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Visualization of parasite–host interactions using atmospheric-pressure MALDI mass spectrometry imaging
Full text linkEndoparasites completely rely on the host organism to survive, once they entered their host. Though, hosts do not capitulate but try to protect themselves against potential damage induced by the parasite. Taking these two effects together, leads to measurable changes in the composition and lateral distribution of metabolites in host tissue (upon infection). In order to find novel drug targets, further knowledge on such changes is crucial. Using mass spectrometry imaging to investigate host-parasite interactions in vivo in an untargeted fashion whilst maintaining the lateral information of metabolites is a powerful approach. Therefore, two distinct models were studied: Schistosoma-mansoni-egg-containing liver samples of hamsters infected with the blood flukes, and bovine skin tissue, showing cysts formed by the apicomplexan parasite Besnoitia besnoiti.
For both parasite-host systems, characteristic infection markers were found with significant changes in signal intensities.
Additionally, by benefiting from the fact that lateral information is kept during mass spectrometry imaging analysis, the lateral distribution of infection markers was revealed. For some of them, co-localized biological structures were observed in optical images of the analyzed tissues.
During schistosomiasis, Schistosoma mansoni eggs are deposited in the hamster liver, leading to granuloma formation around the eggs. The high lateral resolution of the AP-SMALDI5 AF ion source enabled the unambiguous visualization of both, eggs (100 µm to 200 µm in diameter) and local abundance changes of lipids in granulomatous tissue compared to healthy hepatic tissue. Guided by results obtained with liquid chromatography-tandem mass spectrometry, we observed a substructure in formed granulomas by applying mass spectrometry imaging. For example, ether-phosphatidyl-ethanolamines were mainly found in the outer part of the granulomas. In total, 372 substances were found to be significantly changed due to infection.
In the skin of Besnoitia besnoiti-infected cattle, MS images showed both, enrichment and depletion of several lipid species inside parasite-formed cysts. Due to the high lateral resolution at 2 µm pixel size, some of them were even found to be characteristic for the thin cyst walls. Applying multiple MSI methodologies, cysts were further characterized by on-tissue tandem mass spectrometry as well as 3-dimensional imaging. Overall, 552 ions were found to be altered due to infection.
Overall, gained insights into parasite-host interactions can now be used as starting points for further metabolism studies and also serve as potential drug targets
Success of the German Cystic Fibrosis Registry
Full text linkThe German Cystic Fibrosis (CF) Registry (GCFR) is a national General Data Protection Regulation–compliant centralised database sponsored by the German Cystic Fibrosis Association (Mukoviszidose e.V.) and based on informed consent for each participating patient, ethical approval, and data protection votes. The aims of the GCFR are to optimise quality of care for CF at the centres, generate epidemiologic overviews, address research questions related to improved CF care, and inform caregivers, patients (aimed at patient empowerment), and health authorities and industry (aimed at care planning and pharmacovigilance). Established in 1995, the Registry has captured data on > 9600 individuals with a combined total of more than 140 000 annual assessments with an estimated coverage rate of > 90%. Patient data are collected after informed consent and confirmed diagnosis of CF, or a CFTR-related disorder, or a screening-positive inconclusive diagnosis of CF (i.e., CFSPID). The registry collects core, encounter, and annual health data. Data include demographics, anthropometrics, lung function, microbiology, CF-specific complications and chronic medications, hospitalisations, demand-oriented antibiotic therapies, and outcomes (death and transplants). Real world and pharmacovigilance studies have been published and additional research underway; there is a formal process for requesting access to the GCFR
Charakterisierung der zellulären Stressantwort in embryonalen im Vergleich zu adulten Kardiomyozyten bei mitochondrialer Dysfunktion
Full text linkMitochondrien als zelluläre Energielieferanten sind wesentlich an der Pathogenese verschiedener kardiovaskulärer Erkrankungen beteiligt. Mit seinem hohen Energiebedarf ist das Herz auf eine regelrechte Funktion der Zellorganelle angewiesen. Doch insbesondere mit zunehmendem Alter kommt es zu mitochondrialen Funktionseinschränkungen. Mitochondriale Dysfunktionen äußern sich unter anderem in einer erhöhten Konzentration von ROS und einer verminderten Bildung von ATP. Mit kardiovaskulären Erkrankungen als eine der Haupttodesursachen weltweit, können die Erkenntnisse über das zelluläre Überleben im Hinblick auf eine Schädigung der Mitochondrien wichtige therapeutisch und präventive Optionen bieten. Durch ihre Beteiligung an der Pathogenese kardialer Erkrankungen rücken Mitochondrien daher immer wieder in den Fokus der sogenannten Kardioprotektion. Die Ergebnisse unserer Arbeit bestätigen die Unterschiede embryonaler und adulter Kardiomyozyten bei einer mitochondrialen Dysfunktion. Embryonale Kardiomyozyten zeigen eine hohe Resistenz gegenüber einer Komplex-III-Inhibition. Die Phasenkontrastmikroskopie zeigt einen konfluenten und synchron schlagenden Zellverbund ohne den Nachweis eines signifikanten Zellverlustes in der Zellzählung, trotz einer nachweislich vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffe. Dabei aktivieren die embryonalen Kardiomyozyten verschiedene molekulare Schutzmechanismen, darunter die Integrated-Stress-Response, die Heat-Shock-Response, antioxidative Proteine und Enzyme oder auch die ER-Stress-Achse. Dabei handelt es sich um Signalwege zur Aufrechterhaltung der zellulären Integrität und der Proteinhomöostase. Im Gegensatz dazu kommt es bei adulten Kardiomyozyten bereits bei deutlich geringeren Konzentrationen des verwendeten Inhibitors schnell zu einem Zellverlust. Auch im Hinblick auf die Aktivierung der verschiedenen Signalwege zeigen sie deutliche Unterschiede zu den embryonalen Kardiomyozyten, sodass sich daraus mögliche Erklärungen der verminderten Toleranz adulter Kardiomyozyten ergeben. Sowohl für die pränatale Entwicklung des Herzens, als auch für das Verständnis und den Umgang mit kardiovaskulären Erkrankungen im Alter, kann eine genauere Differenzierung der molekularen Hintergründe und der zellulären Veränderungen bei mitochondrialen Funktionseinschränkungen wesentliche Möglichkeiten bieten
Die C-reaktives-Protein/Albumin-Ratio als Prädiktor für die intrahospitale Mortalität nach spontaner intrazerebraler Blutung
Full text linkDie CRP/Albumin-Ratio ist ein Serum-Biomarker, der sich bei interdisziplinär behandelten Intensivpatientinnen und -patienten als relevanter prognostischer Faktor bzgl. der intrahospitalen Mortalität erwiesen hat. Untersuchungen zu diesem Serum-Biomarker als prognostischer Faktor bei Patientinnen und Patienten mit spontaner intrazerebraler Blutung, die auf einer neurochirurgischen Intensivstation behandelt werden, liegen allerdings noch nicht vor. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, den Zusammenhang zwischen der bei Aufnahme bestimmten CRP/Albumin-Ratio und dem Risiko, nach einer intrazerebralen Blutung noch während des Krankenhausaufenthaltes zu versterben, zu untersuchen. Bei Nachweis eines signifikanten Zusammenhangs sollte zudem analysiert werden, ob sich durch die Kombination des ICH Score mit der CRP/Albumin-Ratio eine verbesserte Vorhersagegenauigkeit hinsichtlich der intrahospitalen Mortalität nach intrazerebraler Blutung erreichen lässt.
In die retrospektive Datenanalyse wurden Patientinnen und Patienten eingeschlossen, die von Februar 2008 bis Dezember 2017 für mindestens 24 Stunden auf der neurochirurgischen Intensivstation des Universitätsklinikums Gießen behandelt und bei denen bei Aufnahme CRP und Albumin im Serum bestimmt worden waren.
Darüber hinaus wurden demografische und radiologische Daten sowie multiple weitere Serum-Biomarker bei Aufnahme ebenso wie intensivmedizinische Parameter innerhalb der ersten 24 Stunden ausgewertet und ihr prognostischer Wert hinsichtlich der intrahospitalen Mortalität analysiert. Der klinische Verlauf wurde anhand der mRS bewertet.
Insgesamt wurden 379 Patientinnen und Patienten mit einem Durchschnittsalter von 68,2 ± 13,3 Jahren in die Studie eingeschlossen. Während des stationären Aufenthaltes verstarben hiervon 118 (31,1 %); 187 (49,3 %) überlebten mit einem schweren neurologischen Defizit (mRS 4, 5). Nicht mehr als 74 (19,6 %) wurden mit einem guten klinischen Outcome (mRS 1–3) verlegt oder entlassen.
In der multivariaten Regressionsanalyse erwiesen sich ein höheres Lebensalter, ein niedriger GCS Score, ein höherer APACHE II Score, das Vorliegen einer chronischen Herzinsuffizienz sowie das Fehlen von Vormedikation als unabhängige Prognoseparameter. Darüber hinaus zeigte sich, dass die initial gemessene CRP/Albumin-Ratio einen unabhängigen Prädiktor für die intrahospitale Mortalität darstellt (Odds Ratio (OR) = 1,66, 95%-Konfidenzintervall (KI) = 1.193–2.317, p = 0,003). Die multivariate Cox-Regressionsanalyse ergab, dass ein Anstieg der CRP/Albumin-Ratio um 1 das Risiko, nach einer intrazerebralen Blutung im Krankenhaus zu versterben, um 15,3 % erhöht (Hazard Ratio = 1,153, 95 % KI = 1,005–1,322, p = 0,42). Die ROC-Analyse konnte einen signifikanten Zusammenhang einer erhöhten intrahospitalen Mortalität und einer CRP/Albumin-Ratio > 1,22 nachweisen (Youden-Index: 0,19, Sensitivität: 28,3; Spezifität: 89,9; p = 0,007). Der ICH Score bei Aufnahme wurde zudem mit einem zusätzlichen Punkt bewertet, wenn die initiale CRP/Albumin-Ratio > 1,22 betrug. Für eine detaillierte Auswertung wurden Untergruppen von Betroffenen mit einem GCS ≤ 8 sowie von Patientinnen und Patienten mit intraventrikulärer Blutung analysiert. Die ROC-Analyse des ICH Score in Kombination mit der CRP/Albumin-Ratio ergab eine höhere AUC (AUC: 0,776, Cut-off: ≥ 3, Sensitivität: 0,907, Spezifität: 0,498, Youden-Index: 0,409) als der ICH Score allein (AUC: 0,761, Cut-off: ≥ 3, Sensitivität: 0,881, Spezifität: 0,479, Youden-Index: 0,402). Bei Patientinnen und Patienten mit einem initialen GCS ≤ 8 (n = 169) resultierte eine verbesserte Prognoseabschätzung der intrahospitalen Mortalität für den ICH-CRP-/Alb-Score (AUC: 0,719, Cut-off ICH Score ≥ 3, Sensitivität: 0,706, Spezifität: 0,322, Youden-Index: 0,384), verglichen mit dem ICH Score (AUC: 0,672; Cut-off ICH Score ≥ 3, Sensitivität: 0,588, Spezifität: 0,309, Youden-Index 0,279). Bei Betroffenen mit intraventrikulärer Blutung (n = 269) zeigte der ICH-CRP/Albumin-Score (AUC: 0,774, Cut-off ICH Score ≥ 4, Sensitivität: 0,687, Spezifität: 0,271, Youden-Index: 0,416) ebenfalls bessere prognostische Ergebnisse als der ICH Score allein (AUC: 0,747, Cut-off ICH Score ≥ 4, Sensitivität: 0,596, Spezifität: 0,235, Youden-Index: 0,361).
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen somit nahe, dass die CRP/Albumin-Ratio als ein neuer, zusätzlicher Parameter zur Abschätzung der Prognose bei Patientinnen und Patienten mit intrazerebraler Blutung angewendet werden kann. Der ICH Score in Kombination mit der CRP/Albumin-Ratio zeigte eine Verbesserung der Vorhersage der intrahospitalen Mortalität im Vergleich zum ursprünglichen ICH Score. Der größte Nutzen bei der Vorhersage der intrahospitalen Sterblichkeit wurde bei kritisch Kranken mit intraventrikulärer Blutung oder niedrigem GCS festgestellt.
Aufgrund der Limitationen der retrospektiven Datenanalyse sollte eine Validierung dieser Ergebnisse in einer prospektiven Studie durchgeführt werden – insbesondere um die Evidenz der Ergebnisse zu erhöhen. Ferner sollte untersucht werden, ob die zusätzliche Anwendung der CRP-/Albumin-Ratio mit bereits etablierten Prognose-Scores die Prädiktion der Morbidität sowie der Kurz- und Langzeitmortalität bei Patientinnen und Patienten mit intrazerebraler Blutung auf der neurochirurgischen Intensivstation erhöhen kann
Social Identification in Times of Crisis: How Need to Belong, Perspective Taking, and Cognitive Closure Relate to Changes in Social Identification
Full text linkIn a world shaped by global crises—from pandemics to international armed conflicts to an escalating climate crisis—research into human reactions to and coping with uncertainty is becoming increasingly important. The fundamental role of identification with social groups in maintaining well-being during times of threat has been emphasized. In this context, the aim of this study was to examine the relationship between interindividual differences— need to belong, perspective taking, need for cognitive closure—and changes in social identification. To test our hypotheses, we conducted a two-wave online study with a sample of 1008 participants during the COVID-19 pandemic. We examined changes in social identification in narrow social groups (i.e., family, friends, neighbors) and broader social categories (i.e., own country, Europe, humanity). We found an overall increase in social identification in times of crises across all groups. The results show that need to belong (at Time 1) was positively related to increases in social identification (at Time 2) for all groups, while the positive association between perspective taking (at Time 1) and increases in social identification (at Time 2) was observed for almost all groups except neighbors. Contrary to our expectations, however, the need for cognitive closure (at Time 1) showed no association with changes in identification with any social group (at Time 2). These findings emphasize the importance of interindividual differences for our understanding of changes in social identification over time.Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); ROR-ID:018mejw6
Transforming the feeding regime towards low-input increases the environmental impact of organic milk production on a case study farm in central germany
Full text linkPurpose: Despite the direct effect of the feeding regime on the environmental impacts of dairy farming systems, its level of intensity, particularly in organic systems, has rarely been investigated. This study compares the environmental impact of a high-input feeding regime with a grassland-based, low-input feeding regime scenario within an organic milk production system conducted on Gladbacherhof, the research farm of Justus Liebig University Giessen, in Central Germany.
Methods: An integrated Life Cycle Assessment (LCA) analysis was performed from a cradle-to-farm gate perspective to quantify five environmental impacts, namely Global Warming (GW), Non-Renewable Energy Use (NREU), Land Use (LU), Terrestrial Acidification (TA), and Freshwater Eutrophication (FE). All agronomic data of the Gladbacherhof research farm, averaged over the years 2010–2017, were included. When not directly measured on the farm, ecoinvent data were included.
Results and discussion: Contrary to our hypothesis, the results suggest that a grassland-based low-input system has a higher environmental impact as compared to a high-input system for each of the five impact categories when using fat and protein-corrected milk (FPCM) as the functional unit. A 50% reduction in concentrates and exclusion of maize silage from the feed ration in the modelled low-input production system lead to a 20% drop in milk yield. To balance the energy content in low-input feeding ration, longer grazing period and higher amount of hay, alfalfa, and grass silage are required. This in turn results in higher emissions from enteric fermentation, manure management, and feed production and hence in higher environmental impact, particularly for GW, TA, and FE.
Conclusions: This study is one of the few that directly explores the environmental impact of feeding intensity in an organic milk production system. Nevertheless, there is a lack of research on consolidated emission factors for several greenhouse gas (GHG) sources in organic livestock and cropping systems to perform more robust carbon footprint calculations that comply with the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Tier 3 GHG reporting guidelines. To generalize the results at the regional or national scale, direct comparisons with a larger number of organic farms representative of high-input and low-input intensities are still essential
Multi-Stage Reconstructive Surgery of the Eyeball with No Light Perception After Severe Open Globe Injury
Full text linkPurpose: To analyze the visual and anatomical outcomes of multi-stage reconstructive surgery of the eyeball with no light perception (NLP) in patients after severe open globe injury (OGI).
Patients and methods: In this retrospective consecutive case series study, medical records of patients with severe OGI with visual loss up to NLP, who were referred to our clinic between February 1, 2016, and March 30, 2021, were included. The analysis of epidemiologic data, type and severity of OGI, timing and type of surgical treatment, and anatomical and functional results was performed.
Results: Nine patients met our inclusion criteria. The mean age was 52 years (range 34– 78 years). Mean follow-up was 24 months (range 1– 56 months). Estimated mean best corrected visual acuity (BCVA) was 2.92 LogMAR immediate after trauma, 2.27 LogMAR before reconstructive anterior segment surgery and 2.42 LogMAR at last follow-up. The functional gain after the primary repair was highly significant (p 0.005), but a non-significant gain was seen at the last follow-up. Retina reattachment was achieved in most of the cases (6/7, 85.7%), but these remained silicone oil dependent (5/6, 83.33%). In all cases, it was possible to prevent primary enucleation.
Conclusion: The multi-stage reconstructive surgical approach allowed for saving the eyes and improved the functional and anatomical condition. Despite the severity of OGI and NLP, an early surgical intervention should be considered by experienced surgeons
Einfluss von 17-β-Estradiol und Dienogest auf humane primäre endometriale Epithelzellen im Kontext der Endometriose
Full text linkEndometriose ist eine Erkrankung, die mit der Disseminierung von Endometriumgewebe in extrauterine Körperbereiche einhergeht und dort zu einer Etablierung von ektopen Endometriose-Herden führt. Die Krankheit ist östrogenabhängig und meist assoziiert mit einer Progesteron-Resistenz. Ein medikamentöser Therapieansatz, der in der Behandlung der Endometriose und assoziierter Symptome Anwendung findet, ist die Therapie mit synthetischem Progesteron wie Dienogest. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, welche Effekte E2 und Dienogest auf humane endometriale Epithelzellen haben und inwieweit diese den Progress oder die Entstehung der Endometriose beeinflussen könnten.
Es konnte gezeigt werden, dass E2 generell einen verstärkenden Einfluss auf Parameter hat, die dazu beitragen könnten, Endometriose-Herde zu etablieren. E2 führte in den vorgestellten Experimenten zu einer Verringerung des TEERs, einer geringeren Expression des Zell-Kontakt-Proteins ZO1 und zu einer vermehrten Migration und Invasivität der Zelllinie eCRC560. Dienogest hingegen reduzierte die genannten Parameter sowohl bei alleiniger Gabe als auch in Kombination mit E2.
Des Weiteren wurde die Sekretion von MMP7 untersucht, einer Matrix-Metalloproteinase, bei welcher bereits eine verstärkte Expression in Endometriose-Herden und auch in eutopem Gewebe von an Endometriose erkrankten Frauen, beobachtet werden konnte. In dieser Arbeit konnte unter Behandlung mit Dienogest eine signifikante Reduktion der MMP7-Sekretion von eCRC560 gezeigt werden. Bei zusätzlicher Stimulation mit E2 kam es zu einer weiteren Reduktion, was auf einen synergistischen Effekt der beiden Hormone hinweist. E2 allein führte ebenfalls zu einer geringen Reduktion.
Der zweite Teil dieser Arbeit bezog sich auf die Wundheilung im Uterus. Die Fibroblasten des Endometriums exprimieren physiologischerweise kein CD26/DPP4, eine Protease, die mit Narbenbildung assoziiert ist. Entsprechend kommt es auch im Endometrium nur in Ausnahmefällen zur Narbenbildung. Es konnte gezeigt werden, dass das Zytokin IL1α, CD26 in der humanen endometrialen Stromazelllinie HPESC560 induziert. Diese Erkenntnis könnte zum besseren Verständnis der Pathogenese der Narbenbildung im Uterus beitragen
Isoflurane vs. Propofol Sedation in Patients with Severe Stroke : A Clinical Proof-of-Concept-Study
Full text linkBackground: Severe strokes often require deep sedation, yet the optimal sedation regimen remains unclear. This comparative study compared the efficacy of achieving target sedation depth using inhaled (isoflurane) versus intravenous (propofol) sedation.
Methods: This prospective, observational, proof-of-concept study was conducted between July 2022 and June 2023 at two University Hospitals with dedicated neurological intensive care units. We included conservatively treated patients with severe space-occupying strokes (ischemic or haemorrhagic) requiring deep sedation. Patients received either inhaled or intravenous sedation. Sedation targets were defined in the morning rounds using the Richmond-Agitation-Sedation-Scale and were assessed at two subsequent time points (7 p.m. and 7 a.m.) during hospital stay. The primary outcome was the number of days where the predefined sedation target was achieved at both time points, comparing between the two sedation regimens. Secondary and safety outcomes included the incidence of delirium, pneumonia, functional outcomes, mortality, and vasopressor doses.
Results: Seventy-nine patients (age 71 [63–81] years, 31 female) were included. Patients sedated with isoflurane achieved the sedation target significantly more often, with 182/444 (41%) compared to 80/497 (16%) assessments in patients sedated with propofol (RR 1.4; 95%-CI: 1.3–1.6). This effect was consistent across all sedation stages, specifically in the deep sedation targets (RR 1.5; 95%-CI: 1.2–1.9) and no-sedation target (RR 5.1; 95%-CI: 2.8–9.4). Secondary and safety outcomes revealed no significant differences.
Conclusions: Isoflurane sedation offers a benefit for invasively ventilated stroke patients with respect to sedation targets. Specifically, isoflurane facilitates faster awakening when transitioning from deep sedation to awakening. These data encourage further confirmatory studies for specific stroke-patient groups
Funktionale Nanokohlenstoff-Hybride für optoelektronische Anwendungen
No full textCarbon dots (CDs) are carbon nanomaterials with remarkable photoluminescence, tunable surface chemistry, and high biocompatibility, making them attractive for applications in catalysis, sensing, and biomedicine. This work presents a comprehensive investigation of the synthesis, surface functionalization, characterization, and application of CDs, with a particular focus on carbon nanodots (CNDs). The broad objective was to understand how precise surface modifications and advanced analytical techniques could reveal structure-property relationships and unlock application potentials. CNDs were synthesized using bottom-up methods that allow precise control over particle morphology and surface functionalities. A major focus was the quantification of surface functional groups for covalent modification strategies.
In Publication 1, the question of whether the total amount of primary amines on the surface correlates with the efficiency of amide coupling reactions was addressed. Using a combination of the Kaiser test and quantitative 19F-NMR spectroscopy, it was found that coupling efficiency does not scale directly with the apparent amine content. Instead, steric accessibility and reactivity were identified as critical factors governing surface functionalization. These findings provide a basis for the rational selection of linkers and optimization of reaction conditions in covalent surface chemistry.
Publication 2 focused on whether covalent attachment of organic dyes to CNDs could improve their stability and integration into photocatalytic systems. The study demonstrated that covalent dye-CND hybrids, when integrated into TiO2-based hybrid photocatalysts, exhibited reduced dye leaching and consumption, thus advancing the development of more sustainable and long-lasting photocatalytic systems.
In Publication 3, the focus was on how the photophysical behavior of CND-azobenzene hybrids can be modulated by structural design, including a spacer and connectivity. It was shown that the molecular spacer significantly influences the electronic coupling and fluorescence quenching behavior and enables reversible photoisomerization. These results underline the potential of these hybrid materials for light-controlled applications such as optostimulation and targeted biotechnological processes.
The results highlight the importance of surface engineering in tailoring CNDs-hybrids. Combining surface analysis, targeted covalent modification, and application-driven hybrid design provides the foundation for solving challenges in photocatalysis, bioimaging, and stimuli-responsive nanotechnology.Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); ROR-ID:018mejw6