data_UMR - Forschungsdatenrepositorium (Philipps-Universität Marburg)
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Photoluminescence spectroscopy of charge transfer excitons for analysing the interface quality of type II heterostructures
No full textIn der vorliegenden Arbeit wurde die Fragestellung untersucht, inwiefern die Grenzflächenmorphologie die Rekombinationseigenschaften des Typ-II-Materialsystems (Ga,In)As/GaAs/Ga(As,Sb) beeinflusst und welche Wachstumsparameter zu einer Optimierung beitragen können. Zusätzlich wurde der Ansatz erforscht, ob sich die strahlende Rekombination räumlich getrennter Ladungsträger durch eine Grenzfläche zurzerstörungsfreien Analyse der Grenzflächenqualität eignet. Zu diesem Zweck wurden zwei verschiedene Probensets hergestellt, bei welchen die Wachstumsparameter variiert wurden. Dafür wurde in der aktiven Zone das Wachstum für 10 s bis 120 s unterbrochen und die Materialzusammensetzung während dieser Zeit im Reaktor verändert, um die Grenzflächenmorphologie gezielt zu manipulieren. In der Literatur sind Wachstumsunterbrechungen eine gängige Methode, um die Rauigkeit von Oberflächen und die Ordnung von schon gewachsenen Schichten zu verbessern. Um sowohl die Grenzflächen von (Ga,In)As als auch von Ga(As,Sb) mit Wachstumsunterbrechungen (WU) behandeln zu können, wurde auch die Reihenfolge des Wachstums der unterschiedlichen Materialien verändert. So konnten sowohl die Grenzfläche (Ga,In)As/GaAs als auch die Grenzfläche von Ga(As,Sb)/GaAs untersucht werden. Abschließend lässt sich festhalten, dass sich bestätigen konnte, dass die Grenzflächenmorphologie einen Einfluss auf die statischen sowie dynamischen optischen Eigenschaften eines Typ-II Materialsystems haben. Dabei lassen sich optimale Wachstumsparameter
bestimmen, die zu einer Optimierung der strahlenden Rekombination führen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, wie hoch die Sensibilität der Typ-II Systeme gegenüber der Anregungsleistung und den damit verbundenen Bandverbiegungseffekten ist. Es lies sich bestätigen, dass Typ II Ladungstransferexzitonen einen vielversprechenden Zugang zu inneren Grenzflächen und deren Morphologie bieten.This study investigated the extent to which the interface morphology influences the recombination properties of the type II material system (Ga,In)As/GaAs/Ga(As,Sb) and which growth parameters can contribute to optimisation. In addition, the approach was investigated as to whether the radiative recombination of spatially separated charge carriers through an interface is suitable for non-destructive analysis of the interface quality. For this purpose, two different sample sets were produced, in which the growth parameters were varied. To do this, growth in the active zone was interrupted for 10 s to 120 s and the material composition was changed in the reactor during this time in order to specifically manipulate the interface morphology. In the literature, growth interruptions are a common method for improving the roughness of surfaces and the order of already grown layers. In order to be able to treat both the interfaces of (Ga,In)As and Ga(As,Sb) with growth interruptions (GI), the sequence of growth of the different materials was also changed. This made it possible to investigate both the (Ga,In)As/GaAs interface and the Ga(As,Sb)/GaAs interface. Structural investigations of the layer surfaces showed that different growth interruption conditions must apply to each material in order to have a positive effect on the interface. In conclusion, it was confirmed that the interface morphology has an influence on the static and dynamic optical properties of a type II material system. Optimal growth parameters can be determined that lead to an optimisation of radiative recombination. Furthermore, it was shown how sensitive Type II systems are to excitation power and the associated band bending effects. It was confirmed that Type II charge transfer excitons offer a promising approach to inner interfaces and their morphology
Unlocking nature's potential: Chemical and Genetic diversity of Medicinal and Aromatic Plants from specific origins and their potent Anthelmintic activity
No full textUnlocking nature's potential: Chemical and genetic diversity of medicinal and aromatic plants from specific origins and their potent anthelmintic activity
Parasitic helminths, particularly gastrointestinal (GI) roundworms, are a substantial threat to livestock worldwide. In the poultry industry, Ascaridia galli is a prevalent nematode responsible for ascariasis, leading to animal welfare and economic losses. Conventional control strategies rely on synthetic anthelmintic (AH) compounds, yet the emergence of drug resistance has significantly compromised their long-term efficacy. In this context, the HERBAL Euregio Project was initiated to identify novel plant-derived substances with AH activity and to evaluate the genetic and chemical profiles of ethnoveterinary plants for potential application in sustainable animal health solutions.
As part of the HERBAL project, an ethnoveterinary selection of ten medicinal and aromatic plant (MAP) species from the Italian Alps was made, based on their historical use and known bioactivity. In vitro assays targeting the embryonic development (ED) of A. galli eggs revealed that Cicerbita alpina and Tanacetum vulgare exhibited superior inhibitory activity compared to other candidates. These findings directed the project's focus towards a deeper phytochemical and genetic exploration of these species to identify key specialized metabolites (SMs) associated with enhanced AH activity and genetic markers to assess their variability.
Sesquiterpene lactones (STLs), well-documented for their bitterness and bioactivity, emerged as key candidates due to their known AH efficacy, particularly in synergy with other phenolic compounds such as caffeic acid derivatives and flavonoids. For this purpose, a targeted analytical method was developed using Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS) employing Multiple Reaction Monitoring (MRM) to qualitatively and quantitatively identify these metabolites in the selected plant species. Parallel to this, genetic analysis was undertaken using Simple Sequence Repeat (SSR) markers, transferred from related species, to assess the genetic diversity across germplasm collections.
While initial tests demonstrated only moderate in vitro AH activity for Origanum vulgare subsp. vulgare, originating from North Italy, the scientific literature suggested that the genus Origanum displays extensive chemotypic and genotypic diversity, with certain taxa and subspecies, particularly O. vulgare subsp. hirtum (Greek oregano), reported to be rich in thymol and carvacrol, compounds known for their antimicrobial and AH effects. Based on this, a hypothesis was formed that O. vulgare subsp. hirtum may possess stronger AH properties than its more extensively studied counterparts.
To test this hypothesis, sixteen accessions of O. vulgare subsp. hirtum collected from across mainland Greece, along with four clones and one wild population from Turkey, were subjected to phytochemical profiling and in vitro bioassays against A. galli. The results were evaluated concerning their chemical composition and genetic background to identify individuals or populations enriched in bioactive SMs.
The methodological framework of the present study was designed to capture genetic and chemical variability within and between the species under investigation. Representative plant individuals were selected from germplasm collections originating from diverse locations of Trentino and South Tyrol (Italy), as well as Greece. Various extraction techniques were optimized to maximize yield and preserve the activity of key SMs, with the developed LC-MS/MS method providing high-resolution quantification of STLs and phenolic acids.
The genetic characterization revealed significant intraspecific variation within the studied populations, supporting the notion that genetic background plays a vital role in determining phytochemical profiles and, consequently, bioactivity. This insight holds particular relevance for breeding and domestication programs, which could utilize molecular markers identified in this study to select for high-yielding, chemically rich genotypes with potent AH properties.
In conclusion, the study advances our understanding of the genetic and chemical determinants in selected MAPs with potent AH activity and supports the development of novel, plant-based interventions for the control of parasitic infections in poultry. These findings also underscore the importance of biodiversity conservation and germplasm evaluation in identifying underutilized botanical resources with high pharmaceutical value. Future research should aim to validate the in vitro findings through in vivo trials and explore the mechanisms of action for key bioactive compounds to inform formulation and dosage strategies for practical applications in livestock health management.Entfesselung des Potenzials der Natur: Chemische und genetische Diversität von Arznei- und Aromapflanzen spezifischer Herkunft und deren potente anthelmintische Aktivität
Parasitäre Helminthen, insbesondere gastrointestinale (GI) Rundwürmer, stellen weltweit eine erhebliche Bedrohung für die Nutztierhaltung dar. In der Geflügelindustrie ist Ascaridia galli ein weitverbreiteter Nematode, der für Ascaridiose verantwortlich ist und sowohl das Tierwohl als auch die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt. Herkömmliche Kontrollstrategien beruhen auf synthetischen anthelmintischen (AH) Wirkstoffen, deren langfristige Wirksamkeit jedoch durch zunehmende Arzneimittelresistenzen stark eingeschränkt ist. Vor diesem Hintergrund wurde das HERBAL-Euregio-Projekt ins Leben gerufen, um neuartige pflanzliche Substanzen mit AH-Aktivität zu identifizieren und deren genetische sowie chemische Profile für eine potenzielle Anwendung in nachhaltigen Tiergesundheitslösungen zu evaluieren.
Im Rahmen des HERBAL-Projekts wurde eine ethnoveterinärisch begründete Auswahl von zehn Arznei- und Gewürzpflanzenarten (MAP) aus den italienischen Alpen getroffen, basierend auf deren historischer Nutzung und bekannter Bioaktivität. In vitro-Tests zur Hemmung der Embryonalentwicklung (ED) von A. galli-Eiern zeigten, dass Cicerbita alpina und Tanacetum vulgare eine überlegene hemmende Wirkung im Vergleich zu anderen Kandidaten aufwiesen. Diese Ergebnisse lenkten den Fokus des Projekts auf eine vertiefte phytochemische und genetische Untersuchung dieser Arten, um Schlüssel-Spezialmetabolite (SMs) mit erhöhter AH-Aktivität sowie genetische Marker zur Bewertung der Variabilität zu identifizieren.
Sesquiterpenlactone (STLs), bekannt für ihre Bitterkeit und Bioaktivität, erwiesen sich als vielversprechende Kandidaten aufgrund ihrer bekannten AH-Wirksamkeit, insbesondere in Synergie mit anderen phenolischen Verbindungen wie Kaffeesäurederivaten. Zu diesem Zweck wurde eine gezielte Analysemethode mittels Flüssigchromatographie–Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) mit Multiple Reaction Monitoring (MRM) entwickelt, um diese Metabolite qualitativ und quantitativ in den ausgewählten Pflanzenarten zu identifizieren. Parallel dazu wurde eine genetische Analyse unter Verwendung von Simple Sequence Repeat (SSR)- und Sequence-Tagged RAPD-Amplified Polymorphism (STRAP)-Markern, übertragen von verwandten Arten, durchgeführt, um die genetische Diversität in den Sammlungen zu bewerten.
Obwohl erste Tests nur eine moderate in vitro AH-Aktivität bei Origanum vulgare subsp. vulgare aus Norditalien zeigten, deuten wissenschaftliche Publikationen darauf hin, dass die Gattung Origanum eine ausgeprägte chemotypische und genotypische Vielfalt aufweist. Insbesondere O. vulgare subsp. hirtum (Griechischer Oregano) ist für einen hohen Gehalt an Thymol und Carvacrol bekannt – Verbindungen mit antimikrobiellen und AH-Eigenschaften. Daraus ergab sich die Hypothese, dass O. vulgare subsp. hirtum stärkere AH-Eigenschaften besitzen könnte als seine bisher umfassender untersuchten Verwandten.
Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden sechzehn Akzessionen von O. vulgare subsp. hirtum aus dem griechischen Festland sowie vier Klone und eine Wildpopulation aus der Türkei hinsichtlich ihrer phytochemischen Profile und AH-Aktivität gegen A. galli untersucht. Die Ergebnisse wurden in Bezug auf chemische Zusammensetzung und genetischen Hintergrund analysiert, um Individuen oder Populationen mit einem hohen Gehalt an bioaktiven SMs zu identifizieren.
Das methodische Gerüst der vorliegenden Studie wurde entwickelt, um genetische und chemische Variabilität innerhalb und zwischen den untersuchten Arten zu erfassen. Repräsentative Pflanzenindividuen wurden aus Sammlungen ausgewählt, die aus verschiedenen Regionen des Trentino und Südtirols (Italien) sowie Griechenlands stammten. Verschiedene Extraktionstechniken wurden optimiert, um die Ausbeute zu maximieren und die Aktivität der wichtigsten SMs zu erhalten. Die entwickelte LC-MS/MS-Methode ermöglichte eine hochauflösende Quantifizierung von STLs und phenolischen Säuren.
Die genetische Charakterisierung zeigte eine signifikante intraspezifische Variation innerhalb der untersuchten Populationen, was die Bedeutung des genetischen Hintergrunds für die phytochemischen Profile und damit die Bioaktivität unterstreicht. Diese Erkenntnis ist besonders relevant für Züchtungs- und Domestikationsprogramme, die die in dieser Studie identifizierten molekularen Marker zur Auswahl ertragreicher, chemisch reicher Genotypen mit starker AH-Aktivität nutzen könnten.
Abschließend erweitert die Studie unser Verständnis über die genetischen und chemischen Determinanten der AH-Aktivität ausgewählter MAPs und unterstützt die Entwicklung neuartiger, pflanzenbasierter Strategien zur Bekämpfung parasitärer Infektionen im Geflügelbereich. Die Ergebnisse unterstreichen zudem die Bedeutung der Biodiversitätserhaltung und Evaluierung von Genressourcen zur Identifizierung bislang ungenutzter botanischer Ressourcen mit hohem pharmazeutischem Potenzial. Künftige Forschung sollte darauf abzielen, die in vitro-Ergebnisse durch in vivo-Versuche zu validieren und die Wirkmechanismen der wichtigsten bioaktiven Verbindungen zu untersuchen, um Formulierungs- und Dosierungsstrategien für eine praxisnahe Anwendung im Tiergesundheitsmanagement zu entwickeln.
Disclaimer: The above text has been translated from English to German using DeepL: https://www.deepl.com/en/translato
The Role of TGF-β1 and Mutant SMAD4 on Epithelial-Mesenchymal Transition Features in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma Cell Lines
No full textHead and neck squamous cell carcinomas (HNSCCs) represent more than 90% of all malignancies in the upper aero-digestive tract. Their ability to metastasize is tightly associated with the patient’s survival. The process of epithelial–mesenchymal transition (EMT) is thought to be a central mechanism for invasion and metastasis. Here, we investigated the responsiveness of HNSCC cell lines and the HaCaT control cell line to the EMT master regulator TGF-β1 and observed major differences in the level of sensitivity to this cytokine. The more epithelial HNSCC cells and HaCaT control cells responded more extensively to TGF-β1 than the less epithelial HNSCC cells. Mutant SMAD4 was detected in the most mesenchymal HNSCC cell line and appears to contribute to mesenchymal features in HNSCC cells. These observations could help to explain the different histomorphological phenotypes of HNSCC tumors, which could be linked to the risk of metastatic spread.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Phenylalanin Ammoniak-Lyasen und 4-Cumarsäure Coenzym A-Ligasen in Chara braunii, Marchantia polymorpha und Physcomitrium patens als rezente Modelorganismen der pflanzlichen Terrestrialisierung
No full textPlant terrestrialization represents one of the most momentous events in palaeobotany, necessitating remarkable adaptability and resilience of organisms having been adjusted to marine conditions for millions of years. A most significant epiphenomenon along the way of land colonization was the emergence of new pathways and novel abilities within plant specialized metabolism that facilitated embryophytic subsistence on land. The phenylpropanoid pathway introduced an array of metabolic compounds and processes leading to crucial mechanisms of protection and self-preservation for plants, including lignification of cell walls, setup of water conducting elements and herbivore repellence (Agorio et al. 2024; Kunz et al. 2024). This pathway is divided into the general and the lignin-specific phenylpropanoid pathway (Labeeuw et al. 2015; Barros and Dixon 2020).
Phenylalanine ammonia-lyase (PAL), the first enzyme in the general phenylpropanoid pathway, catalyzes the reaction of the amino acid L-phenylalanine via elimination of ammonia to t cinnamic acid (Barros and Dixon 2020). This imperative reaction has been found to be conserved in extant members of the embryophytes as well as in the green alga Chara braunii, a member of the Charophyceae. In C. braunii, the transformation of L-Phe occurs with high substrate specificity, yet low turnover, whereas in extant members of bryophytes, the versatility as well as catalytic efficaciousness of PAL increase. PALs derived from the liverwort Marchantia polymorpha and the moss Physcomitrium patens are capable of not only transforming L-Phe to a higher degree than CbPAL, but also possess affinity towards D phenylalanine and L-tyrosine. Here, MpPAL 3 possesses with 28000 s-1 mol-1 l the highest catalytic efficiency for L-Phe, whereas in PpPALs 1 to 4 the catalytic efficiency varies between 5000 and 22000 s-1 mol-1 l. The catalytic efficiencies for D‑Phe and L-Tyr are significantly lower (Schwarze and Petersen 2024). The transformation of L-Tyr leads directly to 4-coumaric acid, which is otherwise produced via cinnamic acid 4-hydroxylase (C4H) from t-cinnamic acid (Barros and Dixon 2020). Intrinsic TAL-activity of PAL thus represents an alternative pathway towards this particular product. The increase in catalytic efficiency with ongoing evolution, as well as the more widespread orientation towards different substrates might indicate that the investigated CbPAL could represent a less elaborated form of PAL with the putative capability of evolving into more efficient enzymes. The third enzyme in the general phenylpropanoid pathway, 4-coumarate CoA-ligase (4CL), transforms 4-coumaric acid further into 4-coumaroyl-CoA. 4CL is capable of catalysing the same reaction with a number of different substrates, such as caffeic, ferulic, cinnamic, sinapic and 4-hydroxybenzoic acids (Schneider et al. 2003; Wohl and Petersen 2020). Several isoforms of 4CL have been discovered in all three investigated organisms. In C. braunii, activity is present, especially for caffeic acid, but not to a significantly high degree. In contrast to that, kinetic experiments could be performed for 4-coumaric, caffeic, ferulic and cinnamic acids with 4CL isoforms derived from M. polymorpha and P. patens. In M. polymorpha, the majority of catalytic functionality seems to be carried out by Mp4CL 3, being extraordinarily active and especially affine towards 4-coumaric acid (with a catalytic efficiency of more than 2.5 million s-1 mol-1 l). The other three isoforms display no substantial catalytic activities. In P. patens, four isoforms have been kinetically examined, revealing rather heterogenous catalytic behaviour. The most active isoform, Pp4CL 4, reached catalytic activities of appr. 55000 s-1 mol-1 l for 4 coumaric acid and appr. 29000 s-1 mol-1 l for caffeic acid, respectively (Schwarze and Petersen 2024).
The biochemical investigations of C. braunii, M. polymorpha and P. patens have shown that the metabolic toolkit for the production of specialized phenolic compounds necessary for plant survival on dry land is at least in some parts already present in extant members of streptophytes that are not yet part of the land plants. It has furthermore provided evidence that the variance and extent of these abilities have ostensibly increased as evolution continued. With the help of metabolites derived from the lignin-specific phenylpropanoid pathway, streptophytic organisms could unfold their potential to enhance vital characteristics, a development that contributed substantially to plant terrestrialization and further evolution on dry land.Die Terrestrialisierung von Pflanzen stellt eines der bedeutungsträchtigsten Ereignisse der Paläobotanik dar, welches den Organismen, die Millionen Jahre in marinen Bedingungen beheimatet waren, bemerkenswertes Anpassungsvermögen und Resilienz abverlangte. Ein signifikantes Begleitphänomen auf dem Weg zur Kolonisation des Landes war die Entstehung von neuartigen Stoffwechselwegen und Fähigkeiten innerhalb des pflanzlichen Sekundärmetabolismus, welche den Embryophyta das Überleben an Land erleichterten. Der Phenylpropanstoffwechsel führte eine Reihe neuer metabolischer Substanzen und Prozesse ein, die zu wichtigen Schutz- und Selbsterhaltungsmechanismen für Pflanzen führten, unter anderem Lignifizierung von Zellwänden, Etablierung von Wasserleitelementen und Abwehr von Herbivoren (Agorio et al. 2024; Kunz et al. 2024). Dieser Stoffwechselweg ist unterteilt in den allgemeinen sowie den Lignin-spezifischen Phenylpropanstoffwechsel (Labeeuw et al. 2015; Barros and Dixon 2020).
Phenylalanin Ammoniak-Lyase (PAL), das erste Enzym des allgemeinen Phenylpropanstoffwechsels, katalysiert die Reaktion der Aminosäure L-Phenylalanin über eine Abspaltung von Ammoniak zur t-Zimtsäure (Barros and Dixon 2020). Diese essentielle Reaktion zeichnet sich durch Konservierung sowohl in rezenten Embryophyta als auch in der Grünalge Chara braunii aus der Gruppe der Charophyceae, aus. In C. braunii findet die Umwandlung von L-Phe mit hoher Substratspezifität, jedoch geringem Umsatz statt, wohingegen sich in rezenten Bryophyta eine höhere Versatilität sowie katalytische Aktivität beobachten lassen. PALs aus dem Lebermoos Marchantia polymorpha sowie dem Laubmoos Physcomitrium patens sind nicht nur in der Lage, L-Phe in höherem Maße als CbPAL umzusetzen, sondern besitzen auch Affinität zu D-Phenylalanin und L-Tyrosin. Dabei kommt MpPAL 3 mit ca. 28000 s-1 mol-1 l für L Phe die höchste katalytische Effizienz zu, während diese in PpPALs 1 bis 4 zwischen 5000 und 22000 s-1 mol-1 l liegt. Die katalytischen Effizienzen für D‑Phe und L-Tyr sind deutlich geringer (Schwarze and Petersen 2024). Die Umwandlung von L-Tyr führt direkt zur 4-Cumarsäure, welche ansonsten über das Enzym Zimtsäure 4-Hydroxylase (C4H) aus t-Zimtsäure gebildet wird (Barros and Dixon 2020). Somit repräsentiert intrinsische TAL-Aktivität von PAL einen alternativen Stoffwechselweg hin zu diesem speziellen Produkt. Die Zunahme der katalytischen Effizienz mit fortschreitender Evolution sowie die breitere Orientierung hin zu verschiedenen Substraten könnten implizieren, dass es sich bei der untersuchten CbPAL um eine weniger elaborierte Version von PAL, mit der möglichen Fähigkeit, sich in effizientere Enzyme weiterzuentwickeln, handelt.
Das dritte Enzym im allgemeinen Phenylpropanstoffwechsel, 4-Cumarat CoA-Ligase (4CL), wandelt 4-Cumarsäure weiter zu 4-Cumaroyl-CoA um. 4CL ist in der Lage, dieselbe Reaktion mit einer Reihe verschiedener Substrate zu katalysieren, unter anderem Kaffee-, Ferula-, Zimt‑, Sinapin- und 4-Hydroxybenzoesäure (Schneider et al. 2003; Wohl and Petersen 2020). Verschiedene Isoformen von 4CL wurden in allen drei genannten Organismen gefunden. In C. braunii wurde Aktivität gefunden, insbesondere mit Kaffeesäure, allerdings nicht in besonders hohem Maße. Demgegenüber konnten mit 4CL‑Isoformen aus M. polymorpha und P. patens kinetische Experimente mit 4-Cumar-, Kaffee‑, Ferula- und Zimtsäure durchgeführt werden. Im Fall von M. polymorpha scheint Mp4CL 3 für den Großteil der katalytischen Funktion verantwortlich zu sein, wobei es sich hier um ein ausgesprochen aktives Enzym mit besonders hoher Affinität zu 4-Cumarsäure (katalytische Effizienz von mehr als 2.5 Millionen s-1 mol-1 l) handelt. Für die anderen drei Isoformen fand sich keine signifikante katalytische Aktivität. Vier Isoformen aus P. patens wurden kinetisch untersucht, wobei sich recht unterschiedliche katalytische Verhaltensweisen abzeichneten. Die aktivste Isoform, Pp4CL 4, erreichte katalytische Effizienzen von 55000 s-1 mol-1 l für 4‑Cumarsäure und 29000 s-1 mol-1 l für Kaffeesäure (Schwarze and Petersen 2024).
Die biochemischen Untersuchungen für C. braunii, M. polymorpha and P. patens haben gezeigt, dass zumindest ein Teil des metabolischen Bausatzes zur Produktion der zum Überleben der Pflanzen an Land benötigten Sekundärmetaboliten bereits in rezenten Streptophyta vorhanden ist, welche noch nicht zu den Landpflanzen gezählt werden. Darüber hinaus haben die Untersuchungen dazu beigetragen, zu zeigen, dass sich Versatilität und Umfang dieser Fähigkeiten augenscheinlich im Laufe der Evolution erhöht haben. Mit Hilfe von Sekundärmetaboliten aus dem Lignin-spezifischen Phenylpropanstoffwechsel konnten streptophytische Organismen ihr Potential, überlebenswichtige Eigenschaften zu verbessern, frei entfalten, was in erheblichem Maße zur Terrestrialisierung von Pflanzen und ihrer weiteren Entwicklung an Land beitrug
Turbo autoencoders for the DNA data storage channel with Autoturbo-DNA
No full textDNA, with its high storage density and long-term stability, is a potential candidate for a next-generation storage device. The DNA data storage channel, composed of synthesis, amplification, storage, and sequencing, exhibits error probabilities and error profiles specific to the components of the channel. Here, we present Autoturbo-DNA, a PyTorch framework for training error-correcting, overcomplete autoencoders specifically tailored for the DNA data storage channel. It allows training different architecture combinations and using a wide variety of channel component models for noise generation during training. It further supports training the encoder to generate DNA sequences that adhere to user-defined constraints. Autoturbo-DNA exhibits error-correction capabilities close to non-neural-network state-of-the-art error correction and constrained codes for DNA data storage. Our results indicate that neural-network-based codes can be a viable alternative to traditionally designed codes for the DNA data storage channel.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Expression and prognostic significance of TROP2, FOLR1 and HER2 in ovarian cancer
No full textCirca 3% aller malignen Neoplasien der Frau sind in den Ovarien lokalisiert. Histologisch handelt es sich meist um Ovarialkarzinome, die unter den gynäko-logischen Tumoren die höchste Letalität besitzen und zu den aggressivsten malignen Neoplasien überhaupt gehören. Trotz beachtlicher therapeutischer Fortschritte in den letzten Jahren, fehlen insbesondere für rezidivierte, platinresistente Ovarialkarzinome effektive Behandlungsstrategien. Zunehmend kommen hier Medikamente zum Einsatz, die gegen spezifische Tumorantigene (z.B. HER2, TROP2 und FOLR1) gerichtet sind. Vor diesem klinischen Hintergrund befasst sich diese Arbeit mit der Expression der drei genannten Proteine in Ovarialkarzinomen. Hierbei soll mithilfe immunhistochemischer Färbungen geklärt werden, wie die Expression von HER2, TROP2 und FOLR1 innerhalb der Gesamtkohorte und in Subgruppen verteilt ist, ob signifikante Korrelationen zwischen Subgruppen und Proteinexpression bestehen und inwiefern die Marker prognostische Aussagekraft besitzen. Darüber hinaus soll das Verhältnis zwischen HRD-/ BRCA-Status und der Expression von TROP2 und FOLR1 geprüft werden.
Die untersuchte Kohorte aus 227 Patientinnen bestand überwiegend aus serösen high-grade Karzinomen (82%) in fortgeschrittenem Stadium (64% FIGO III/ IV). TROP2 zeigte bei 84% der Tumore eine positive Färbereaktion und wurde im Vergleich zu anderen histologischen Subtypen signifikant häufiger von HGSC exprimiert (p=0,015). 35% der Tumore exprimierten FOLR1. Auch hier konnte eine signifikante Häufung FOLR1-positiver Karzinome unter den HGSC beobachtet werden (p=0,003) und ein positiver Status korrelierte mit dem pT3-Stadium (p=0,026). Nach der PS2+ -Scoringmethode erfüllten jedoch nur 14% (low) bzw. 11% (medium) und 4% (high) die Positivkriterien. Eine positive Korrelation konnte zudem zwischen FOLR1- und TROP2-Positivität nachgewiesen werden, wenngleich die Effektstärke hier sehr schwach ausgeprägt war (r=0,174). Folgende Ergebnisse zeigten sich bei der Auswertung von HER2: 3% SIS3+, 1% SIS2+, 5% SIS1+, 3% ultralow, 88% keine spezifische Färbereaktion. Korrelationen mit Subgruppen bzw. TROP2 oder FOLR1 konnten nicht nachgewiesen werden. In den univariaten Überlebensanalysen zeigten TROP2-positive high-grade Karzinome (HR=0,605, p=0,019) und non-HGSC (HR=0,318, p=0,012) bessere Überlebensraten. Die Expression von FOLR1 erbrachte unabhängig von den verwendeten Cutoffs keine statistisch signifikanten Unterschiede bezüglich des Overall Survivals. HER2-exprimierende HGSC und die Gruppe der high-grade Karzinome (HGC) zeigten ein schlechteres Gesamtüberleben gegenüber den HER2-negativen Tumoren, sowohl unter Verwendung des Cutoffs ≥ultralow (HGSC: HR=1,76, p=0,022; HGC: HR=1,87, p=0,008), als auch ≥1+ (HGSC: HR=1,87, p=0,02; HGC: HR=1,99, p=0,008). Darüber hinaus erwies sich TROP2 bei den non-HGSC und HER2 bei den HGSC (Cutoff ≥ultralow) auch unter Berücksichtigung anderer relevanter Prognosefaktoren (pN, pT und R-Status) als positiver (TROP2: HR=0,112, p=0,022) bzw. negativer (HER2: HR= 1,98, p=0,028) prognostische Parameter. Ein Zusammenhang zwischen der Expression von TROP2 bzw. FOLR1 und HRD-/ BRCA-Status konnte nicht nachgewiesen werden.
Aus epidemiologischer Perspektive (Alter und Stadium bei Erstdiagnose, Verteilung und Prognose histologischer Subtypen) stimmen die Ergebnisse dieser Studie weitgehend mit den für das Ovarialkarzinom publizierten Daten überein. Weiterhin konnte die prognostische Relevanz etablierter Parameter (pT, pN, R, FIGO) bestätigt werden. Die Expression von TROP2, FOLR1 und HER2 wurde auf Proteinebene bereits in mehreren Arbeiten nachgewiesen. Der prozentuale Anteil FOLR1- und HER2-positiver Karzinome lag in unsere Kohorte jedoch im unteren Bereich der publizierten Ergebnisse. Eine TROP2-Expression war in der vorliegenden Arbeit im Gegensatz zu vergleichbaren Publikationen mit besseren Überlebensraten assoziiert. Für FOLR1 hingegen konnte in Konkordanz mit der Literatur kein signifikanter Zusammenhang zwischen Expression und Gesamtüberleben festgestellt werden. Die negative prognostische Aussagekraft von HER2 aus dieser Studie deckt sich ebenfalls mit zahlreichen Publikationen zu diesem Thema. Untersuchungen zu einem möglichen Zusammenhang zwischen TROP2 bzw. FOLR1-Expression und dem HRD- respektive BRCA- Status sind derzeit noch nicht publiziert. Limitierende Faktoren der vorliegenden Arbeit sind die retrospektive Zusammenstellung der Kohorte sowie ein heterogenes Therapieregime bei der Tumorbehandlung, die Verwendung unterschiedlicher Antikörper und Cutoffs zur Kategorisierung und die Zusammensetzung der Kohorte, die den Vergleich mit anderen Studien beeinträchtigen.
Abgesehen von der prognostischen Wertigkeit und tumorbiologischen Eigenschaften der Biomarker, erscheint deren Expression in Karzinomen aus therapeutischer Sicht weitaus wichtiger, da sie Zielstrukturen moderner onkologischer Behandlungs-methoden darstellen. Für Ovarialkarzinome ist z.B. unter der Voraussetzung einer immunhistochemisch nachgewiesenen Expression das gegen FOLR1 gerichtete Antikörper-Wirkstoffkonjugat Mirvetuximab-Soravtansine bereits zugelassen. Weitere ADC gegen TROP2 (z.B. Sacituzumab govitecan) und HER2 (z.B. Trastuzumab-Deruxtecan) befinden sich in der klinischen Prüfung.Approximately 3% of all malignant neoplasms in women are localised in the ovaries. Histologically, these are mostly ovarian carcinomas, which have the highest mortality rate of all gynaecological tumours and are among the most aggressive malignant neoplasms of all. Despite considerable therapeutic progress in the last years, there is a lack of effective treatment strategies, particularly for recurrent, platinum-resistant ovarian carcinomas. Drugs directed against specific tumour antigens (e.g. HER2, TROP2 and FOLR1) are increasingly being used. Against this clinical background, this thesis deals is about the expression of the three proteins mentioned in ovarian carcinomas. Immunohistochemical staining will be used to clarify how the expression of HER2, TROP2 and FOLR1 is distributed within the overall cohort and in subgroups. Furthermore, it is to be evaluated if there are significant correlations between subgroups and protein expression and to what extent the markers have prognostic significance. In addition, the relationship between HRD/BRCA status and the expression of TROP2 and FOLR1 will be analysed.
The analysed cohort of 227 patients consisted predominantly of serous high-grade carcinomas (82%) in advanced stage (64% FIGO III/ IV). TROP2 showed a positive staining reaction in 84% of the tumours and was significantly more frequently expressed by HGSC compared to other histological subtypes (p=0.015). 35% of all tumours expressed FOLR1 and again, a significant accumulation of FOLR1-positive carcinomas was observed among HGSC (p=0.003) and a positive status correlated with pT3 stage (p=0.026). According to the PS2+ scoring method, however, only 14% (low), 11% (medium) and 4% (high) fulfilled the positive criteria. A positive correlation was also found between FOLR1 and TROP2 positivity, although the effect size here was very weak (r=0.174). The following results were obtained in the evaluation of HER2: 3% SIS3+, 1% SIS2+, 5% SIS1+, 3% ultralow, 88% no specific staining pattern. Correlations with subgroups, TROP2 or FOLR1 could not be detected. In univariate survival analyses, TROP2-positive high-grade carcinomas (HR=0.605, p=0.019) and non-HGSC (HR=0.318, p=0.012) showed better survival rates. The expression of FOLR1 did not result in statistically significant differences in overall survival, regardless of the cut-offs used. HER2-expressing HGSC and the group of high-grade carcinomas showed poorer overall survival compared to HER2-negative tumours, both using the cut-off ≥ultralow (HGSC: HR=1.76, p=0.022; HGC: HR=1.87, p=0.008) and ≥1+ (HGSC: HR=1.87, p=0.02; HGC: HR=1.99, p=0.008). In addition, TROP2 in non-HGSC and HER2 in HGSC (cut-off ≥ultralow) proved to be a positive (TROP2: HR=0.112, p=0.022) or negative (HER2: HR=1.98, p=0.028) prognostic parameter, even when other relevant prognostic factors (pN, pT and R status) were taken into account. A correlation between the expression of TROP2 or FOLR1 and HRD/BRCA status could not be proven.
From an epidemiological perspective (age and stage at first diagnosis, distribution and prognosis of histological subtypes), the results of this study are largely consistent with the data published for ovarian cancer. Furthermore, the prognostic relevance of established parameters (pT, pN, R, FIGO) was confirmed. The expression of TROP2, FOLR1 and HER2 has already been demonstrated at protein level in several studies. However, the percentage of FOLR1- and HER2-positive carcinomas in our cohort was in the lower range of published results. In contrast to comparable publications, TROP2 expression was associated with better survival rates in the present study. In line with other published data, FOLR1, on the other hand, showed no significant correlation between expression and overall survival. The negative prognostic significance of HER2 from this study is also consistent with numerous publications on this topic. Studies regarding the correlation between TROP2 or FOLR1 expression and HRD or BRCA status have not yet been published. Limiting factors of the present study are the retrospective composition of the cohort as well as a heterogeneous regimen for tumour treatment, the use of different antibodies and cut-offs for categorisation and the composition of the cohort itself, which impair the comparability with other authors.
Apart from the prognostic value and tumour-biological properties of the biomarkers, their expression in carcinomas appears to be far more important from a therapeutic point of view, as they represent target structures of modern oncological treatment methods. For example, the antibody-drug conjugate mirvetuximab-soravtansine directed against FOLR1 has already been approved for ovarian carcinomas, provided that immunohistochemical expression has been proven. Other ADCs against TROP2 (e.g. sacituzumab govitecan) and HER2 (e.g. trastuzumab deruxtecan) are currently undergoing clinical trials
Aktive Entmischung in binären Gemischen unter Strömung
No full textBacteria are often found in heterogeneous communities organized through physical interaction
with their surrounding environment. Although external physical constraints like shear
flow commonly occur in nature and have been shown to influence the swimming behavior of
active particles, their impact on phenotypically heterogeneous communities remains largely unexplored. Here we investigate the effects of external shear flow - a ubiquitous environmental constraint
- on the spatial organization of heterogeneous communities. We employ bacterial binary mixtures
as a minimal model system, with one component motile and the other non-motile. We
observe that the mixture actively segregates under flow, with the non-motile fraction accumulating
on the “left” side of the channel (i.e. opposite to the vorticity direction) at low shear
rates. Combining experiments and quantitative modeling, we elucidate the purely physical
mechanism responsible for this segregation, which depends on motile cell density and flow rate.
Motile cells drift rheotactically in the vorticity direction along the channel surfaces, generating
a backflow through their slight inward tilt, which produces asymmetric dipolar flows. This
backflow, combined with sedimentation that breaks the symmetry of the system and prevents
non-motile cells from simply following fluid streamlines, leads to lateral accumulation opposite
to the motile cell drift.
Since this segregation emerges over a range of biologically relevant cell densities and shear,
we also investigated the ecological impact of this mechanism. Importantly, we show that this
process is conserved across different bacterial species and can lead to asymmetric formation of
mixed biofilms composed of both motile and non-motile cells.
In summary, these findings underscore the significance of physical interactions, particularly
shear-induced hydrodynamic effects, in shaping the spatial organization and ecological dynamics
of bacterial communities.Bakterien kommen häufig in heterogenen Gemeinschaften vor, die durch physikalische Interaktionen
mit ihrer Umgebung organisiert sind. Obwohl äußere physikalische Zwänge wie
Scherströmungen in der Natur häufig vorkommen und das Schwimmverhalten aktiver Partikel
nachweislich beeinflussen, sind ihre Auswirkungen auf phänotypisch heterogene Gemeinschaften
noch weitgehend unerforscht.
Hier untersuchen wir die Auswirkungen einer externen Scherströmung - eine allgegenwärtige
Umweltbedingung - auf die räumliche Organisation heterogener Gemeinschaften. Als minimales
Modellsystem verwenden wir bakterielle binäre Mischungen, wobei eine Komponente motil und
die andere nicht motil ist. Wir beobachten, dass sich das Gemisch unter dem Einfluss der
Strömung aktiv aufspaltet, wobei sich die nicht motile Fraktion bei niedrigen Scherraten auf
der „linken“ Seite des Kanals (d. h. entgegen der Vortizitätsrichtung) ansammelt. Durch die
Kombination von Experimenten und quantitativer Modellierung klären wir den rein physikalischen
Mechanismus auf, der für diese Aufspaltung verantwortlich ist. Dieser ist von der Dichte
der motilen Zellen und der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Motile Zellen driften rheotaktisch
in Vortizitätsrichtung entlang der Kanaloberflächen und erzeugen durch ihre leichte
Neigung nach innen eine Rückströmung, die asymmetrische dipolare Strömungen erzeugt. In
Verbindung mit der Sedimentation, die die Symmetrie des Systems bricht und verhindert, dass
nicht motile Zellen einfach den Stromlinien der Flüssigkeit folgen, führt diese Rückströmung zu
einer seitlichen Akkumulation entgegengesetzt zur Drift der motilen Zellen.
Da diese Aufspaltung in einem Bereich von biologisch relevanten Zelldichten und Scherkräften
auftritt, haben wir auch die ökologischen Auswirkungen dieses Mechanismus untersucht. Wir
konnten zeigen, dass dieser Prozess über verschiedene Bakterienarten hinweg konserviert ist
und zur asymmetrischen Bildung gemischter Biofilme führen kann, die sowohl aus motilen als
auch aus nicht motilen Zellen bestehen.
Zusammenfassend unterstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung physikalischer Wechselwirkungen,
insbesondere scherungsinduzierter hydrodynamischer Effekte, für die räumliche Organisation
und ökologische Dynamik bakterieller Gemeinschaften
Sekretion und Regulation der Synthese von Exopolysacchariden in Myxococcus xanthus
No full textThe properties of Gram-negative bacteria are significantly shaped by their surface polysaccharides. These polysaccharides have fundamental functions in biofilm formation, protection against biotic and abiotic stresses, virulence, adhesion, motility and in symbiotic and pathogenic host-microbe interactions. Their synthesis is costly and, therefore, tightly regulated. Synthesis of secreted polysaccharides by the ubiquitous Wzx/Wzy-dependent pathway is initiated by a phosphoglycosyltransferase (PGT), catalyzing the transfer of an activated monosaccharide to undecaprenylphosphate (Und-P). Once assembled, the polysaccharides are secreted across the outer membrane (OM) by an OM polysaccharide export translocon, known as OPX. While the canonical OPX protein is an octameric exporter featuring a periplasmic channel and an integral OM α-helical pore, the distinct synthase-dependent pathway for synthesis of secreted polysaccharides utilizes 16- or 18- stranded β barrel proteins for translocating polysaccharides across the OM.
In the Gram-negative bacterium Myxococcus xanthus, the secreted exopolysaccharide (EPS) regulates crucial biological traits, including type IV pilus (T4P)-dependent motility, adhesion and biofilm formation. EPS is synthesized and secreted by the Wzx/Wzy-dependent EPS pathway. In this study, a novel component of the EPS pathway, EpsX, was characterized as an integral OM 18-stranded β-barrel protein important for EPS biosynthesis. AlgE, the OM polysaccharide translocon of a synthase dependent pathway, was identified as its closest structural homolog. Based on computational structural biology, EpsY, the OPX protein of the EPS pathway, comprises only periplasmic domains and lacks the domain required to form the integral OM α-helical pore. Experimental evidence supports that EpsX and EpsY mutually stabilize each other and directly interact. These observations and structural modeling support that EpsX and EpsY form a bipartite translocon for EPS export in which EpsX forms the OM pore and EpsY the periplasmic channel. Computational genomics indicates that similar bipartite translocons are found in many Gram-negative bacterial phyla.
EPS biosynthesis is initiated by the PGT EpsZ, transferring galactose-1-P to Und-P. The chemosensory-like Dif system stimulates EPS biosynthesis via the phosphorylated response regulator EpsW upon T4P extension by an unknown mechanism. Here, using global transcriptomic and proteomic analyses, it was demonstrated that EpsW regulates EPS biosynthesis at the post-translational level. MiniTurbo-based proximity labeling experiments strongly support that phosphorylated EpsW interacts with EpsZ. Previous structural characterization of the EpsZ homolog WbaP in Salmonella enterica supports that it forms a functional homodimer and that dimerization involves a distinct cytoplasmic β-hairpin. Computational structural biology indicates that EpsZ lacks this characteristic β-hairpin and likely cannot dimerize on its own. Strikingly, these computational analyses also support that EpsW, by directly interacting with EpsZ, promotes the formation of the active EpsZ dimer. Altogether, these findings support that EpsW, upon T4P extension and phosphorylation by the DifE kinase, activates EPS synthesis at its initial step by facilitating the formation of the active conformation of the PGT EpsZ.Die biologischen Merkmale von Gram-negativen Bakterien werden maßgeblich von ihren Oberflächenpolysacchariden beeinflusst. Diese Polysaccharide erfüllen verschiedene grundlegende Funktionen in der Bildung von Biofilmen, Resistenz gegen biotische und abiotische Stressfaktoren, Virulenz, Adhesion und Motilität der Bakterien. Darüber hinaus spielen sie eine entscheidende Rolle in symbiotischen und pathogenen Wechselwirkungen zwischen Bakterium und Wirt. Um diese Polysaccharide zu synthetisieren und über ihre Zellhülle zu transportieren, wenden Bakterien komplexe Pläne an, deren Ausführung strikt reguliert ist. Der am weitesten verbreitetste Plan ist der Wzx/Wzy-abhängige Pfad. Dieser wird durch eine Phosphoglykosyltransferase (PGT) initiiert, welche ein aktiviertes Monosaccharid zu Undecaprenylphosphat (Und-P) transferiert. Nach der Fertigstellung des Polysaccharides erfolgt der Transport über die äußerste Membran durch ein spezialisiertes Export Protein, bekannt als OPX. Das kanonische OPX Protein ist aus acht gleichen Untereinheiten aufgebaut und bildet einen periplasmatischen Kanal mit einer α-helikalen Pore in der äußeren Membran. Im Gegensatz dazu wird im Rahmen des Synthase-abhängigen Pfads ein β-Fassprotein genutzt, um Polysaccharide über die äußere Zellmembran zu transportieren.
Das Gram-negative Bakterium Myxococcus xanthus weist komplexe biologische Merkmale auf, darunter die Typ IV Pilus (T4P)-abhängige Motilität, Adhesion und Bildung von Biofilmen, die reguliert sind durch das von den Zellen ausgeschiedene Exopolysaccharid (EPS). EPS wird durch den Wzx/Wzy-abhängigen EPS Pfad hergestellt und ausgeschieden. In dieser Studie wird eine neue Komponente des EPS Pfads, EpsX, als ein β-Fassprotein mit 18 Strängen charakterisiert, welches sich in der äußeren Membran befindet. EpsX ist notwendig für die Akkumulation von EPS. AlgE, das β-Fassprotein eines Synthase-abhängigen Pfades, ist dessen strukturell engstes Homolog. Computergestützte strukturelle Modellierung zeigt, dass EpsY, das OPX Protein des EPS Pfads, nur aus periplasmatischen Domänen besteht und die Domäne zur Bildung der α-helikalen Pore in der äußeren Membran gänzlich fehlt. EpsX und EpsY stabilisieren sich gegenseitig und interagieren direkt. Mittels struktureller Modelle wird die Hypothese aufgestellt, dass EpsX und EpsY einen zweiteiligen Translokator für EPS Export formieren, bei dem EpsX die Pore in der äußeren Membran und EpsY den periplasmatischen Kanal bildet. Computergestützte Analysen zeigen, dass ähnliche zweiteilige Translokatoren, neben M. xanthus, auch in vielen weiteren Gram-negativen Bakterien vorkommen.
Der EPS Pfad wird durch die PGT EpsZ initiiert, welche Galaktose-1-Phosphat zu Und-P transferiert. Das pseudo-chemosensorische Dif System stimuliert die EPS Biosynthese über den phosphorylierten Antwort-Regulator EpsW in Abhängigkeit von T4P Extension. Der Mechanismus, durch den EpsW die EPS Biosynthese aktiviert, ist jedoch unbekannt. In dieser Studie werden globale Genexpressions- und Proteomanalysen angewandt, die zeigen, dass EpsW die EPS Biosynthese auf post-translationaler Ebene aktiviert. Eine mTurbo-basierte Markierung von Proteinen in der Nächstumgebung von EpsW legt nahe, dass phosphoryliertes EpsW mit der PGT des EPS Pfads, EpsZ, interagiert. Vorangegangene strukturelle Studien des EpsZ-Homologs WbaP in Salmonella enterica unterstützen, dass WbaP ein funktionelles Homodimer bildet, wobei eine cytoplasmatische β-Haarnadelschleife in WbaP in der Dimerisierung involviert ist. Basierend auf computergenerierten strukturellen Modellen wird herausgefunden, dass EpsZ diese charakteristische β-Haarnadelschleife nicht besitzt und wahrscheinlich nicht eigenständig dimerisieren kann. Interessanterweise unterstützen diese Analysen zudem, dass EpsW, durch direkte Interaktion mit EpsZ, die Bildung eines EpsZ-Dimers ermöglicht. Somit kann die Hypothese aufgestellt werden, dass EpsW, in Abhängigkeit von T4P Extension und Phosphorylierung durch die DifE Kinase, die EPS Biosynthese an ihrem Startpunkt reguliert, durch Unterstützung einer aktiven Konformation von EpsZ
Zur optoelektronischen Erfassung okklusal geführter und ungeführter Bewegungen der Mandibula
No full textUnter Verwendung des Temporo-Mandibular-Positions-Manipulators (TMPM) wurde in in vitro Experimenten die Messgenauigkeit des JMA-Optic Registriersystems (Fa. Zebris®) in den drei Raumachsen untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss der transversalen Scharnierachsenlage auf die korrekte Wiedergabe der Unterkieferbewegung mit Hilfe eines SAM 2PX Artikulators überprüft. Die aus den in vitro Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend auf die Interpretation von anonymisierten optoelektronischen Bewegungsspuren von 74 funktionsgesunden und funktionsadaptierten Teilnehmenden eines Lehrprojektes im durchschnittlichen Alter von 23,6 Jahren mit stabiler Okklusion hinsichtlich der Gelenkparameter (Gelenkbahnneigung, Gelenkbahnkrümmung, Bennett-Winkel, Verlauf der Bennett-Bewegung, retrusive Bewegungsmöglichkeit der Kondylen, maximale Kieferöffnung, Protrusion und Laterotrusion, Lage der Kondylenpunkte) retrospektiv angewandt. Zudem wurde die Nullhypothese „Im okklusionsnahen Bereich decken sich die zahn- und nicht zahngeführten Bewegungsspuren der Scharnierachsenpunkte. Die Okklusion dominiert somit nicht die Translationsbewegungen der Kondylen. Es besteht okkluso-artikuläre Harmonie.“ geprüft.
Ergebnisse und Diskussion
Hinsichtlich der Reliabilität des JMA-Systems ergaben 432 in vitro Einzelmessungen von definierten Strecken mit dem JMA Optic montiert auf dem Temporo-Mandibular-Positions-Manipulator als feinjustierbarem Artikulator in der systemeigenen Software (WINJAW+ 2.0.2.) eine mittlere Abweichung der Messstrecken in den drei Raumachsen von -0,01mm ± 0,05 mm. Messungen mit dem auf einem SAM-Artikulator montierten JMA Optic verdeutlichten eine Abhängigkeit des Bennett-Winkels, der Bennett-Bewegung und der Lage der Öffnungsspur im Vergleich zur Protrusionsspur von der Qualität der Scharnierachsenlokalisation. Eine nach posterior fehllokalisierte Achse führte zu kleineren Bennett-Winkeln und einer nach kranial verlagerten Öffnungsspur im Vergleich zur Protrusionsspur. Eine asymmetrisch nach posterior fehllokalisierte Scharnierachse produzierte kleinere und einseitig negative Bennett-Winkel. Eine nach anterior fehllokalisierte Achse führte zu größeren Bennett-Winkeln und kaudaler Lage der Öffnungsspur im Vergleich zur Protrusionsspur.
Die bei einem funktionsgesunden und vollbezahnten Probandenkollektiv ermittelten Registrierdaten zeigten eine mittlere inzisale Öffnung von 47 mm. Die mittlere Länge der sagittalen Kondylenbahn bei Öffnung betrug rechts 21,2 mm und links 21,5 mm. Die Laterotrusion gemessen am Inzisalpunkt betrug rechtsseitig durchschnittlich 8,6 mm ± 2,4 mm. Linksseitig zeigte sich ein Mittelwert von 8,8 mm ± 1,9 mm. Es ergaben sich für den Bennett-Winkel der zahngeführten Laterotrusion Mittelwerte von rechts 4,6° ± 6,5° und auf der linken Seite 3,9° ± 8°. Unter medialer Translation waren die Winkel geringfügig größer (rechts 7,5°, links 6,2°). Bei insgesamt 40,5 % der Individuen war mindestens einer der gemessenen Bennett-Winkel negativ. Die inzisal gemessene Protrusion betrug durchschnittlich 8,6 mm. Die sagittale Kondylenbahn zeigte im Mittel eine Neigung zur Frankfurter Horizontalen von rechts 52,2° und links 50° und eine Krümmung von rechts 15,4 mm und links 15,1 mm. Die aktive Retrusion der kondylennahen Punkte zeigte rechts 0,53 mm und links 0,48 mm. Unter manueller Manipulation nach dorsal vergrößerte sich dieser Mittelwert auf rechts 0,72 mm und links 0,68 mm. Bei der Kondylenpositionsanalyse zeigte sich der MIKP-Punkt im Vergleich zur HIKP zu 60 % nach retral-kranial hin verlagert. Der Punkt der ZKP erschien zum HIKP-Punkt überwiegend nach retral verlagert. 40 % aller registrierten zahngeführten und nicht zahngeführten Spurenpaare der Protrusion und Laterotrusion waren seitenindividuell betrachtet nicht deckungsgleich, sondern wichen auf den initialen 4 mm der Exkursionsbewegung in der sagittalen und/oder frontalen Ebene um mehr als 0,2 mm voneinander ab. Die Nullhypothese ist daher abzulehnen. Als mögliche Ursache für Diskrepanzen sind die Okklusion, unterschiedliche muskuläre Spannungsverhältnisse und muskuläre Führung oder beginnende Diskopathien zu nennen. Im Einzelnen können Mediotrusionsvorkontakte, anteriore Diskusverlagerungen oder parallaktische Artefakte durch das Aufrotieren bei nicht zahngeführten Bewegungen ursächlich sein. Ohne ergänzende Befunde kann in den meisten Fällen nicht auf die Ursache der Spurdiskrepanz geschlossen werden. Im Falle einer Suche nach auslösenden oder unterhaltenden okklusalen Faktoren im Rahmen einer Funktionsstörung können instrumentelle Befunde jedoch richtungsweisend für weitere Diagnostik sein. Auch nicht zahngeführte Spuren zeigen asymmetrische Muster, wenn sie durch die Zahnführung vorgegeben werden. Dieses Muster verblasst bei mehrfacher Wiederholung der Bewegung ohne Zahnführung.
Kenntnisse über den möglichen Einfluss einer fehllokalisierten Scharnierachse sind erforderlich, um die Bewegungsspuren im Rahmen der Diagnostik korrekt interpretieren zu können.This study evaluated the JMA Optic® device (by Zebris®) in vitro for its reliability and for the effects of a displaced hinge axis on condyle parameters. Therefore, the device was mounted on articulators (Temporo-Mandibular-Positions-Manipulator and SAM 2PX) simulating jaw movement. Additionally, anonymised optoelectronic motion recordings of the temporomandibular joint and the incisal point from 74 healthy subjects, with an average age of 23.6 years, were retrospectively analysed. Tooth-guided, non-tooth-guided, and externally manipulated jaw movement paths were analysed based on recordings taken during a teaching project at the dental clinic of Philipps-University Marburg. Subjects included in this study showed no symptoms of decompensated craniomandibular disorder and a stable occlusion. The descriptive analysis focused on several parameters, including condyle path inclination (CPI), condyle path curvature (CPC), Bennett angle (BA), Bennett movement course (BM), retrusive movement of the condyles (RM), incisal jaw opening, laterotrusion, protrusion, and condyle position analysis (CPA). Tooth-guided and non-tooth-guided paths were compared with the hypothesis that those condylar paths were congruent within the first 4 mm of excursive movement and that occlusion would not exert a dominant influence on condylar paths.
In vitro, 432 measurements of distances set by a modified articulator with micrometre units were compared to the numeric values obtained from Zebris software (WINJAW+ 2.0.2.). The average deviation from applied distance settings was found to be – 0.01 mm ± 0,05 mm across the three spatial axes. When the device was mounted on a SAM-articulator, a dependency of the parameters BA, BM and the position of the opening track on the position of the hinge axis was observed. If the axis was located posterior to the articulator´s rotation axis, BAs were minimised and the opening condyle path was located cranially compared to the protrusion track. If the dislocation was posterior and asymmetrical, associated BAs became smaller and negative BAs were detected unilaterally. An anteriorly placed hinge axis was associated with larger BAs and a caudally positioned condyle opening track compared to reference tracks.
In vivo, the average incisal opening was 47 mm. The sagittal condyle path length during opening averaged 21.2 mm on the right and 21.5 mm on the left. The average distance of laterotrusion was 8.6 mm to the right and 8.8 mm to the left. BA of tooth guided laterotrusion was measured at 4.6° ± 6.5° for the right and 3.9° ± 8° for the left condyle. Manual medial translation of the jaw led to slightly larger angles (7.5° on the right, 6.2° on the left). Notably, 40.5% of the subjects exhibited at least one negative BA across the three different types of laterotrusion performed (tooth-guided, non-tooth-guided, medial-translation). The average distance of incisal protrusion was 8.6 mm. The sagittal CPI averaged 52.2° on the right and 50° on the left with a CPC of 15.4 mm on the right and 15.1 mm on the left. Active retrusion demonstrated condyle movements of 0.53 mm on the right and 0.48 mm on the left, increased distances were observed when retrusion was supported manually (0.72 mm on the right, 0.68 mm on the left). The maximum intercuspidal position was found to be more retral and cranial compared to habitual intercuspidal position in CPA, while centric occlusion led to slightly retrally positioned condyles. Specifically, 40 % of all recorded condylar paths did not show congruence between tooth-guided and non-tooth-guided paths within individual subjects. Incongruences exceeding 0.2 mm were detected within the first 4 mm of excursive movement in the lateral and/or the horizontal plane. Based on these results, the main hypothesis could not be verified. Potential reasons for these incongruences include occlusion, variations in muscle activity and muscular guidance, or discopathies. Notably, pre-contacts in mediotrusion, anterior disc displacements, or parallax artefacts due to condylar translational movement during non-tooth-guided movements may contribute to these observations. Further clinical investigation is often required to identify the underlying causes of track discrepancies. However, when occlusion is suspected to be a triggering or maintaining factor in functional disorders, instrumental findings can be helpful to indicate further diagnostic. Non-tooth-guided tracks also show asymmetrical patterns determined by tooth-guidance, although these patterns diminish after several repetitions without tooth guidance.
To obtain an accurate interpretation of condyle parameters, a profound knowledge of artefacts resulting from a misplaced hinge axis is needed
Maximizing Outcomes in Glaucoma Management: Efficacy and Cost-Effectiveness of Combined Cataract Surgery and Microhook Ab Interno Trabeculotomy Using the Reusable Ivanov® Spatula
No full textIn der hier vorgestellten Arbeit wurde die Trabekulotomie ab interno mit dem Ivanov®-Spatel in Kombination mit der Kataraktoperation nach 6 und 12 Monaten postoperativ ausgewertet. Hierbei konnten unterschiedliche Glaukomsubtypen erfolgreich, signifikant und kosteneffizient behandelt werden. Die Daten aus der Universitätsaugenklinik Marburg prüfen und belegen erstmalig und unabhängig die bisherigen Ergebnisse von Ivanov et al.
Mit dem vorgestellten Verfahren der Trabekulotomie ab interno mit dem Ivanov®-Spatel in Kombination mit einer Kataraktoperation konnte statistisch signifikant in 214 Augen eine effektive Augeninnendrucksenkung von 19,92 ± 7,67 mm Hg auf 12,17 ± 2,67 (-7,75 ± 7,71 mm Hg bzw. -38,91%, p<0,001) nach 6 Monaten erzielt werden. Außerdem konnte in diesem Zeitraum die Anzahl topischer Glaukommedikamente präoperativ von 2,38 ± 1,23 auf 1,31 ± 1,18 Wirkstoffe (-1,07 ± 1,48 bzw. -46,93%; p <0,001) abgesenkt werden. Nach 12 Monaten konnte statistisch signifikant in 113 Augen eine effektive Augeninnendrucksenkung von 19,52 ± 7,96 mm Hg auf 12,53 ± 3,09 mm Hg (-6,99 ± 8,15 mm Hg bzw. -35,81%, p<0,001) erzielt werden. Außerdem konnte in diesem Zeitraum eine signifikante Reduktion der Anzahl topischer Glaukommedikamente von 2,37 ± 1,32 auf 1,63 ± 1,22 (-0,73 ± 1,56 bzw. -30,80 %; p<0,001) erreicht werden. Der Qualified success, definiert als Augeninnendruck unter 21 mm Hg, Augeninnendrucksenkung um ≥ 20% vom Ausgangdruck mit und ohne Medikation, lag nach 6 Monaten bei 71,96% (154 von 214 Augen) und nach 12 Monaten bei 63,72% (72 von 113 Augen). Der Complete success (gleiche Kriterien, ohne Medikation) lag 6 Monate postoperativ bei 23,83% und 12 Monate postoperativ bei 18,58% (21 von 113 Augen). Der Augeninnendruck senkende Effekt des Verfahrens war unabhängig vom Glaukomsubtyp.
In allen statistischen Analysen konnte der präoperative Augeninnendruckwert als stärkster prädiktiver Faktor für die absolute Augeninnendrucksenkung bzw. Druckdifferenz ermittelt werden (p<0,001). Alle anderen Variablen, die Cup-to-Disc-Ratio, die Anzahl topischer Glaukommedikamente und die Vorderkammertiefe, erreichten keine statistische Signifikanz oder ein deutlich niedrigeres Signifikanzniveau, was keinen bzw. nur einen schwachen Zusammenhang mit dem Augeninnendruck senkenden Effekt vermuten lässt. Relevante Komplikationen traten in 12,33% der 219 ausgewerteten Augen auf. 6 von 574 insgesamt behandelten Augen erlitten einen Visusverlust um mehr als 2 Zeilen (1,05%). 49 von 574 Augen benötigten einen weiteren glaukomchirurgischen Folgeeingriff (8,54%).
Die Kataraktoperation kombiniert mit der ab interno Trabekulotomie mit dem Ivanov®-Spatel ist sicher und effizient zur Senkung des Augeninnendruckes in Augen mit Glaukom. Im Vergleich zu Konkurrenzprodukten, wie beispielsweise transtrabekulären Stents, dem Kahook Dual Blade®, dem Trabectome®, oder dem iTrack®-Katheter besteht eine etwa gleichwertige Sicherheit und Effizienz bei überlegener Wirtschaftlichkeit.In the work presented here, the ab interno trabeculotomy with the Ivanov® spatula in combination with cataract surgery was evaluated at 6 and 12 months postoperatively. Different glaucoma subtypes could be treated successfully, significantly and cost-effectively. For the first time and independently, the data from the University Eye Clinic in Marburg verify and prove the previous results of Ivanov et al.
With the presented procedure of trabeculotomy ab interno with the Ivanov® spatula in combination with cataract surgery, an effective reduction in intraocular pressure from 19.92 ± 7.67 mm Hg to 12.17 ± 2.67 (-7, 75 ± 7.71 mm Hg or -38.91%, p<0.001) was achieved after 6 months. In addition, the number of topical glaucoma medications decreased from 2.38 ± 1.23 to 1.31 ± 1.18 active substances (-1.07 ± 1.48 or -46.93%; p < 0.001) during this period. After 12 months, an effective reduction in intraocular pressure from 19.52 ± 7.96 mm Hg to 12.53 ± 3.09 mm Hg (-6.99 ± 8.15 mm Hg or -35.81%) was statistically significant in 113 eyes (p<0.001). In addition, a significant reduction in the number of topical glaucoma medications from 2.37 ± 1.32 to 1.63 ± 1.22 (-0.73 ± 1.56 or -30.80%; p<0.001) was achieved during the study period. The qualified success, defined as intraocular pressure below 21 mm Hg, intraocular pressure reduction by ≥ 20% of the baseline pressure with and without medication was 71.96% (154 of 214 eyes) after 6 months and 63.72% (72 of 113 eyes) after 12 month. Complete success (same criteria, without medication) was 23.83% 6 months postoperatively and 18.58% 12 months postoperatively (21 of 113 eyes).
The intraocular pressure lowering effect was independent of the glaucoma subtype.
In all statistical analyses, the preoperative intraocular pressure value was found to be the strongest predictive factor for the absolute reduction in intraocular pressure or pressure difference (p<0.001). All other factors like cup-to disc-ratio, number of topical glaucoma medications and anterior chamber depth were either not significant at all or reached a lower level of significance. Relevant complications occurred in 12.33% of the 219 eyes evaluated. 6 out of 574 eyes suffered a loss of vision of more than 2 lines (1.05%). 49 of 574 eyes required further glaucoma surgery (8.54%).
Cataract surgery combined with ab interno trabeculotomy using the Ivanov® spatula is safe and effective for lowering intraocular pressure in eyes with glaucoma. As a combined procedure, comparing to competing products, such as transtrabecular stents, the Kohook Dual Blade®, the Trabectome® oder the iTrack®-catheter, the Ivanov® spatula offers somewhat equivalent safety and efficiency with superior cost-effectiveness