgabenstellung 13
3 Material und Methoden 14
3.1 Studiendesign 14
3.2 Datenerfassung und Datenauswertung 14
3.2.1 Patient*innenkollektiv 14
3.2.2 Ein- und Ausschlusskriterien 15
3.2.3 Kohortenaufteilung 17
3.2.4 Dokumentationszeitraum und Endpunkte 17
3.3 Patient*innendaten 17
3.4 Mikrobiologisches Assessment 19
3.4.1 Einteilung nachgewiesener Mikroorganismen 19
3.5 Definitionen studienrelevanter nosokomialer Infektionen 21
3.5.1 Blutstrominfektion 21
3.5.2 Pneumonie 22
3.5.3 Harnwegsinfektion 23
3.5.4 Postoperative Wundinfektion 23
3.6 Rezidive 24
3.7 Empirische antiinfektive Therapie 24
3.7.1 Definition 24
3.7.2 Matching kalkulierter Therapie mit identifizierten Erregern 24
3.8 Auswertung 25
4 Ergebnisse 26
4.1 Demographie des Studienkollektivs 26
4.2 Häufigkeit der erfassten nosokomialen Infektionen 27
4.2.1 Blutstrominfektionen 28
4.2.2 Einfluss kumulierter Infektionsraten auf die Mortalität 28
4.3 Risikofaktoren untersuchter nosokomial erworbener Infektionen 29
4.3.1 Blutstrominfektionen 29
4.3.2 Pneumonien 31
4.3.3 Harnwegsinfektionen 32
4.3.4 Postoperative Wundinfektionen 33
4.4 Einfluss nosokomial erworbener Infektionen auf die Mortalität 35
4.4.1 Blutstrominfektion 35
4.4.2 Pneumonie 36
4.4.3 Harnwegsinfektion 36
4.4.4 Wundinfektion 37
4.4.5 Rezidiv 37
4.4.6 Überlebenszeitanalyse nach Kaplan-Meier 38
4.5 Deskriptive Analyse von Erregerspektren 42
4.5.1 Erregerspektrum bei Blutstrominfektionen 45
4.5.2 Erregerspektrum bei Pneumonien 46
4.5.3 Erregerspektrum bei Harnwegsinfektionen 47
4.5.4 Erregerspektrum bei postoperativen Wundinfektionen 48
4.5.5 Erregerspektrum bei Rezidiven 49
4.6 Kalkulierte antibiotische Therapien 50
4.6.1 Blutstrominfektionen 53
4.6.2 Pneumonien 54
4.6.3 Harnwegsinfektionen 55
4.6.4 Wundinfektionen 56
4.6.5 Rezidive 58
4.6.6 Zusammenhang zwischen Wirksamkeit einer kalkulierten antibiotischen Therapie und Outcome 59
4.6.7 Zusammenhang zwischen Initiierung einer kalkulierten antibiotischen Therapie und Outcome 60
5 Diskussion 61
5.1 Risikofaktoren infektiöser Komplikationen 63
5.2 Nachgewiesene Mikroorganismen 66
5.3 Kalkulierte antimikrobielle Therapie 67
5.4 Outcome 71
5.5 Einfluss kalkulierter Therapie auf das Outcome 73
5.6 Stärken und Limitationen 76
6 Zusammenfassung der Arbeit 78
Literaturverzeichnis 82
Anlagen 89
I. SOFA-Score 89
II. Klinikinternes Schockraumprotokoll 90
III. TR-DGU Standardbogen 91
Selbstständigkeitserklärung 96
Lebenslauf 97
Danksagung 9
Das weiße Hautfettgewebe initiiert die IL-33-abhängige Expression von Interleukin 4/13 in myeloischen Zellen während einer Entzündung
No full textFür eine angemessene Gewebereaktion auf Infektionen und Verletzungen ist das Gleichgewicht zwischen Entzündungsinduktion und Entzündungsauflösung von entscheidender Bedeutung. Die Entzündungsreaktion ist ein komplexer Prozess, bei dem Moleküle der extrazellulären Matrix, lösliche Mediatoren und verschiedene Zelltypen interagieren.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass dermales weißes Fettgewebe (dWAT) über seine traditionelle Rolle als Energiereserve hinaus vielfältige Funktion aufweist. Neben seiner Rolle als dynamisches endokrines Organ, das Hormone und Zytokine sezerniert, ist das dWAT an einer Reihe biologischer Prozesse wie Thermogenese, Haarfollikelzyklus, Fibrose und Narbenbildung, lokale Infektionen und Wundheilung beteiligt.
Diese Arbeit zeigt die entscheidende Rolle des dWAT bei der Kontrolle akuter Entzündungen der Haut. Das proinflammatorisch aktivierte dWAT enthält nicht nur zahlreiche Immunzellen, sondern spielt auch eine wichtige Rolle bei Entzündungsprozessen, indem es eine Vielzahl von proinflammatorischen Zytokinen wie Tumor-Nekrose-Faktor-alpha (TNF-α), IL-6 und Leptin sowie antimikrobielle Peptide wie Cathelicidin (CAMP) und Chemokin (CC-Motiv) Ligand 4 (Ccl4) freisetzt, die für die Immunantwort und die Gewebereparatur wichtig sind. Allerdings ist das dWAT und seine immunregulatorische Funktion im Vergleich zu anderen Fettdepots noch wenig erforscht.
Unsere Untersuchungen des dWAT während einer Entzündung am Beispiel des IMQ-Mausmodells, das eine akute Hautentzündung repräsentiert, zeigten eine starke Aktivierung des dWAT sowie eine Hochregulierung der Expression einer Vielzahl von Entzündungs- und Gewebereparatur-assoziierten Genen wie IL-6, Lcn2, S100A9, Chil3, CXCL2 oder Clec4n. Darüber hinaus deuten Analysen der Gen- und Proteinexpression sowie der Signalwege des dWAT der entzündeten Haut auf eine Aktivierung des Entzündungsprogramms unter Einbeziehung von TLR-, Chemokin- und Fcg-Rezeptor-Signalwegen hin.
Die akute Entzündung der Haut, die durch eine einmalige topische Anwendung von IMQ induziert wird, ist nach unseren Daten mit einer proinflammatorischen Aktivierung des dWAT verbunden. Um zu überprüfen, ob aktiviertes dWAT die Aktivität von Immunzellen direkt beeinflussen kann, wurden aktivierte dWAT-Überstände zur Behandlung von proinflammatorisch stimulierten KMZ verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass lösliche Mediatoren des act-dWAT einen starken Einfluss auf die Expression von Genen haben, die für die Entzündungsregulation, die Migration myeloischer Zellen, die Reaktion auf Chemokine, die Aktivierung von Makrophagen und die Organisation der extrazellulären Matrix der LPS/INFg-stimulierten KMZ verantwortlich sind. Systemische Effekte der löslichen dWAT-Mediatoren konnten durch die Behandlung von KMZ mit dWAT-Überständen aus nicht läsionaler Haut, die keine Hochregulation zeigte, ausgeschlossen werden. Die proinflammatorische Aktivierung des dWAT spielte dabei eine entscheidende Rolle für die Sekretion proinflammatorischer Mediatoren und der Induktion benachbarter Zellen.
Interessanterweise konnte auch gezeigt werden, dass IL-33 aus aktiviertem dWAT die Expression der entzündungshemmenden Zytokine IL-4 und IL-13 in Th2-unabhängiger Umgebung einer akuten Hautentzündung in proinflammatorisch aktivierten myeloischen Zellen induziert. IL-4 und IL-13 sind zentrale Th2-Zytokine, die die Gewebereparatur unterstützen und die Entzündungsreaktion unterdrücken. Beide Zytokine sind auch an der Kollagensynthese und dem Umbau der extrazellulären Matrix beteiligt, die für eine effektive Gewebereparatur notwendig sind, und beeinflussen die Polarisierung von Makrophagen in einen entzündungshemmenden und gewebereparaturfördernden M2-ähnlichen Phänotyp. Beide Mechanismen sind bei Adipositas gestört.
Die Rolle von IL-33 im Zusammenhang mit Adipositas und den damit verbundenen kardiovaskulären und diabetischen Komplikationen ist widersprüchlich. Unsere Ergebnisse zeigen eine signifikante Reduktion der IL-33 Proteinkonzentration im dWAT-Überstand bei Adipositas unter inflammatorischen Bedingungen, was möglicherweise eine gestörte Homöostase und metabolische und inflammatorische Veränderungen sowie chronische Entzündungszustände bei Adipositas erklären könnte. Die reduzierte Expression von IL-4 und IL-13 in myeloischen Zellen aus läsionaler Haut von adipösen Mäusen bestätigt die Rolle der dWAT-IL-33-IL-4/-13-Achse in der proinflammatorischen Immunantwort.
Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass das dWAT eine wichtige und bisher unterschätzte Rolle bei der Kontrolle von Hautentzündungen spielt. Die Aktivierung des dWAT während der akuten Entzündung und die Initiierung der Signaltransduktionskaskade von IL-33 zu IL-4/IL-13 trägt zur Kontrolle der Entzündung bei. Unter adipösen Bedingungen werden jedoch eine gehemmte Expression von Th2-Zytokinen und eine Reduktion von freigesetztem IL-33 beobachtet, was auf metabolische Veränderungen im dWAT hinweist.
Auf diese Weise werden neue Mechanismen gezeigt, mit denen ein laufender Entzündungsprozess gestoppt und die Gewebereparatur in Gang gesetzt werden kann. Die Übertragung unserer Ergebnisse auf andere Modelle, wie zum Beispiel die atopische Dermatitis, könnte vielversprechende Ergebnisse liefern. Diese Erkenntnisse können auch auf andere Erkrankungen übertragen werden, bei denen die Auslösung von Entzündungen und die Einleitung der Gewebereparatur gestört sind, wie z.B. bei der diabetischen Wundheilung oder bei adipositasbedingten, exazerbierten Entzündungserkrankungen.:Inhalt
BIBLIOGRAPHISCHE DARSTELLUNG 3
Abbildungsverzeichnis 9
Tabellenverzeichnis 10
Abkürzungsverzeichnis 11
Grafische Zusammenfassung 16
1. Einleitung 17
1.1. Haut 17
1.1.1. Epidermis 17
1.1.2 Dermis 18
1.2.3 Subkutis 19
1.2 Entzündung der Haut 19
1.2.1 Die physikalische Barriere 20
1.2.2 Antimikrobielle Peptide (AMPs) 20
1.2.3 Immunzellen 20
1.2.4 Entzündungsreaktion 24
1.2.5 Die Auflösung der Entzündung 26
1.2. Adipositas 27
1.3.1 Das Fettgewebe 28
1.3.2 Pathologische Vermehrung von Fettgewebe 34
1.4 Dermales weißes Fettgewebe (dWAT) 37
1.4.1 Die Aufgaben des dWAT 39
1.5. Zielstellung 44
2. Material 45
2.1 Versuchstiere und Zellen 45
2.2 Diäten 45
2.3 Geräte 47
2.4 Verbrauchsmaterial 50
2.5 Chemikalien, Medien und Puffer 52
2.6 Molekularbiologische Reagenzien und Bakterien 54
2.7 Stimulanzien und Inhibitoren 55
2.8 Medienzusammensetzung 56
2.9 Pufferzusammensetzung 57
2.10 Primer 58
2.11 Antikörper 59
2.12 Kits 60
2.13 Software 61
3. Methoden 62
3.1 Tierstudien 62
3.1.1 Fütterung und Charakterisierung der Tiere 62
3.1.2 Das Imiquimod-induzierte Entzündungsmodell 62
3.1.3 Makroskopische Analyse der Entzündung und Probenentnahme 63
3.1.4 Herstellung von Überständen aus Fettgewebe und nicht Fett Kompartimenten 64
3.2 In vitro- Versuche 65
3.2.1 Zellkultur 65
3.2.3 Gewinnung und Kultivierung von Knochenmarkzellen (KMZ) 65
3.2.4 Zellisolierung 66
3.2.5 Mediatoren/Inhibitoren Behandlung von Zellen 66
3.2.6 Herstellung einer Einzelzellsuspension aus Haut 67
3.3 Molekularbiologische Untersuchungen 67
3.3.1 RNA-Isolierung 67
3.3.2 cDNA- Synthese 68
3.3.3 Quantitative Real-Time-PCR (RT-PCR) 68
3.3.4 RNA Seq Analyse 68
3.4 Proteinanalyse 69
3.4.1 Herstellung der Proteinlysate 69
3.4.2 ELISA 69
3.4.3 Olink Proteomics Platform 69
3.4.4 Durchflusszytometrie 70
3.4.5 Bestimmung der freien Fettsäuren (FFS) in Serum und Überstand 70
3.5 Histologische Methoden 71
3.5.1 Anfertigen von Kryoschnitten 71
3.5.2 Immunhistochemische Färbung 71
3.5.3 Öl-Rot-Färbung 72
3.6 Statistische Auswertung 72
4. Ergebnisse 73
4.1. Lösliche Mediatoren aus dem dermalen Fettgewebe (dWAT) steuern die Aktivierung myeloischer Zellen bei Entzündungen 73
4.1.1 Etablierung eines akuten Entzündungsmodells der Haut 73
4.1.2 IMQ ausgelöste akute Hautentzündung führt zu einer proinflammatorischen Aktivierung des weißen Hautfettgewebes (dWAT) 74
4.1.3 IMQ verändert die Genexpression im dWAT während einer akuten Hautentzündung 75
4.2 Lösliche Mediatoren aus dem dWAT steuern die Aktivierung myeloischer Zellen während einer Entzündung 80
4.2.1 Myeloische Zellen als dominierende Zellpopulation in der frühen akuten Entzündung. 80
4.2.2 Aktivierung myeloischer Zellen durch lösliche Mediatoren des aktivierten dWAT während einer Entzündung 81
4.3 Hochregulation der Expression von IL-4 und IL-13 in aktivierten KMZ durch lösliche Mediatoren des proinflammatorisch aktivierten dWAT 85
4.3.1 Lösliche Mediatoren des proinflammatorisch aktivierten dWAT induzieren IL.4 und IL-13 85
4.3.2 Wirkung von viszeralem und subkutanem WAT auf die IL-4/IL-13-Expression. 86
4.3.3 Bestimmung der zellulären Quelle von IL-4/IL-13 in KMZ 87
4.3.4 Expression von IL-4/IL-13 in vivo 89
4.4 Mechanismen der Expression von IL-4 und IL-13 in mit aktiviertem dWAT-Überstand behandelten KMZ 90
4.4.1 Untersuchung der an der IL-4/I-13 Induktion beteiligten Signalwege 91
4.4.2. Die Expression von IL-4/IL-13 wird durch IL-33 stimuliert 92
4.4.3 Induktion und Expression von IL-33 94
4.5 Adipositas beeinträchtigt die durch IL-33 induzierte Expression von IL-4 und IL-13 in aktiviertem KMZ. 97
4.5.1 Etablierung eines Diät-induzierten Adipositas-Mausmodells 97
4.5.2 Imiquimod-induzierte Hautentzündung aktiviert dWAT bei fettleibigen Tieren 98
4.5.3 Die proinflammatorische Aktivierung des dWAT in fettleibigen Mäusen führt zu einer Herabregulierung der IL-33-Expression 99
4.6 Zusammenfassung 101
5. Diskussion 102
5.1 Etablierung eines akuten Entzündungsmodells der Haut 102
5.2 Aktivierung des dWAT durch akute Hautentzündung 103
5.3 dWAT beeinflusst die umgebende Immunzellen 104
5.4 Lösliche Mediatoren des aktivierten dWAT induzieren die Expression typischer Th2-Zytokine: IL-4 und IL-13 105
5.5 Die Expression von IL-4 und IL-13 wird durch IL-33 aus dem dWAT induziert 108
5.6 Mechanismen der IL-33 Expression 111
5.7 Die Funktionen der dWAT und die Adipositas 113
5.8 Adipositas-Mausmodell 114
5.9 Die entzündungshemmende und heilungsfördernde Wirkung von dWAT wird durch Adipositas negativ beeinflusst 116
Zusammenfassung 119
Summary 122
Literaturverzeichnis 124
Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 175
Anerkennung der Promotionsordnung 176
Lebenslauf 177
Publikationen 178
Danksagung 17
