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850 nm Fourier domain mode-locked laser for ophthalmic optical coherence tomography imaging
No full textNicht-invasive Bildgebungstechniken haben sich in den letzten Jahrzehnten als unverzichtbarer Standard in der medizinischen Diagnostik etabliert. Unter diesen bietet die optische Kohärenztomographie (Optical Coherence Tomography, OCT) eine mikrometergenaue Auflösung bei Eindringtiefen im Millimeterbereich, was sie besonders wertvoll in der Ophthalmologie macht. Die OCT erfasst rückgestreutes Licht, um dreidimensionale Volumenbilder zu erzeugen. Für die Augenbildgebung sind Wellenlängen um 850 nm ideal, da sie minimale Absorption im Glaskörper und hohe Streuung in den oberen Netzhautschichten aufweisen. Die Bildgebungsgeschwindigkeit ist ebenfalls entscheidend, da höhere Geschwindigkeiten Bewegungsartefakte reduzieren. Die OCT mit schnell durchstimmbaren Lasern (swept source OCT), ermöglicht hochgeschwindigkeitsfähige Bildgebung. Fourier domain mode-locked (FDML)-Laser mit Scanraten im Megahertz-Bereich sind hierfür besonders geeignet.
Diese Dissertation untersucht die Entwicklung und Anwendung eines 850 nm FDML-Lasers für die ophthalmische Bildgebung. Im Gegensatz zu anderen schnell durchstimmbaren Lasern zeichnet sich der FDML-Laser durch sein einzigartiges Design aus, bei dem ein vollständiger Frequenzdurchlauf (sweep) über Hunderte von Umläufen in seinem Resonator gespeichert wird. Dies vermeidet die Notwendigkeit nach den Wiederaufbau der Laseremission aus spontaner Emission nach der Abstimmung auf eine neue Wellenlänge und ermöglicht eine hohe Phasenstabilität sowie eine lange Kohärenzlänge, die für hochwertige OCT-Bilder erforderlich sind. Ein neuer Megahertz-FDML-Laser bei 850 nm würde die einzigartigen Vorteile dieser Wellenlänge mit den bewährten Vorzügen von FDML-Lasern vereinen und so eine latenzarme, dynamische Darstellung der Netzhaut ermöglichen, wodurch neue Türen für Echtzeitdiagnostik geöffnet würden.
Der erste Teil befasst sich mit den Herausforderungen bei der Entwicklung eines FDML-Lasers im Bereich von 850 nm und behandelt Themen wie Polarisationsmodendispersion, chromatische Dispersion und geringe Verstärkung bei hohen optischen Verlusten im Resonator. Diese Faktoren tragen zur Komplexität von OCT Lasern mit kurzen Wellenlängen bei und erklären ihre bisherige Seltenheit. Der zweite Teil präsentiert Ergebnisse der in-vivo ophthalmischen OCT-Bildgebung und vergleicht diese mit anderen Bildgebungstechniken.
Der neu entwickelte FDML-Laser erreicht eine axiale Auflösung von unter 10 µm, eine Sensitivität von über 84 dB und eine Bildgebungstiefe von 1,4 cm. Darüber hinaus ermöglicht die Phasenstabilität des Lasers, mit einer zeitlichen Schwankung von 25 ps über 1.000 Sweeps den Einsatz in phasenauflösenden Techniken. Netzhautbilder wurden mit 414.000 axialen Abtastungen pro Sekunde unter Verwendung einer master-slave-basierten Kalibrationstechnik, mit 828 kHz bei bidirektionalem Durchstimmen und mit 1,7 MHz unter Nutzung von optischer Pufferung mit einer single-k-Kalibrationstechnik aufgenommen. Während die erhöhte Streuung bei 850 nm die Bildgebung der Choroidea einschränkt, sind die meisten relevanten Netzhautschichten deutlich sichtbar.
Dieser FDML-Laser unterstreicht die Vorteile der hochgeschwindigkeitsfähigen Bildgebung bei kurzen Wellenlängen und ebnet den Weg für neue Anwendungen.Non-invasive imaging techniques have become essential in medical diagnostics over the past few decades. Among these, Optical Coherence Tomography (OCT) offers micrometer resolution with millimeter-scale depth penetration, making it particularly valuable in ophthalmology. OCT captures backscattered light to generate 3D volumes. For eye imaging, wavelengths around 850 nm are ideal due to minimal absorption by the vitreous and high scattering in the upper retinal layers. Imaging speed is also critical, as faster speeds reduce motion artifacts. Swept-source OCT, using wavelength-tunable lasers, enables high-speed imaging. Fourier Domain Mode-Locked (FDML) lasers providing megahertz-level scan rates are ideal for this purpose.
This thesis explores the development and application of FDML lasers for ophthalmic imaging. Unlike other tunable lasers, FDML lasers have a unique design that stores a full sweep in their fiber cavity for hundreds of round trips, avoiding rebuilding of lasing from spontaneous emission after tuning to new wavelengths offering high phase stability and long coherence length necessary for high quality OCT images. A new megahertz FDML laser at 850 nm would merge the unique advantages of this wavelength with the proven benefits of FDML lasers allowing for a low latency, dynamic view of the retina, opening new doors for real-time diagnostics.
The first part delves into the challenges of developing an FDML laser around 850 nm, addressing issues like polarization mode dispersion, chromatic dispersion, and low gain/loss ratios. These factors contribute to the complexity of managing short wavelength OCT lasers, which explain their scarcity to date. The second part presents in-vivo ophthalmic OCT imaging results, with comparisons to other imaging techniques.
The newly designed FDML laser demonstrates strong performance for OCT imaging, achieving an axial resolution below 10 µm, sensitivity above 84 dB, and a ranging depth of 1.4 cm. Also, its high phase stability, with a time jitter of 25 ps over 1,000 sweeps, makes it suitable for phaseresolved techniques. Retinal images were captured at 414,000 axial scans per second using a master-slave based calibration technique, at 828 kHz with bidirectional sweeping, and at 1.7 MHz using optical buffering with a single-k-calibration technique. While increased scattering at 850 nm limits choroidal imaging, most retinal layers of interest are clearly visible.
This FDML laser highlights the advantages of short-wavelength, high-speed imaging and paves the way for new applications
Charakterisierung extrazellulärer Vesikel des Blasenkarzinoms aus dem Urin von Erkrankten
No full textAnalysen aus einem „real-world“ Register
No full textDie PTCA ist bei Patienten mit STEMI die First-Line-Therapie und wird stetig weiterentwickelt. Der radiale Zugangsweg wird immer weiter etabliert.
Das Ziel dieser Studie war es, die Unterschiede der verschiedenen Zugangswege sowie Verschlussformen bei der Herzkatheterprozedur in einem großen klinischen Register zu untersuchen. Hierfür wurden alle Patienten des Bremer-STEMI- Registers von 2013-2020 (n=5925) in Gruppen eingeteilt und analysiert.
Die Patienten mit radialem Zugangsweg waren jünger und hatten häufiger Diabetes mellitus sowie erhöhtes Körpergewicht; in der Gruppe mit radialem Zugangsweg befanden sich weniger Patienten im kardiogenen Schock. Die radial durchgeführte PTCA war seltener nicht-erfolgreich, es traten im Anschluss seltener Blutungen an der Punktionsstelle auf und die 1-Jahres-Mortalität war geringer als bei femoraler Punktion. Diese Ergebnisse blieben auch nach Adjustierung in multivariaten Analysen bestehen.
Patienten mit einem Verschlusssystem waren meist älter und wiesen häufiger Risikofaktoren wie Adipositas und/oder Diabetes mellitus auf. In der Gruppe der Patienten mit Verschlusssystemen wurden in der univariaten Analyse erhöhte postprozedurale Blutungsraten an der Punktionsstelle sowie eine erhöhte intrahospitale Mortalität festgestellt. Nach Adjustierung für prognostisch relevante Patientencharakteristika in der multivariaten Analyse zeigte sich aber keine Unterlegenheit der Verschlusssysteme gegenüber der manuellen Kompression.
Zusammengefasst zeigen die Analysen diese „real-world“ Registers, dass sich der radiale Zugangsweg bei Patienten mit STEMI immer weiter etabliert und mit einer Reduktion von Blutungen und Mortalität verbunden ist. Verschlusssysteme sind bei Patienten mit hohem Blutungsrisiko eine Alternative zur manuellen Kompression der Punktionsstelle
Tuberculosis in people of Ukrainian origin in the European Union and the European Economic Area in 2019-2022
No full textEin Vergleich zwischen dem POLARx- und dem Arctic Front Advanced Pro Ablationssystem
No full textZielsetzung: Die kryobasierte Pulmonalvenenisolation ermöglicht eine zuverlässige und anhaltende Isolation der Pulmonalvenen bei der Behandlung des symptomatischen Vor- hofflimmerns (VHF). Das kürzlich auf dem Markt eingeführte POLARx-Ablationssystem bietet neue Eigenschaften, die zu einer verbesserten Sicherheit und Effektivität führen können. Der Forschungsschwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Vergleich des POLARx- Systems mit dem etablierten Arctic Front Kryoballon im Hinblick auf die Sicherheit und die akuten Ablationsegebnisse.
Methoden und Ergebnisse: 103 konsekutive Patientinnen und Patienten mit paroxys- malen oder persistierenden VHF, die eine Kryoablation mit dem POLARx-System erhal- ten haben, wurden mit 102 zuvor mit dem Arctic Front Kryoballon der 4. Generation (AF-CB4) behandelten Patientinnen und Patienten verglichen. Insgesamt wurden 412 (POLARx) und 404 (AF-CB4) Pulmonalvenen identifiziert, wovon, bis auf eine in der POLARx-Gruppe, alle erfolgreich isoliert wurden. Es konnte ein signifikater Unterschied in der mittleren minimalen Ballontemperatur (POLARx: -56.1 ± 8.3°C vs. AF-CB4: -46.9 ± 10.1°C, p < 0,0001) festgestellt werden. Eine Echtzeit-Time-to-Isolate (TTI) konnte in 71% in der POLARx-Gruppe und in 46% in der AF-CB4-Gruppe erfasst werden (p < 0,001). Die mittlere Prozedurzeit war vergleichbar: POLARx: 54.5 ± 17.1 min vs. AF- CB4 59.4 ± 18.6 min, p = 0.0509. Die Fluoroskopiezeit in der POLARx-Gruppe war signifikant niedriger (POLARx: 9,3 ± 4,3 min vs. AF-CB4: 12,5 ± 9,3 min, p = 0,0018). Es konnten keine Unterschiede bei den periprozeduralen Komplikationen festgestellt wer- den.
Schlussfolgerung: Der neue POLARx Kryoballon zeigt eine vergleichbare Effektivität und Sicherheit im Vergleich zum etablierten AF-CB4. Es konnte häufiger eine Echtzeit- TTI registriert werden und es wurden signifikant niedriger Ballontemperaturen erreicht
Modulation der elektrischen Erregbarkeit sensorischer Neurone durch Funktionsveränderungen von NaV1.9-Kanälen
No full textSpannungsgesteuerte Natriumkanäle (NaVs) sind von entscheidender Bedeutung für die
Signalübertragung in elektrisch erregbaren Zellen, wie Muskel- und Nervenzellen. Im
Menschen kodieren neun Gene (SCN1A-SCN5A, SCN8A-SCN11A) für die NaV-Subtypen
NaV1.1-NaV1.9. NaV1.9 ist neben NaV1.7 und NaV1.8 einer der wesentlichen NaV-Kanäle in
sensorischen Afferenzen und nimmt hinsichtlich seiner Funktionseigenschaften eine
Sonderstellung innerhalb der NaV-Kanalfamilie ein. Anders als die übrigen NaV-Subtypen
sind NaV1.9-Kanäle bereits beim Ruhemembranpotential aktiv und generieren aufgrund
ihrer ausgeprägt langsamen Inaktivierungskinetik persistente Na+-Ströme. Die
physiologische Relevanz der NaV1.9-Kanäle wird durch zahlreiche Mutationen im dafür
kodierenden SCN11A-Gen unterstrichen, die beim Menschen kongenitale Analgesie oder
periphere Schmerzattacken auslösen können und oftmals mit ausgeprägten
gastrointestinalen Beschwerden einhergehen. Interessanterweise steigern die bekannten und
funktionell charakterisierten pathogenen NaV1.9-Varianten die Kanalaktivität und zeigen
damit gain-of-function-Eigenschaften. Die Zunahme der Kanalaktivität beruht dabei
entweder auf einer verstärkten Kanalaktivierung, einer eingeschränkten Kanalinaktivierung
oder der Kombination beider Funktionsveränderungen. Die Datenlage suggeriert, dass
insbesondere das Inaktivierungsverhalten der NaV1.9-Varianten entscheidend an der
Ausprägung des klinischen Phänotyps beteiligt ist. Die vorliegende Dissertationsschrift ist
in drei Themenkomplexe gegliedert, in denen verschiedene Aspekte der Modulation von
NaV1.9 untersucht werden.
Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Bedeutung des NaV1.9-C-Terminus für
die Kanalinaktivierung. Mittels systematisch erzeugter Kanalchimären und deren
detaillierter Analyse in Patch-Clamp-Experimenten wurde ein 100-Aminosäuren
umfassender Abschnitt im C-Terminus identifiziert, der die Inaktivierungseigenschaften der
Kanäle maßgeblich mitbestimmt.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Funktionseigenschaften mehrerer potenziell
pathogener NaV1.9-Varianten untersucht, die bei Patienten mit veränderter
Schmerzwahrnehmung identifiziert wurden, und die Varianten hinsichtlich ihrer
Krankheitsrelevanz bewertet. Zusätzlich zu einer veränderten Schmerzwahrnehmung gehen
pathogene NaV1.9-Varianten beim Menschen regelhaft mit gastrointestinalen Beschwerden
einher. Dieser Zusammenhang ist zwar bekannt, doch aufgrund der schwierigen experimentellen Zugänglichkeit enterischer Neurone, kaum untersucht. Um die
Auswirkungen krankheitsassoziierter Varianten auf enterische Neurone systematisch
untersuchen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt, dass die
Isolation, Transfektion und systematische elektrophysiologische Analyse enterischer
Neurone ermöglicht. Mit Hilfe dieser Methodik wurde die mit Analgesie- und Obstipation
assoziierte Variante NaV1.9-L396P erstmals in enterische Neurone eingebracht und
funktionell charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die NaV1.9-L396P-Kanäle
nahezu vollständig inaktivierungsdefizient und somit vermutlich entscheidend an der
Ausprägung des klinischen Phänotyps beteiligt sind.
Im dritten Teil der Arbeit wurden die Auswirkungen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die
mit Schmerzen unterschiedlichster Ätiologie in Verbindung stehen, auf die Funktion
Nozizeptor-spezifischer NaV-Kanäle untersucht. Einerseits bewirken ROS eine Reduktion
des Na+-Peakstroms. Andererseits verzögern sie aber auch die physiologisch wichtige
Kanalinaktivierung. Diese potenziell proexzitatorische Funktionsveränderung ist bei NaV1.8
besonders stark ausgeprägt, weshalb dieser Kanal lange Zeit als ROS-sensitivster NaV
Subtyp galt. Daten zur ROS-Sensitivität der NaV1.9-Kanäle existieren bislang nicht. In der
vorliegenden Arbeit wurde erstmals NaV1.9 hinsichtlich seiner ROS-Sensitivität analysiert
und gezeigt, dass er eine ähnlich hohe ROS-Sensitivität wie NaV1.8 aufweist und somit
ebenfalls zu den stark ROS-regulierten NaV-Kanälen gezählt werden muss
From understanding to prevention
No full textMit schätzungsweise fast einer halben Million neuer multiresistenter (multidrug-resistant, MDR) Tuberkulosefälle pro Jahr trägt die Tuberkulose (TB) erheblich zur aktuellen Antibiotikaresistenzkrise bei. MDR-TB ist definiert als eine Infektion mit einem Mycobacterium tuberculosis Komplex (MTBK)-Stamm, der gegen die beiden wirksamsten Erstlinienmedikamente, Rifampicin (RIF) und Isoniazid, resistent ist. Um der globalen Bedrohung durch Antibiotikaresistenzen wirksam begegnen zu können, ist es unerläss-lich, sowohl die Entstehung als auch die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen der Resistenzen zu verstehen. Dies kann dazu beitragen, die Entwicklung neuer Antibiotika und Behandlungsstrategien besser zu steuern und eine rasche Resistenzentwicklung, wie sie beispielsweise bei Bedaquilin (BDQ) beobachtet wird, zu verhindern.
In dieser Arbeit werden die Resistenzmechanismen gegen das wichtige MDR-TB-Behandlungsmedikament BDQ und neue, auf negativer Hysteresis basierende Behandlungsstrategien der Evolutionsmedizin untersucht. BDQ, eines der wichtigsten Medikamente zur Behandlung von MDR-TB, zeigt in mehreren Gebieten mit hoher TB-Inzidenz zunehmende Resistenz in klinischen MTBK-Stämmen. Diese Stämme erwerben BDQ-Resistenz durch Mutationen im atpE-Gen, das für die ATP-Synthase (das primäre Ziel von BDQ) kodiert, sowie im Rv0678-Gen, dass das mmpS5-mmpL5-Exportpumpen System reguliert. Die meisten Resistenzen von klinischen MTBK-Stämmen basieren auf Mutationen in Rv0678, was zu einer erhöhten Expression von Exportpumpen Genen führt.
In dieser Studie wurde eine RNA-Sequenzierungsanalyse (RNAseq) von BDQ-resistenten Mutanten mit unterschiedlichen Mutationen in Rv0678 durchgeführt, darunter solche mit vollständigem Funktionsverlust und Mutationen mit reduzierter Funktion. Die Ergebnisse zeigten, dass in der Tat die Exportpumpen Gene mmpS5-mmpL5 ohne BDQ-Exposition in Rv0678 Mutanten hochreguliert waren, allerding variierte das Expressionsniveau zwischen den Rv0678 Mutanten. Überraschenderweise wurde mmpS5-mmpL5 beim Wildtyp-Stamm H37Rv unter BDQ-Behandlung auf ein vergleichbares Niveau hochreguliert wie bei den Rv0678-Mutanten, was auf die Existenz weiterer resistenzvermittelnder Mechanismen in den Mu-tanten hindeutet. Die Analyse der globalen Genexpression von Rv0678-Mutantenklonen und dem sensiblen Referenzstamm H37Rv zu verschiedenen BDQ-Behandlungszeitpunkten ergab eine komplexe Transkriptionsantwort, die darauf hindeutet, dass die Resistenz nicht auf einen einzigen Mechanismus zurückzuführen ist. Stattdessen scheint eine erhöhte metabolische Plastizität es den Rv0678-Mutanten zu ermöglichen, unter Stressbedingungen in einen „Dormancy-ähnlichen“ Zustand zu übergehen und dennoch einige zelluläre Funktionen aufrechtzuerhalten.
Der zweite Schwerpunkt dieser Studie bestand darin, evolutionsbasierte Behandlungsstrategien zu untersuchen, die darauf abzielen, die Wirksamkeit von Medikamenten zu erhöhen und die Entwicklung von Resistenzen zu verhindern. Hierzu soll negative Hysteresis als potenzieller Mechanismus in zyklischen Therapien genutzt werden, um das evolutionäre Potenzial von MTBK-Stämmen zu begrenzen. Um die Anwendung von negativer Hysteresis bei MTBK-Stämmen zu testen, wurde ein in vitro-Modell entwi-ckelt, in dem die Bakterien zunächst kurz mit einem Medikament vorexponiert wurden, um dann nach-folgend die Hauptexposition mit einem zweiten Medikament durchzuführen. Beide Medikamente wer-den dabei in subletalen Konzentrationen eingesetzt. Hierdurch sollte die negative zelluläre Hysteresis induziert werden, ein Phänomen, bei dem die Wirksamkeit eines Antibiotikums in Abhängigkeit von der Reihenfolge der Medikamentenverabreichung erhöht wird.
In diesem Modell führte die sequentielle Behandlung des MTB-Referenzstamms H37Rv mit Ethambutol (EMB), gefolgt von RIF, zu einer sequenzabhängigen Reduzierung der Bakterienlast. Dieses Ergebnis wurde auf den Effekt der negativen zellulären Hysteresis zurückgeführt, bei dem die Vorbehandlung mit EMB die Wirksamkeit von RIF steigerte. Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, wurde RNAseq genutzt, dies zeigte, dass der durch diese spezifische Medikamentenabfolge induzierte nega-tive zelluläre Hysteresis-Effekt wahrscheinlich mit einer dnaK-assoziierten Stressantwort zusammenhängt, bei der die Zelloberfläche umstrukturiert wurde.
Insgesamt widersprechen die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse der gängigen Annahme, dass die durch Rv0678-Mutationen hervorgerufene BDQ-Resistenz ausschließlich durch eine Hochregulierung der mmpS5-mmpL5 Exportpumpen vermittelt wird. Vielmehr weisen sie auf die entscheidende Rolle einer erhöhten metabolischen Plastizität bei der Antibiotikareaktion als wichtige Überlebensstrategie hin. Dies zeigt auch, dass umfassende Studien, die auf der Erzeugung von Mutanten in Kombination mit OMICS-Tools basieren, notwendig sind, um die Reaktion des Pathogens auf Medikamente und die Mechanismen der Resistenzentwicklung besser zu verstehen
Darüber hinaus wurde nach unserem Kenntnisstand zum ersten Mal das Potenzial der negativen zellulären Hysteresis aufgezeigt, welche durch einen raschen Wechsel der Wirkstoffe hervorgerufen wird, um die Wirksamkeit des Medikaments auch in Konzentrationen unterhalb der minimalen Hemmkonzentration (MHK) zu steigern. Dies birgt erhebliches Potenzial für die Optimierung von Tuberkulose-Behandlungskonzepten, insbesondere bei arzneimittelresistenten MTBK-Stämmen, bei denen die Behandlungsoptionen begrenzt sind. Zyklische Therapien mit einer reduzierten Anzahl von Antibiotika könnten die Behandlungsmöglichkeiten bei MDR-TB signifikant verbessern. Es ist daher dringend gebo-ten, evolutionsbasierte Behandlungsstrategien weiterzuentwickeln und zu nutzen.With nearly half a million new multidrug resistant (MDR) tuberculosis (TB) cases estimated annually, TB is a major contributor to the current antimicrobial resistance crisis. MDR-TB is defined as an infection with a Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) strain resistant to the two most effective first-line drugs rifampicin (RIF) and isoniazid. To effectively address this public health crisis, it is essential to un-derstand resistance mechanisms and evolution. This will better guide the development of new antibiot-ics and treatment strategies, and avoid rapid resistance development, as seen with bedaquiline (BDQ). This work explores resistance mechanisms to one key MDR-TB treatment drug, namely BDQ, and new evolutionary medicine informed treatment strategies based on negative hysteresis.
BDQ, one of the most important drugs for treating MDR-TB, is facing increasing resistance in clinical MTBC strains in several high incidence settings. Clinical MTBC strains acquire BDQ resistance through mutations in the atpE gene, which encodes the ATP synthase (primary target of BDQ), and in the Rv0678 gene, which regulates the mmpS5-mmpL5 efflux pump system. Most clinical resistance is associated with mutations in Rv0678, leading to increased expression of the efflux pump genes. In this work, RNA sequencing (RNAseq) analysis of BDQ-resistant mutants, harbouring different mutations in Rv0678 (to-tal loss-of-function mutations and reduced-function mutations), was conducted. The results revealed that efflux pump expression varied among clones, with baseline mmpS5-mmpL5 efflux pump gene ex-pression upregulated without BDQ exposure. Surprisingly, under BDQ challenge, the wild-type H37Rv strain upregulated the mmpS5-mmpL5 efflux pump to similar levels as the Rv0678 mutant clones, point-ing to other mechanisms involved in resistance development. Analysis of the transcriptional response of Rv0678 mutant clones and H37Rv at different BDQ exposure timepoints revealed a complex response indicating that resistance is mediated not by a single mechanism, but rather by an enhanced metabolic plasticity of the Rv0678 mutants, which allows them to shift to a dormant-like state under stress while maintaining some cellular functions.
The second focus of this work was to explore evolution-informed treatment strategies aimed at en-hancing drug efficacy and circumvent resistance evolution by using negative hysteresis as potential mechanism in sequential treatments to limit the evolutionary potential of MTBC strains. An in vitro model was designed based on short pre-exposure with one drug, followed by main-exposure with the second drug utilizing sub-lethal concentrations which potentially induces cellular hysteresis, a phenom-enon where antibiotic effectiveness is enhanced based on the order of drug administration. Sequential exposure of MTBC reference strain H37Rv with ethambutol (EMB) followed by RIF led to a sequence-dependent reduction in bacterial load, attributed to the negative hysteresis effect, where EMB pre-exposure enhanced RIF's efficacy. RNAseq was employed to investigate the underlying mechanisms, indicating that the cellular hysteresis effect, induced by the respective drug sequence, was likely driven by a cell surface stress response and metabolic remodelling by a danK-mediated stress response.
Taken together, the results obtained in this thesis contradicts common knowledge that BDQ resistance induced by Rv0678 mutations is solely conferred by upregulation of the mmpS5-mmpL5 efflux pump system only, but rather points to the role of an enhanced metabolic plasticity in antibiotic responses as important survival strategy. It also shows, that comprehensive studies based on mutant generation combined with OMICS tools are needed to understand pathogen drug response, and escape mecha-nisms. Further, to the best of our knowledge, for the first time the potential of negative hysteresis in-duced by fast drug switching for enhancing drug efficacy even at sub-minimum inhibitory concentration (MIC) conditions was observed in M. tuberculosis. This has great potential for optimizing TB treatment concepts especially for drug resistant MTBC strains, where drug options are limited and cycling thera-pies with a lower number of antibiotics significantly enhance treatment possibilities. Accordingly, evolu-tionary informed treatment strategies should be urgently further exploited
