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Weltweite retrospektive Erhebung der Inzidenz, Diagnose und Prognose von Ösophagusfisteln als Komplikation der Behandlung von Patienten mit Vorhofflimmern mittels Katheterablation
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Experimentelle Untersuchungen zur vermuteten Rolle der Dipeptidyl-Peptidase-IV Inhibitoren als Auslöser akuter Krankheitsausbrüche des bullösen Pemphigoids
No full textPrädiktoren einer Segelverletzung/Deviceablösung bei Patient:innen mit Mitralklappeninsuffizienz und Behandlung mit der dritten Generation MitraClip® (XTR)
No full textThe impact of the pro-atherogenic MRAS gene in smooth muscle cells
No full textErkrankungen des Herz-Kreislaufsystems, einschließlich Koronarer Herzkrankheit (KHK), Kardiomyopathie, Herzinfarkt (HI) und Schlaganfall, sind weltweit die Haupttodesursache. Die Ursache für KHK ist Atherosklerose, eine entzündliche Verdickung der Gefäßwände. Zahlreiche Risikofaktoren wie Rauchen, Alkoholkonsum, Fettleibigkeit, Bluthochdruck, Stress, Alter, Geschlecht und genetische Veranlagung tragen zu ihrer Entstehung bei. Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) haben mehr als 393 Genorte identifiziert, die durch Einzelnukleotid-Polymorphismen gekennzeichnet sind, die signifikant mit KHK assoziiert sind. Die kausalen Mechanismen hinter diesen Assoziationen sind jedoch nach wie vor unklar, weshalb funktionelle Folgestudien sehr wichtig sind, um die kausalen genetischen Variationen oder kausale Gene zu identifizieren, und damit den Zusammenhang zwischen diesen Genorten und der Krankheit besser zu verstehen.
In einer Studie von Erdmann et al. aus dem Jahr 2009 wurde die Genregion auf 3q22.3, als Risikofaktor für KHK entdeckt, die das MRAS-Gen beinhaltet. In dieser Dissertation wurde das CAD-Risikogen MRAS untersucht. MRAS kodiert für das muskulären Ras, eine kleine GTPase, die als Signalüberträger in der Tumornekrosefaktor (TNF)-Signalgebung und anderen Akutephase-Signalwegen fungiert. Den eQTL-Daten zufolge erhöhen MRAS-Risikovarianten für KHK die MRAS-mRNA-Spiegel hauptsächlich im arteriellen Gewebe. Kürzlich wurde festgestellt, dass funktionelle MRAS-Varianten spezifisch für vaskuläre glatte Muskelzellen (engl. Smooth Muscle Cells, SMCs) sind. Die genaue Rolle von MRAS bei der Atherogenese, der zugrundeliegende Mechanismus der KHK und das therapeutische Potenzial einer gezielten Beeinflussung von MRAS sind noch nicht geklärt. Daher untersuchten wir die Funktion von MRAS in vaskulären SMCs, einem der wichtigsten Zelltypen bei der Ätiologie der Atherosklerose und der Plaquestabilisierung. Humane primäre Aorten-SMCs, die mit MRAS-spezifischer siRNA transfiziert wurden, und murine Aorten-SMCs, die aus einem Mras-/-ApoE-/--Doppelknockout-Mausmodell stammen, wurden funktionellen Tests unterzogen, darunter Proliferation, Migration und Apoptose. Die siRNA-vermittelte Ausschaltung von MRAS in menschlichen SMCs erhöhte die Migration und Proliferation mit und ohne Stimulation durch TNF, IL-6 oder IL-1ß. In Übereinstimmung damit führte das Fehlen von Mras in murinen SMCs zu einem signifikanten Anstieg der Proliferation, verstärkter Migration und verringerter apoptotischer Aktivität im Vergleich zu B6.ApoE-/- SMCs. Die Stimulation mit TNF, IL-6 und IL-1ß verstärkte die proliferative Wirkung des Mras-Mangels, was auf ein Zusammenspiel dieser Zytokine und MRAS-Signalwege hinweist. Darüber hinaus ergab die RNA-Sequenzierung, dass der Verlust von Mras in murinen SMCs zu einer veränderten Genexpression zahlreicher Gene führte, die an der cGMP- und cAMP-Signalübertragung beteiligt sind. Deutet darauf hin, dass SMCs die cGMP/cAMP-Signalübertragung aktivieren, um den Verlust von Mras zu kompensieren. Die In vivo-Atherosklerose-Studie zeigte, dass der Mras-Mangel geschlechtsspezifische Auswirkungen auf die Plaque-Eigenschaften hat, da nur bei männlichen Mäusen signifikante Unterschiede in der Plaque-Charakteristik zeigten. Männliche Mras-/-ApoE-/- dKO-Mäuse wiesen im Vergleich zu männlichen B6.ApoE-/--Mäusen signifikant höhere Werte des Kollagen-, Monocyten und Magrophagen und SMC-Gehalts auf. Zusammenfassend deuten unsere Daten darauf hin, dass niedrigere MRAS-Spiegel in der Gefäßwand, insbesondere in SMCs, vor KHK schützen, indem sie atherosklerotische Plaques stabilisieren und dadurch das Risiko einer Plaqueruptur und damit eines anschließenden Krankenhausaufenthalts verringern.Cardiovascular disease (CVDs) including coronary artery disease (CAD), cardiomyopathy, myocardial infarction and stroke, are the leading cause of death globally. The preeminent cause of CVDs is atherosclerosis, an inflammatory thickening of the vessel wall. Numerous risk factors including smoking, alcohol consumption, obesity, hypertension, stress, age, gender and genetic predisposition, contribute to its development. Genome wide association studies (GWAS) have pinpointed more than 393 loci marked by single nucleotide variants significantly associated with CAD. However, the causal mechanisms behind these associations remain unclear for which functional follow-up studies are very essential to identify the causal genetic variation or gene, to better understand the link between these loci and the disease.
A study by Erdmann et al. in 2009, revealed a region on 3q22.3, which encompasses the MRAS gene as a risk factor for CAD. In this doctoral dissertation, the CAD-risk gene MRAS was investigated. MRAS encodes muscle Ras, a small GTPase that acts as a signal transducer in tumour necrosis factor (TNF) signalling and other related acute phase response signalling pathways. According to eQTL data, MRAS risk variants for CAD increase MRAS mRNA levels primarily in the arterial tissue. Recently, it has been indicated that functional MRAS variants are specific to vascular smooth muscle cells (SMCs). The exact role of MRAS in atherogenesis, the underlying mechanism of CAD, and the therapeutic potential of targeting MRAS is still elusive. Therefore, we investigated the function of MRAS in vascular SMCs, one of the key cell types in the etiology of atherosclerosis and plaque stabilization. Human primary aortic SMCs transfected with MRAS-specific siRNA and murine aortic SMCs derived from our Mras-/-ApoE-/- double knockout (dKO) mouse model was subjected to functional assays including proliferation, migration and apoptosis. The siRNA mediated knockdown of MRAS in human SMCs increased migration and proliferation with and without stimulation of TNF, IL-6 and IL-1ß. In line with that, the absence of Mras in murine SMCs led to significant increase in proliferation, enhanced migration and reduced apoptotic activity compared to control B6.ApoE-/- SMCs. Stimulation with TNF, IL-6 and IL-1ß enhanced the proliferative effect of Mras deficiency, indicating an interplay of these cytokines and MRAS pathways. Moreover, bulk RNA sequencing revealed that Mras knockout in murine SMCs led to differential gene expression of numerous genes involved in cGMP and cAMP signalling, suggesting that SMCs upregulate cGMP/cAMP signalling to compensate for the loss of Mras. The in vivo atherosclerosis study on plaque characteristic revealed that the impact of Mras deficiency was sex-specific as significant differences in plaque size, collagen content and macrophage staining were only observed in male mice. Male Mras-/-ApoE-/- dKO mice showed significantly higher levels of collagen content, MoMa content and SMC content as compared to B6.ApoE-/- male mice. In conclusion, our data indicates that lower MRAS levels in the vessel wall, particularly in SMCs, provides protection against CAD by stabilizing atherosclerotic plaques, and thereby decreasing the risk of plaque rupture and subsequent hospitalization
Evaluierung von murinen monoklonalen anti-Typ-VII-Kollagen-Antikörpern im Antikörper-Transfer-induzierten Modell der Epidermolysis bullosa acquisita
No full textDie Rolle der Befriedigung psychologischer Grundbedürfnisse bei der Interaktion von Seeleuten mit Energieeffizienz Entscheidungsunterstützungssystemen und Präferenzen für Automatisierungstypen
No full textDiese Dissertation untersucht die Befriedigung grundlegender psychologischer Bedürfnisse (Basic Psychological Needs) und Präferenzen für Automatisierungstypen in energieeffizienten maritimen Operationen, mit einem Fokus auf Interaktionen von Seeleuten mit Entscheidungsunterstützungssystemen (engl.: Decision Support Systems; DSS) für energieeffiziente Routenplanung liegt.
Angesichts des Bedarfs, die CO₂-Emissionen in der Schifffahrtsindustrie zu reduzieren, sind operationelle Maßnahmen wie die energieeffiziente Routenplanung unerlässlich. Hohe Arbeitsbelastung, Sicherheitsanforderungen und widersprüchliche Interessen der Stakeholder erschweren jedoch die effektive Umsetzung. DSS können Seeleute möglicherweise bei der Überwindung dieser Hindernisse unterstützen, aber frühere Forschung weist auf Hürden hin, insbesondere auf eine mangelnde Anpassung technischer Systeme an die Realität an Bord und eine Skepsis gegenüber Automatisierung. Diese Dissertation geht diese Herausforderungen aus der Perspektive der Ingenieurpsychologie an, indem systematisch (1) Aufgaben und Entscheidungsprozesse in der Routenplanung beschrieben, (2) die Theorie der Basic Psychological Needs zur Analyse der Befriedigung dieser Bedürfnisse am Arbeitsplatz und bei der technologischen Nutzung von DSS angewandt und (3) eine Skala zur Erfassung der Präferenzen für Automatisierungstypen entwickelt wird.
Die Dissertation umfasst fünf Veröffentlichungen, die jeweils empirische Einsichten liefern. Die Synopsis, die diese Dissertation begleitet, bietet einen umfassenden Hintergrund zur Energieeffizienz in der maritimen Industrie, zur Aufgabenanalyse, zu grundlegenden psychologischen Bedürfnissen und zur Mensch-Automation-Interaktion und erörtert abschließend die Implikationen der Forschung.
Artikel 1 führt in die Forschungslandschaft ein und präsentiert einen systematischen Literaturüberblick über Human-Factors-Forschung zur Energieeffizienz an Bord. Obwohl dieser Artikel keinen zentralen Beitrag der Dissertation darstellt, zeigt die Analyse, dass bisherige Forschung hauptsächlich Stakeholder-Perspektiven in den Vordergrund stellte und Seeleuten sowie konkrete Systemeigenschaften zur Unterstützung an Bord wenig Beachtung schenkte.
Artikel 2 baut auf dieser Grundlage auf und erstellt eine hierarchische Aufgabenanalyse zur energieeffizienten Routenplanung, basierend auf Leitlinien und Fachinput (N = 3). Eine Online-Studie (N = 65) nutzte diese Analyse, um Seeleuten Aufgaben in Bezug auf subjektiven Wert, Erfolgserwartung und Kosten bewerten zu lassen und identifizierte dabei Aufgaben wie Gezeiten- und Wetterrouting als wertvoll, jedoch kosten- oder anspruchsvoll. Die Studie erfasste auch die Befriedigung grundlegender psychologischer Bedürfnisse am Arbeitsplatz und zeigte eine geringere Autonomiebefriedigung im Vergleich zu Kompetenz oder sozialer Verbundenheit sowie Präferenzen für automatisierte Informationsaufnahme und -analyse, jedoch eine menschliche Kontrolle der Entscheidungsauswahl. Eine Simulatorstudie (N = 22), die Ergebnisse aus Artikel 3 post hoc analysierte, nutzte zudem die Critical Decision Method, um die Entscheidungsfindung von Seeleuten in der Routenplanung zu untersuchen und betonte die Prioritäten Sicherheit, Regeltreue, praktische Erfahrung und Transparenz. Die detaillierte Aufgabenanalyse unterstützte die externe Validität der experimentellen Studien und leitete das Design autonomiefördernder DSS sowie eine differenzierte Analyse von Autonomiefacetten zur Untersuchung der Beziehung zwischen Autonomie und Automatisierungspräferenzen.
Artikel 3 präsentiert eine experimentelle Studie in einem realistischen Schiffsbrückensimulator, in der Seeleute (N = 22) die Gebrauchstauglichkeit, die Nutzererfahrung und die Befriedigung grundlegender psychologischer Bedürfnisse bei der Nutzung eines DSS zur Routenplanung im Vergleich zu einem digitalen Kartierungstool bewerteten. Das DSS erzielte ähnliche oder bessere Ergebnisse bei den meisten Metriken, jedoch wurde die Autonomiebefriedigung in der Technologienutzung als geringer eingestuft. Eine thematische Analyse der nach der Aufgabe geführten Interviews betonte Transparenz und Flexibilität als entscheidend für die Autonomiebefriedigung, was die Dissertation zur Entwicklung autonomiefördernder DSS-Funktionen leitete.
Artikel 4 baut auf diesen Erkenntnissen auf und führt eine weitere Simulatorstudie mit erfahrenen Seeleuten (N = 18) und eine internationale Online-Studie (N = 48) durch. Im Vergleich zu einem digitalen Kartierungstool, einem „Standard“-DSS und einem DSS mit anpassbarer Routenplanung (einer autonomiefördernden Funktion) zeigte sich, dass während die meisten Metriken zwischen dem Kartierungstool und dem Standard-DSS verbessert wurden, nur das DSS mit Routenanpassung die Autonomiebefriedigung in der Technologienutzung und das Vertrauen der Seeleute signifikant verbesserte. Die Replikation der Korrelation zwischen Autonomie am Arbeitsplatz und den Präferenzen für die Entscheidungsfindung aus Artikel 2 konnte nicht bestätigt werden; jedoch wurde die geringere Autonomiebefriedigung am Arbeitsplatz erneut festgestellt. Die thematische Analyse der Interviews der Simulatorstudie differenzierte weiter Autonomiefacetten in der Technologieanwendung, unter Nutzung des Dimensions of Autonomy in Human-Algorithm Interaction-Modells, das zeigte, dass Algorithmustransparenz, Benutzerfreundlichkeit, Nutzende-Ermächtigung und kollaborative Workflows als Ansätze zur Förderung der Autonomie eingesetzt werden könnten. Dieser Artikel verdeutlichte, wie menschzentriertes Design grundlegende psychologische Bedürfnisfrustrationen in der Technologienutzung identifizieren und adressieren kann.
Artikel 5 beschreibt die Entwicklung und Validierung der Skala zur Präferenz für Automatisierungstypen (PATS), die in den Artikeln 2 bis 5 verwendet wurde. Basierend auf dem Modell der Typen und Ebenen der Automatisierung unterscheidet die PATS Präferenzen für Automatisierungstypen. Validierungsstudien über drei Stichproben hinweg, darunter Seeleute, Studierende, die generative KI für das Schreiben von Aufsätzen nutzten (N = 107) oder eines DSS zur Urlaubsplanung (N = 126), zeigten die Dimensionalität, Zuverlässigkeit und Konstruktvalidität der PATS. Die Skala erfasste Präferenzen effektiv als Dichotomie Mensch vs. Automatisierung, während spezifische Automatisierungstypen kontextübergreifend differenziert wurden, was sie zu einem wertvollen Werkzeug macht, um die Automatisierung eines Systems an den Präferenzen der Nutzer auszurichten.
Die allgemeine Diskussion integriert die Ergebnisse aller Studien und erörtert theoretische Implikationen für die Ingenieurpsychologie und Human-Factors-Forschung. Sie betont die Notwendigkeit autonomiefördernder Technologien, insbesondere in Fällen, in denen die Autonomiebedürfnisse am Arbeitsplatz frustriert sind, und stellt heraus, dass traditionelle Metriken zur User Experience und Gebrauchstauglichkeit für die Bewertung komplexer Automatisierungssysteme unzureichend sind. Die weitergehenden Implikationen der PATS als Maßstab werden diskutiert, um Neigungen für oder gegen spezifische Automatisierungsfunktionen (selbst bei ausreichendem Vertrauen) zu bewerten, was vergleichende Analysen in Bereichen mit variierenden Automatisierungsanforderungen, wie Verkehr und Gesundheitswesen, ermöglicht. Praktische Empfehlungen für die Schifffahrtsbranche beinhalten Designprinzipien für DSS wie Transparenz (z.B. klare Kommunikation algorithmischer Entscheidungen) und Anpassungsfähigkeit durch adaptierbare Automatisierungsstufen. Darüber hinaus sollten internationale maritime Richtlinien mensch-zentriertes Design durch die Standardisierung von Usability-Tests und die Festlegung von Transparenzstandards fördern.
Zusammenfassend leistet diese Dissertation einen Beitrag zur Ingenieurspsychologie über die Basic Psychological Needs in der Technologieanwendung und die Mensch-Automation-Interaktion. Sie bietet einen umfassenden Rahmen für das mensch-zentrierte DSS-Design, bietet Einblicke, die auf andere sicherheitskritische Bereiche anwendbar sind und unterstützt das übergeordnete Ziel, den Klimawandel durch verbesserte energieeffiziente Operationen in der Schifffahrtsindustrie zu mildern.This dissertation investigates Basic Psychological Need satisfaction and Preferences for Automation Types in maritime energy-efficient operations, by focusing on seafarers’ interactions with decision-support systems (DSS) for energy-efficient route planning.
Given the need to reduce CO₂ emissions in the shipping industry, operational measures like energy-efficient route planning are essential. However, high workloads, safety demands, and conflicting stakeholder goals challenge effective implementation. DSS can potentially support seafarers in overcoming these barriers, but previous research highlights obstacles to adoption, particularly mismatches between technical systems and onboard realities or scepticism towards automation. This dissertation addresses these challenges from an engineering psychology perspective by systematically (1) describing route planning tasks and decision-making, (2) applying Basic Psychological Needs theory to analyse seafarers’ satisfaction of needs both at work and in technology usage, and (3) developing a scale to assess preferences for automation types.
The dissertation comprises five publications, each contributing multiple empirical insights. The synopsis accompanying these articles gives a comprehensive background on energy efficiency in the maritime industry, task analysis, Basic Psychological Needs and human-automation interaction, before discussing implications of the research.
Article 1 provides an introduction to the research landscape, presenting a systematic literature review on human factors related to onboard energy efficiency. Although not a core dissertation contribution, the review shows prior research focused mainly on stakeholder perspectives, with limited attention to seafarers and specific system properties supporting onboard operations.
Article 2 builds on this foundation with a hierarchical task analysis of energy-efficient route planning, informed by guidelines and expert input (N = 3). An online study (N = 65) used this analysis to have seafarers rate tasks on subjective value, success expectancy, and cost, identifying tasks like tidal and weather routing as high-value but costly or of lower success expectancy. The study also assessed Basic Psychological Need at work satisfaction, revealing lower autonomy satisfaction than competence or relatedness, and preferences for automated Information Acquisition and Analysis but human decision selection. Post hoc analysis of interviews conducted in a simulator study (N = 22) for Article 3 further used the Critical Decision Method to explore seafarers’ decision-making in route planning, highlighting safety, regulatory adherence, practical experience, and transparency as priorities. The detailed task analysis supported the external validity of the experimental studies, guiding autonomy-supportive DSS design and a differentiated analysis of autonomy facets to explore the autonomy-automation preference relationship.
Article 3 presents an experimental study using a high-fidelity ship-bridge simulator, where seafarers (N = 22) evaluated usability, user experience, and Basic Psychological Need in technology usage satisfaction with a route planning DSS versus a digital charting tool. The DSS performed similarly or better across most metrics, though autonomy satisfaction was lower. Thematic analysis of post-task interviews emphasised transparency and flexibility as crucial for user autonomy, steering the dissertation toward autonomy-supportive DSS feature development.
Article 4 builds on these insights through a simulator study with experienced seafarers (N = 18) and an international online study (N = 48). Comparing a charting tool, a “standard” DSS, and a DSS with route adjustability (an autonomy-support feature), results showed that while most metrics improved between the charting tool and the standard DSS, only the DSS with route adjustability significantly enhanced autonomy in technology usage satisfaction and trust. Replication of the correlation between autonomy at work and decision selection preferences from Article 2 were not confirmed; however, lower autonomy satisfaction at work was confirmed. Thematic analysis of simulator study interviews further differentiated facets of autonomy in technology use, using the Dimensions of Autonomy in Human-Algorithm Interaction model, which suggested algorithm comprehensiveness, usability, user empowerment, and collaborative workflows could potential be leveraged to enhance autonomy. This article demonstrates how human-centred design can identify and address Basic Psychological Need frustrations in technology use.
Article 5 details the development and validation of the Preference for Automation Types Scale (PATS), used in Articles 2 through 5. Based on the Model of Types and Levels of Automation, PATS differentiates preferences for automation types. Validation studies across three samples, including seafarers, students using generative AI for essay writing (N = 107) or a DSS for vacation planning (N = 126), demonstrated the PATS’ dimensionality, reliability, and construct validity. The scale effectively assessed preferences as a human vs. automation dichotomy while distinguishing specific automation types across contexts, making it a valuable tool for aligning a system’s automation with users’ preferences.
The General Discussion integrates findings from all studies, addressing theoretical implications for engineering psychology and human factors research. It underscores the need for autonomy-supportive technology, especially where autonomy needs at work are frustrated, and highlights that traditional user experience and usability measures are insufficient for evaluating complex automation systems. The PATS’ broader implications are explored as a preference measure, which could assess user inclinations for or against specific automation features even where overall trust is adequate, enabling cross-context comparisons in areas with varied automation demands, such as transportation and healthcare. Practical recommendations for the maritime industry include DSS design principles like transparency (e.g. clear communication of algorithmic decisions) and adaptability through adjustable automation. Additionally, international maritime policies should promote human-centred design by standardising usability testing and establishing transparency standards.
In conclusion, this dissertation contributes to engineering psychology research on Basic Psychological Needs in technology usage and human-automation interaction. It provides a comprehensive framework for human-centred DSS design, offering insights applicable to other safety-critical domains and supporting the broader goal of mitigating climate change through enhanced energy-efficient operations in the shipping industry
Einsatz von Nanotechnologien in der Präzisionsmedizin
No full textThis dissertation explores the use of nanotechnologies in precision medicine, focusing on DNA-based nanonetworks for disease detection and treatment at the molecular level. It introduces the simulation architecture MEHLISSA, which models medical scenarios from body to cellular scale, demonstrating applications such as personalized diagnostics, continuous monitoring, and cancer detection. A novel approach for precise localization of disease markers using proteome fingerprints is also presented. The results highlight the potential of nanotechnologies to enhance early diagnosis and targeted therapy.Präzisionsmedizin berücksichtigt individuelle genetische, umweltbedingte und lebensstilbezogene Unterschiede, um Diagnosen, Präventionsstrategien und Behandlungen individuell maßzuschneidern.
Die Einführung von Nanotechnologien in der Präzisionsmedizin bietet Chancen zur Verbesserung personalisierter und zielgerichteter Ansätze für Diagnose, Therapie und Forschung. Nanotechnologien haben das Potenzial, Krankheiten im Körper auf molekularer Ebene zu erkennen, zu überwachen und zu behandeln.
Eine besonders relevante Nanotechnologie sind Nanogeräte. Nanogeräte sind miniaturisierte elektronische, biologische oder biohybride Geräte mit nanoskaligen Komponenten, die seit den frühen 2000er Jahren im medizinischen Kontext Beachtung finden.
Die Integration von Nanotechnologien und Nanogeräten in die medizinische Forschung und Praxis birgt Herausforderungen. Die vorliegende Arbeit adressiert diese Herausforderungen und bietet innovative Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit und Anwendbarkeit von Nanotechnologien in der Medizin. Es mangelt beispielsweise an umfassenden Konzepten für die Konstruktion und die effektive Nutzung von Nanogeräten. Ein vielversprechender und universeller Lösungsansatz hierfür sind DNA-Nanonetzwerke auf Basis von DNA-Tile-Nanorobotern.
Diese werden vorgestellt, und anhand eines Beispielszenarios zur Krankheitserkennung in vitro wird ihre praktische Anwendung veranschaulicht und ihre Potenziale werden aufgezeigt.
Da derzeit wenige Nanogeräte in vivo getestet werden können, ermöglichen vor allem Simulationen die Theorien und Konzepte für die Entwicklung von Nanogeräten zu überprüfen und anzupassen. Die realistische Simulation von Nanogeräten in ihrem Einsatzbereich dem menschlichen Körper ist demnach unerlässlich, um Forschungshypothesen zu evaluieren und den Fortschritt in diesem Bereich zu beschleunigen.
Obwohl Ansätze zur Simulation existieren, fehlt eine ganzheitliche Architektur, um komplexe Szenarien realistisch abzubilden.
Die Arbeit präsentiert eine umfassende Simulationsarchitektur namens MEHLISSA. Diese Architektur ermöglicht die Modellierung medizinischer Nanonetzwerke auf verschiedenen Ebenen, von der Körperebene, über Organ- und Kapillar- bis zur Zellebene. Es werden vier relevante Szenarien modelliert, um die Vorteile der Simulation und den Einsatz von Nanogeräten zu demonstrieren. Diese Szenarien umfassen die Verbesserung medizinischer Maßnahmen durch individuelle Körpermodelle als Basis für Digital Twins, die kontinuierliche Gesundheitsüberwachung mittels Nanogeräten im Blutkreislauf, die Prävention von Metastasen durch Nanogeräte sowie die Anwendung der Liquid Biopsy in vivo zur Krebsdiagnostik und -überwachung.
Die Simulationen zeigen vielversprechende Ergebnisse, darunter die zuverlässige Bestimmung von Schwellenwerten für relevante Marker im Körper und die Detektion von Kleinstmengen an ctDNA durch Nanogeräte. Sie demonstrieren den potenziellen Nutzen von Nanogeräten zur Verbesserung der Diagnostik und Behandlung von Krankheiten.
Ein weiteres ungeklärtes Problem ist die genaue Lokalisierung von Nanogeräten und Krankheitsmarkern, die eine wichtige Basis für eine verbesserte Krankheitserkennung und gezielte Medikamentenabgabe sind. Hierfür wird ein neuer Ansatz basierend auf lokaler Mustererkennung und individuellen Proteom-Fingerprints wichtiger Organe und Gewebe entwickelt. Durch die Kombination von Proteom-Fingerprinting und DNA-Nanonetzwerken wird eine präzise Lokalisierung von Krankheitsmarkern ermöglicht.
Die Simulationen belegen die Wirksamkeit der Methode in neun wesentlichen Organen innerhalb weniger Minuten. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Kombination aus Proteom-Fingerprinting und DNA-Nanonetzwerken entscheidend für eine genauere und schnellere Diagnose sowie Behandlung sein könnte.
Diese Dissertation trägt somit zur Erforschung und Anwendung von Nanotechnologien in der Medizin bei, indem sie sowohl theoretische Grundlagen als auch praktische Anwendungen und Simulationen liefert. Es wird deutlich, dass der Einsatz von Nanotechnologien in der Medizin zu einer verbesserten Früherkennung und Behandlung von Krankheiten führen kann