open_UMR (Universität Marburg)
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Die Errichtung des Instituts für Sonderschulpädagogik der Philipps-Universität Marburg an der Lahn im Jahre 1963
No full textAm 4. Dezember 1963 wurden in einer Feierstunde die bisherigen "Lehrgänge zur Ausbildung von Sonderschullehrern" als "Institut für Sonderschulpädagogik" der Marburger Universität eingegliedert. Marburg besitzt nun das einzige selbständige Universitätsinstitut für Sonderschulpädagogik in der Bundesrepublik. Es untersteht einer Senatskommission aus Professoren der Fakultäten und ist so in doppelter Weise integriert
Materials from CoCreate talks: understanding Open Science together
No full textWarum ist die spannendste Forschung oft dort versteckt, wo niemand drankommt? Open Science möchte Forschung öffnen – für alle. Aber was bedeutet das konkret, und warum sollte sich jede*r beteiligen?
In diesem Themenraum erarbeiteten wir im Gespräch einen ersten Einstieg in Open Science an der Philipps-Universität – und warum das Thema gerade jetzt besonders wichtig ist.
Dies ist die Zusammenfassung als PDF. Die Materialien wurden mit quarto aufbereitet. Der Code und die html zu diesem Dokument sind unter https://doi.org/10.17192/openumr/439 veröffentlicht.Why is the most exciting research often hidden away where no one can access it? Open Science aims to make research accessible to everyone. But what does that mean in concrete terms, and why should everyone get involved?
In this themed room, we discussed how to get started with Open Science at Philipps University – and why the topic is particularly important right now.
This is the summary as a PDF. The materials were prepared using Quarto. The code and HTML for this document are published at https://doi.org/10.17192/openumr/439
Untersuchung der Dysregulation des zellulären Komplementsystems und des Immunsystems in der Pathogenese der altersabhängigen Makuladegeneration
No full textAge-related macular degeneration (AMD) is a leading cause of vision loss in the elderly, characterised by progressive damage to the macula, retinal degeneration, and central vision impairment. The complex pathomechanisms underlying the late form of non-exudative AMD, characterised by geographic atrophy, have hindered the development of effective treatments, despite the urgent clinical need. In recent years, research has focused on identifying biomarkers in the aqueous humour (AH) of the eye’s anterior chamber to elucidate immune system dysregulation in disease pathogenesis. Additionally on a cellular level, hyperreflective foci (HRF) have been investigated as indicators of AMD progression, with studies identifying retinal pigment epithelial (RPE) cells that lose their specificity and contribute to disease pathology. Beyond cellular stress responses, dysregulation of the complement system is a hallmark of AMD. The recent approval of complement inhibitors by the U. S. Food and Drug Administration represents a significant therapeutic advance. However, these treatments slow disease progression without fully preventing geographic atrophy.
To investigate cellular complement profiles, C3 processing, and TGF-β1-mediated stress responses, a model of immature and mature RPE cells was established, representing HRF-associated and healthy RPE cells, respectively. Mature induced pluripotent stem cell (iPSC) derived RPE cells exhibited key characteristics of healthy RPE, including the absence of VIM staining and actin stress fibres, the presence of basal BEST1, apical actin and tight junctions, and enhanced barrier function. Complement production followed a maturation-dependent pattern, with mature RPE cells displaying increased apical and basal secretion of complement components (C3, FB, FH/FHL-1, FI) and a distinct apical localisation of complement proteins. Intracellular C3 processing revealed cleavage products distinct from known C3 fragments, with only mature iPSC-RPE cells secreting active C3 forms (C3(H2O), C3a) and exhibiting intact C3 α/β chains. In contrast, immature RPE cells exhibited a stressed phenotype, characterised by reduced secretion of inactive C3 and C3 fragments and their intracellular accumulation. While iPSC-RPE cells demonstrated greater resistance to TGF-β1-induced stress compared to ARPE-19 cells, complement secretion was altered in both cell types, whereas C3a release and intracellular C3 cleavage remained unaffected.
In addition to in vitro analyses, this thesis aimed to translate experimental findings into a clinical context by examining complement components and inflammatory mediators in AMD patients. A case-control study was conducted to collect AH samples from patients with non-exudative AMD and control subjects. A comprehensive multiplex analysis quantified 78 inflammatory mediators and complement components in AH, allowing for a comparative assessment between patient and control groups. Additionally, potential associations between biomarker levels and demographic factors such as age, smoking status, and sex were examined. All investigated immunological factors were detected in AH and categorised into high-, medium-, and low-concentration groups. AH contained high levels of complement proteins, including iC3b, FH/FHL-1, C4B, and FI. Reduced levels of C4, IL-10, and FI were observed in non-exudative AMD patients compared to controls, while drusen volume in AMD patients correlated positively with CCL4 and IL-16 levels. Demographic factors influenced biomarker levels, with age positively correlating with MMP-1 and negatively with CCL20. Smokers exhibited altered levels of inflammatory proteins (CCL7, IL-7, IL-6, IL-9, FGF-2, NGF-β), while sex differences were observed in FB, C4B, FI, FH/FHL-1, TNF-α, and MMP-1 levels.
This study demonstrates that both healthy and stressed RPE cells produce complement components, activate C3 intracellularly, and secrete active C3 forms at both apical and basal sides. The cellular presence of activated C3 forms suggests that their biological activity may persist despite complement inhibition therapies. Furthermore, basal secretion of C3 fragments may evade the effects of intravitreal treatments, which primarily target apical C3. The incomplete inhibition of C3 activation products may contribute to the limited efficacy of current therapies. Additionally, dysregulation of the complement and immune system was also evident in patient-derived AH samples, as analyses in this study identified associations between inflammatory mediators, complement imbalance, and non-exudative AMD, further underscoring the involvement of immune processes in disease pathogenesis and progression.Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine der häufigsten Ursachen für Sehverlust im höheren Lebensalter und ist durch eine fortschreitende Schädigung der Makula, Netzhautdegeneration und eine Beeinträchtigung des zentralen Sehens gekennzeichnet. Die komplexen Pathomechanismen der späten Form der nicht-exsudativen AMD, die durch geographische Atrophie charakterisiert ist, haben die Entwicklung wirksamer Behandlungsstrategien erschwert, obwohl ein dringender klinischer Bedarf besteht. In den letzten Jahren hat sich die Forschung auf die Identifizierung von Biomarkern im Kammerwasser (AH) des vorderen Augenabschnitts konzentriert, um Dysregulationen des Immunsystems in der Krankheitsentstehung zu untersuchen. Darüber hinaus wurden hyperreflektive Foci (HRF) auf zellulärer Ebene als Marker für das Fortschreiten der AMD untersucht. Studien zeigen, dass Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) ihre Spezifität verlieren und zur Krankheitsprogression beitragen. Neben zellulären Stressreaktionen ist die Dysregulation des Komplementsystems ein zentrales Merkmal der AMD. Die kürzlich erfolgte Zulassung von Komplementinhibitoren durch die US-Behörde für Lebens- und Arzneimittel stellt einen bedeutenden therapeutischen Fortschritt dar. Allerdings verlangsamen diese Behandlungen das Fortschreiten der Erkrankung, ohne die geographische Atrophie vollständig zu stoppen.
Zur Untersuchung zellulärer Komplement-Profile, der C3-Prozessierung und TGF-β1-vermittelter Stressreaktionen wurde ein Modell unreifer und reifer RPE-Zellen etabliert, das HRF-assoziierte und gesunde RPE-Zellen repräsentiert. Reife, aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleitete RPE-Zellen zeigten wesentliche Eigenschaften gesunder RPE-Zellen, darunter das Fehlen einer VIM-Färbung und von Aktin-Stressfasern, die basale Expression von BEST1, eine apikale Lokalisierung von Aktin und Zonula occludens sowie eine erhöhte Barrierefunktion. Die Komplementproduktion folgte einem reifungsabhängigen Muster, wobei reife RPE-Zellen eine verstärkte apikale und basale Sekretion von Komplementkomponenten (C3, FB, FH/FHL-1, FI) sowie eine spezifische apikale Lokalisierung von Komplementproteinen aufwiesen. Die intrazelluläre C3-Prozessierung zeigte Spaltprodukte, die sich von bekannten C3-Fragmenten unterschieden, wobei nur reife iPSC-RPE-Zellen aktive C3-Formen (C3(H2O), C3a) sezernierten und intakte C3 α/β-Ketten aufwiesen. Im Gegensatz dazu zeigten unreife RPE-Zellen einen gestressten Phänotyp, gekennzeichnet durch eine verringerte Sekretion inaktiver C3-Formen und C3-Fragmente sowie deren intrazelluläre Akkumulation. Während iPSC-RPE-Zellen eine höhere Resistenz gegenüber TGF-β1-induziertem Stress im Vergleich zu ARPE-19-Zellen aufwiesen, wurde die Komplementsekretion in beiden Zelltypen verändert, während die Freisetzung von C3a und die intrazelluläre C3-Spaltung unbeeinflusst blieben.
Über die in vitro-Analysen hinaus zielte diese Arbeit darauf ab, die klinische Relevanz der experimentellen Befunde zu untersuchen, indem Komplementkomponenten und inflammatorische Mediatoren in AMD-Patienten analysiert wurden. Im Rahmen einer Fall-Kontroll-Studie wurden AH-Proben von Patienten mit nicht-exsudativer AMD und von Kontrollprobanden gesammelt. Eine umfassende Multiplex-Analyse quantifizierte 78 inflammatorische Mediatoren und Komplementkomponenten im AH, wodurch ein Vergleich zwischen Patienten- und Kontrollgruppen ermöglicht wurde. Zudem wurden potenzielle Assoziationen zwischen Biomarker-Konzentrationen und demographischen Faktoren wie Alter, Raucherstatus und Geschlecht untersucht. Alle analysierten immunologischen Faktoren konnten im AH nachgewiesen und in Gruppen mit hoher, mittlerer und niedriger Konzentration eingeteilt werden. Hohe Konzentrationen an Komplementproteinen, darunter iC3b, FH/FHL-1, C4B und FI, wurden im AH nachgewiesen. In Patienten mit nicht-exsudativer AMD waren die Spiegel von C4, IL-10 und FI im Vergleich zu den Kontrollen reduziert, während das Drusenvolumen bei AMD-Patienten positiv mit den Konzentrationen von CCL4 und IL-16 korrelierte. Demographische Faktoren beeinflussten die Biomarker-Spiegel: Das Alter korrelierte positiv mit MMP-1 und negativ mit CCL20. Raucher zeigten veränderte Konzentrationen inflammatorischer Proteine (CCL7, IL-7, IL-6, IL-9, FGF-2, NGF-β), während geschlechtsspezifische Unterschiede bei FB, C4B, FI, FH/FHL-1, TNF-α und MMP-1 beobachtet wurden.
Diese Studie zeigt, dass gesunde und gestresste RPE-Zellen Komplementkomponenten produzieren, C3 intrazellulär aktivieren und aktive C3-Formen sowohl apikal als auch basal sezernieren. Das intrazelluläre Vorhandensein aktivierter C3-Formen legt nahe, dass ihre biologische Aktivität trotz Komplement-Inhibitionstherapien bestehen bleiben könnte. Darüber hinaus könnte die basale Sekretion von C3-Fragmenten den Effekt intravitrealer Behandlungen umgehen, da diese primär auf apikales C3 abzielen. Die unvollständige Hemmung von C3-Aktivierungsprodukten könnte zur begrenzten Wirksamkeit aktueller Therapien beitragen. Zudem zeigte sich eine Dysregulation des Komplement- und Immunsystems auch in patientenbasierten AH-Proben, da Analysen dieser Studie Assoziationen zwischen inflammatorischen Mediatoren, einem Ungleichgewicht des Komplementsystems und nicht-exsudativer AMD identifizierten. Dies unterstreicht die zentrale Rolle immunologischer Prozesse in der Pathogenese und Progression der Erkrankung
Inzidenz von Rebound-Pain bei der distalen N. ischiadicus-Blockade im Rahmen der multimodalen Analgesie bei aseptischen Fuß- und Sprunggelenksoperationen
No full textFuß- und Sprunggelenkoperationen sind schmerzhafte Eingriffe, die
eine wirksame prä- und postoperative Schmerzlinderung erfordern. Die distale N.
ischiadicus-Blockade hat sich als eine sichere und effiziente periphere
Nervenblockadetechnik etabliert. Der Übergang von gut kontrollierten
postoperativen Schmerzen (NRS ≤ 3) bei manifester Nerven-Blockade hin zu
starken Schmerzen (NRS > 7) innerhalb von 24 Stunden bei nachlassender
Nerven-Blockade wird als Rebound-Pain definiert. Bei ambulanten Eingriffen
kann dieses Phänomen von besonderer Bedeutung sein, da es zu
unerwünschten nächtlichen Notaufnahmebesuchen führen kann. Bisherige
Studien zeigen eine Inzidenz von bis zu 50%. Ziel dieser Studie war es, die
Inzidenz und Relevanz von Rebound-Pain nach einer distalen N. ischiadicus-
Blockade bei Fuß- und Sprunggelenkoperationen zu untersuchen.Foot and ankle surgeries are known to be painful procedures,
requiring effective pre- and postoperative pain management. The distal sciatic
nerve block has become a well-established and effective peripheral nerve block
technique. The transition from well-controlled postoperative pain (NRS ≤ 3) with
a successful nerve block to severe pain (NRS > 7) within 24 hours as the block
wears off is known as rebound pain. This phenomenon may be especially relevant
for outpatient procedures, as it can lead to unwanted emergency room visits
during the night. Previous studies have shown an incidence of up to 50%. The
aim of this study was to investigate the incidence and significance of rebound
pain following distal sciatic nerve block in foot and ankle surgeries
Degree of Impaction of Mandibular Third Molars in Relation to Skeletal Growth Pattern and Gender in Orthodontic Patients
No full textEinführung: Weisheitszähne werden des Öfteren präventiv extrahiert, um die Eventualität späterer Komplikationen zu umgehen. Insbesondere bei den mandibulären Weisheitszähnen gehört eine solche chirurgische Entfernung jedoch zu den riskantesten Eingriffen in der Zahnmedizin. Der Unterkiefer hat, im Gegensatz zum Oberkiefer, ein größeres Wachstumspotential und entwickelt sich über einen längeren Zeitraum hinweg. Die Lage der Weisheitszähne im Unterkiefer ist abhängig vom knöchernen Platzangebot. Das Wachstum des Unterkiefers ist abhängig vom Geschlecht und vom skelettalen Wachstumsmuster, welches in brachyfazial („kurzes Gesicht“), mesofazial und dolichofazial („langes Gesicht“) unterteilt wird. Bisher gibt es in der Summe der themarelevanten Publikationen keinen eindeutigen Konsens über das Zusammenspiel von Geschlecht, skelettalem Wachstumsmuster und Lage der mandibulären Weisheitszähne.
Ziel: Diese Promotionsarbeit dient zur Erforschung der Korrelation der Verlagerungsstärke mandibulärer Weisheitszähne und des skelettalen Wachstumsmusters sowie des Geschlechts.
Material und Methoden: Röntgenbilder (Orthopantomogramm (OPG), Fernröntgen-Seitenbild (FRS)) und Gipsmodelle von 111 Patienten wurden retrospektiv ausgewertet. Es wurde ein Index zur Bestimmung der Verlagerungsstärke 3. Molaren im Unterkiefer erstellt und die Patienten entsprechend ihrer Verlagerung, ihres Geschlechts und ihres skelettalen Wachstumsmusters eingeteilt. Verwendet wurden nur die Daten der Patienten, die das Cervical Vertebral Maturation (CVM)-Stadium VI erreicht hatten, welches anhand der auf dem FRS zu sehenden Halswirbelknochen ein beendetes skelettales Wachstum signalisiert. Für die statistische Analyse wurde der Chi-Quadrat-Test mit einem Signifikanzniveau von p = 0,05 verwendet.
Ergebnisse: Im Rahmen dieser Arbeit konnten die Hypothesen bestätigt werden, dass das brachyfaziale Wachstumsmuster sowohl mit einer geringeren Verlagerungsrate der 3. Unterkiefermolaren als auch mit dem männlichen Geschlecht statistisch signifikant korreliert (p ≤ 0,05). Die Hypothese einer Korrelation zwischen dem Geschlecht und der Verlagerungsstärke der mandibulären Weisheitszähne konnte statistisch nicht bestätigt werden (p > 0,05).
Aussichten: Für künftige Forschung auf diesem Gebiet wird deshalb das durchführen der hiesigen Studie mit extensiverer Studienpopulation proponiert. Sollte eine deutliche, uneingeschränkte Korrelation der Lage der mandibulären Weisheitszähne mit einem Wachstumsmuster bzw. Geschlecht nachgewiesen werden können, wären dies unabdingbare Informationen für die Entscheidung des Extraktionszeitpunktes der mandibulären Weisheitszähne und würden zusätzlich die Prognose zur funktionalen Einordnung dieser Zähne konkretisieren.Background: Wisdom teeth are frequently extracted as a preventive measure to circumvent the eventuality of later complications. The extraction of mandibular wisdom teeth in particular is regarded as one of the most high-risk procedures in dentistry. The mandible, in contrast to the maxilla, has greater growth potential and develops over a longer period of time. The position of the wisdom teeth in the mandible depends on the space available in the bone. Mandibular growth is influenced by gender and the skeletal growth pattern, which is classified into brachyfacial ("short face"), mesofacial, and dolichofacial ("long face"). So far, there is no clear consensus within the available publications regarding the interaction between gender, skeletal growth pattern, and the position of mandibular wisdom teeth.
Aim: This dissertation aims to investigate the correlation between the degree of impaction of mandibular wisdom teeth, the skeletal growth pattern, and gender.
Materials and methods: X-rays (orthopantomogram (OPG), lateral cephalometric radiograph (LCR)) and gypsum models of 111 patients were evaluated retrospectively. An index was created to determine the degree of impaction of third molars in the mandible, and patients were categorized according to their impaction, gender, and skeletal growth pattern. Only data from patients who had reached the cervical vertebral maturation (CVM) stage VI, which indicates completed skeletal growth based on the cervical vertebrae visible on the LCR, were used. The Chi-squared test was used for the statistical analysis. The level of significance was set at p = 0,05.
Results: This study was able to confirm the hypotheses that the brachyfacial growth pattern significantly correlates with both a lower rate of mandibular third molar impaction and the male gender (p ≤ 0,05). The hypothesis of a correlation between gender and the degree of impaction of mandibular wisdom teeth could not be confirmed (p > 0,05).
Perspective: For future research in this area, the conduction of a similar study with a larger study population is recommended. If a clear and definitive correlation between the position of mandibular wisdom teeth and a specific growth pattern or gender can be demonstrated, this would provide essential information for determining the timing of mandibular wisdom tooth extraction and would also help to refine the prognosis for the functional development of these teeth
Towards More Accurate Species Distribution Modeling Through Enhanced Methods And Data Usage
No full textThe biodiversity crisis, which is recognized as one of the major challenges of our time, highlights the urgent need for effective nature conservation planning. With increasing rates of species extinction and habitat loss, the development of effective mitigation strategies has become a priority for researchers, policymakers, and conservationists alike. To combat this crisis, Species Dsitribution Modeling (SDM) is widely employed in research and conservation practice. SDM involves upscaling species occurrence points with environmental data to create area-wide maps of species distribution, which are used to support the identification of areas in need of protection, the monitoring of invasive species, the assessment of environmental niche dynamics under different climate change scenarios, and the identification of occurrence sites of rare species, among other applications.
However, despite its widespread use, SDM is not without challenges. The performance of species distribution models is influenced by the chosen model algorithms, parameter settings, and validation and testing strategy. Although these topics are often discussed in the literature, important recommendations for SDM, such as implementing spatial cross-validation strategies or fine-tuning model parameters for each species, are frequently overlooked. Another great challenge in SDM is the availability and quality of input data, including species occurrence records and environmental variables. Obtaining comprehensive and reliable data can be difficult, as field surveys are often limited by time and financial constraints. While globally available environmental variables, such as climate data, are commonly preferred for SDM, it remains uncertain whether they are also the most suitable variables.
Therefore, the overall aim of this thesis is to enhance SDM by developing advancements in methodology, and optimizing data usage and acquisition. These efforts can be divided into two main components: firstly, the refinement of methods, with a key focus on the development of a software extension for the popular and widely used SDM software Maxent. For this purpose, the software extension spatialMaxent is developed, which integrates spatial validation and tuning procedures. spatialMaxent improves model performance compared to traditionally trained Maxent models and is accessible for users across various expertise levels, as the software extension can be operated via a Graphical User Interface (GUI). Additionally, the usability of the software beyond nature conservation purposes is demonstrated by mapping tick attachment to humans in Switzerland to assist healthcare management.
Secondly, the thesis introduces innovative data usage and acquisition methods for SDM. To achieve this, an automated sensor network for biodiversity monitoring is developed, capable of automatically capturing species occurrences (such as bird species through audio recordings). Furthermore, a workflow for processing high-resolution optical satellite data is presented, and the value of heterogeneous LiDAR data for environmental modeling demonstrated. These detailed analysis-ready variables demonstrate greater value for modeling than widely available generic datasets, as demonstrated by their application in modeling endangered forest dwelling bat species using spatialMaxent.
In conclusion, this thesis improves SDM by introducing enhanced methodologies, as well as more reliable and detailed approaches to data usage and acquisition. These combined advancements improve the overall performance of SDMs, providing solutions that are beneficial for effective conservation planning and therefore, mitigating the biodiversity crisis.Die aktuelle Biodiversitätskrise ist als eine der größten Herausforderungen unserer Zeit anerkannt und verdeutlicht damit die dringende Notwendigkeit, Naturschutzmaßnahmen schnell umzusetzen. Angesichts des schnell voranschreitenden Artensterbens und dem immer größeren Verlust von Lebensräumen gewinnt die Entwicklung von effizienten Gegenmaßnahmen für Forscher, politische Entscheidungsträger und Naturschützer immer weiter an Bedeutung. Um der Biodiversitätskrise entgegenzuwirken, findet die Artverbreitungsmodellierung weitreichende Anwendung in wissenschaftlicher Forschung und Naturschutzpraxis. In der Artverbreitungsmodellierung werden Erhebungen zum Vorkommen einer Art mit umfassenden Umweltdaten verschnitten um flächendeckende Karten zur Artenverbreitung zu erstellen. Diese Karten werden in vielfältigen Anwendungsfeldern, unter anderem zur Unterstützung bei der Identifizierung von Schutzgebieten, der Überwachung invasiver Arten, der Bewertung von Artverbreitung unter verschiedenen Klimawandelszenarien sowie der Identifizierung von Habitaten seltener Arten genutzt.
Trotz ihrer weit verbreiteten Anwendung ist die Erstellung von Artverbreitungsmodellen mit vielen Herausforderungen verbunden. Die Leistungsfähigkeit der Artverbreitungsmodelle hängt dabei maßgeblich von dem gewählten Modellalgorithmus, den gewählten Modellparametern und der Validierungs- und Teststrategie ab. Obwohl es für diese Prozesse Literaturempfehlungen gibt, wie etwa die Implementierung einer räumlichen Kreuzvalidierungsstrategie oder die Optimierung der Modellparameter für jede Art, werden diese häufig nicht umgesetzt. Eine weitere große Herausforderung liegt in der Verfügbarkeit und Qualität der Eingangsdaten, die aus Daten zum Artvorkommen und flächendeckenden Umweltvariablen bestehen. Die Akquise qualitativ hochwertiger Vorkommensdaten einer Art durch Experten im Feld wird von zeitlichen und finanziellen Ressourcen begrenzt. Zudem bleibt ungewiss, ob Umweltvariablen wie Klimadaten, die aufgrund ihrer globalen Verfügbarkeit häufig anderen Variablen vorgezogen werden, tatsächlich die am besten geeignetsten Variablen für die Artverbreitungsmodellierung sind.
Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist es deshalb die Artverbreitungsmodellierung durch eine Weiterentwicklung der Methodik und eine optimierte Datennutzung zu verbessern. Die Verbesserung der Methodik wird durch die Entwicklung einer Softwareerweiterung für die in der Artverbreitungsmodellierung häufig verwendete Software Maxent erreicht. Die Softwareerweiterung spatialMaxent integriert räumliche Validierungsverfahren und Optimierung der Modellparameter und erhöht damit die Leistungsfähigkeit der Artverbreitungsmodelle im Vergleich zu traditionellen Modellierungsmethoden. spatialMaxent ist für Benutzende mit unterschiedlichen Fachkenntnissen zugänglich, da die Softwareerweiterung über eine grafische Benutzeroberfläche bedient werden kann. Zusätzlich wird die Anwendbarkeit der Softwareerweiterung über den Bereich des Naturschutzes hinaus demonstriert, indem mit spatialMaxent Zeckenbisse bei Menschen in der Schweiz kartiert werden, wodurch die Bevölkerung über mögliche Infektionsrisiken informiert und ein umfassendes Monitoringsystem durch die Gesundheitsbehörden unterstützt werden kann.
In dieser Dissertation werden zudem Methoden der Datenaufbereitung und Datenbeschaffung für die Artverbreitungsmodellierung vorgestellt. Dabei wird das Potenzial qualitativ hochwertiger Eingangsdaten und differenzierter Datenquellen für die Artverbreitungsmodellierung aufgezeigt. Dafür wird zum einen ein automatisiertes Sensorsystem für ein umfassendes Biodiversitätsmonitoring entwickelt, welches in der Lage ist, Artenvorkommen automatisch zu erfassen (z. B. Vogelarten durch Audioaufnahmen), die dann als Trainingsdaten für die Artverbreitungsmodellierung verwendet werden können. Zum anderen wird ein Workflow zur Verarbeitung hochauflösender optischer Satellitendaten vorgestellt und der Wert heterogener LiDAR-Daten für die Modellierung demonstriert. Bei der Modellierung gefährdeter Fledermausarten mit spatialMaxent zeigt sich, dass die Verwendung dieser Variablen zu besseren Modellergebnissen führt als die Verwendung global verfügbarer, generischer Datensätze.
Diese Dissertation verbessert die Artverbreitungsmodellierung, indem sie neue Modellierungsmethoden einführt, eine verbesserte Datenerfassung aufzeigt und darlegt, wie qualitativ hochwertige, detaillierte Daten zur Modelloptimierung beitragen. Diese Verbesserungen führen insgesamt zu einer höheren Leistungsfähigkeit der Artverbreitungsmodellierung und tragen so zu einem effektiveren Naturschutz bei, der die Auswirkungen der Biodiversitätskrise verringern kann
Sustainable Nanomedicine: Enhancement of Asplatin’s Cytotoxicity In Vitro and In Vivo Using Green-Synthesized Zinc Oxide Nanoparticles Formed via Microwave-Assisted and Gambogic Acid-Mediated Processes
No full textChemoresistance encountered using conventional chemotherapy demands novel treatment
approaches. Asplatin (Asp), a novel platinum (IV) prodrug designed to release cisplatin and aspirin
in a reductive environment, has demonstrated high cytotoxicity at reduced drug resistance. Herein,
we investigated the ability of green-synthesized nanocarriers to enhance Asp’s efficacy. Zinc oxide
nanoparticles (ZnO-NPs) were synthesized using a green microwave-assisted method with the reducing
and capping agent gambogic acid (GA). These nanoparticles were then loaded with Asp, yielding
Asp@ZnO-NPs. Transmission electron microscopy was utilized to study the morphological features
of ZnO-NPs. Cell viability studies conducted on MDA-MB-231 breast cancer cells demonstrated
the ability of the Asp@ZnO-NPs treatment to significantly decrease Asp’s half-maximal inhibitory
concentration (IC50) (5 ± 1 μg/mL). This was further demonstrated using flow cytometric analysis
that revealed the capacity of Asp@ZnO-NPs treatment to significantly increase late apoptotic fractions.
Furthermore, in vivo studies carried out using solid Ehrlich carcinoma-bearing mice showed
significant tumor volume reduction with the Asp@ZnO-NPs treatment (156.3 ± 7.6 mm3), compared
to Asp alone (202.3 ± 8.4 mm3) and untreated controls (342.6 ± 10.3 mm3). The histopathological
analysis further demonstrated the increased necrosis in Asp@ZnO-NPs-treated group. This study
revealed that Asp@ZnO-NPs, synthesized using an eco-friendly approach, significantly enhanced
Asp’s anticancer activity, offering a sustainable solution for potent anticancer formulations.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Entwicklung einer Real-Time PCR zum Nachweis von Streptococcus agalactiae auf Basis der 16S rRNA unter Verwendung der Reverse-Transkriptase Reaktion
No full textAls Ergänzung zur klassischen mikrobiologischen Diagnostik wurden in den letzten Jahrzehnten vermehrt molekularbiologische Methoden etabliert, die den Nachweis von Nukleinsäuren direkt aus dem Patientenmaterial innerhalb kurzer Zeit ermöglichen. Die DNA-basierte PCR-Analytik ist die am meisten verbreitete Methode.
Bei Proben mit geringer Erregerdichte und einem daraus resultierenden hohen Risiko für falsch-negative Ergebnisse bietet die Verwendung der zahlenmäßig weit überlegenen ribosomalen RNA als Zielmolekül einen vielversprechenden Ansatz. Abhängig vom Bakterium liegt die Anzahl der Ribosomen pro Zelle zwischen 100 und 10.000. Bisher jedoch fand dieses Konzept keine breite Anwendung. Bis heute existiert kein kommerzieller Test zur Identifizierung von Pathogenen, der auf spezies-spezifischer 16S rRNA basiert. Das steht im Widerspruch zu Erfahrungen auf dem benachbarten Gebiet der medizinischen Virologie, wo virale RNA im gleichen Maße wie DNA als Zielmolekül dient.
Diese Arbeit untersuchte das Potenzial der 16S rRNA als neuen molekularen Marker für den PCR-basierten Nachweis am Beispiel des Erregers Streptococcus agalactiae. Ein zentraler Fokus lag auf der Entwicklung und Optimierung einer 16S rRNA-basierten Reverse-Transkriptase-qPCR und der Darstellung der Sensitivitätssteigerung gegenüber der Standard-qPCR.
Ribosomale RNA-Moleküle weisen strukturelle Besonderheiten auf, wie chemische Modifikationen und komplexe Faltungen, die die Reaktionsdynamik beeinflussen können und daher berücksichtigt werden müssen.
Eine softwaregestützte Analyse auf DNA- und RNA-Ebene wurde benutzt, um den potenziellen Einfluss der räumlichen Anordnungen der 16S-Sequenz auf einzelne Schritte der RT-qPCR-Reaktion zu untersuchen. Mithilfe von In-silico-Simulationen wurde eine Auswahl an Primern für das Screening getroffen und vorläufige Reaktionsparameter für die RT-qPCR ermittelt.
Die Etablierung einer robusten Real-Time-PCR (qPCR) war ein essenzieller Zwischenschritt in dieser Arbeit. Diese Standard-qPCR sollte im späteren Verlauf als Referenzmethode dienen und einen direkten Vergleich mit der Reverse-Transkriptase-qPCR ermöglichen. Darüber hinaus sollte sie als Werkzeug zur Quantifizierung von Einflussfaktoren und zur Optimierung der Variablen in der reversen Transkription fungieren. Anschließend erfolgte die Etablierung und Charakterisierung der reversen Transkription.
Durch experimentelle Primer-Selektion in Kombination mit der Auswahl an Enzymen und Optimierung der Reaktionsbedingungen konnte eine Real-Time PCR etabliert werden, die zum Nachweis der bakteriellen genomischen DNA sowie der von rRNA abgeleiteten cDNA diente und eine Sensitivität von bis zu 50 Genomäquivalenten erreichte. Die der qPCR vorgeschaltete reverse Transkription führte zu einer Steigerung der Gesamtmenge an DNA-Matrizen um Faktor 100 bis 1000 und bestätigte die Ergebnisse einer japanischen Arbeitsgruppe, die eine ähnliche Erhöhung der diagnostischen Sensitivität bei Einsatz von rRNA anstelle von DNA am Beispiel von S. aureus und P. aeruginosa gezeigt hatten.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die angestrebte Steigerung der Sensitivität im RT-qPCR-Verfahren im Vergleich zur herkömmlichen qPCR-Methode entscheidend von der Menge der cDNA-Moleküle und somit von der Effizienz der reversen Transkription abhängt. Diese Arbeit unterstützt weiterhin die Hypothese, dass 16S rRNA als Target für diagnostische Anwendungen dienen kann. Der potenzielle Nutzen liegt darin, dass die vorgeschaltete reverse Transkription die Nachweisgrenze der qPCR erweitern und die Häufigkeit falsch-negativer Ergebnisse, insbesondere bei Proben mit geringen Mengen an genomischer DNA, reduzieren kann.
Weitere Studien sind notwendig, um die Methode für den klinischen Alltag weiter zu optimieren und zu evaluieren.In addition to classical microbiological diagnostics, molecular biological methods have increasingly been developed over the past decades, enabling the detection of nucleic acids directly from patient material within a short period of time. DNA-based PCR analysis is the most widely used method.
In samples with low bacterial counts and a high risk of false-negative results, the use of multi-copy targets like the abundant ribosomal RNA offers a promising approach for the diagnosis of neonatal sepsis. Depending on the target bacterium, the number of ribosomes per cell ranges from 100 to 10,000. To date, this concept has not been widely adopted. At present, there are no commercially available tests for pathogen identification based on species-specific 16S rRNA. This is in contrast to medical virology, where viral RNA is used as frequently as DNA.
This study investigated the potential of 16S rRNA as a novel molecular marker for PCR-based detection, using the example of the pathogen Streptococcus agalactiae. A central focus was on the development and optimization of a 16S rRNA-based reverse transcription polymerase chain reaction with the aim of demonstrating increased sensitivity compared to DNA-based qPCR method.
In contrast to DNA, ribosomal RNA molecules exhibit distinctive structural characteristics, such as chemical modifications and complex folding patterns, which can impact reaction dynamics and thus require careful consideration.
A software-assisted analysis at the DNA and RNA levels was utilized to examine the potential influence of secondary structures of the 16S sequence on specific steps of the RT-qPCR reaction. Using in-silico simulations a set of primers was chosen for screening, and preliminary reaction parameters for the RT-qPCR were determined.
The development of a robust real-time PCR (qPCR) was an essential intermediate step in this study. This standard qPCR was intended to serve as a reference method for direct comparison with the reverse transcription qPCR. Additionally, it was to be used as a tool for quantifying influencing factors and optimizing variables in reverse transcription process. Following this, the reverse transcription step was developed and characterized.
Using experimental primer selection, combined with the choice of enzymes and optimization of reaction conditions, a real-time PCR (qPCR) was developed for detecting both bacterial genomic DNA and cDNA derived from rRNA. This method achieved a sensitivity of up to 50 genome equivalents. The reverse transcription step preceding the qPCR resulted in a 100 to 1000-fold increase in the total amount of DNA templates. This confirmed the results of a Japanese research group, which reported a similar increase in diagnostic sensitivity when using rRNA instead of DNA for the detection of S. aureus and P. aeruginosa.
The results of this study demonstrate that the sensitivity increase in the RT-qPCR method, compared to the qPCR, is significantly dependent on the amount of cDNA molecules and thus on the efficiency of reverse transcription. This study further supports the hypothesis proposing 16S rRNA as a useful additional target for diagnostic applications. The potential benefit lies in the fact that the preceding reverse transcription can extend the detection limit of qPCR and reduce the frequency of false-negative results, especially in samples with low amounts of genomic DNA.
Further invistgations are necessary to optimize and evaluate the method for suitability in routine clinical practice
Randqualität verschiedener Fissurenversiegelungen in vitro
No full textZusammenfassung
Ziel der Studie:
In der vorliegenden Studie wird die Randqualität verschiedener Fissurenversiegelungen untersucht. Bei unterschiedlicher Kavitätenvorbereitung werden verschiedene Materialien untereinander verglichen. In zwei der insgesamt sechs Versuchsgruppen folgt das Vorgehen der aktuellen Leitlinien-Empfehlung. Das Ziel der Studie ist die Prüfung anderer Methoden zur Versiegelung von Fissuren auf ähnlich gute Ergebnisse.
Material und Methode:
Um die für diese Studie notwendigen standardisierten Rahmenbedingungen zu schaffen, wurden 48 karies- und restaurationsfreie Molaren randomisiert in sechs Versuchsgruppen (n=8) eingeteilt. Die Versuchsgruppen unterschieden sich hinsichtlich ihrer Kavitätenvorbereitung und den verwendeten Materialien. Während die Molaren in den Gruppen 1,2 und 4 gemäß einer prophylaktischen Versiegelung nicht präpariert worden sind, wurden die Fissuren der Molaren der Gruppen 5, 3 und 6 minimalinvasiv mittels Fissurenbohrer aufgezogen. Die Versuchsgruppen 1, 2 und 3 wurden mit einem Glasionomerzement gefüllt, während die Gruppen 1 und 3 eine zusätzliche Konditionierung mit 37%iger Phosphorsäure in Anspruch nahmen. Die Molaren der Gruppen 4, 5 und 6 wurden mit Kunststoff gefüllt. Für die Gruppe Vier und Fünf wurde ein standardisierter Fissurenversiegeler verwendet, wobei die Kavität der Gruppe 4 gemäß aktueller Leitlinienempfehlung zusätzlich mit 37%iger Phosphorsäure vorbehandelt wurde. In der Versuchsgruppe 6 erfolgte eine minimalinvasive Füllungstherapie mit einem niedrigviskösen Kunststoff und einer Kavitätenvorbereitung mit 37%iger Phosphorsäure und einem Adhäsivsystems. Für alle Versuchsgruppen erfolgten 10.000 Zyklen thermischer Wechselbelastung, um eine artifizielle Alterung zu simulieren. Vor und nach Wechselbelastung wurden Repliken angefertigt, um die Analyse der Randqualität unter dem Rasterelektronenmikroskop zu ermöglichen.
Ergebnisse:
Vor thermischer Wechselbelastung zeigten die Gruppen 1-4 und 6 eine Haftqualität von 100 %. Die Versuchsgruppe 5 zeigte mit 80 % als einzige geminderte Haftwerte. Nach vollzogener thermischer Wechselbelastung verschlechterte sich jedoch die Haftqualität in jeder Gruppe. In den Gruppen 1-3 waren die Ergebnisse nach thermischer Wechselbelastung signifikant schlechter. Die Gruppen 4 (Helioseal®, H3PO4, PFV) und 6 (Venus® Diamond Flow, Syntac® Classic, H3PO4) schnitten am besten ab, da hier mit 96 und 98 % kein signifikant schlechteres Ergebnis als vor thermischer Wechselbelastung vorlag. Die Gruppen 1-3, welche mit einem Glasionomerzement (Ketac®) gefüllt worden sind, erzielten alle ein signifikant schlechteres Ergebnis. Die Gruppe 5 (Helioseal®, EFV) erzielte mit 37 % das signifikant schlechteste Ergebnis. Hier waren die Werte sowohl vor als auch nach thermischer Wechselbelastung am signifikant schlechtesten.
Schlussfolgerung:
Um eine sehr gute Randqualität zu sichern, eignet sich für die prophylaktische Fissurenversiegelung der Fissurenversiegeler Helioseal® in Kombination mit zuvorgegangener Schmelzätzung mit 37%iger Phosphorsäure am besten. Für eine erweiterte Fissurenversiegelung, welche gleichzeitig auch eine minimalinvasive Füllungstherapie ist, erzielte der niedrigvisköse Kunststoff Venus® Diamond Flow in Kombination mit dem Adhäsivsystem Syntac® Classic ebenfalls sehr gute Ergebnisse. Beide Verfahren spiegeln die Empfehlung der aktuellen Leitlinie zur Fissuren- und Grübchenversiegelung wider. Diese Empfehlung kann somit durch die vorliegende in-vitro Studie unterstützt werden. Die Gruppen, in denen das Glasionomerzement zum Einsatz kam, schnitten in dieser Studie im Vergleich schlechter ab. Da die initiale Randqualität gut war, kann das Füllungsmaterial trotzdem für provisorische Versorgungen oder in Entwicklungs- und Schwellenländern in Form einer ART- Füllung, in Erwägung gezogen werden.Summary
Aim of the study:
In the present study, the marginal quality of various fissure sealants was investigated. Different materials with varying cavity preparations were compared. In two of the six experimental groups, the whole procedure follows the recommendation based on the current guidelines. The aim of the study is to evaluate whether alternative methods for fissure sealings can achieve similarly good results.
Material and methods:
To establish standardized conditions, which are necessary for this in vitro study, 48 caries- and restoration-free human molars were randomly divided into six experimental groups (n=8). Each group differed in terms of the cavity preparation and the materials used. Following the approach of a prophylactic sealing, no preparation was done in the groups 1, 2 and 4. On the contrary, the groups 3, 5 and 6 were prepared with a fissure burr. The fissures of the molars were carefully expanded. The material used in the groups 1-3 is a glass ionomer cement. Additionally the molars of the group 1 and 3 received a conditioning using 37% phosphoric acid. In groups 4-6 a composite resin was used. For groups 4 and 5 a standardized resin fissure sealant was used. The cavities in group 4 were additionally pretreated with 37% phosphoric acid. Group 4 corresponds to the current guideline recommendation. In group 6 a low-viscosity composite resin with a cavity conditioned with 37% phosphoric acid and an adhesive system was used, also in accordance with current recommendation of the guidelines for pit and fissure sealants. All groups were subjected in a thermal cylcer (10.000 cycles at 5°C and 55°C) to simulate artificial aging. Impressions were made bevor and after the thermal loading to enable analysis of marginal quality under a scanning electron microscope.
Results:
The results showed that group 4 (Helioseal®, H3PO4, prophylactic fissure sealing) and group 6 (Venus® Diamond Flow, Syntac® Classic, H3PO4, extended fissure sealing) performed best in terms of marginal quality after thermal loading (p>0,05). Before thermal loading, group 1-3 (filled with the glass ionomer cement Ketac®) showed an adhesion quality of 100%. After thermal loading the quality decreased and the glass ionomer cement showed poorer outcomes in comparison with group 4 and 6. Group 5 (Helioseals®, preparation with fissure burr, no conditioning with phosphoric acid) had the worst performance overall. This refers to the marginal quality before (p<0,05) and after thermal loading (p<0,05).
Conclusion:
Based on this in vitro study, excellent marginal quality can be ensured with the use of the prophylactic fissure sealant Helioseal® in combination with prior enamel etching using 37% phosphoric acid. For extended fissure sealings that also function as a minimally invasive filling therapy, the low-viscosity composite resin Venus® Diamond Flow in combination with the Syntac® Classic adhesive system, also including phosphoric etching, delivered very good results and can also be recommended based on this study.
The groups treated with the glass ionomer cement Ketac®, showed inferior performance in comparison. However, since the initial marginal quality was good, the material can still be considered for temporary restorations or treatments in the meaning of the ART technique in developing countrys with limited options
In-vitro Untersuchungen zum Einfluss der subgingivalen Lage präparierter Zahnflächen auf deren korrekte Erfassung mit Hilfe intraoraler Scanner
No full textDie digitale Abformung der Zahnreihen ist mittlerweile ein fester Bestandteil der modernen Zahnmedizin. Im Gegensatz zu Laborscannern erlauben Intraoralscanner die Patientensituation direkt optisch zu erfassen und mit Hilfe spezieller Software virtuell dreidimensionale Modelle der Mundsituation zu generieren.
Die Anfertigung von passgenauem Zahnersatz setzt die formgetreue Digitalisierung aller relevanten Zahn- und Kieferareale voraus.
Zielsetzung:
In der vorliegenden in-vitro Studie sollte für drei handelsübliche intraorale Scanner geprüft werden inwieweit die subgingivale Lage der Präparationsgrenze und die angrenzenden präparierten Zahnflächen einen Einfluss auf die Zeichnungsschärfe und Formtreue der digitalisierten Zahnareale hat. Zudem sollte in einer Vorstudie für die digitale Überlagerungssoftware PolyWorks® geklärt werden, ob die für das korrekte digitale Überlagern erforderlichen, nicht in einer Fläche liegenden Orientierungspunkte, willkürlich gesetzt werden können.
Material und Methode:
Die Studie unterteilt sich in zwei Teilstudien.
Teilstudie A diente der Prüfung der Überlagerungssoftware PolyWorks®. Dazu wurde ein formstabiles Typ IV-Gipsmodell eines vollbezahnten Oberkiefers mit einem handelsüblichen Laborscanner (T710® der Firma Medit™) und drei handelsüblichen Intraoralscannern (TRIOS 3® - 3shape™; i700® - Medit™; CEREC Primescan ® - Dentsply Sirona™) unter Wahl verschiederener Orientierungspunkte mehrfach gescannt. Die Scans wurden anschließend anhand definierter Referenzpunkte miteinander verglichen.
Für die Teilstudie B wurde ein spezielles dimensionsstabiles Oberkiefermodell konstruiert und gefertigt, welches über Mikrometerschrauben die präzise Verschiebung eines präparierten Zahnes 16 in den drei Raumachsen gegenüber den restlichen Zähnen ermöglicht. Um Formveränderungen des Modells zu vermeiden, besteht das Kunstoffmodell im Kern aus einem stabilen Nichtedelmetall-Gerüst, welches mit den Keramikersatzzähnen festverklebt wurde.
Der Zahnstumpf 16 weist mesial, distal, palatinal und vestibulär unterschiedliche Präparationsformen auf und ist von einer Gingivamaske aus Silikon umfasst.
Ausgehend von einer äquigingivalen Lage der Präparationsgrenze wurde der Stumpf und damit die Präparationsgrenze in 0,5 mm Schritten nach apikal verlagert und dabei mit den drei Intraoralscannern jeweils dreimal gescannt. Die Scans wurden anschließend unter Verwendung der PolyWorks® Software miteinander digital verglichen.
Ergebnisse:
Die Ergebnisse der Teilstudie A belegen, dass die Funktion „Best-Fit“ der Vergleichssoftware PolyWorks® zu keinen artifiziellen Abweichungen der Scans führt. Daher ist die Nullhypothese, dass die für das korrekte Überlagern digitaler Scans erforderlichen Orientierungspunkte in der PolyWorks® Software ohne Qualitätsverlust willkürlich gesetzt werden können, anzunehmen.
Zusätzlich wurde für den Laborscanner anhand mehrfacher Scans mit einer maximalen Abweichung von 0,007 mm eine gute Reliabilität nachgewiesen.
Des Weiteren wurden die Scans mittels der Intraoralscanner an 28 ausgewählten Referenzpunkten hinsichtlich möglicher Abweichungen zum Masterscan untersucht.
Der Primescan® zeigte mit 0,22 mm die größten Divergenzen im Bereich des Frontzahnes 11, gefolgt vom TRIOS 3® mit einer mittleren Abweichung von 0,19 mm am Zahn 21. Die geringsten Divergenzen zeigte mit einer maximalen mittelwertigen Abweichung von 0,0548 mm am Zahn 24 der i700®. In der dem Ankerzahn gegenüberliegenden Region 26 und 27 zeigten die Scans der Intraoralscanner im Vergleich zum Referenzscan mittelwertige Abweichungen zwischen 0,657 mm und -0,134 mm in der z-Achse. Die Scans der Intraoralscanner waren demnach gegenüber dem Referenzscan im Frontzahnbereich geweitet und im Molarenbereich in der z-Achse deformiert dargestellt.
Die Ergebnisse der Teilstudie B belegen, dass eine weite Sulkusöffnung, sowie die gute Einsehbarkeit der zu erfassenden Bereiche Voraussetzung für eine korrekte Darstellung sind. Die mesial, deutlich konisch zulaufende Präparationsgrenze wurde bis zu einer subgingivalen Absenkung von 2,5 mm durch alle Intraoralscanner eindeutig erkennbar erfasst. Die vestibuläre, distale und orale Präparationsgrenze konnte hingegen ab 1,5 mm subgingivaler Lage mit Hilfe der Intraoralscanner nicht mehr eindeutig korrekt dargestellt werden.
Hinsichtlich der präzisen Erfassung der Präparationsgrenze zeigten die drei getesteten Intraoralscanner keine relevanten Unterschiede.
Ab einer apikalen Verlagerung von 3,5 mm konnte die distale und die vestibuläre Stumpffläche im unteren Drittel nicht mehr erfasst werden. Die mesiale und die orale Stumpffläche konnte hingegen bis zu einer maximalen Verlagerung von 5,0 mm ohne klinisch relevante Abweichungen durch alle drei Intraoralscanner digitalisiert werden.
Die Hypothese, dass die subgingivale Lage der Präparationsgrenze sowie Form und Morphologie des präparierten Zahnstumpfes keinen Einfluss auf die formkorrekte Erfassung mit Hilfe von intraoralen Scannern hat, ist daher abzulehnen.
Auch wenn subgingival tieferliegende, aber einsehbare Zahnflächen korrekt digitalisiert werden, kann die Präparationsgrenze bereits bei einer geringen subgingivalen Lage verrundet wiedergegeben werden.
Diskussion und Schlussfolgerung:
Die subgingivale Lage, die zirkuläre Ausformung der Präparationsgrenze, sowie die Einsehbarkeit des Sulkus haben einen Einfluss auf die digitale Erfassung mit intraoralen Scannern. So belegen auch die Ergebnisse dieser Studie, dass Zahnareale nur dann systembedingt korrekt digital erfasst werden können, wenn sie auch eindeutig visuell einsehbar sind. Die Einsehbarkeit einer subgingival liegenden Präparationsgrenze ist aber kein Garant für deren präzise Registrierung. Ob die Präparationsgrenze formgetreu erfasst und nicht verrundet dargestellt wurde, ist nur durch eine genaue Inspektion des am Bildschirm vergrößerten Scans erkennbar. Im Idealfall sollte diese Inspektion zeitnah durch den Behandler, welcher die Präparation durchgeführt hat, erfolgen. Ist die Präparationsgrenze zirkulär nicht eindeutig und vollständig visuell erkennbar oder deutlich subgingival gelegen, ist ein Sulkusmanagement erforderlich.
Die Ergebnisse belegen aber auch, dass ausgenommen der Gefahr einer fehlerhaften Darstellung der subgingivalen Präparationsgrenze steiler abfallende und deutlich unterhalb des Gingivalsaumes liegende Zahnflächen klinisch ausreichend präzise durch Intraoralscanner dargestellt werden, sofern diese einsehbar sind.
Trotz der Fortschritte in der Scantechnologie gibt es klinische Situationen, in denen analoge Abformungen den digitalen Verfahren deutlich überlegen sind. Dies gilt insbesondere für sehr tief subgingival liegende Präparationsgrenzen, weitspannige, über den Zahnbogen laufende festsitzende Konstruktionen und zahnlose Kieferabschnitte.
Abschließend ist zu betonen, dass die Ergebnisse dieser Studie hinsichtlich Präzision und Reliabilität strenggenommen nur für die drei verglichenen Intraoralscanner-Typen gelten. Zudem wurden in dieser in-vitro Studie klinische Faktoren wie Speichel und Blut nicht simuliert. Weiterführende in-vivo Studien sollten die in-vitro gewonnenen Erkenntnisse ergänzen.Digital impression-taking of dental arches has become an integral part of modern dentistry. In contrast to laboratory scanners, intraoral scanners allow direct optical capture of the patient's situation and, with the help of specialized software, generate virtual three-dimensional models of the oral situation. The fabrication of precisely fitting dental restorations requires the accurate digitalization of all relevant dental and jaw areas.
Objective:
The aim of this in-vitro study was to evaluate, for three commercially available intraoral scanners, to what extent the subgingival position of the preparation margin and the adjacent prepared tooth surfaces influence the sharpness and accuracy of the digitized dental areas. Additionally, a preliminary study was conducted to determine whether the orientation points required for correct digital matching in the PolyWorks® overlay software, which do not lie in a single plane, can be placed arbitrarily.
Materials and Methods:
The study is divided into two substudies.
Substudy A focused on evaluating the PolyWorks® overlay software. For this, a dimensionally stable type IV gypsum model of a fully dentate maxilla was scanned multiple times using a standard laboratory scanner (T710®, Medit™) and three commercially available intraoral scanners (TRIOS 3® – 3shape™, i700® – Medit™, CEREC Primescan® – Dentsply Sirona™), each time selecting different orientation points. The resulting scans were then compared using defined reference points.
For Substudy B, a specially constructed, dimensionally stable maxillary model was fabricated, which allows precise movement of a prepared tooth 16 along three spatial axes relative to the remaining teeth using micrometer screws. To avoid deformation of the model, the core of the plastic model consists of a stable non-precious metal framework, which is firmly bonded to the ceramic teeth. The tooth stump 16 displays different preparation forms mesially, distally, palatally, and vestibularly and is surrounded by a silicone gingival mask. Starting from an equigingival position of the preparation margin, the stump—and thus the preparation margin—was shifted apically in 0.5 mm increments, and scanned three times with each of the three intraoral scanners at each position. The scans were then digitally compared using the PolyWorks® software.
Results:
The results of sub-study A demonstrate that the "Best-Fit" function of the PolyWorks® comparison software does not introduce artificial deviations in the scans. Therefore, the null hypothesis - that the orientation points required for correctly superimposing digital scans can be arbitrarily set in the PolyWorks® software without quality loss - should be accepted. Additionally, the laboratory scanner demonstrated good reliability through repeated scans with a maximum deviation of 0.007 mm.
Furthermore, the scans were examined at 28 selected reference points using the intraoral scanners for possible deviations from the master scan.
The Primescan® showed the largest divergences of 0.22 mm in the area of anterior tooth 11, followed by the TRIOS 3® with a mean deviation of 0.19 mm at tooth 21. The i700® displayed the smallest deviations, with a maximum mean divergence of 0.0548 mm at tooth 24. In the opposing region of teeth 26 and 27, intraoral scanner scans showed mean deviations between 0.657 mm and -0.134 mm along the z-axis compared to the reference scan, indicating expansion in the anterior region and z-axis deformation in the molar area.
Sub-study B findings reveal that wide sulcus opening and clear visibility of target areas are prerequisites for accurate representation. The mesial, distinctly tapering preparation margin was reliably captured by all intraoral scanners up to a subgingival depth of 2.5 mm. However, the vestibular, distal, and oral preparation margins could no longer be accurately represented by intraoral scanners beyond 1.5 mm subgingivally.
No significant differences were observed among the three tested intraoral scanner devices regarding precision in capturing preparation margins. Beyond an apical displacement of 3.5 mm, the distal and vestibular stump surfaces in the lower third could not be captured, while the mesial and oral surfaces were digitized without clinically relevant deviations up to 5.0 mm displacement.
The hypothesis that subgingival margin location, stump form, and morphology do not affect accurate intraoral scanner capture must be rejected. Even when deeper but visible subgingival surfaces are correctly digitized, preparation margins may appear rounded at shallower subgingival depths.
Discussion and Conclusion:
The subgingival position, the circumferential shaping of the preparation margin, and the visibility of the sulcus all influence digital acquisition with intraoral scanners. The results of this study confirm that dental areas can only be accurately captured by the system if they are also clearly visible. However, being able to see a subgingival preparation margin does not guarantee its precise registration. Whether the preparation margin is captured true to form and not displayed as rounded can only be determined by carefully inspecting the enlarged scan on the screen. Ideally, this inspection should be performed promptly by the clinician who carried out the preparation. If the preparation margin is not clearly and fully visible around the entire circumference or is located significantly subgingivally, sulcus management is necessary.
The results also show that, aside from the risk of inaccurate representation of the subgingival preparation margin, tooth surfaces that are steeply sloped and located well below the gingival margin can still be depicted with clinically sufficient precision by intraoral scanners, provided they are visible.
Despite advances in scanning technology, there are clinical situations in which conventional impressions are clearly superior to digital methods. This is especially true for very deep subgingival preparation margins, long-span fixed restorations crossing the dental arch, and edentulous jaw sections.
Finally, it should be emphasized that the results of this study regarding precision and reliability strictly apply only to the three intraoral scanner types compared. Additionally, clinical factors such as saliva and blood were not simulated in this in vitro study. Further in vivo studies should be conducted to supplement the findings obtained in vitro