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Immunophenotyping of myelomonocytic cells in patients with COVID-19 disease
No full textDas neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2)
trat im Dezember 2019 erstmals in der chinesischen Stadt Wuhan auf und breitete sich seither
über den gesamten Globus aus, sodass die WHO am 11. März 2020 die durch das Coronavirus
hervorgerufene Erkrankung COVID-19 offiziell zu einer Pandemie erklärte. Das Krankheitsbild
variiert zwischen asymptomatischen Verläufen, milder Symptomatik bis hin zu schwersten
Verläufen, die eine Hospitalisierung oder sogar intensivmedizinische Behandlung erforderlich
machen. Dabei stellt insbesondere die schwere Pneumonie im Rahmen der COVID-19
Erkrankung mit Beatmungspflichtigkeit und nachfolgendem Lungenversagen (Acute
respiratory distress syndrome, ARDS) eine klinische Herausforderung dar. COVID-19
manifestiert sich zudem systemisch und kann mit einer dysregulierten Immunantwort
einhergehen, welche mit einer erhöhten Mortalität assoziiert ist. Ziel dieser Arbeit war, die
immunologischen Veränderungen von COVID-19 Patienten mittels durchflusszytometrischer
Analysieren zu erfassen und COVID-19 spezifische Merkmale von schweren
Krankheitsverläufen ausfindig zu machen, um eine frühzeitige Risikostratifizierung zu
ermöglichen und eine Grundlage für Therapieoptionen zu bieten.
Die Studienpopulation umfasste 25 Patienten, die im Zeitraum vom 19.03.2020 bis zum
17.06.2020 im Universitätsklinikum Marburg mit COVID-19 typischen Milchglasinfiltraten in der
Bildgebung stationär aufgenommen wurden. Dieses Patientenkollektiv wurde anhand des
Testergebnisses aus der RT-PCR in eine SARS-CoV-2 positive (N = 16) und eine SARS-CoV-
2 negative (N = 9) Population, sowie unabhängig vom Testergebnis in eine Intensiv- und eine
Nicht-Intensiv-Gruppe unterteilt. Die 18 intensivmedizinisch betreuten Patienten galten als
stellvertretend für einen schweren Verlauf und wurden auf mögliche COVID-19 spezifische
Marker, die einen schlechten Verlauf prognostizieren können, untersucht. Es wurden Receiver
Operating Characteristic (ROC)-Kurven angelegt, um Parameter auf ihr
Unterscheidungsvermögen zwischen SARS-CoV-2 positiven und -negativen Patienten zu
untersuchen. Des Weiteren wurde jeweils für die verschiedenen Zellreihen eine
Korrelationsmatrix nach Spearman erstellt, um nach COVID-19 spezifischen Parametern, die
innerhalb der Intensivgruppe mit einem schweren Krankheitsverlauf assoziiert sind, zu
ermitteln.
Unsere Ergebnisse zeigten bei den SARS-CoV-2 positiven Patienten nicht nur eine längere
mediane Aufenthaltsdauer im Krankenhaus sowie auf einer Intensivstation, sondern auch ein
deutlich häufiger auftretendes und schwerwiegenderes ARDS mit einer wesentlich längeren
invasiven Beatmungsdauer als bei den SARS-CoV-2 negativen Patienten. Ferner sind in der
SARS-CoV-2 positiven Gruppe im Vergleich zur negativen Kontrollgruppe mehr Patienten
verstorben, wobei der Großteil entlassen werden konnte.
Die durchflusszytometrischen Analysen der myeloischen Zellreihe ergaben, dass die
zirkulierenden neutrophilen Granulozyten eine deutlich geringere Granularität, gemessen am
SSC-Signal (Differenz ± SD; 1,11 ± 0,43 SSC-Quotient; p = 0,017), und Expression von CD15
(Differenz ± SD; 295,70 ± 117,50 MFI; p = 0,02) aufweisen, während im Monozyten
Kompartiment vermehrt nicht-klassische und intermediäre Monozyten bei Patienten mit
COVID-19 vorliegen. Zudem korrelierten eine niedrige CD16- (r = -0,72, p = 0,01, 95%-CI [-
0,92; -0,23]) und eine hohe CD64-Expression (r = 0,76, p = 0,01, 95%-CI [ 0,31; 0,93]) auf den
neutrophilen Granulozyten mit der Schwere des Gesundheitszustands und dem Sterberisiko
(ein hoher APACHE-II-Score), sowie eine erhöhte CD36 Expression mit einer
schwerwiegenderen Oxygenierungsstörung (Horowitz-Quotient) bei Patienten mit COVID-19
auf der Intensivstation (r = 0,66, p = 0,03, 95%-CI [0,07; 0,91]).
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die durchflusszytometrische
Immunphänotypisierung zur Diagnostik und Prognoseabschätzung von COVID-19 Patienten
beitragen kann.The newly described coronavirus SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome
coronavirus type 2) first appeared in the Chinese city of Wuhan in December 2019 and has
since spread with enormous dynamics across the globe. On March 11, 2020, the WHO officially
declared the designated COVID-19 disease caused by SARS-CoV-2 as a pandemic. The
clinical appearance varies between asymptomatic cases, mild symptoms up to the most severe
courses that require hospitalization or even intensive medical treatment. In particular, severe
pneumonia in the context of COVID-19 disease with the need for ventilation and subsequent
lung failure (acute respiratory distress syndrome, ARDS) is a clinical challenge. COVID-19 also
shows systemic manifestations and can be accompanied by a dysregulated immune response,
which is associated with an increased mortality. As a result, the aim of this work was to record
the immunological changes in COVID-19 patients by means of flow cytometric analyzes and
to identify COVID-specific differences between mild and severe disease courses. The better
understanding should enable supportive diagnostics as well as early risk stratification to
optimize the therapy.
The study population comprised 25 patients who were admitted to Marburg University Hospital
between March 19, 2020 and June 17, 2020 with the COVID-typical ground-glass opacity in
imaging. Based on the test result from the RT-PCR, patients were divided into a SARS-CoV-2
positive (N = 16) and a SARS-CoV-2 negative (N = 9) population and, regardless of the test
result, into an intensive and a non-intensive group. The 18 ICU-patients were considered
representative of a severe course and were examined for possible COVID- 19 specific markers
that could predict disease severity. We used Receiver Operating Characteristic (ROC) analysis
to examine parameters for their ability to differentiate between SARS-CoV-2 positive and
SARS-CoV-2 negative patients. In addition, a correlation matrix according to Spearman was
created for various cell rows to determine COVID-specific parameters that are associated with
disease severity within the intensive group.
Our results showed that the patients with COVID-19 not only had a longer median length of
stay in hospital and longer time in an intensive care unit, but also had a significantly more
frequent and more serious lung failure (ARDS) with significantly longer invasive ventilation than
in the control group. Moreover, the death counts of the SARS-CoV-2 positive patients were
higher compared to the negative control group. However, the majority could be discharged.
The multiparameter flow cytometry analysis of the myeloid cell series showed that neutrophil
granulocytes with a low CD15 expression (difference ± SD; 295,70 ± 117,50 MFI; p = 0,02)
and diminished granularity (difference ± SD; 1,11 ± 0,43 side-scatter ratio; p = 0,02) were
characteristic of COVID-19 pneumonia, while non-classical and intermediate monocytes are
increasingly present in the monocyte compartment in patients with COVID-19. In addition, severe COVID-19 infection was correlated with a low CD16 expression (r = -0,72, p = 0,01,
95%-CI [-0,92; -0,23]) and high CD64 expression (r = 0,76, p = 0,01, 95%-CI [0,31; 0,93]) in
the neutrophil granulocytes, and ARDS was correlated with CD36 expression (r = 0,66, p =
0,03, 95%-CI [0,07; 0,91]).
In this work it was confirmed that the COVID-19 disease is related to characteristic changes in
the blood count, which are recorded by flow cytometry and can also be included in the
diagnosis of the COVID-19 disease to enable early risk stratification
Tracing the crystallization of poorly soluble drugs by terahertz time-domain spectroscopy
No full textThe aim of this thesis is to leverage and accentuate the capabilities of THz TDS for crystallinity analysis in the pharmaceutical context, particularly with regard to poorly soluble drugs. In the pharmaceutical industry, the low water solubility of many newly developed APIs has emerged as one of the biggest challenges. As high solubility in water and physiologically relevant fluids is an essential prerequisite for the pharmacological efficacy of an API, several strategies have been applied in recent years to overcome this discrepancy. One of these methods is the transformation of APIs to a better soluble solid-state form. Notably, the preparation of an amorphous form APIs has proven to be a promising approach. However, the underlying advantage of amorphous APIs, i.e. their high free energy, is accompanied by the main challenge in the development of amorphous drug formulations: the inherent thermodynamic instability of the amorphous state in relation to the crystalline, which engenders a risk of crystallization into a less soluble form. So far, the solid-state characterization of pharmaceuticals has mostly been performed by traditional and well established techniques, such as XRD or DSC. An emerging complementary technique for crystallinity analysis is THz TDS. It is highly sensitive to directly probe intermolecular vibrations and interactions and it can be used to resolve subtle differences in the structure of molecular solids. Therefore, the aim of this work is to exploit and highlight the potential of THz TDS in the pharmaceutical field, in particular to gain further insights into crystallization processes and stabilization mechanisms of amorphous or polymorphic forms of poorly soluble drugs. In the context of this work, three peer-reviewed articles have been published dealing with different aspects of this issue.
The first two subprojects focus on so-called smartFilms and paper tablets. SmartFilms are a novel and promising strategy for improved oral drug delivery and are based on cellulose-matrices in which APIs are incorporated in an amorphous form. In the first work, NIF is used as a model substance, as it is known to be very instable when in amorphous state. Hence, its stabilization against crystallization can pose a great challenge in the development of amorphous drug formulations. Both classical paper tablets as well as tablets containing PVP as a secondary carrier are studied. Overall, tablets containing additional PVP show an improved performance compared to conventional smartFilms with regard to the inhibition of crystallization of NIF. The addition of PVP as an extra carrier appears to be beneficial as it increases the ability to transfer NIF into its amorphous form. Furthermore, the capability to keep NIF amorphous and to prevent its crystallization over a period of six months can be improved. Notably, NIF was found to be completely amorphous after such elongated periods in formulations containing up to 10 w% of the API in the presence of PVP.
The second subproject focuses on wet granulation as an processing step in the industrially-feasible production of paper tablets. In this work, NOR is utilized as a model drug and both wet-granulated and non-granulated samples, i.e. directly compressed tablets, are examined. Moreover, the performance of THz TDS is compared to that of the gold-standard XRD. Indeed, the analysis by XRD turns out to be complicated as diffraction features related to the crystalline API partially overlap with signals based on crystalline sucrose, an excipient in the formulations needed for wet granulation. In contrast, THz TDS allows for unambiguous assignment of the absorption peaks corresponding to crystalline NOR and sucrose and consequently a more straightforward analysis of the samples. In addition, for the devices used and the formulations studied in this work, THz TDS has a lower limit of detection than XRD with regard to crystalline NOR. Consequently, by using THz TDS, it is furthermore possible to detect partial crystallization of the API after wet granulation, whereas this is not possible based on XRD.
As shown in the first two studies, precise crystallinity assessment is of great importance in the development of amorphous drug formulations. However, this can be very time-consuming, in particular with regard to systematic long-term stability studies. Hence, in the third subproject, a custom-build measurement platform, the so-called T-Box, is developed and tested. The T-Box allows for automated in-situ crystallinity analysis of multiple samples by THz TDS in transmission mode under temperature-controllable conditions. Using the platform, different storage temperatures can be simulated, enabling the monitoring of accelerated aging processes of amorphous APIs. In this work, neat amorphous NIF is used for model samples and the crystallization is examined for 144 h at 24 °C, 30 °C and 35 °C. All samples initially crystallize in the thermodynamically metastable beta-crystalline form, followed by a conversion to the stable alpha-crystalline form. Both the onset of crystallization as well as the conversion to alpha-NIF occur faster at higher temperatures. Hence, even though the storage temperatures differ only slightly, significant differences in the crystallization rate can be detected using the setup developed.
Nevertheless, further research is required to achieve a more profound comprehension of the effects that collectively contribute to the (de)stabilization of amorphous APIs. For instance, the advanced paper tablets approach could be tested to enhance the stability of APIs against crystallization during wet granulation. Moreover, the T-Box might be used for comparative stability studies of several amorphous drug formulations, such as paper tablets or ASDs prepared by different techniques. Additionally, the storage conditions inside the T-Box could be expanded. For example, the accessible storage temperature range could be extended and a humidity control unit might be installed. Such an extension to a climate chamber could lead to further unique insights into crystallization processes, polymorph transitions and (artificial) aging in general.
In summary, it is demonstrated that THz TDS provides an excellent probe for crystallinity determination in the pharmaceutical setting, particularly with regard to poorly soluble drugs. It can be used as a complementary technique for the identification and quantification of different solid-state forms of pharmaceuticals and can lead to valuable insights into crystallization processes and polymorph transitions. Along with the overall advantages of the technology, such as its fast data acquisition or the use of non-ionizing radiation, this can be of great interest in the development of pharmaceutical formulations containing amorphous drugs and beyond. Although this work focuses on the applicability of THz TDS for the investigation of amorphous APIs, the results presented are also relevant for other use cases. Possible fields of application could include crystal engineering, material characterization or materials science in general. Especially, due to its non-destructive nature, it can serve as a helpful tool in systematic stability studies, where the use of established tools, such as XRD or DSC, is more limited. With further development of affordable and user-friendly THz TDS devices as well as ongoing promotion of its capabilities outside the "THz-community", it is highly probable that the technique will become more prevalent in routine pharmaceutical applications, aiding in the development of safe and effective medicines for future generations.Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Leistungsvermögen der Terahertz (THz) Zeitbereichsspektroskopie (TDS, engl. time-domain spectroscopy) für die Kristallinitätsanalyse hervorzuheben mit dem Fokus auf schwerlöslichen Pharmazeutika. In der Pharmaindustrie hat sich die geringe Wasserlöslichkeit vieler neu entwickelter Wirkstoffe als eine der größten Herausforderungen offenbart. Da eine ausreichend hohe Löslichkeit in physiologisch relevanten Flüssigkeiten eine wesentliche Voraussetzung für die pharmakologische Wirksamkeit eines oral verabreichten Wirkstoffes ist, wurden in den letzten Jahren verschiedene Strategien zur Überwindung dieser Diskrepanz entwickelt. Eine dieser Methoden besteht darin, Wirkstoffe physikalisch zu modifizieren und sie in einen löslicheren Zustand zu überführen. Insbesondere die Herstellung von Wirkstoffen in amorpher Form hat sich als vielversprechender Ansatz erwiesen. Der grundlegende Vorteil amorpher Wirkstoffe geht jedoch mit der größten Herausforderung bei der Entwicklung amorpher Arzneimittelformulierungen einher: der inhärenten thermodynamischen Instabilität des amorphen Zustands im Vergleich zur kristallinen Phase und dem daraus resultierenden Risiko der Kristallisation in eine weniger lösliche Form. Bisher wurden Kristallinitätsanalysen von Pharmazeutika zumeist mit traditionellen, etablierten Verfahren wie der Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD, engl. X-ray powder diffraction) oder Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC, engl. Differential scanning calorimetry) durchgeführt. Ein aufstrebendes komplementäres Verfahren zur Kristallinitätsanalyse ist die THz TDS. Diese Methode ermöglicht die direkte Untersuchung intermolekularer Wechselwirkungen, wie z.B. Phononen in Festkörpern. Ziel dieser Arbeit ist es daher, das Potential der THz TDS im pharmazeutischen Umfeld zu nutzen und hervorzuheben, insbesondere um weitere Erkenntnisse über Kristallisationsprozesse und Stabilisierungsmechanismen polymorpher Formen schwerlöslicher Wirkstoffe zu erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei referierte Artikel veröffentlicht, die sich mit verschiedenen Aspekten dieses Themas befassen.
Die ersten beiden Teilprojekte konzentrieren sich auf sogenannte smartFilms und Tabletten aus Papier. SmartFilms sind eine neuartige und vielversprechende Strategie für eine verbesserte orale Arzneimittelaufnahme und basieren auf Cellulose-Matrizen, in die Wirkstoffe in amorpher Form eingebettet werden können. In der ersten Arbeit wird Nifedipin als Modellwirkstoff verwendet, da es im amorphen Zustand sehr instabil ist. Die Stabilisierung zur Vermeidung einer Kristallisation kann daher eine große Herausforderung bei der Entwicklung amorpher Arzneimittelformulierungen mit Nifedipin darstellen. Es werden sowohl klassische Papiertabletten als auch Tabletten mit Polyvinylpyrrolidon als sekundärem Träger untersucht. Insgesamt zeigen Tabletten, die Polyvinylpyrrolidon enthalten, eine verbesserte Leistung hinsichtlich der Hemmung der Kristallisation von Nifedipin im Vergleich zu herkömmlichen smartFilms. Die Zugabe von Polyvinylpyrrolidon als zusätzlichen Träger zur Cellulose-Matrix erweist sich als vorteilhaft, da es die Fähigkeit erhöht, Nifedipin in einer amorphen Form zu halten. Darüber hinaus ermöglicht die Zugabe von Polyvinylpyrrolidon die Vermeidung der (Re)kristallisation von Nifedipin über einen Zeitraum von sechs Monaten.
Das zweite Teilprojekt konzentriert sich auf die Nassgranulation als zusätzlichen Verarbeitungsschritt bei der industriell-realisierbaren Produktion von Papiertabletten. In dieser Arbeit wird Norfloxacin als Modellwirkstoff verwendet und es werden sowohl nassgranulierte als auch nicht granulierte, d. h. direkt gepresste Proben untersucht. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit der THz TDS mit der des Goldstandards XRD verglichen. Tatsächlich erweist sich die Analyse mittels XRD als kompliziert, da Beugungsreflexe, die mit dem kristallinen Wirkstoff in Zusammenhang stehen, teilweise mit den Signalen kristalliner Saccharose überlappen. Letztere ist den Formulierungen als Hilfsstoff zugesetzt und für eine Nassgranulierung erforderlich. Im Gegensatz dazu ermöglicht die THz TDS eine eindeutige Zuordnung der Absorptionsbanden von kristallinem Norfloxacin und kristalliner Saccharose und somit eine einfachere Analyse der Proben. Darüber hinaus hat die THz TDS für die in dieser Arbeit verwendeten Geräte und untersuchten Formulierungen ein niedrigeres Detektionslimit als XRD in Bezug auf kristallines Norfloxacin. Folglich ist es durch die Verwendung von THz TDS auch möglich, eine partielle Kristallisation des Wirkstoffs nach der Nassgranulierung zu detektieren, während dies mittels XRD nicht möglich ist.
Wie in den ersten beiden Studien gezeigt wurde, ist eine präzise Kristallinitätsbewertung bei der Entwicklung amorpher Arzneimittelformulierungen von großer Bedeutung. Dies kann, insbesondere im Hinblick auf systematische Langzeitstabilitätsstudien, sehr zeitaufwendig sein. Daher wird im dritten Teilprojekt eine spezielle Messplattform, die sogenannte T-Box, entwickelt und getestet. Die T-Box ermöglicht eine automatisierte und temperaturkontrollierte in-situ Kristallinitätsanalyse mehrerer Proben mittels THz TDS in Transmissions-Geometrie. Mit der Plattform können verschiedene Lagerungstemperaturen simuliert werden, wodurch beispielsweise beschleunigte Alterungsprozesse von amorphen pharmazeutischen Wirkstoffen überwacht werden können. In dieser Arbeit wird reines amorphes Nifedipin als Modellsubstanz verwendet und die Kristallisation für 144 Stunden bei 24 °C, 30 °C und 35 °C untersucht. Alle Proben kristallisieren zunächst in einer thermodynamisch metastabilen beta-kristallinen Form, gefolgt von einer Umwandlung in die stabile alpha-kristalline Form. Sowohl das Einsetzen der Kristallisation als auch die Umwandlung in alpha-Nifedipin erfolgen schneller bei erhöhter Temperatur. Mit dem entwickelten Aufbau können daher bereits bei nur geringfügig abweichenden Lagertemperaturen erhebliche Unterschiede in der Kristallisationsrate detektiert werden.
Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um ein noch tiefgreifenderes Verständnis der Effekte zu erlangen, die zur (De)stabilisierung amorpher pharmazeutischer Wirkstoffe beitragen. So könnte beispielsweise der Ansatz der erweiterten Papiertabletten getestet werden, um die Stabilität von pharmazeutischen Wirkstoffen gegen Kristallisation während der Nassgranulation zu verbessern. Darüber hinaus könnte die T-Box für vergleichende Stabilitätsstudien mehrerer amorpher pharmazeutischer Formulierungen verwendet werden, wie zum Beispiel Papiertabletten oder Feststoffdispersionen, die mit unterschiedlichen Techniken hergestellt wurden. Ebenso könnten die realisierbaren Bedingungen innerhalb der T-Box erweitert werden. Beispielsweise könnte der Lagerungstemperaturbereich ausgeweitet und eine Feuchtigkeitsregelung installiert werden. Eine solche Erweiterung zu einer leicht integrierbaren Klimakammer könnte zu weiteren einzigartigen in-situ Einblicken in Kristallisationsprozesse, Phasenumwandlungen oder (künstliche) Alterungsprozesse im Allgemeinen beitragen.
Insgesamt hat diese Arbeit erfolgreich das Vermögen der THz TDS als hervorragend geeignete Technik zur Bestimmung der Kristallinität aufgezeigt, insbesondere im Hinblick auf schwerlösliche Wirkstoffe. Die THz TDS kann als ergänzende Technik zur Identifizierung und Quantifizierung verschiedener Festkörperformen von Pharmazeutika eingesetzt werden und wertvolle Erkenntnisse über Kristallisationsprozesse amorpher pharmazeutischer Wirkstoffe liefern. Neben den allgemeinen Vorteilen der Technologie, wie der schnellen Datenerfassung oder der Verwendung nichtionisierender Strahlung, kann dies bei der Entwicklung von pharmazeutischen Formulierungen, die amorphe Pharmazeutika enthalten, und darüber hinaus von großer Bedeutung sein. Auch wenn sich diese Arbeit auf die Anwendung der THz TDS für die Untersuchung amorpher Wirkstoffe fokussiert, werden die gewonnenen Erkenntnisse ebenfalls für weitere Anwendungsfälle nützlich sein. Dies gilt unter anderem für das „Crystal-Engineering" als wichtiges Teilgebiet der Materialwissenschaften. Insbesondere aufgrund der Möglichkeit der zerstörungsfreien Messung kann die THz TDS als hilfreiches Werkzeug in systematischen Stabilitätsstudien dienen, bei denen der Einsatz etablierter Messtechniken wie der XRD oder DSC eingeschränkt ist. Mit der anhaltenden Hervorhebung des Potenzials außerhalb der „THz-Gemeinschaft" sowie der Weiterentwicklung kostengünstiger, benutzerfreundlicher Geräte wird diese Technik in pharmazeutischen Routineanwendungen an Bedeutung gewinnen und entscheidend zur Entwicklung sicherer und wirksamer Medikamente beitragen
Synthesis, Properties and Reactivity of Low-Coordinate 3d-Metal Imido Complexes
No full textWithin the context of this doctoral dissertation, new trigonal imido complexes of 3d metals were synthesized, characterized and their reactivities were extensively studied. Particular interest was placed on the effects of the oxidation state of the metal precursor and the steric profile of both the ancillary ligand system and organoazide substrate. Additionally, computational methods were employed to give a better understanding of the interactions between the metal center and the nitrogen atom of the imido unit.Im Rahmen dieser Dissertation wurden neue trigonale Imidokomplexe von 3d-Metallen synthetisiert, charakterisiert und ihre Reaktivität eingehend untersucht. Besonderes Interesse lag dabei auf den Auswirkungen der Oxidationsstufe des Metallpräkursors und dem sterischen Profil, sowohl des unterstützenden Ligandensystems als auch des Organoazidsubstrats auf die Eigenschaften der resultierenden Imidometallkomplexe. Zusätzlich wurden rechnergestützte Methoden eingesetzt, um ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen dem Metallzentrum und dem Stickstoffatom der Imidoeinheit zu erlangen
Stoffwechselprodukte von Clostridium sporogenes schützen vor Entzündungen im Dickdarm
No full textThe gut microbiota exerts a profound influence on intestinal immune homeostasis, primarily through the production of metabolites that regulate host immune responses. This doctoral thesis examines the role of the human commensal bacterium Clostridium sporogenes in producing specific metabolites, including indole-3-propionic acid, branched-chain fatty acids and short-chain fatty acids, and their effects on the immune system and colitis progression.
Using germ-free mice monocolonised with C. sporogenes, it was demonstrated that C. sporogenes produces significant amounts of the short-chain fatty acids acetate and propionate as well as the branched-chain fatty acids isobutyrate and isovalerate while significantly elevating indole-3-propionic acid levels in the colon and serum. These metabolites are known factors that contribute to gut health by shaping immune cell phenotypes. For instance, colonised mice exhibited enhanced levels of anti-inflammatory FoxP3+ regulatory T cells, and an increased production of IL-22 and IL-13, key cytokines that regulate mucosal barrier integrity and immune responses.
In a dextran sulfate sodium-induced colitis model, colonised mice showed significant resistance to colitis symptoms, including reduced weight loss with faster weight gain, preserved colonic crypt structure, limited immune cell infiltration and reduced inflammation. RNA-sequencing of colonic tissues revealed that inflammatory and Th17-related genes were highly upregulated in conventional mice compared to the monocolonised mice, indicating a protective immunological environment. Furthermore, C. sporogenes-derived indole-3-propionic acid was found to suppress the pro-inflammatory cytokines IL-17A and IL-17F, which play a key role in driving inflammation in Th17 cells. The suppression of IL-17A/F was found to be mechanistically linked to the downregulation of the mechanistic target of Rapamycin (mTOR) pathway and alterations in the ribosomal protein biosynthesis, but without affecting cell viability. This observation provides a new insight into how microbial metabolites can modulate T cell function.
This study also shows that C. sporogenes-colonisation significantly increased the number and activity of tuft cells in the colon, an essential cell type for epithelial repair and immune signalling. These tuft cells were found to express the free fatty acid receptors 2 and 3, which mediate responses to short-chain fatty acids and branched-chain fatty acids. Notably, the increased tuft cell activity was associated with an elevated IL-22 and IL-13 production, further contributing to the protective phenotype observed in C. sporogenes-colonised mice.
While C. sporogenes-colonisation improved colitis outcomes in germ-free mice, the probiotic administration of C. sporogenes to conventional mice with an established microbiome did not yield the same protective effects, likely due to the competitive microbial environment. However, oral administration of C. sporogenes-derived metabolites to conventional mice significantly reduced colitis severity, pointing to its potential for future clinical applications.
This thesis identifies C. sporogenes as a key producer of beneficial gut-derived metabolites that modulate immune responses and protect against colitis. Its unique metabolic profile, including indole-3-propionic acid, branched-chain fatty acids and short-chain fatty acids underscores its potential as a therapeutic agent for inflammatory bowel diseases. The mechanistic insights provided by this research offer a foundation for developing novel probiotic strategies to treat intestinal inflammation.Das intestinale Mikrobiom übt einen entscheidenden Einfluss auf die Immunhomöostase des Darms aus, wobei bakterielle Metaboliten eine wesentliche Rolle spielen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Rolle des menschlichen kommensalen Bakteriums Clostridium sporogenes und dessen Metaboliten, einschließlich der Indol-3-propionsäure, verzweigtkettiger Fettsäuren und kurzkettiger Fettsäuren, sowie deren Auswirkungen auf das Immunsystem in Homöostase und Kolitis.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit belegen, dass C. sporogenes in vivo signifikante Mengen der kurzkettigen Fettsäuren Acetat und Propionat sowie der verzweigtkettigen Fettsäuren Isobutyrat und Isovalerat generiert. Gleichzeitig konnte eine deutliche Erhöhung des Indol-3-propionsäure-Spiegels im Kolon und Serum kolonisierter Mäuse nachgewiesen werden. Diese Metaboliten sind bekannt, zur Aufrechterhaltung der Darmhomöostase beizutragen, indem sie Einfluss auf Immunzellen des Darms nehmen. So konnten bei kolonisierten Mäusen erhöhte Zahlen von anti-inflammatorischen FoxP3+-regulatorischen T-Zellen festgestellt werden. Weiter konnte eine gesteigerte Produktion von IL-22 und IL-13, wichtigen Zytokinen, die die Integrität der mukosalen Barriere und die Immunantworten regulieren, nachgewiesen werden.
In einem Dextran-Sulfat-Natrium (DSS)-induzierten Kolitis-Modell zeigten die kolonisierten Tiere einen deutlich abgeschwächten Krankheitsverlauf im Vergleich zu konventionellen und keimfreien Tieren. Dies äußerte sich in einem geringeren Gewichtsverlust mit schnellerer Gewichtszunahme, der Erhaltung der Kryptenstruktur im Kolon, einer begrenzten Infiltration von Immunzellen sowie generell reduzierter Entzündungsmarker. Die Analyse der mRNA-Expression im Kolongewebe konventioneller Mäuse ergab im Vergleich zu den monokolonisierten Mäusen eine Hochregulierung von Genen, die mit Entzündungen und der Th17-Zellaktivität assoziiert sind, was auf einen protektiven und anti-inflammatorischen Effekt einer C. sporogenes-Besiedlung hindeutet. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die von C. sporogenes generierte Indol-3-propionsäure die Produktion der pro-inflammatorischen Zytokine IL-17A und IL-17F in Th17 Zellen hemmt, welche eine wesentliche Rolle bei Entzündungen spielen. Die Suppression von IL-17A/F war dabei mechanistisch mit einer Supprimierung des „mechanistic target of Rapamycin“ (mTOR)-Signalwegs sowie Veränderungen in der ribosomalen Proteinsynthese assoziiert, jedoch ohne dabei die Zellviabilität zu beeinträchtigen. Diese Beobachtung erlaubt neue Einblicke in die Modulation der T-Zell-Funktion durch mikrobielle Metaboliten.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten auch, dass die Kolonisierung mit C. sporogenes die Anzahl und Aktivität von Büschelzellen im Kolon signifikant erhöhte. Diese Zellart ist essentiell für epitheliale Reparatur und Immunregulation. Es konnte festgestellt werde, dass Büschelzellen die freien Fettsäurerezeptoren 2 und 3 exprimieren, welche die Detektierung von kurzkettigen und verzweigtkettigen Fettsäuren vermitteln. Weiter konnte in dem Kolitis-Modell festgestellt werden, dass die erhöhte Aktivität der Büschelzellen mit einer gesteigerten Produktion von IL-22 und IL-13 einherging, was zusätzlich zum protektiven Phänotyp einer C. sporogenes-Kolonisierung beitrug.
Während die Kolonisierung mit C. sporogenes die Kolitis-assoziierten Symptome bei keimfreien Mäusen verbesserte, zeigte eine probiotische Verabreichung von C. sporogenes bei konventionellen Mäusen mit etabliertem Mikrobiom keine detektierbare Verbesserung der Symptome. Dies war wahrscheinlich auf die Konkurrenz im mikrobiellen Umfeld zurückzuführen, die eine Besiedlung erschwert. Jedoch konnte gezeigt werden, dass eine orale Verabreichung der von C. sporogenes produzierten Metaboliten bei konventionellen Mäuse die Schwere der Kolitis signifikant abschwächte, was auf ein Potenzial für zukünftige klinische Anwendungen hinweist.
Die vorliegende Arbeit identifiziert C. sporogenes als einen maßgeblichen Produzenten von darmassoziierten Metaboliten, welche Einfluss auf das Immunsystem nehmen und einen Schutz vor Kolitis bieten. Das außergewöhnliche metabolische Profil von C. sporogenes, welches unter anderem Indol-3-propionsäure, verzweigtkettige Fettsäuren und kurzkettige Fettsäuren umfasst, unterstreicht dessen Potenzial als therapeutisches Mittel bei entzündlichen Darmerkrankungen. Die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen mechanistischen Einblicke bieten eine Grundlage für die Entwicklung neuartiger probiotischer Strategien zur Behandlung von intestinalen Entzündungen
Prevalence and Influence of Genetic Variants on Follow-Up Results in Patients Surviving Thoracic Aortic Therapy
No full textBackground/Objective: To investigate the prevalence and effects of genetic variants (GVs) in survivors of thoracic aortic dissection/aneurysm repair. Methods: Patients aged 18–80 years who survived follow-up after cardiosurgical or endovascular repair of thoracic aortic aneurysm or dissection at a single tertiary center between 2008 and 2019 and underwent genetic testing were enrolled. The exclusion criteria were age >60 years, no offspring, and inflammatory- or trauma-related pathogenesis. Follow-up entailed computed tomography-angiography at 3 and 9 months and annually thereafter. All patients underwent genetic analyses of nine genes using next-generation sequencing. In cases of specific suspicion, the analysis was expanded to include 32 genes. Results: The study included 95 patients. The follow-up period was 3 ± 2.5 years. GVs were detected in 40% of patients. Correlation analysis according to primary diagnosis showed no significant correlation in disease persistence, progression, or in reintervention rates in aneurysm patients and a correlation of disease persistence with genetic variants according to variant class in dissection patients (p = 0.037). Correlation analysis according to follow-up CD finding revealed that patients with detected dissection, irrespective of original pathology, showed a strong correlation with genetic variants regarding disease progression and reintervention rates (p = 0.012 and p = 0.047, respectively). Conclusions: The prevalence of VUS is high in patients with aortic pathology. In patients with dissected aorta in the follow-up, irrespective of original pathology, genetic variants correlate with higher reintervention rates, warranting extended-spectrum genetic testing. The role of VUS may be greater than is currently known.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Chirurgische Rekonstruktionsverfahren nach Tumorresektion bei Patientinnen und Patienten mit primär malignen Knochen- und/oder Weichteiltumoren: Retrospektive Studie zu postoperativen Komplikationen und funktionellem Outcome
No full textPrimär maligne Knochen- und Weichteiltumore sind seltene Erkrankungen.
Neben einer frühzeitigen Diagnosestellung spielt die Auswahl einer adäquaten Therapie eine entscheidende Rolle für das weitere Überleben der Patientinnen und Patienten.
Im Rahmen dieser Studie wurden verschiedene Rekonstruktionsverfahren bezüglich postoperativer Komplikationen, Revisionsraten und -gründen sowie des funktionellen Outcomes vergleichen.
Dabei wurden 99 Patientinnen und Patienten nach Tumorresektion und Rekonstruktion eines primär malignen Knochen- und/oder Weichteiltumors retrospektiv betrachtet.
99
Die Rekonstruktionsverfahren, welche in dieser Studie eingeschlossen wurden, waren MUTARS-Tumorendoprothesen (45 Patientinnen und Patienten), biologische Rekonstruktion (17), Amputation (4), Hemipelvektomie mit Hüftverschiebeplastik (4) sowie Resektion ohne primäre Rekonstruktion (26).
Das durchschnittliche Alter der Patientinnen und Patienten zum Zeitpunkt der ersten Operation betrug 14,6 Jahre und die Patientinnen und Patienten wurden im Mittel 5,9 Jahre nachbeobachtet.
Im Durchschnitt benötigte das gesamte Patientenkollektiv 2,5 Revisionen, wobei eine unvermeidbare Folge-Operation, Typ IX nach der in dieser Studie eingeführten erweiterten Henderson-Klassifikation, den häufigsten Grund für eine Revision darstellte.
Die höchste Revisionsrate wiesen dabei Patientinnen und Patienten mit MUTARS-Tumorendoprothese auf (3,2), während Patientinnen und Patienten mit biologischer Rekonstruktion und Resektion ohne Rekonstruktion nur eine Revisionsrate von 2,6 zeigten. Den häufigsten Grund einer Revision stellte in dem Patientenkollektiv MUTARS-Tumorendoprothese mit 32% eine unvermeidbare Folge-Operation dar (Typ IX).
Patientinnen und Patienten mit biologischer Rekonstruktion benötigten am häufigsten aufgrund einer aseptischen Lockerung (23%, Typ II) eine Revision, während das Patientenkollektiv Resektion ohne Rekonstruktion vor allem aufgrund eines Tumorprogresses (28%, Typ V) revidiert werden musste.
Für die Auswahl eines adäquaten Rekonstruktionsverfahrens spielt neben den postoperativen Komplikationen und der Revisionsrate auch das funktionelle Outcome eine entscheidende Rolle.
In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass Patientinnen und Patienten mit MUTARS-Tumorendoprothese zum jeweils letzten Nachbeobachtungszeitpunkt in 44% der Fälle eine Einschränkung des Bewegungsumfangs aufwiesen, während Patientinnen und Patienten nach biologischer Rekonstruktion in 35% der Fälle und Patientinnen und Patienten nach Resektion ohne Rekonstruktion in nur 23% der Fälle Bewegungseinschränkungen zeigten.
Zusammengefasst konnte diese Studie für ein inhomogenes Patientenkollektiv fünf verschiedene Rekonstruktionsverfahren vergleichend darstellen. Dabei fiel auf, dass die Patientinnen und Patienten mit MUTARS-Tumorendoprothese die höchste Revisionsrate und meisten Einschränkungen im Bewegungsumfang aufwiesen.Primary malignant bone and somatic soft tissue tumors are rare diseases.
When it comes to overall survival an early diagnosis as well as an individual therapy suitable for each patient is important.
This study was initiated to compare various reconstruction procedures regarding postoperative complications, revision rate, reasons for revision as well as functional outcome.
A total of 99 patients after tumor resection and reconstruction of a primary malignant bone and somatic soft tissue tumor were retrospectively examined.
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The reconstruction procedures that were included in this study were MUTARS tumor endoprosthesis (45 patients), biological reconstruction (17), amputation (4), hemipelvectomy (4) and resection without any primary reconstruction procedure (26).
On average patients required 2,5 revisions with an unavoidable follow-op operation (type IX according to the in this study newly implemented extended Henderson classification) as the most common reason for a revision.
Patients with a MUTARS tumor endoprosthesis had the highest revision rate (3,2), while patients with biological reconstruction and resection without reconstruction only had a revision rate of 2,6. The most common reason for a revision in the MUTARS tumor endoprosthesis patient group was an unavoidable follow-up operation (type IX) at 32%. Patients with biological reconstruction most frequently required revision due to aseptic loosening (23%, type II), while patients with resection without reconstruction mainly required revision due to tumor progression (28%, type V).
In addition to postoperative complications and revisions rate, functional outcome after reconstruction also plays an important role in the selection of an appropriate reconstruction procedure.
This study showed that 44% of patients with a MUTARS tumor endoprosthesis had a restricted range of motion at the last follow-up, while 35% of patients with biological reconstruction and only 23% of patients after resection without reconstruction had a restricted range of motion.
In summary, this study was able to compare five different reconstruction procedures in an inhomogeneous patient population. Within this study it was found that patients with a MUTARS tumor endoprosthesis had the highest revision rate and most restrictions in range of motion.
Nevertheless, these data must be viewed critically and other factors, especially the expertise of the surgical team and the tumor center as well as patient preference must be taken into account when selecting the appropriate reconstruction procedure for each individual patient
Zur optoelektronischen Erfassung okklusal geführter und ungeführter Bewegungen der Mandibula
No full textUnter Verwendung des Temporo-Mandibular-Positions-Manipulators (TMPM) wurde in in vitro Experimenten die Messgenauigkeit des JMA-Optic Registriersystems (Fa. Zebris®) in den drei Raumachsen untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss der transversalen Scharnierachsenlage auf die korrekte Wiedergabe der Unterkieferbewegung mit Hilfe eines SAM 2PX Artikulators überprüft. Die aus den in vitro Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend auf die Interpretation von anonymisierten optoelektronischen Bewegungsspuren von 74 funktionsgesunden und funktionsadaptierten Teilnehmenden eines Lehrprojektes im durchschnittlichen Alter von 23,6 Jahren mit stabiler Okklusion hinsichtlich der Gelenkparameter (Gelenkbahnneigung, Gelenkbahnkrümmung, Bennett-Winkel, Verlauf der Bennett-Bewegung, retrusive Bewegungsmöglichkeit der Kondylen, maximale Kieferöffnung, Protrusion und Laterotrusion, Lage der Kondylenpunkte) retrospektiv angewandt. Zudem wurde die Nullhypothese „Im okklusionsnahen Bereich decken sich die zahn- und nicht zahngeführten Bewegungsspuren der Scharnierachsenpunkte. Die Okklusion dominiert somit nicht die Translationsbewegungen der Kondylen. Es besteht okkluso-artikuläre Harmonie.“ geprüft.
Ergebnisse und Diskussion
Hinsichtlich der Reliabilität des JMA-Systems ergaben 432 in vitro Einzelmessungen von definierten Strecken mit dem JMA Optic montiert auf dem Temporo-Mandibular-Positions-Manipulator als feinjustierbarem Artikulator in der systemeigenen Software (WINJAW+ 2.0.2.) eine mittlere Abweichung der Messstrecken in den drei Raumachsen von -0,01mm ± 0,05 mm. Messungen mit dem auf einem SAM-Artikulator montierten JMA Optic verdeutlichten eine Abhängigkeit des Bennett-Winkels, der Bennett-Bewegung und der Lage der Öffnungsspur im Vergleich zur Protrusionsspur von der Qualität der Scharnierachsenlokalisation. Eine nach posterior fehllokalisierte Achse führte zu kleineren Bennett-Winkeln und einer nach kranial verlagerten Öffnungsspur im Vergleich zur Protrusionsspur. Eine asymmetrisch nach posterior fehllokalisierte Scharnierachse produzierte kleinere und einseitig negative Bennett-Winkel. Eine nach anterior fehllokalisierte Achse führte zu größeren Bennett-Winkeln und kaudaler Lage der Öffnungsspur im Vergleich zur Protrusionsspur.
Die bei einem funktionsgesunden und vollbezahnten Probandenkollektiv ermittelten Registrierdaten zeigten eine mittlere inzisale Öffnung von 47 mm. Die mittlere Länge der sagittalen Kondylenbahn bei Öffnung betrug rechts 21,2 mm und links 21,5 mm. Die Laterotrusion gemessen am Inzisalpunkt betrug rechtsseitig durchschnittlich 8,6 mm ± 2,4 mm. Linksseitig zeigte sich ein Mittelwert von 8,8 mm ± 1,9 mm. Es ergaben sich für den Bennett-Winkel der zahngeführten Laterotrusion Mittelwerte von rechts 4,6° ± 6,5° und auf der linken Seite 3,9° ± 8°. Unter medialer Translation waren die Winkel geringfügig größer (rechts 7,5°, links 6,2°). Bei insgesamt 40,5 % der Individuen war mindestens einer der gemessenen Bennett-Winkel negativ. Die inzisal gemessene Protrusion betrug durchschnittlich 8,6 mm. Die sagittale Kondylenbahn zeigte im Mittel eine Neigung zur Frankfurter Horizontalen von rechts 52,2° und links 50° und eine Krümmung von rechts 15,4 mm und links 15,1 mm. Die aktive Retrusion der kondylennahen Punkte zeigte rechts 0,53 mm und links 0,48 mm. Unter manueller Manipulation nach dorsal vergrößerte sich dieser Mittelwert auf rechts 0,72 mm und links 0,68 mm. Bei der Kondylenpositionsanalyse zeigte sich der MIKP-Punkt im Vergleich zur HIKP zu 60 % nach retral-kranial hin verlagert. Der Punkt der ZKP erschien zum HIKP-Punkt überwiegend nach retral verlagert. 40 % aller registrierten zahngeführten und nicht zahngeführten Spurenpaare der Protrusion und Laterotrusion waren seitenindividuell betrachtet nicht deckungsgleich, sondern wichen auf den initialen 4 mm der Exkursionsbewegung in der sagittalen und/oder frontalen Ebene um mehr als 0,2 mm voneinander ab. Die Nullhypothese ist daher abzulehnen. Als mögliche Ursache für Diskrepanzen sind die Okklusion, unterschiedliche muskuläre Spannungsverhältnisse und muskuläre Führung oder beginnende Diskopathien zu nennen. Im Einzelnen können Mediotrusionsvorkontakte, anteriore Diskusverlagerungen oder parallaktische Artefakte durch das Aufrotieren bei nicht zahngeführten Bewegungen ursächlich sein. Ohne ergänzende Befunde kann in den meisten Fällen nicht auf die Ursache der Spurdiskrepanz geschlossen werden. Im Falle einer Suche nach auslösenden oder unterhaltenden okklusalen Faktoren im Rahmen einer Funktionsstörung können instrumentelle Befunde jedoch richtungsweisend für weitere Diagnostik sein. Auch nicht zahngeführte Spuren zeigen asymmetrische Muster, wenn sie durch die Zahnführung vorgegeben werden. Dieses Muster verblasst bei mehrfacher Wiederholung der Bewegung ohne Zahnführung.
Kenntnisse über den möglichen Einfluss einer fehllokalisierten Scharnierachse sind erforderlich, um die Bewegungsspuren im Rahmen der Diagnostik korrekt interpretieren zu können.This study evaluated the JMA Optic® device (by Zebris®) in vitro for its reliability and for the effects of a displaced hinge axis on condyle parameters. Therefore, the device was mounted on articulators (Temporo-Mandibular-Positions-Manipulator and SAM 2PX) simulating jaw movement. Additionally, anonymised optoelectronic motion recordings of the temporomandibular joint and the incisal point from 74 healthy subjects, with an average age of 23.6 years, were retrospectively analysed. Tooth-guided, non-tooth-guided, and externally manipulated jaw movement paths were analysed based on recordings taken during a teaching project at the dental clinic of Philipps-University Marburg. Subjects included in this study showed no symptoms of decompensated craniomandibular disorder and a stable occlusion. The descriptive analysis focused on several parameters, including condyle path inclination (CPI), condyle path curvature (CPC), Bennett angle (BA), Bennett movement course (BM), retrusive movement of the condyles (RM), incisal jaw opening, laterotrusion, protrusion, and condyle position analysis (CPA). Tooth-guided and non-tooth-guided paths were compared with the hypothesis that those condylar paths were congruent within the first 4 mm of excursive movement and that occlusion would not exert a dominant influence on condylar paths.
In vitro, 432 measurements of distances set by a modified articulator with micrometre units were compared to the numeric values obtained from Zebris software (WINJAW+ 2.0.2.). The average deviation from applied distance settings was found to be – 0.01 mm ± 0,05 mm across the three spatial axes. When the device was mounted on a SAM-articulator, a dependency of the parameters BA, BM and the position of the opening track on the position of the hinge axis was observed. If the axis was located posterior to the articulator´s rotation axis, BAs were minimised and the opening condyle path was located cranially compared to the protrusion track. If the dislocation was posterior and asymmetrical, associated BAs became smaller and negative BAs were detected unilaterally. An anteriorly placed hinge axis was associated with larger BAs and a caudally positioned condyle opening track compared to reference tracks.
In vivo, the average incisal opening was 47 mm. The sagittal condyle path length during opening averaged 21.2 mm on the right and 21.5 mm on the left. The average distance of laterotrusion was 8.6 mm to the right and 8.8 mm to the left. BA of tooth guided laterotrusion was measured at 4.6° ± 6.5° for the right and 3.9° ± 8° for the left condyle. Manual medial translation of the jaw led to slightly larger angles (7.5° on the right, 6.2° on the left). Notably, 40.5% of the subjects exhibited at least one negative BA across the three different types of laterotrusion performed (tooth-guided, non-tooth-guided, medial-translation). The average distance of incisal protrusion was 8.6 mm. The sagittal CPI averaged 52.2° on the right and 50° on the left with a CPC of 15.4 mm on the right and 15.1 mm on the left. Active retrusion demonstrated condyle movements of 0.53 mm on the right and 0.48 mm on the left, increased distances were observed when retrusion was supported manually (0.72 mm on the right, 0.68 mm on the left). The maximum intercuspidal position was found to be more retral and cranial compared to habitual intercuspidal position in CPA, while centric occlusion led to slightly retrally positioned condyles. Specifically, 40 % of all recorded condylar paths did not show congruence between tooth-guided and non-tooth-guided paths within individual subjects. Incongruences exceeding 0.2 mm were detected within the first 4 mm of excursive movement in the lateral and/or the horizontal plane. Based on these results, the main hypothesis could not be verified. Potential reasons for these incongruences include occlusion, variations in muscle activity and muscular guidance, or discopathies. Notably, pre-contacts in mediotrusion, anterior disc displacements, or parallax artefacts due to condylar translational movement during non-tooth-guided movements may contribute to these observations. Further clinical investigation is often required to identify the underlying causes of track discrepancies. However, when occlusion is suspected to be a triggering or maintaining factor in functional disorders, instrumental findings can be helpful to indicate further diagnostic. Non-tooth-guided tracks also show asymmetrical patterns determined by tooth-guidance, although these patterns diminish after several repetitions without tooth guidance.
To obtain an accurate interpretation of condyle parameters, a profound knowledge of artefacts resulting from a misplaced hinge axis is needed
Background analyses of economically inadequate prescribing behaviour from the perspective of drug safety
No full textSteigende Arzneimittelausgaben stellen eine Herausforderung für das Gesundheitssystem dar – sowohl in Deutschland als auch international. Gründe hierfür sind eine alternde Bevölkerung, die einen erhöhten Arzneimittelbedarf aufweist, aber auch steigende Arzneimittelpreise. Um dieser finanziellen Belastung zu begegnen, wurde in Deutschland das Wirtschaftlichkeitsgebot aufgestellt. Dies besagt, dass von der Gesetzlichen Krankenkasse Leistungen übernommen werden müssen, die wirtschaftlich und zweckmäßig sind, aber das Maß der Notwendigkeit nicht übersteigen. Dies gilt auch für die von Ärzten verordneten Arzneimitteltherapien. Ob diese Anforderungen eingehalten werden, wird durch verschieden Regel- und Prüfsysteme überprüft, zu den die bayerische Wirkstoffvereinbarung gehört.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde das auffällige Verordnungsverhalten von Ärzten verschiedener Fachgruppen am Beispiel der bayerischen Wirkstoffvereinbarung untersucht, Gründe hierfür herausgearbeitet und diese vor dem Hintergrund der Arzneimittel-therapiesicherheit bewertet. Die bayerische Wirkstoffvereinbarung, zielt darauf ab, etablierte, bewährte und dadurch günstigere Arzneimittel zu bevorzugen. Auf diese Weise soll den steigenden Ausgaben für Arzneimittel begegnet und zu einem wirtschaftlichen und verantwortungsvollen Umgang mit den begrenzten Ressourcen im Gesundheitssystem beigetragen werden. Im Gegensatz dazu stehen die Ziele der pharmazeutischen Industrie, die ihre neuen Arzneimittel auf den Markt bringen und deren Bekanntheitsgrad erhöhen möchte. Die Vorgaben, Vereinbarungen und Informationen zur bayerischen Wirkstoffvereinbarung sind für wenig Geld oder kostenlos verfügbar, jedoch in einiger Hinsicht weniger attraktiv und mit mehr proaktivem Rechercheaufwand verbunden. Pharmavertreter hingegen besuchen die Ärzte und geben ihnen direkt auf sie zugeschnittene Informationen zu Arzneimitteln und den für die Verordnung nötigen Dokumentations- und Codierungshinweisen.
Die Vorgaben des in dieser Studie untersuchten Regelsystems der bayerischen Wirkstoffvereinbarung bilden den typischen Verordnungsalltag der untersuchten Fachgruppen weitestgehend ab und nicht erreichte Einzelziele gehören eher selten zum typischen Verordnungsalltag der jeweiligen Fachgruppe. Dennoch bringen manche Zielvorgaben Schwierigkeiten mit sich und stellen eine Herausforderung im Praxisalltag dar.
Ärzte haben das Ziel, ihre Patienten gut zu versorgen, und verordnen nach bestem Wissen und Gewissen. Dies kann jedoch aufgrund missverstandener oder unzureichender Informationen zu einem Verordnungsverhalten führen, das der vom Regelsystem angestrebten Arzneimittelverordnung entgegensteht. Auffällig werden insbesondere Betriebsstätten, die nicht dem Durchschnitt entsprechen und aufgrund spezieller Patientenklientel, Schwerpunkten, Praxislage oder für die Fachgruppe zusätzlich bestehenden Herausforderungen von der angestrebten Arzneimittelverordnung abweichen. Neben diesen objektiven Einflussfaktoren wird das individuelle Arzneimittelverordnungsverhalten von weiteren Faktoren beeinflusst, die das Erreichen von Zielvorgaben erschweren.
Die Vorgaben der bayerischen Wirkstoffvereinbarung berücksichtigen Aspekte der Arzneimitteltherapiesicherheit, indem sie auf etablierte Arzneimittel setzt und die Überversorgung begrenzt. Dies drückt sich besonders in dem PPI-Ziel und der darin enthaltenden Begrenzung der verordneten PPI-Menge aus. Fortgeschrittene Krankheitsstadien sind jedoch in diesem Rahmen nicht immer leitliniengerecht behandelbar und neue Arzneimittel werden verzögert in die Zielvorgaben aufgenommen, so dass sich neue und effektive Arzneimitteltherapien nur schwer etablieren können. Ärzte, die mit ihrem Verordnungsverhalten von den Verordnungsvorgaben abweichen, tun dies häufig bewusst und begründet. Dabei zeigen sich besonders Gründe aus den Bereichen Vorstellungen zur Arzneimitteltherapie, Informationsverhalten, Erfahrungen, Flexibilität, persönliche Prioritäten und Patientenzentrierung als relevant und einflussreich. Einige der Gründe lassen sich in der Literatur wiederfinden und bestätigen, und das abweichende Verordnungsverhalten geht mit einer erhöhten Arzneimitteltherapiesicherheit einher. In anderen Fällen steht das abweichende Verordnungsverhalten jedoch auch für eine möglicherweise (im Vorfeld) unzulängliche Therapie oder Überversorgung der Patienten. Insbesondere hier müssen Informationssysteme ansetzen. Ein auffälliges Verordnungsverhalten geht somit weder pauschal mit einer besseren oder schlechteren Arzneimitteltherapiesicherheit einher, sondern muss differenziert betrachtet und bewertet werden. Erhalten die Ärzte alle regelmäßig und die gleichen Informationen zur Arzneimitteltherapie und Evidenzen, kann hier versucht werden, die Verhaltensmuster mit erhöhter Arzneimitteltherapiesicherheit weiter zu fördern und zu verbreiten und im Falle von geringerer Arzneimitteltherapiesicherheit über Verbesserungsoptionen aufzuklären und die Verordnungsqualität zu verbessern.Rising costs for drugs represents a challenge for the healthcare system - both in Germany and internationally. The reasons for this are an ageing population with an increased need for drugs, but also rising prices of drugs. In order to counter this financial burden, the efficiency principle was established in Germany. This states that the statutory health insurance funds must cover services that are economical and appropriate, but do not exceed the level of necessity. This also applies to drugs prescribed by doctors. Various surveillance instruments have been developed for implementing and monitoring this cost-reducing requirements, including the Bavarian Drug Agreement.
As part of this dissertation, the prescribing behaviour of Bavarian doctors who missed their drug targets was investigated, reasons for being an outlier were identified and evaluated against the background of medication safety. The Bavarian Drug Agreement aims to prefer established, proven and therefore cheaper drugs. This is intended to counter rising costs on drugs and contributes to the economical and responsible use of limited resources in the healthcare system. This contrasts with the aims of the pharmaceutical industry, which wants to bring its new drugs onto the market and raise their profile.
The guidelines, agreements and information on the Bavarian Drug Agreement are available for little money or free of charge but are less attractive in some respects and involve more proactive research. Pharmaceutical representatives, on the other hand, visit doctors and provide them directly with customised information on medicines and the documentation and coding information required for prescribing these not preferred drugs. The requirements of the Bavarian Drug Agreement predominantly reflect the typical daily prescribing practice of eight investigated specialisation groups and drug targets with high prescribing volume measured in defined-daily-doses are mostly achieved. While showing only little prescribing volume missed drug targets are rarely part of the typical daily prescribing of the investigated specialisation groups. Nevertheless, some targets pose difficulties and represent a challenge in everyday practice, for example prescribing anticoagulants. There are also some drugs, for example Humira®, Prolia® or branded drugs, which oppose drug target achievement.
Particularly practices that do not correspond to the average and deviate from the required prescribing behaviour due to special patient clientele, specialisations, practice location or additional challenges for the specialisation group miss their drug targets. Also, smaller practices with fewer patients within a quart show a higher risk for not achieving their drug
targets. In addition to these objective influencing factors, individual drug prescribing behaviour is influenced by other factors that make it more difficult to achieve targets. Doctors aim to provide their patients with good care and prescribe to the best of their knowledge and belief. However, due to misunderstood or inadequate information, this can lead to inadequate conceptions about individual drugs and prescribing behaviour opposed to prescribing behaviour intended by surveillance instruments.
The guidelines of the Bavarian Drug Agreement consider aspects of drug therapy safety by focussing on established drugs and limiting overuse. This is particularly reflected in the PPI target and the limit on the quantity of PPIs prescribed. However, advanced stages of the disease cannot always be treated within this framework according to the guidelines and new drugs are included in the targets with a delay, making it difficult for new and effective drug therapies to become established. Doctors who deviate from the prescribing requirements in their prescribing behaviour often do so intentional and for good reason. Reasons from the areas of ideas about drug therapy, information behaviour, experience, flexibility for example in adjusting the prescribing behaviour, personal needs and patient-centredness are particularly relevant and influential. Some of the reasons can be found and confirmed in the literature, and the deviating prescribing behaviour is associated with increased drug therapy safety. In other cases, however, the deviating prescribing behaviour also stands for a possibly inadequate therapy (in advance) or overuse of the patient. This is where effective information systems are getting relevant. Conspicuous prescribing behaviour is therefore not associated with better or worse medication safety across the board but must be considered and evaluated in a differentiated manner. If doctors all receive the same information on drug therapy and evidence on a regular basis, attempts can be made to further promote and disseminate behaviour patterns with increased medication safety and, in the case of lower medication safety, to provide information on improvement options and improve the quality of prescribing
Change in 131I and 99mTc uptake in patients with thyroid autonomy (unifocal, multifocal or disseminated) - in view of the change in iodine supply in Germany. Own experiences using the example of the nuclear medicine outpatient clinic of the Klinikum Mutterhaus in Trier (including MVZ) in the years 2010-2017.
No full textDas Ziel dieser Studie war eine retrospektive Analyse von Untersuchungen bei Patienten mit unifokaler, multifokaler oder disseminierter Autonomie, die sich in den Jahren 2010 bis 2017 in der Schilddrüsenambulanz des Klinikums Mutterhaus der Borromäerinnen in Trier vorgestellt haben. Insgesamt wurden 897 Patienten in die Studie aufgenommen (263 mit DSA, 415 mit MFA und 219 mit UFA). Die Auswertung befasste sich mit folgenden Fragestellungen:
- Welche Auswirkungen hat eine veränderte Iodversorgung auf die Entwicklung des thyreoidalen 99mTc-Uptakes (TcU) und des 131I-Uptakes (RIU) (sowohl global als auch berechnet pro ml Volumen)?
- Welche Auswirkung hat eine veränderte Iodversorgung auf die Entwicklung des autonomen Volumens?
Des Weiteren wurden folgende Parameter ausgewertet:
- Gibt es statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Patienten:
o mit vollständiger (TSH≤0,1 mU/l) und nicht vollständiger TSH-Suppression (TSH=0,11-0,30 mU/l)?
o mit unifokaler und multifokaler sowie disseminierter Autonomie?
- Weisen der TSH-Wert und das Alter des Patienten eine Korrelation mit anderen Parametern auf?
Die erhobenen Daten wurden mit früheren Arbeiten verglichen, die sich mit dem Thema der Uptake-Veränderung im Verlauf befasst haben. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Tc-Uptake über die Jahre hinweg nicht abgenommen hat, sondern eher leicht angestiegen ist, wenn auch statistisch nicht signifikant. Diese Entwicklung könnte auf eine mögliche Verschlechterung der Iodversorgung in Deutschland hindeuten, wobei insbesondere die Jahre 2013 und 2014 als mögliche Wendepunkte betrachtet werden könnten.
Der Tc-Uptake pro Volumen zeigte allerdings unterschiedliches Verhalten in Abhängigkeit von der Diagnose. In der Patientengruppe mit UFA ist er (sowohl global betrachtet als auch in der Subgruppe mit voll¬ständig supprimiertem TSH-Wert) gesunken, während er in der MFA- und DSA-Gruppe leicht anstiegen ist, sowohl insgesamt als auch in der Gruppe mit supprimiertem TSH-Wert. Beide Trends waren statistisch jedoch nicht signifikant. Der RIU ist in allen Diagnosegruppen angestiegen. Beim RIU pro Volumen gab es marginale Veränderungen (bei MFA- und DSA-Patienten leicht gestiegen und bei UFA geringfügig gesunken, unabhängig vom TSH-Wert), die allerdings statistisch nicht signifikant waren.
Vergleicht man die Veränderungen von TcU- und RIU-Werten, zeigt sich, dass der globale Uptake in allen Patientengruppen stieg (nicht signifikant für TcU, signifikant für RIU), während der Uptake pro Volumen bei MFA- und DSA-Patienten anstieg und bei UFA-Patienten sank. Dies ist wahrscheinlich auf Veränderungen im autonomen Volumen zurückzuführen.
Diesbezüglich lässt sich aufgrund der eigenen Daten nicht definitiv sagen, dass nach mehreren Jahren einer relativ guten Iodversorgung ein Reboundeffekt vorliegt und erneut ein Iodmangel herrscht. Wobei der TcU (sowohl global als auch pro Volumen) für alle Patientengruppen eine steigende Tendenz aufweist, sind die Veränderungen beim RIU diagnoseabhängig (bei MFA- und DSA-Patienten gestiegen und bei UFA-Patienten gesunken). Trotz allem sind beide Tendenzen statistisch nicht signifikant (p>0,05).
Die Einbeziehung von Patienten mit unvollständiger TSH-Suppression hatte nur geringfügige Auswirkungen auf die Ergebnisse. Der TSH-Wert zeigte eine schwache Korrelation mit anderen Parametern und sollte, ähnlich wie das Patientenalter, als eine unabhängige Variable betrachtet werden.
Aufgrund der vorliegenden Daten lassen sich somit keine signifikanten Veränderungen ableiten, die eine Anpassung der empfohlenen Normwerte für die Iodversorgung in Deutschland erforderlich machen würden. Möglicherweise war die hier verwendete Beobachtungsperiode dafür zu kurz oder hat gerade den Tendenzwechsel erfasst.
Es kann jedoch mit hoher Wahrscheinlichkeit gesagt werden, dass die TcU-basierte Einschätzung des autonomen Volumens nicht mehr angewendet werden sollte, da zuverlässigere dosimetrische Konzepte zur Verfügung stehen, vor allem bei Patienten mit unifokaler Autonomie. Des Weiteren bilden diese Patienten eine eigenständige Gruppe dar, sowohl im Vergleich zu MFA als auch zu DSA.
Abschließend ist es wichtig zu betonen, dass die Iodversorgung in Deutschland weiterhin überwacht werden sollte. Retrospektive und epidemiologische Studien haben bereits die Nützlichkeit von Monitorings nachgewiesen und sind von großer Bedeutung für die Gesund¬heitspolitik und öffentliche Gesundheit.The aim of this study was a retrospective analysis of examinations of patients with unifocal, multifocal, or disseminated thyroid autonomy who have been treated at the thyroid outpatient clinic of the Mutterhaus der Borromäerinnen Hospital in Trier, Germany, from 2010 to 2017. A total of 897 patients were included in the study (263 with DSA, 415 with MFA, and 219 with UFA). The evaluation addressed the following questions:
- What is the impact of changes in iodine supply on the development of thyroidal 99mTc uptake (TcU) and 131I uptake (RIU) (both globally and calculated per ml volume)?
- What is the effect of improved iodine supply on the development of autonomous volume?
Additionally, the following parameters were analysed:
- Are there statistically significant differences between patients:
o with complete (TSH≤0.1 mU/l) and incomplete TSH suppression (TSH=0.11-0.30 mU/l)?
o with unifocal, multifocal, and disseminated autonomy?
- Does the TSH value and the patient's age correlate with other parameters?
The collected data were compared with previous studies addressing the issue of uptake change over time. In summary, it can be stated that Tc uptake did not decrease over the years but rather slightly increased, albeit not statistically significant. This development could indicate a possible deterioration in iodine supply in Germany, with the years 2013 and 2014 in particular being considered as possible turning points.
However, Tc uptake per volume showed different behaviour depending on the diagnosis. In the patient group with UFA, it decreased (both globally and in the subgroup with fully suppressed TSH), while it slightly increased in the MFA and DSA groups, both overall and in the subgroup with suppressed TSH levels). However, neither trend was statistically significant.
RIU increased in all diagnosis groups. There were slight changes in RIU per volume (slightly increased in MFA and DSA patients and insignificantly decreased in UFA patients, regardless of TSH levels), but these were not statistically significant.
Comparing the changes in TcU and RIU values, global uptake increased in all patient groups (not statistically significant for TcU, significant for RIU), whereas uptake per volume increased for MFA and DSA patients and decreased for UFA patients. This is likely due to changes in autonomous volume.
In this regard, based on the available data, it cannot be definitively concluded that a rebound effect of iodine deficiency is occurring after several years of relatively good iodine supply. While TcU (both globally and per volume) shows an increasing trend for all patient groups, the changes in RIU are diagnosis-dependent (increased for MFA and DSA patients, decreased for UFA patients). However, both trends are not statistically significant (p>0.05).
The inclusion of patients with incomplete TSH suppression had only minor effect on the results. The TSH level showed a weak correlation with other parameters and should be considered an independent variable, similar to patient age.
Thus, based on the available data, no adjustment of recommended norm values for iodine supply in Germany can be derived, as the changes were not statistically significant and not definitive. It is also possible that the observation period in this study was too short for this or just captured the change in trend.
However, it can be reasonably asserted that TcU-based estimation of autonomous volume should no longer be applied, as more reliable dosimetry concepts are available, especially for unifocal autonomy patients. Additionally, these patients represent a distinct group, both in comparison to MFA and DSA.
In conclusion, it is essential to emphasize that iodine supply in Germany should continue to be monitored. Retrospective and epidemiological studies have already demonstrated the usefulness of monitoring and are of great importance for healthcare policy and public health
Optimized Hesperidin-Loaded Lipid Nanoparticles with Tea Tree Oil for Enhanced Wound Healing: Formulation, Characterization, and Evaluation
No full textObjectives: This study aimed to develop hesperidin solid lipid nanoparticles (HESP-SLNs) to enhance their stability, solubility, and sustained release for wound healing; further enhancement was achieved through prepared nanostructured lipid carriers (HESP-NLCs) using Tea Tree Oil (TTO) to explore their synergistic efficacy. Methods: A factorial design of 24 trials was established to evaluate the influence of lipid type (X1), lipid conc (%) (X2), surfactant type (X3), and sonication amplitude (%) (X4) of prepared HESP-SLNs on the particle size (nm) (Y1), polydispersibility index (Y2), zeta potential (Y3), and encapsulation efficiency (%) (Y4). The optimized HESP-SLNs formula was selected utilizing Design Expert® software version 13, which was additionally enhanced by preparing TTO-loaded HESP-NLCs. In vitro release, Raman spectroscopy, and transmission electron microscopy were carried out for both lipid nanoparticles. Cytotoxicity, in vivo wound-healing assessments, and skin irritancy tests were performed to evaluate the performance of TTO-incorporated HESP-NLCs compared to HESP-SLNs. Results: The optimized formula demonstrated PS (280 ± 1.35 nm), ZP (−39.4 ± 0.92 mV), PDI (0.239 ± 0.012), and EE% (88.2 ± 2.09%). NLCs enhanced Q6% release, (95.14%) vs. (79.69%), for SLNs and showed superior antimicrobial efficacy. Both lipid nanoparticles exhibited spherical morphology and compatibility between HESP and excipients. NLCs achieved the highest wound closure percentage, supported by histological analysis and inflammatory biomarker outcomes. Cytotoxicity evaluation showed 87% cell viability compared to untreated HSF cells, and the skin irritancy test confirmed the safety of NLCs. Conclusions: TTO-loaded HESP-NLCs are promising candidates exhibiting superior wound-healing capabilities, making them a potential therapeutic option for cutaneous wound management.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg