data_UMR - Forschungsdatenrepositorium (Philipps-Universität Marburg)
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p53RR in the therapy of Eμ-Myc lymphoma
No full textTumor diseases are among the most common causes of death in humans. Our most prolific protection against tumors is provided by the p53 protein, which counteracts the development of
tumors in a variety of ways and is, therefore, called the tumor suppressor gene. A loss of normal p53 function substantially increases the risk for tumor diseases. Tumors that harbor mutations
in the p53 gene and produce a malfunctioning p53 protein usually respond worse to chemotherapy, relapse more often, and thus lead to death faster. Thirty percent of such mutations affect hotspot residues, which leads to a complete loss of transcriptional activity (loss of function, LOF). From the remaining 70% of non-hotspot mutants, over a third retain residual p53 function (partial loss of function, pLOF) and can have a beneficial impact on therapy outcome. Unfortunately, the therapeutic implications of these largely neglected mutants remain unclear.
Within this project, DNA cooperativity mutants p53E177R (p53RR) and p53R178E (p53EE) were used as models for mutations with reduced (p53RR) and almost completely abolished (p53EE) functions of p53. P53RR is unable to induce pro-apoptotic genes but nonetheless is able to perform cell cycle arrest, induce senescence, and initiate DNA repair mechanisms. Both cooperativity mutants are considered to reserve transcription-independent pro-apoptotic functions. In previous experiments, different clinical effects were observed after the therapy of lymphoma in mice involving the p53RR and p53EE mutants. Even though both showed superior survival after treatment compared to p53KO lymphoma, their therapy effectiveness was not the same. Interestingly, p53RR led quickly to a relapse in almost all tested mice and brought only slight survival advantages over p53KO mutants. In contrast, mice with p53EE lymphomas survived significantly longer after therapy, and around 30% of mice enjoyed stable remission. This superior therapeutic response of p53EE lymphomas was unexpected since p53EE is unable to regulate gene expression, while in p53RR mutants, many transcriptional
functions are preserved and were most likely activated during chemotherapy. This led to the assumption that the residual transcriptional functions of p53RR could, in this context, be
counterproductive and impair therapy efficiency.
To pursue this question, we analyzed the functional and expressional features of the different p53 genotypes under stressed and unstressed conditions. To assess the influence of the residual
canonical p53 functions of p53RR in mice, a list of genes has been selected, comprising either direct p53 targets or those closely associated with p53-mediated pathways. Utilizing the
CRISPR/Cas9 system, knockout p53RR lymphoma cell lines lacking these genes were generated and introduced in further in vivo experiments.Tumorerkrankungen gehören zu den häufigsten Todesursachen beim Menschen. Unser effektivster Schutz gegen Tumore wird durch das p53-Protein bereitgestellt, das auf vielfältige
Weise der Tumorentwicklung entgegenwirkt und daher als das Tumorsuppressorgen bezeichnet wird. Ein Verlust der normalen p53-Funktion erhöht das Risiko für Tumorerkrankungen
erheblich. Tumoren, die Mutationen im p53-Gen aufweisen und ein fehlerhaftes p53-Protein produzieren, sprechen in der Regel schlechter auf die Chemotherapie an, erleiden häufiger
Rückfälle und führen somit schneller zum Tod. Dreißig Prozent dieser Mutationen betreffen Hotspot-Residuen, was zu einem vollständigen Verlust der transkriptionellen Aktivität (Loss
of Function, LOF) führt. Von den übrigen 70% der Nicht-Hotspot-Mutanten behalten über ein Drittel eine residuale p53-Funktion (Partieller Funktionsverlust, pLOF) bei und können sich
positiv auf den Therapieerfolg auswirken. Leider bleiben die therapeutischen Auswirkungen dieser weitgehend vernachlässigten Mutanten unklar. Im Rahmen dieses Projekts wurden
DNA-Kooperativitätsmutanten p53E177R (p53RR) und p53R178E (p53EE) als Modelle für Mutationen mit reduzierter (p53RR) bzw. fast vollständig aufgehobener (p53EE) p53-Funktion
verwendet. P53RR ist nicht in der Lage, pro-apoptotische Gene zu induzieren, kann jedoch Zellzyklusarrest, Seneszenz und DNA-Reparaturmechanismen auslösen. Beide
Kooperativitätsmutanten werden angenommen, transkriptionsunabhängige pro-apoptotische Funktionen zu besitzen. In früheren Experimenten wurden unterschiedliche klinische Effekte
nach der Therapie von Lymphomen bei Mäusen unter Verwendung der p53RR- und p53EEMutanten beobachtet. Obwohl beide nach der Behandlung eine überlegene Überlebensrate im
Vergleich zu p53KO-Lymphomen zeigten, war ihre Therapieeffektivität nicht gleich. Interessanterweise führte p53RR fast bei allen getesteten Mäusen schnell zu einem Rückfall
und brachte nur geringfügige Überlebensvorteile gegenüber p53KO-Mutanten, während Mäuse mit p53EE-Lymphomen nach der Therapie signifikant länger überlebten und rund 30% der
Mäuse eine stabile Remission erlebten. Diese überlegene therapeutische Reaktion von p53EELymphomen war überraschend, da p53EE nicht in der Lage ist, die Genexpression zu
regulieren, während bei p53RR-Mutanten viele transkriptionelle Funktionen erhalten bleiben und während der Chemotherapie höchstwahrscheinlich aktiviert wurden. Dies führte zur
Annahme, dass die residuellen transkriptionellen Funktionen von p53RR in diesem Kontext kontraproduktiv sein könnten und die Therapieeffizienz beeinträchtigen könnten. Um dieser
Frage nachzugehen, analysierten wir die funktionellen und expressionalen Merkmale der verschiedenen p53-Genotypen unter belasteten und unbelasteten Bedingungen. Zur Beurteilung
des Einflusses der residuellen kanonischen p53-Funktionen von p53RR bei Mäusen wurde eine Liste von Genen ausgewählt, die entweder direkte p53-Ziele oder eng mit p53-vermittelten
Signalwegen verbunden sind. Unter Verwendung des CRISPR/Cas9-Systems wurden p53RRLymphomzelllinien erzeugt, die diese Gene ausschalten, und in weiteren In-vivo-Experimenten
eingeführt
Universities as providers of continuing education: Continuing academic education as a strategy for developing the university into a life-course educational institution - a systems theory view of organizational processes
No full textDer Rahmentext dieser publikationsbasierten Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung von Universitäten zu lebenslaufbezogenen Bildungsanbieterinnen und formuliert die zentralen Ausgangsthesen, die Implementation wissenschaftlicher Weiterbildung an Universitäten stelle einen konsequenten Schritt zur Öffnung der Universitäten für neue Zielgruppen und hinsichtlich der Erfordernisse des Lebenslangen Lernens dar. Dies gelinge umso besser, „je mehr die Universitäten bereit und in der Lage sind, die wissenschaftliche Weiterbildung in das übergeordnete Bildungsbetriebsmanagement, also in das strategische Steuerungs- und Gestaltungshandeln zu überführen“ (Lockstedt et al. 2022, S. 31).Davon ausgehend, geht der Rahmentext der Frage nach, welche organisationalen Prozesse, Handlungen und Handlungsorientierungen sich auf unterschiedlichen Ebenen im Bildungsmanagement und aus systemtheoretischer Perspektive für die wissenschaftliche Weiterbildung an Universitäten identifizieren lassen. Hierzu wurden die organisationalen Strukturen, Prozesse und Steuerungsmechanismen wissenschaftlicher Weiterbildung an Universitäten systematisch analysiert und in einen theoretischen Rahmen eingebettet.The framework text of this publication-based dissertation deals with the development of universities into lifelong learning providers and formulates the central initial theses that the implementation of academic continuing education at universities represents a consistent step towards opening up universities to new target groups and with regard to the requirements of lifelong learning. The more universities are willing and able to integrate academic continuing education into higher-level education management, i.e. into strategic control and design action, the better this will succeed* (Lockstedt et al. 2022, p. 31). Based on this, the framework text explores the question of which organizational processes, actions and action orientations can be identified at different levels in education management and from a systems theorie perspektive for academic continuing education at universities. To this end, the organisational structures, processes and control mechanisms of academic continuing education at universities were systematically analysed and embedded in theoretical framework
Psychobiologische Prädiktoren des Behandlungsoutcomes nach allogener Stammzelltransplantation
No full textAllogeneic stem cell transplantation represents an essential therapeutic option for various
hematopoietic neoplasms. Over the past decades, success rates have improved, and new
conditioning regimens have expanded the patient population. Molecular genetic insights
contribute increasingly to a better understanding, precise risk stratification, and more ac-
curate therapy. Nevertheless, the physical and psychological burdens of this still-risky
procedure remain significant, with low success rates compared to other oncological con-
ditions.
While many predictors for the success of allo-HSCT have been extensively researched,
the data on psychobiological factors such as age, activity, and depression are limited.
To address this, the P-POST study was conceived as a pilot study to measure the influence
of psychobiological parameters on the outcomes of allo-HSCT. Between December 2020
and December 2021, 42 patients from the Department of Hematology and Oncology at
UKGM Marburg were recruited and examined at four time points (T0: Before HSCT, T1:
10-15 days after HSCT, T2: discharge from the hospital, T3: six months after HSCT)
from the start of conditioning therapy. This work is based on a subset of the data, exam-
ining the impact of depression, physical activity and patient age at the beginning of the
study on the clinical course, measured by the timing of engraftment, the occurrence of
severe adverse events, graft-versus-host disease (GvHD) cases, the number of relapses
and mortality, quality of life and depression after allo-HSCT. Within a six-month obser-
vation interval, the study cohort decreased to 30 patients due to mortality.
Psychometric assessments utilized the PHQ-9 (depressiveness), IPAQ (activity), and
FACT-LEU questionnaire (quality of life). The FACT-LEU-TOI (treatment-related sub-
scale) was additionally considered. Bivariate correlations were used for statistical corre-
lation models, with results considered statistically significant at p < 0.05.
A higher level of reported depressiveness (M = 6.53, SD = 4.98) at the beginning of the
transplantation process predicted a lower global quality of life six months after allo-HSCT
(r = -0.456, p = 0.038, n = 21) but had no impact on other defined endpoints. Similarly,
there was no statistically significant impact of increased subjectively reported physica
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activity (M = 4290.3, SD = 4242.68) on the course of allo-HSCT, both in terms of clinical
endpoints and quality of life six months post-transplantation. Notably, addressing this
hypothesis was challenging due to low compliance,
However, a higher age at the beginning of allo-HSCT (M = 57.7, SD = 10) proved to be
a predictor of a better treatment-related (r = 0.495, p = 0.016, n = 23) and global quality
of life (r = 0.449, p = 0.036, n = 22), as well as lower perceived depressiveness (r = -
0.562, p = 0.005, n = 23) six months after allogeneic stem cell transplantation.
Although the significance of this pilot study is limited by a small sample size, it provides
new hypotheses for future studies. Furthermore, it emphasizes the impact of, contrary to
findings of known retrospective studies, even subclinical depressiveness on the quality of
life after allo-HSCT and contributes to negating the use of mere age limits in the indica-
tion for allo-HSCT. In contrast to the assumption that older patients suffer more from
allo-HSCT, this work identifies younger patients as a risk group for an adverse psycho-
oncological course of allo-HSCT and outlines the need for careful support for this group.
The study also highlights the necessity to consider and to reduce obstacles to patient com-
pliance, when designing studies that implement psychometric surveys.
In the end, among the many approaches investigated, the detrimental impact of increasing
depressiveness on the quality of life six months after allo-HSCT proved to be as signifi-
cant as the favorable influence of higher age on depressiveness and quality of life six
months after allo-HSCT.Die allogene Stammzelltransplantation ist eine essenzielle Therapieoption einer Vielzahl
hämatopoetischer Neoplasien. In den vergangenen Jahrzehnten konnten die Erfolgsraten
verbessert und durch neue Konditionierungsregime ein größeres Patientenkollektiv er-
schlossen werden. Immer mehr tragen heute molekulargenetische Erkenntnisse zum bes-
seren Verständnis wie zur genaueren Risikostratifizierung und zu einer präziseren Thera-
pie bei. Nichtsdestotrotz bleiben die körperlichen und seelischen Belastungen durch das
immer noch risikobehaftete Therapieverfahren beträchtlich, die Erfolgsraten, verglichen
mit anderen onkologischen Erkrankungen, gering. Sind viele Prädiktoren für den Erfolg
einer allo-HSZT schon erforscht, so ist die Datenlage in Bezug auf psychobiologische
Faktoren wie Alter, Aktivität und Depressivität begrenzt.
Zu diesem Zweck wurde die P-POST-Studie als Pilotstudie zur Messung des Einflusses
psychobiologischer Parameter auf das Behandlungsergebnis einer allo-HSZT ersonnen.
Zwischen Dezember 2020 und Dezember 2021 wurden 42 Patienten der Klinik für Hä-
matologie und Onkologie am UKGM Marburg rekrutiert und an vier Messzeitpunkten
(T0: Vor HSZT, T1: 10-15 Tage nach HSZT, T2: bei Entlassung von Station, T3: sechs
Monate nach HSZT) ab Beginn der Konditionierungstherapie untersucht. Die vorliegende
Arbeit gründet sich auf einen Teil der Daten, indem sie den Einfluss von Depressivität
und körperlicher Aktivität sowie den des Patientenalters zu Beginn der Studie auf den
klinischen Verlauf, gemessen anhand des Zeitpunkts des Engraftments, dem Vorliegen
höhergradiger AEs und dem von GvHD-Fällen, der Zahl der Rezidive und der Mortalität,
und auf die Lebensqualität und Depressivität nach allo-HSZT untersucht. Innerhalb des
halbjährigen Beobachtungsintervall bis T3 verkleinerte sich die Kohorte mortalitätsbe-
dingt auf 30 Patienten.
Den psychometrischen Erhebungen dienten der PHQ-9- (Depressivität), der IPAQ- (Ak-
tivität) und der FACT-LEU-Fragebogen (Lebensqualität). Bei letzterem wurde zusätzlich
eine behandlungsbezogene Subskala (FACT-LEU-TOI) betrachtet.
Der Berechnung statistischer Korrelationsmodelle dienten bivariate Korrelationen. Als
statistisch signifikant wurden Ergebnisse ab p < 0,05 angenommen.
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Ein höheres Maß subjektiv berichteter Depressivität (M = 6,53, SD = 4,98) zu Beginn des
Transplantationsprozesses sagte eine als schlechter wahrgenommene globale Lebensqua-
lität sechs Monate nach allo-HSZT voraus (r = -0,456, p = 0,038, n = 21), hatte darüber
hinaus aber keinen Einfluss auf weitere der definierten Endpunkte.
Ebenso wenig ergab sich kein statistisch signifikanter Einfluss vermehrter, subjektiv an-
gegebener, körperlicher Aktivität (M = 4290,3, SD = 4242,68) auf den Verlauf einer allo-
HSZT, gleichermaßen in Bezug auf klinische Endpunkte und auf die Lebensqualität sechs
Monate nach Transplantation. Infolge geringer Compliance wurde die Bearbeitung dieser
Hypothese bemerkenswert erschwert.
Hingegen erwies sich ein höheres Lebensalter (M = 57,7, SD = 10) zu Beginn der Thera-
pie als Prädiktor besser empfundener behandlungsbezogener (r = 0,495, p = 0,016, n =23)
und globaler Lebensqualität (r = 0,449, p = 0,036, n = 22) sowie als Prädiktor geringer
eingeschätzter Depressivität (r = -0,562, p = 0,005, n = 23) sechs Monate nach Durchfüh-
rung einer allogenen Stammzelltransplantation.
Auch wenn die Aussagekraft der Pilotstudie durch eine geringe Patientenzahl limitiert
bleibt, liefert sie mögliche neue Hypothesen für folgende Studien. Darüber hinaus unter-
streicht sie den Einfluss von, im Gegensatz zu bekannten retrospektiven Arbeiten auch
schon subklinischer, Depressivität auf die Lebensqualität nach allo-HSZT und trägt dazu
bei, die Verwendung bloßer Altersgrenzen bei der Indikationsstellung einer allo-HSZT
zu negieren. Im Gegensatz zu der Annahme, ältere Patienten litten mehr unter einer allo-
HSZT, identifiziert die vorliegende Arbeit eher jüngere Patienten als Risikokollektiv ei-
nes nachteiligen psychoonkologischen Verlaufs einer allo-HSZT und betont die Notwen-
digkeit einer sorgsamen Begleitung dieser Patienten. Sie zeigt zudem die Notwendigkeit,
beim Design von Studien, die sich psychometrischer Befragungen bedienen, Hindernisse
für die Compliance zu bedenken und zu reduzieren.
Letztlich erwies sich unter den vielen verfolgten Ansätzen der negative Einfluss zuneh-
mender Depressivität auf die Lebensqualität sechs Monate nach allo-HSZT als ebenso
signifikant, wie der günstige Einfluss höheren Alters auf Depressivität und Lebensqualität
sechs Monate nach allo-HSZT
Charakterisierung des Lithiumtransports in Lithium-Titanat-Dünnschicht-Elektroden und deren Anwendung für die Messung von Elektrolyt-Überführungszahlen für Lithium-Ionen-Batterien
No full textThe relative conductivity of Li+-ions in lithium-ion battery electrolytes is quantified by the transference number, which can be assessed by applying electrochemical impedance spectroscopy under anion-blocking conditions. However, many electrolytes are not stable against the typically used lithium electrodes, so that an influence on the measurements because of unstable interfaces cannot be ruled out. The aim of this work was therefore to utilize an alternative thin-film electrode with wide electrolyte compatibility, which still fulfills the method-specific requirements of reversible Li+ incorporation and symmetric polarizability. These conditions are feasible with the typical anode material lithium titanate (Li4Ti5O12, LTO), which exhibits a two-phase transition to Li7Ti5O12 upon lithiation.
In this work, LTO was successfully produced as a thin-film electrode via spin-coating and thoroughly characterized by means of electrochemical and materialchemical methods regarding cyclability, stoichiometry, homogeneity. Moreover, inaccuracies in the preparation and measurement of the electrodes are considered, specifically the coverage of heterogeneous margins and the voltage-amplitude sensitivity for the impedance measurement. The impedance behavior of LTO was investigated at different states of (de)lithiation to understand the very-low frequency impedance
contribution of those electrodes. Here, an asymmetry between charge and discharge process was identified for the diffusion behavior, indicating differing phase distribution and propagation mechanisms, which are discussed in context with literature (values) and state-specific material chemical measurements. Further, the thin-film LTO electrodes were optimized to allow a reliable differentiation to electrolyte processes in transference number measurements, and primal approaches for a setup combining preconditioning and transference number measurements have been developed.Die relative Leitfähigkeit von Li+-Ionen in Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien wird durch die Überführungszahl quantifiziert, welche mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie unter Anionen-blockierenden Bedingungen bestimmt werden kann. Da jedoch viele Elektrolyte nicht
stabil gegenüber den üblicherweise verwendeten Lithium-Elektroden sind, kann hierbei eine Beeinträchtigung der Messungen durch instabile Grenzflächen nicht ausgeschlossen werden. Ziel dieser Arbeit war es daher eine alternative Dünnschicht-Elektrode mit umfangreicher Elektrolyt-Kompatibilität zu nutzen, welche gleichzeitig die methodenspezifischen Anforderungen einer reversiblen Aufnahme von Li+-Ionen und symmetrischen Polarisierbarkeit erfüllt. Diese Bedingungen ermöglicht das typische Anodenmaterial Lithiumtitanat (Li4Ti5O12, LTO), welches bei Lithiierung eine Phasentransformation zu Li7Ti5O12 zeigt.
In dieser Arbeit wurde LTO erfolgreich als Dünnschichtelektrode durch Schleuderbeschichtung hergestellt und mittels elektrochemischer und materialchemischer Methoden umfassend in Bezug auf Zyklisierbarkeit, Stöchiometrie und Homogenität charakterisiert. Hierbei werden auch Fehleranfälligkeiten bei der Herstellung und Vermessung der Elektroden betrachtet, spezifischer die Abdeckung von heterogenen Randbereichen und die Empfindlichkeit gegenüber der Spannungsamplitude bei Impedanzmessungen. Insbesondere wurde das Impedanzverhalten von LTO bei verschiedenen Zuständen der (De-)Lithiierung untersucht, um den Impedanzbeitrag dieser Elektroden bei sehr niedrigen Frequenzen zu erschließen. Dabei wurde eine Asymmetrie zwischen
Lade- und Entladeprozess bezüglich des Diffusionsverhaltens festgestellt, was wiederum auf unterschiedliche Phasenverteilungen sowie Ausbreitungsmechanismen hinweist und im Zusammenhang mit Literatur(werten) und zustandsspezifischen materialchemischen Messungen diskutiert wird. Des Weiteren wurden die Dünnschicht-LTO-Elektroden hinsichtlich einer deutlichen Differenzierung zu Elektrolytprozessen in Überführungszahlmessungen optimiert und grundlegende Ansätze für einen Messaufbau entwickelt, der Vorkonditionierung und Überführungszahlmessungen kombiniert
SgnC, a PATAN-domain containing response regulator functions as a noise-reducing filterin Myxococcus xanthus motility
No full textRod-shaped Myxococcus xanthus cells move across surfaces with defined front-rear polarity using type IVa pili (T4aP)-dependent motility and gliding. This front-rear polarity in M. xanthus is maintained by polarity module proteins. Ras-like GTPase MglA is the output of this module, and in its GTP-bound form stimulates the formation of motility machineries at the leading cell pole by interacting with its effector proteins. The front-rear polarity established by the polarity module is switched occasionally during cellular reversals, causing cells to move in the opposite direction. These cellular reversals are induced by a signal from the Frz chemosensory system, and invert the localization pattern of the polarity module proteins. The molecular mechanism of this switch and overall the regulation of motility is not fully understood.
In this study, we aimed to identify additional proteins involved in the regulation of motility in M. xanthus. Particularly, we focused on PATAN domain-containing proteins, since PATAN domain is recently identified as the principal output domain binding directly to the T4aP extension motor to regulate motility in Synechocystis species. The M. xanthus genome encodes 15 PATAN domain proteins, including SgnC, SgmC, and PglH, all of which have been implicated in motility. In contrast to the Synechocystis proteins, six of the 15 PATAN domain proteins in M. xanthus contain an α-clip insertion within the PATAN domain that forms a MshEN_N c-di-GMP binding motif. As c-di-GMP is connected to the regulation of T4aP-dependent motility in M. xanthus, we investigated the role of these six PATAN domain proteins with MshEN_N insertion in regulation of motility in M.xanthus using a candidate approach. Notably, we characterized that SgnC is important for both motility systems of M. xanthus.
Next, we further investigated the molecular role of SgnC in motility of M. xanthus and found that SgnC inhibits cellular reversals in a Frz chemosensory system-dependent manner. This inhibition is independent of c-di-GMP binding by SgnC and does not involve changes in the accumulation of motility-associated proteins. Surprisingly, SgnC was found to be close to the proteins that regulate T4aP formation, such as SgmX, FrzS, and SopA as revealed by proximity labeling experiments. Consistently, our data support a direct interaction between SgnC and SgmX in vivo. Localization studies demonstrated that SgnC dynamically localizes to the leading cell pole, and is recruited to this pole by SgmX through direct interaction. In turn, SgnC stimulates SgmX polar localization directly, resulting in increased MglA and PilB localization at the leading cell pole. Therefore, MglA/SgmX/SgnC
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establishes positive feedback that reinforces their polar localization, as well as PilB polar localization and T4aP extension. Our localization studies also demonstrate that SgnC inhibits the polar localization of Frz chemosensory signaling effector FrzZ-P to the leading cell pole, which was shown to be recruited to the leading cell pole in a MglA-dependent manner.
Importantly, our data suggest that SgnC reduces sensitivity to Frz chemosensory signaling by two distinct mechanisms. First, SgnC inhibits the polar binding of the FrzZ-P at the leading cell pole via an unknown mechanism and this inhibition overcomes the stimulation of FrzZ-P polar localization by MglA. Second, by establishing the MglA/SgmX/SgnC positive feedback that reinforces the polar localization of MglA, SgnC would make the polarity module more resistant to Frz signaling.Stäbchenförmigen Myxococcus xanthus Zellen bewegen sich mit Hilfe von Typ-IVa-Pili (T4aP)-abhängiger Motilität und Gleiten über Oberflächen mit Vorder-Rück definierter Polarität. Diese Vorder-Rück-Polarität wird bei M. xanthus durch Polaritätsmodulproteine aufrechterhalten. Die Ras-ähnliche GTPase MglA ist der Ausgang dieses Moduls und stimuliert in ihrer GTP-gebundenen Form die Bildung von Motilitätsmaschinen am vorderen Zellpol durch Interaktion mit ihren Effektorproteinen. Die durch das Polaritätsmodul festgelegte Vorder-Rück-Polarität wird gelegentlich während zellulärer Umkehrungen umgeschaltet, wodurch sich die Zellen in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Diese zellulären Umkehrungen werden durch ein Signal des chemosensorischen Systems Frz ausgelöst und kehren das Lokalisierungsmuster der Polaritätsmodulproteine um. Der molekulare Mechanismus dieser Umschaltung und die allgemeine Regulierung der Motilität sind noch nicht vollständig geklärt.
In dieser Studie wollten wir zusätzliche Proteine identifizieren, die an der Regulierung der Motilität in M. xanthus beteiligt sind. Insbesondere konzentrierten wir uns auf PATAN-Domänen-enthaltende Proteine, da die PATAN-Domäne kürzlich als die wichtigste Ausgangsdomäne identifiziert wurde, die direkt an den T4aP-Verlängerungsmotor bindet, um die Motilität in Synechocystis-Arten zu regulieren. Das Genom von M. xanthus kodiert für 15 PATAN-Domänen-Proteine, darunter SgnC, SgmC und PglH, die alle mit der Motilität in Verbindung gebracht wurden. Im Gegensatz zu den Synechocystis-Proteinen enthalten sechs der 15 PATAN-Domänen-Proteine in M. xanthus eine α-Clip-Insertion innerhalb der PATAN-Domäne, die ein MshEN_N c-di-GMP-Bindungsmotiv bildet. Da c-di-GMP mit der Regulierung der T4aP-abhängigen Motilität in M. xanthus zusammenhängt, untersuchten wir die Rolle dieser sechs PATAN-Domänenproteine mit MshEN_N-Insertion bei der Regulierung der Motilität in M. xanthus anhand eines Kandidatenansatzes. Insbesondere konnten wir feststellen, dass SgnC für beide Motilitätssysteme von M. xanthus wichtig ist.
Als Nächstes untersuchten wir die molekulare Rolle von SgnC bei der Motilität von M. xanthus und stellten fest, dass SgnC zelluläre Umkehrungen auf eine vom chemosensorischen System von Frz abhängige Weise hemmt. Diese Hemmung ist unabhängig von der c-di-GMP-Bindung durch SgnC und geht nicht mit Veränderungen bei der Akkumulation von motilitätsassoziierten Proteinen einher. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich SgnC in der Nähe der Proteine befindet, die die T4aP-Bildung
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regulieren, wie z. B. SgmX, FrzS und SopA, wie Proximity-Labeling-Experimente zeigten. Unsere Daten belegen folglich eine direkte Interaktion zwischen SgnC und SgmX in vivo. Lokalisierungsstudien zeigten, dass sich SgnC dynamisch am vorderen Zellpol lokalisiert und von SgmX durch direkte Interaktion an diesen Pol gelockt wird. Im Gegenzug stimuliert SgnC die polare Lokalisierung von SgmX direkt, was zu einer verstärkten Lokalisierung von MglA und PilB am vorderen Zellpol führt. MglA/SgmX/SgnC stellen also eine positive Rückkopplung her, die ihre polare Lokalisierung sowie die polare Lokalisierung von PilB und die T4aP-Verlängerung verstärkt. Unsere Lokalisierungsstudien zeigen auch, dass SgnC die polare Lokalisierung des chemosensorischen Frz-Signaleffektors FrzZ-P am vorderen Zellpol hemmt, von dem gezeigt wurde, dass er in einer MglA-abhängigen Weise am vorderen Zellpol rekrutiert wird.
Unsere Daten deuten darauf hin, dass SgnC die Empfindlichkeit gegenüber chemosensorischen Frz-Signalen durch zwei verschiedene Mechanismen reduziert. Erstens hemmt SgnC die polare Bindung von FrzZ-P am vorderen Zellpol über einen unbekannten Mechanismus, und diese Hemmung hebt die Stimulation der polaren Lokalisierung von FrzZ-P durch MglA auf. Zweitens würde SgnC durch die Schaffung einer positiven Rückkopplung zwischen MglA/SgmX/SgnC, die die polare Lokalisierung von MglA verstärkt, das Polaritätsmodul resistenter gegen Frz-Signale machen
Kobalt(I)-katalysierte regioselektive Allylalkylierungsreaktionen von tertiären Allylcarbonaten
No full textCatalysis plays a central role in developing environmentally friendly and efficient chemical processes for the synthesis of chemicals from abundant and renewable feedstocks. On the other hand, many relevant industrial catalytic processes, such as hydrogenation, olefin metathesis and cross-coupling reactions, uses noble transition metals (Pd, Rh, Ir, Ph), which are low abundand, relatively toxic and associated with high costs. To address these sustainability concerns, there has been a resurgence in the use of first-row transition metals, commonly referred to as base metal catalysts (Mn, Fe, Co, Ni), as greener alternatives.
Among these metals, cobalt has been widely used in organic synthesis. Currently, cobalt-catalyzed methods for carbon-carbon bond formation are gaining attention as environmentally benign alternatives to methods involving its heavier congeners, Rh and Ir. Low valent cobalt(I) species are often proposed as the active catalytic species, which are formed in situ either through reduction through metal reductants (Zn or Mn) or using photoredox catalysts in reductive quenching cycles. However, for many cobalt-catalyzed reactions, the complete mechanistic scenario remains unclear, with reaction development often relying on empirical screening of catalysts and reaction conditions rather than a more rational design. In this context, previously reported cobalt-catalyzed allylic alkylation methods, which used allyl carbonates as electrophiles under reductive conditions, efficiently afforded branched alkylated products with high regioselectivity. However, the mechanistic understanding of these reactions was very narrow. Thus, the objective of this thesis was to develop allylic alkylation reactions by using well-defined cobalt(I) complexes, and shed light into the mechanism. Thus, a family of well-defined cobalt(I) chloride catalysts bearing commercially available (bis)phosphino ligands was synthesized and tested for their catalytic performance in allylic alkylation reactions. In addition, the isolation of well-defined cobalt(I) complexes facilitates the identification of the active catalytic species, thus facilitating the mechanistic investigations. Thus, a combination of mechanistic experiments and theoretical studies was performed to further elucidate the underlying catalytic cycle.
During this work, the synthesis and characterization of a family of well-defined Co(I) complexes bearing commercially available (bis)phosphine ligands was performed. Complexes (P,P)CoCl(PPh3) were prepared in high yields by direct coordination of the (bis)phosphine ligands to the cobalt(I) precursor (PPh3)3CoCl. Moreover, (P,P)CoCl(PPh3) are excellent precursors to synthesize in high yields the corresponding cationic Co(I) arene complexes, [(P,P)Co(η6-C7H8)][BArF4], by reaction with Na[BArF4] in aromatic solvent. The development of a straightforward synthesis for well-defined cobalt(I) complexes has facilitated the investigation of their catalytic activity in allylic alkylation reactions.
Thus, the allylic alkylation of tertiary allyl carbonates using 1,3-diesters and 1,3-ketoesters as nucleophiles catalyzed by cobalt(I) complexes under mild conditions was explored. The addition of NaBF4 as additive was crucial for observing moderate to good yields of the alkylated product. The additive might have a dual role, it could facilitate the formation of the cationic cobalt(I) complex by abstracting the chloride or, the sodium cation, could also coordinate to the carbonyl group of the carbonate and increase the electrophilicity of the carbonyl group. Second, in all cases, the branched regioisomer was observed as the major product, which indicates that the reaction is high regioselective. Third, the bite angle of the Co(I) catalytic has an impact on the catalytic activity: Co(I) complexes with a smaller bite angles exhibited higher catalytic activity compare to the one with a larger bite angles. The best catalysts showed to be (dppp)Co(PPh3). The developed base-free methodology showed a broad functional group tolerance, although some limitations were encountered, allyl carbonates bearing azide, aldehyde and pyridine groups are not active in the transformation. In addition, the presence of an ester group at the nucleophile is a prerequisite for achieving the alkylation reaction. Notably, the developed method allows for the allylic alkylation of tertiary allyl carbonates in the presence of secondary ones. This unusual selectivity is complementary not only to the Tsuji-Trost reaction, but also to the dual cobalt/organophotoredox visible light allylic alkylation method reported previously. This difference in selectivity between thermal and photochemical conditions suggests a different catalytic cycle.
Mechanistic investigations in combination with theoretical calculations using DFT methods support a Co(I)/Co(III) catalytic cycle for the developed cobalt(I)-catalyzed allylic alkylation reaction. The reductive elimination step at the -allylcobalt(III) is the regioselective determining step, indeed the calculated energy for the transition state that leads to the branched product is lower in energy than the transition state leading to the linear product. NBO analysis Natural Bond Orbital (NBO) analysis suggests that differences on the non-covalent interactions at the two transition states are crucial for the regioselective reductive elimination step, being more favorable for the transition state towards the branched product.
This work contributed in the field of Co(I)-catalyzed allylic alkylation reactions, shedding light on the mechanism, on the selectivity and on the development of novel Co(I)-catalyzed allylic alkylation reactions. Future perspectives could be the synthesis and characterizations of a family of well-defined Co (0) complexes for the regioselective allylic alkylations of secondary allyl carbonates.Die Katalyse spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung umweltfreundlicher und effizienter chemischer Prozesse für die Synthese von Chemikalien aus reichlich vorhandenen und erneuerbaren Rohstoffen. Andererseits werden für viele relevante industrielle katalytische Verfahren wie Hydrierung, Olefinmetathese und Kreuzkupplungsreaktionen edle Übergangsmetalle (Pd, Rh, Ir, Ph) verwendet, die in geringen Mengen vorkommen, relativ giftig und mit hohen Kosten verbunden sind. Um diese Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit auszuräumen, werden zunehmend Übergangsmetalle aus der ersten Reihe, die gemeinhin als unedle Katalysatoren (Mn, Fe, Co, Ni) bezeichnet werden, als umweltfreundlichere Alternativen eingesetzt.
Unter diesen Metallen wird Kobalt in der organischen Synthese häufig verwendet. Gegenwärtig gewinnen kobaltkatalysierte Verfahren zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen als umweltfreundliche Alternativen zu Verfahren mit seinen schwereren Verwandten, Rh und Ir, an Aufmerksamkeit. Als aktive katalytische Spezies werden häufig niedrigwertige Kobalt(I)-Spezies vorgeschlagen, die in situ entweder durch Reduktion mit Metallreduktionsmitteln (Zn oder Mn) oder unter Verwendung von Photoredox-Katalysatoren in reduktiven Quenching-Zyklen gebildet werden. Bei vielen kobaltkatalysierten Reaktionen ist das vollständige mechanistische Szenario jedoch nach wie vor unklar, und die Entwicklung der Reaktion beruht häufig eher auf einem empirischen Screening von Katalysatoren und Reaktionsbedingungen als auf einem rationaleren Design. In diesem Zusammenhang, in früheren Berichten über kobaltkatalysierte Allylalkylierungsmethoden, bei denen Allylcarbonate als Elektrophile unter reduktiven Bedingungen verwendet wurden, wurden verzweigte Alkylierungsprodukte mit hoher Regioselektivität hergestellt. Das mechanistische Verständnis dieser Reaktionen war jedoch sehr begrenzt. Ziel dieser Arbeit war es daher, Allylalkylierungsreaktionen unter Verwendung wohldefinierter Kobalt(I)-Komplexe zu entwickeln und den Mechanismus zu erhellen. So wurde eine Familie wohldefinierter Kobalt(I)-chlorid-Katalysatoren mit handelsüblichen (Bis)Phosphinoliganden synthetisiert und auf ihre katalytische Leistung bei Allylalkylierungsreaktionen getestet. Darüber hinaus erleichtert die Isolierung wohldefinierter Kobalt(I)-Komplexe die Identifizierung der aktiven katalytischen Spezies, was wiederum die mechanistischen Untersuchungen erleichtert. Daher wurde eine Kombination aus mechanistischen Experimenten und theoretischen Studien durchgeführt, um den zugrunde liegenden katalytischen Zyklus weiter aufzuklären.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung einer Familie gut definierter Co(I)-Komplexe durchgeführt, die handelsübliche (Bis)Phosphin-Liganden tragen. Die Komplexe (P,P)CoCl(PPh3) wurden in hoher Ausbeute durch direkte Koordination der (Bis)Phosphin-Liganden an den Kobalt(I)-Precursor (PPh3)3CoCl hergestellt. Darüber hinaus sind (P,P)CoCl(PPh3) ausgezeichnete Vorstufen für die Synthese von Kobalt(I)-Liganden in hohen Ausbeuten. Darüber hinaus sind (P,P)CoCl(PPh3) ausgezeichnete Vorstufen für die Synthese von Kobalt(I)-Liganden in hohen Ausbeuten entsprechende kationische Co(I)-aren-Komplexe, [(P,P)Co(η6-C7H8)][BArF4], durch Reaktion mit Na[BArF4] in einem aromatischen Lösungsmittel. Die Entwicklung einer unkomplizierten Synthese für wohldefinierte Kobalt(I)-Komplexe hat die Untersuchung ihrer katalytischen Aktivität in Allylalkylierungsreaktionen erleichtert.
So wurde die Allylalkylierung von tertiären Allylcarbonaten unter Verwendung von 1,3-Diestern und 1,3-Ketoestern als Nucleophile, katalysiert durch Kobalt(I)-Komplexe unter milden Bedingungen, untersucht. Die Zugabe von NaBF4 als Additiv war entscheidend für mäßige bis gute Ausbeuten des alkylierten Produkts. Der Zusatzstoff könnte eine doppelte Funktion haben: Er könnte die Bildung des kationischen Kobalt(I)-Komplexes durch Abstraktion des Chlorids erleichtern oder das Natriumkation könnte sich auch an die Carbonylgruppe des Carbonats koordinieren und die Elektrophilie der Carbonylgruppe erhöhen. Zweitens wurde in allen Fällen das verzweigte Regioisomer als Hauptprodukt beobachtet, was darauf hindeutet, dass die Reaktion hoch regioselektiv ist. Drittens hat der Bisswinkel des Co(I)-Katalysators einen Einfluss auf die katalytische Aktivität: Co(I)-Komplexe mit kleineren Bisswinkeln wiesen eine höhere katalytische Aktivität auf als solche mit größeren Bisswinkeln. Die besten Katalysatoren waren (dppp)Co(PPh3). Die entwickelte basenfreie Methodik zeigte eine breite Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen, obwohl einige Einschränkungen auftraten: Allylcarbonate mit Azid-, Aldehyd- und Pyridingruppen sind bei der Umwandlung nicht aktiv. Darüber hinaus ist das Vorhandensein einer Estergruppe am Nukleophil eine Voraussetzung für die Alkylierungsreaktion. Die entwickelte Methode ermöglicht die Alkylierung von tertiären Allylcarbonaten in Gegenwart von sekundären Allylcarbonaten. Diese ungewöhnliche Selektivität ist nicht nur komplementär zur Tsuji-Trost-Reaktion, sondern auch zur dualen Kobalt/Organophotoredox-Methode der Allylalkylierung mit sichtbarem Licht, über die bereits berichtet wurde. Dieser Unterschied in der Selektivität zwischen thermischen und photochemischen Bedingungen deutet auf einen anderen katalytischen Zyklus hin.
Mechanistische Untersuchungen in Kombination mit theoretischen Berechnungen unter Verwendung von DFT-Methoden sprechen für einen Co(I)/Co(III)-katalytischen Zyklus für die entwickelte cobalt(I)-katalysierte Allylalkylierungsreaktion. Co(I)-Komplexe mit kleineren Bisswinkeln wiesen eine höhere katalytische Aktivität auf als solche mit größeren Bisswinkeln. Die besten Katalysatoren waren (dppp)Co(PPh3). Die entwickelte basenfreie Methodik zeigte eine breite Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen, obwohl einige Einschränkungen auftraten: Allylcarbonate mit Azid-, Aldehyd- und Pyridingruppen sind bei der Umwandlung nicht aktiv. Darüber hinaus ist das Vorhandensein einer Estergruppe am Nukleophil eine Voraussetzung für die Alkylierungsreaktion. Die entwickelte Methode ermöglicht die Alkylierung von tertiären Allylcarbonaten in Gegenwart von sekundären Allylcarbonaten. Diese ungewöhnliche Selektivität ist nicht nur komplementär zur Tsuji-Trost-Reaktion, sondern auch zur dualen Kobalt/Organophotoredox-Methode der Allylalkylierung mit sichtbarem Licht, über die bereits berichtet wurde. Dieser Unterschied in der Selektivität zwischen thermischen und photochemischen Bedingungen deutet auf einen anderen katalytischen Zyklus hin.
Mechanistische Untersuchungen in Kombination mit theoretischen Berechnungen unter Verwendung von DFT-Methoden sprechen für einen Co(I)/Co(III)-katalytischen Zyklus für die entwickelte cobalt(I)-katalysierte Allylalkylierungsreaktion
Die Risikoeinschätzung einer periprothetischen Knieprothesen-Infektion und eines erneuten Eingriffes nach einer septischen Knie-Totalendoprothesen-Wechseloperation
No full textEinleitung
Die periprothetische Infektion ist eine erhebliche Komplikation nach Implantation eines künstlichen Gelenkes. Abhängig vom Zeitpunkt der Erstmanifestation der periprotheti-schen Infektion stehen verschiedene Therapieoptionen zur Wahl – ein Austausch der mobilen Komponenten des künstlichen Gelenks (Onlaywechsel) oder dem kompletten Austausch des künstlichen Gelenks (Wechseloperation). Jahr für Jahr steigt die Zahl der Implantationen einer Knie-Totalendoprothese und damit auch steigende Revisionsein-griffe unter anderem aufgrund von periprothetischen Infektionen. Um das Risiko der Ausbildung einer periprothetischen Infektion nach Implantation einer Knie-Totalendoprothese besser einschätzen und vorbeugen zu können, wurden Komorbiditä-ten der Patienten mit einer periprothetischen Infektion einer Knie-Totalendoprothese retrospektiv analysiert. Es wurden Komorbiditäten eingeschlossen, welche in der Litera-tur einen beschriebenen Einfluss auf die Entwicklung einer Infektion haben oder eine Immunsuppression bewirken. Ebenso wurde überprüft, ob es mögliche Kumulativeffek-te von mehreren gleichzeitig vorliegenden Nebenerkrankungen gibt. Nach Möglichkeit war eines der Ziele dieser Arbeit die Erstellung einer Formel zur individuellen Risi-kostratifizierung, sodass vor der Primärimplantation den Patienten das Risiko einer mög-lichen Ausbildung einer periprothetischen Infektion aufgezeigt werden kann.
Methodik
Insgesamt wurden 170 Fälle mit einer periprothetischen Infektion der Knie-Totalendoprothese und einer durchgeführten operativen Sanierung untersucht, wovon 142 einen Austausch aller Komponenten der Knie-Totalendoprothese erhalten haben. Bei allen Patienten wurde die Standzeit der Knie-Totalendoprothese von der Erstimplan-tation bis zur septischen Wechseloperation sowie die Komorbiditäten der Patienten er-fasst und deren möglichen Einfluss zur Entwicklung einer periprothetischen Infektion untersucht. Weiterhin zeigten sich in den Ein-, Fünf- und Zehnjahres Nachkontrollen der Erfolg der operativen Therapie hinsichtlich einer Rezidivinfektion. Im Falle von erneuten Infektionen oder auch anderen Vorkommnissen am operierten Kniegelenk wurde dieses Patientenkollektiv einer gleichen Analyse unterzogen.
Ergebnisse
In über 87% der Fälle konnte die Infektion durch die septische Wechseloperation er-folgreich therapiert werden. Die Standzeit der Knie-Totalendoprothese war in der Pati-entengruppe mit einem niedrigeren American Society of Anesthesiologists Score sowie in den jüngeren Altersgruppen, vor allem bei den unter 50-Jährigen, deutlich kürzer. Die Korrelation zum Patientenalter und Standzeit der Knie-Totalendoprothese ist hoch signi-fikant (p=0,002) und ein höherer American Society of Anesthesiologists Score führte zu einer längeren Standzeit (p=0,02). Gleichfalls zeigte sich ein Prothesenversagen auf-grund einer periprothetischen Infektion besonders in den ersten zwei postoperativen Jahren bei über der Hälfte der Patientenpopulation. In der Datenauswertung zeigten sich Tendenzen in der positiven Korrelation zwischen der Ausbildung einer periprotheti-schen Infektion und dem Vorliegen einer Adipositas, Diabetes mellitus Typ 2 oder Rheumatoider Arthritis. Hingegen wirkte sich das Vorliegen einer therapierten arteriellen Hypertonie signifikant protektiv auf die Standzeit der Knie-Totalendoprothese aus (p=0,01).
Diskussion
Insgesamt konnte durch die Wechseloperation in fast 90% der Fälle beim Vorliegen einer periprothetischen Infektion eine erfolgreiche Sanierung erzielt werden. Das Risiko zur Ausbildung einer Gelenksinfektion ist vor allem in den ersten beiden postoperativen Jahren erhöht, zusätzliche Komorbiditäten wie Adipositas, Diabetes mellitus Typ 2 und rheumatoide Arthritis scheinen das Risiko zusätzlich zu erhöhen. In der jüngeren Patien-tengruppe sowie in Patienten mit einem niedrigen American Society of Anesthesiologists Score ist die Standzeit der Knie-Totalendoprothese, vermutlich durch einen höheren Anspruch an die Kniegelenksprothese, reduziert. Außerdem wird vermutlich für ältere Patienten mit mehreren Komorbiditäten die Operationsindikation aufgrund des periope-rativen Risikos zurückhaltender gestellt, wodurch sich die längere Standzeit bei älteren Patienten erklären lässt. Eine Summation von mehreren negativ prädisponierenden Komorbiditäten der Patienten konnte in unserer Analyse keine Signifikanz ermittelt werden. Die multivariate Regressionsanalyse zur Erstellung einer Formel zur Risi-kostratifizierung für die mögliche Entwicklung einer periprothetischen Infektion ist auf-grund der häufig nicht signifikanten Zusammenhänge der Nebenerkrankungen nicht gelungen.Introduction
Periprosthetic infection is a significant complication after implantation of an artificial joint. Depending on the time of the initial manifestation of the periprosthetic infection, various treatment options are available - replacement of the mobile components of the artificial joint (onlay replacement) or complete replacement of the artificial joint (re-placement surgery). Year after year, the number of implantations of a total knee endo-prosthesis is increasing, and with it the number of revision operations due to peripros-thetic infections, among other things. To better assess and prevent the risk of developing a periprosthetic infection after implantation of a total knee arthroplasty, comorbidities of patients with a periprosthetic infection of a total knee arthroplasty were retrospective-ly analyzed. Comorbidities that have been described in the literature as having an influ-ence on the development of infection or causing immunosuppression were included. Likewise, we examined whether there were possible cumulative effects of multiple con-current comorbidities. If possible, one of the goals of this work was to create a formula for individual risk stratification, so that before primary implantation, patients can be shown the risk of possible development of periprosthetic infection.
Methodology
A total of 170 cases with periprosthetic infection of total knee arthroplasty and surgical rehabilitation performed were studied, of which 142 received replacement of all com-ponents of total knee arthroplasty. In all patients, the service life of the total knee ar-throplasty from initial implantation to septic replacement surgery as well as the patients' comorbidities were recorded and their possible influence on the development of periprosthetic infection was investigated. Furthermore, the one-, five-, and ten-year fol-low-ups showed the success of surgical therapy with regard to recurrent infection. In case of recurrence of infection or other events at the operated knee joint, this patient population was subjected to the same analysis.
Results
In more than 87% of the cases the infection could be successfully treated by septic re-placement surgery. The standing time of total knee arthroplasty was significantly shorter in the patient group with a lower American Society of Anesthesiologists score and in the younger age groups, especially in those younger than 50 years. The correlation to pa-tient age and service life of total knee arthroplasty was highly significant (p=0.002) and a higher American Society of Anesthesiologists Score resulted in a longer service life (p=0.02). Similarly, prosthesis failure due to periprosthetic infection was seen in over half of the patient population, particularly in the first two postoperative years. Data analysis revealed trends in the positive correlation between the development of periprosthetic infection and the presence of obesity, type 2 diabetes mellitus, or rheu-matoid arthritis. In contrast, the presence of treated arterial hypertension had a signifi-cant protective effect on the service life of the total knee arthroplasty (p=0.01).
Discussion
Overall, replacement surgery successfully rehabilitated periprosthetic infections in al-most 90% of cases. The risk of developing a joint infection is increased especially in the first two postoperative years, and additional comorbidities such as obesity, type 2 diabetes mellitus, and rheumatoid arthritis seem to further increase the risk. In the younger patient group and in patients with a low American Society of Anesthesiologists score, the service life of total knee arthroplasty is reduced, presumably due to a higher demand on the knee joint prosthesis. In addition, older patients with multiple comorbidi-ties are presumably more reluctant to have surgery indicated because of perioperative risk, which may explain the longer service life in older patients. Summation of multiple patients' negatively predisposing comorbidities did not reveal significance in our analy-sis. Multivariate regression analysis to generate a formula for risk stratification for the possible development of periprosthetic infection was unsuccessful because of the often nonsignificant correlations among the comorbidities
Toxic inner ear leasion during viral otitis media with subacute mastoidits: a retrospective study regarding therapy and CT-morphology
No full textEine Otitis media acuta kann infolge eines viralen Infektes der oberen Atemwege
auftreten. Eine bekannte Komplikation der Entzündung der Mittelohrräume stellt
die toxische Innenohrläsion dar. Hierbei kommt es, durch Übertreten von toxischen
Substanzen aus dem Paukenerguss ins Labyrinth, zu einer sensoneurinalen Hörstörung. Die toxische Innenohrläsion soll gehäuft bei der viralen Otitis media auftreten.
In der Literatur wird die Rundfenstermembran vorherrschend als Übertrittsregion
für eine ganze Reihe von toxische Substanzen beschrieben. Darüber hinaus wurde
auch eine ossäre Diffusion über Schwachstellen im knöchernen Labyrinth diskutiert.
Anlass für diese Überlegung gaben histologische Arbeiten, welche stark ausgeprägte kanalartige Strukturen in der knöchernen Struktur des Innenohres nachweisen
konnten. Andere Untersuchungen konnten die Fissula ante fenestram als zumindest
semipermeable Verbindung zwischen Mittelohr und Innenohr ausmachen. Eine vorangegangene Arbeit sammelte darüber hinaus erste Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen einer verminderten Knochendichte und dem Auftreten einer toxischen
Innenohrläsion.
Ein spezifisches Therapieschema für die akute Otitis media mit toxischer Innenohrläsion gibt es bis heute nicht. Trotz vorherrschender konservativer Therapie, finden sich in der Literatur auch Publikationen zu operativen Behandlungserfolgen.
In dieser Arbeit wurden drei konservative Therapieschemata vergleichen, sowie die
konservative Therapie mit der chirurgischen Therapie gegenübergestellt.
Um weitere Erkenntnisse über anatomische Besonderheiten in diesem Patientenkollektiv zu erlangen, wurden CT-Datensätze erfasst und auf Unterschiede in ihrer
Knochenstruktur sowie weiterer anatomischer Merkmale hin untersucht.
Bezüglich der drei konservativen Therapieschemata ließen sich in der Auswertung der
einzelnen Frequenzen nur geringe Unterschiede feststellen. Insbesondere im Vergleich der gemittelten Differenzbeträge, welche als Parameter für die Gesamthörerholung
herangezogen werden sollte, zeigten sich keine statistisch signifikanten Unterschiede.
Nichtsdestotrotz zeigten alle konservativen Therapiegruppen eine deutliche Verbesserung der Innenohrleistung.
Im Vergleich der operativen mit der konservativen Therapie konnten statistische Unterschiede im Verlauf festgestellt werden. Im vorliegenden Patientenkollektiv wurde
die chirurgische Behandlung als eine Art Salvage-Therapie bei stagnierender Hörerholung im klinischen Verlauf herangezogen. So zeigte die statistische Untersuchung,
dass beide Gruppen zu Beginn der Behandlung noch gleichauf waren. Die Patienten, welche später zur chirurgischen Gruppe gezählt wurden, fielen im Verlauf aber
deutlich zurück, sodass die Entscheidung zur Mastoidektomie gefällt wurde. In der
Folge kam es in dieser Gruppe zu einer starken Erholung des Hörvermögens. Dadurch erzielten die Patienten im konservativen als auch im operativen Therapiearm
vergleichbare Ergebnisse.
Im Vergleich der erkrankten Felsenbeine mit denen von ohrgesunden Kontrollen,
konnten mehrere anatomische Auffälligkeiten aufgezeigt werden. Zum einen zeigten
die Felsenbeine mit toxischer Innenohrläsion eine deutlich verminderte Pneumatisation. Zum anderen konnten deutlich engere anatomische Verhältnisse im Aditus ad
antrum der Erkrankten nachgewiesen werden. Im Verlauf des lateralen Bogenganges
konnte ein ausgedünnter Knochen statistisch bestätigt werden. Die Flächenauswertung der Houndsfield Units am Labrinthblock ergab deutlich niedrigere Werte an
der Fissula ante fenestram sowie an der Präcochlea, was sich insofern mit den vorangegangenen Vermutungen um Schwachstellen in diesem Bereich deckt.
In dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass besonders Therapieversager unter konservativer Therapie eine deutliche Hörerholung durch die operative Therapie
erfahren können. Bezüglich der hier untersuchten konservativen Therapieschemata konnten jedoch keine relevanten Vorteile einer Variante festgestellt werden. Um
einen potentiellen neuen Standard für die Behandlung dieses Patientenkollektives zu
etablieren, bedarf es noch weiterer Untersuchungen. Die in dieser Arbeit gewonnen
Erkenntnisse zu den Mikrostrukturen am Felsenbein von Patienten mit toxischer Innenohrläsion sollten ebenfalls Anlass sein, weitere Untersuchungen durchzuführen.
Die Rolle des Kanalsystems, bestehend aus chondro-ossären und Volkmann Kanälen, im knöchernen Labyrinth bleibt bis heute unklar. Auch über die konkrete Funktion der Fissula ante fenestram konnten bisher nur Vermutungen angestellt werden.
Zusammenhänge mit weiteren Ohrerkrankungen, wie der Otosklerose, bleiben Bestandteil der aktuellen Diskussion.An acute otitis media can occur because of a viral infection of the upper respiratory
tract. A known complication of middle ear inflammation is toxic inner ear damage,
where toxic substances from the middle ear effusion enter the labyrinth, causing
sensorineural hearing loss. Toxic inner ear damage is more likely to occur in cases
of viral otitis media. The round window membrane is predominantly described in
the literature as the passage region for a variety of toxic substances. Additionally,
there have been discussions about osseous diffusion through weak points in the bony
labyrinth, supported by histological studies showing pronounced canal-like structures in the innerear bony structure. Other studies have identified the Fissula
ante fenestram as a semi- permeable connection between the middle ear and inner
ear. Previous research has also provided initial evidence of a relationship between
reduced bone density and the occurrence of toxic inner ear damage.
There is currently no specific treatment regimen for acute otitis media with toxic
inner ear damage. Despite the prevailing conservative therapy, there are publications
in the literature reporting successful surgical treatments. This study compares three
conservative therapy regimens and compares conservative therapy with surgical therapy.
To gain further insights into anatomical features in this patient population, CT
datasets were obtained and examined for differences in bone structure and other
anatomical characteristics.
Regarding the three conservative therapy regimens, the analysis of individual frequencies revealed only minor differences. Specifically, when comparing the averaged
difference values, which should be used as parameters for overall hearing recovery,
no statistically significant differences were observed. Nevertheless, all conservative
therapy groups showed a significant improvement in inner ear function.In the comparison of surgical and conservative therapy, statistical differences in the
course of treatment were identified. In this patient population, surgical treatment
was considered a salvage therapy in cases of stagnant hearing recovery in the clinical
course. The statistical analysis showed that both groups were initially comparable
at the start of treatment. However, the patients later classified in the surgical group
experienced a significant decline over time, leading to the decision for mastoidectomy. Subsequently, this group exhibited a significant recovery of hearing ability.
As a result, patients in both the conservative and surgical therapy arms achieved
comparable results.
When comparing the affected petrous bones with those of healthy ear controls, several anatomical abnormalities were identified. The petrous bones with toxic inner
ear damage showed significantly reduced pneumatisation. Furthermore, significantly
narrower anatomical conditions in the Aditus ad antrum of the affected individuals
were observed. A statistically confirmed thinning of bone was found in the course
of the lateral semicircular canal. The analysis of Hounsfield units on the labyrinth
block revealed significantly lower values at the Fissula ante fenestram and the precochlea, which aligns with the previous assumptions about weak points in this area.
This study demonstrated that patients who fail to respond to conservative therapy
could experience significant hearing recovery through surgical treatment. However,
no significant advantages were found among the investigated conservative therapy
regimens. Further research is needed to establish a potential new standard for the
treatment of this patient population. The findings of this study regarding the microstructures of the petrous bone in patients with toxic inner ear damage should also
prompt further investigations. The role of the canal system, consisting of chondroosseous and Volkmann canals, in the bony labyrinth remains unclear to this day.
Speculations have also been made about the specific function of the Fissula ante
fenestram. Connections with other ear diseases, such as otosclerosis, remain part of
the current discussion
Bedeutung der Matrix-Metalloproteinasen in der Pathogenese thorakaler Aortenpatholgoien: Bestimmung der Expression von MMP-1, MMP-9, TIMP-1 und TIMP-2 in Aortenaneurysmen und Aortendissektionen
No full textAortenaneurysmen und -dissektionen stellen die zwei häufigsten Erkrankungen der Aorta dar und sind aufgrund der steigenden Inzidenz sowie hohem Mortalitäts- und Morbiditätsrisiko ein zentrales Thema aktueller Untersuchungen. Nach heutigem Wissensstand ist der Pathomechanismus der Entstehung von Aortenaneurysmen und Aortendissektionen noch nicht ausreichend geklärt. In einzelnen Studien konnte die zentrale Rolle von MMPs im Abbau der Extrazellularmatrix in Aortenaneurysmen dargestellt werden. Dagegen ist die Studienlage zu Aortendissektionen bisher gering erforscht.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch die Analyse der Expression von Matrix-Metalloproteinasen und deren Inhibitoren in thorakalen Aortenaneurysmen und -dissektionen neue Erkenntnisse in der Entstehung zu gewinnen. Hierzu erfolgte die histologische Untersuchung von humanem Gewebe der Aorta ascendens, welche im Rahmen eines Ascendensersatzes bei 104 Patienten mit thorakalen Aortenaneurysmen und -dissektionen entnommen wurde. Zusätzlich wurde das Gewebe von 7 gesunden Aorten als Kontrollgruppe untersucht. Anhand immunhistochemischer Färbungen von MMP-1, MMP-9 als Metalloproteinasen und TIMP-1 und TIMP-2 als deren Inhibitoren konnte anhand der Färbungsintensität ein Score von 0 bis 3 erhoben werden. Es erfolgte anschließend eine statistische Auswertung der Scores sowie aller Patientendaten und ein Vergleich zwischen den Gruppen „Aneurysma“, „Dissektion“ und „Aortengesunde“. Zudem erfolgte die radiologische Beurteilung präoperativer Computertomographie-Bilder der Aorta mit Messung des aortalen Durchmessers.
Während in der gesunden Kontrollgruppe kaum MMPs und TIMPs nachweisbar waren, zeigte sich in den pathologischen Aortenproben (Aneurysmen und Dissektionen) eine erhöhte Expression von MMP-1, MMP-9 und TIMP-1 und TIMP-2. Im Vergleich zwischen Aneurysmen und Dissektionen zeigte sich ein hochsignifikanter Unterschied mit vermehrter Expression von MMPs und TIMPs in der Gruppe der Dissektionen. Bei der differenzierten Betrachtung des Expressionsortes ließ sich eine stark variierende Expression in den einzelnen Wandschichten nachweisen. Es zeigte sich in den Dissektionen im Bereich der Media und Adventitia eine höhere Expression von MMP-1 und -9 und TIMP-1 und -2 im Vergleich zu den Aneurysmen. In der Auswertung der präoperativen Bildgebung der Aorta ließ sich kein Zusammenhang zwischen dem aortalen Durchmesser und dem Grad der MMP- und TIMP-Expression nachweisen.
Die vorliegenden Ergebnisse bestätigen zum einen, dass sowohl die Gelatinase MMP-9 als auch die Kollagenase MMP-1 durch inflammatorische Prozesse in den äußeren Wandschichten der Aorta an der Entstehung von thorakalen Aortenaneurysmen und -dissektionen beteiligt sind und in Dissektionen eine vermehrte Aktivität von MMPs gegenüber Aneurysmen besteht. Zum anderen konnten neue Erkenntnisse zur genaueren Lokalisation gewonnen werden, die die Theorie des Hypoxie-induzierten Umbaus der äußeren Wandschichten unterstützen. Es ist anzunehmen, dass eine vermehrte Ausschüttung von Wachstumsfaktoren multiple Umbauprozesse und eine Neovaskularisation induziert. Dadurch erfolgt eine Schwächung der Gefäßwand und somit wird die Entstehung von Aortendissektionen begünstigt.
Weiterführende Untersuchungen, insbesondere in vitro und in vivo-Versuche (wie z.B. die selektive Hemmung von MMPs) sind notwendig, um Pathomechanismen und zelluläre sowie extrazelluläre Signalwege zu verstehen. Hierdurch können neue Möglichkeiten in der Diagnostik und Therapie von thorakalen Aortenaneurysmen und -dissektionen entwickelt werden.Aortic aneurysms and dissections are common disorders of the aorta. With a high risk of
mortality and morbidity and a rising incidence they are a central theme of current
research. Multiple studies suggest the importance of extracellular matrix remodeling
processes in aortic disorders.
This study was aimed to analyse the expression of matrix metalloproteinases and their
inhibitors in thoracic aortic aneurysms and dissections as well as healthy aortic tissues
for a better understanding of pathomechanisms regarding their etiology. Tissues of the
ascending aorta of 104 patients with thoracic aortic aneurysms and dissections were
analysed. Additionally, the tissues of 7 healthy aortas were collected and analysed as
well. Immunohistochemical staining was performed on all tissue samples. MMP-1 and
MMP-9 were chosen as representative MMPs and TIMP-1 and TIMP-2 as their inhibitors.
A score was developed to quantify the extent of MMP and TIMP expression. Additionally,
patients‘ data was analysed including aortic diameters via preoperative imaging.
Healthy aortic tissue showed little to none expression of MMP and TIMP while an
increased expression of MMP and TIMP was observed in aneurysms and dissections.
Furthermore a significantly increased expression of MMP and TIMP was found in
dissections compared to aneurysms. Higher scores of MMP-1, -9 and TIMP-1 and -2
expression as a sign of extracelluar matrix degradation was localized in the Tunica media
and Tunica adventitia. There was no notable correlation between aortic diameters and
MMP expressions.
The results confirm an association of gelatinase MMP-9 and collagenase MMP-1
expressions in thoracic aortic aneurysms and dissections. Moreover, there is an
increased activity of MMP-1 and MMP-9 expressions in dissections compared to
aneurysms suggesting an increased perivascular inflammation of the aorta. Current
studies indicate hypoxia-induced inflammation and weakening of the aortic wall.
Neovascularization and disturbance to the nutrient and oxygen supply of the aorta can
result in aortic dissections and aneurysms.
Additional research (including in vitro and in vivo experiments) is necessary to
understand pathomechanisms and cellular and extracellular pathways to open the field
for developing diagnostic markers and new strategies in therapy of aortic aneurysm and
dissection
Impacts of Drought Severity and Frequency on Natural Vegetation Across Iran
No full textDrought recurrence is increasing in arid and semi-arid regions, and its effects are becoming
more complicated due to climate change. Despite the increasing frequency of drought events, the
sensitivity of natural vegetation to different levels of drought frequency and severity is not fully
understood. Here, we aim to characterize the regional spatio-temporal patterns of drought frequency
and severity and the response of vegetation across Iran at a high spatial resolution (5 km × 5 km).
We examined the responses of three natural vegetation types (forest, grassland, and shrubland) to
drought conditions across Iran using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the
Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) at different time scales and temporal
lags from 2001 to 2022. Our results showed that drought severity increased in 15%, decreased in 1%,
and remained stable in 84% of the study area. The severity and frequency of drought showed spatial
patterns across Iran (i.e., increased from northwest to southeast and central Iran). The correlation
between the monthly NDVI anomaly and SPEI varied across vegetation types, SPEI accumulation
period (SPEI-1-3-6-9-12), and temporal lags, revealing different sensitivities of vegetation to drought
in Iran. All natural vegetation types showed the strongest responses two months after drought events.
Forests, mostly located in northern Iran, showed lower sensitivity to drought onset and responded
slower to drought severity than other vegetation classes (i.e., grasslands and shrublands). These
findings highlight the importance of analyzing the sensitivity of natural vegetation at different levels
of drought severity and frequency for land use planning and mitigation efforts.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg