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Titanium Cable Cerclage Increases the Load to Failure in Plate Osteosynthesis for Distal Femoral Fractures
No full textBackground and Objectives: The reduction of two-part oblique or spiral fractures of the distal femur using steel wire cerclage prior to plate osteosynthesis is a proven procedure. In addition to being useful in fracture reduction, wire cerclage was also shown to increase the stability of osteosynthesis. Nevertheless, metal corrosion and the allergenic potency of steel remain problematic disadvantages of this method. A biomechanical study was carried out to evaluate titanium cable cerclage as an alternative supplement for plate osteosynthesis of a distal femoral two-part fracture. Materials and Methods: An unstable AO/OTA 32-A2.3 fracture was created in eleven pairs of nonosteoporotic human cadaver femora. All the samples were treated with polyaxial angular stable plate osteosynthesis. One femur from each pair was randomly selected for an additional fracture fixation with multifilament titanium cable cerclage. Stepwise cyclic axial loading was applied in a load-to-failure mode using a servohydraulic testing machine. Results: All specimens (mean age: 80 years; range: 57–91 years) withstood a cycling force of at least 1800 N. With a mean load of 2982 N (95% CI: 2629–3335 N), the pressure forces resulting in osteosynthesis failure were significantly higher in specimens with an additional titanium cerclage (Group 1) than in samples that were solely treated with plate osteosynthesis (Group 2) at 2545 N (95% CI: 2257–2834 N) (p = 0.024). In both groups, cutting out the distal screws at the condyle region, resulting in shearing of the distal fragment proximal to the fracture line, was the most frequent cause of construct failure. Among the specimens assigned to Group 1, 36% exhibited a specific fracture pattern, namely, a fracture of the dorsal buttress above the cerclage. Analysis of axial stiffness (p = 0.286) and irreversible deformity of the specimens revealed no differences between the groups (p = 0.374). Conclusion: Titanium cable cerclage application, as a supplement to an angular stable plate, resulted in an increased load to failure. In terms of stability, the use of this adjunct for fracture fixation of supracondylar two-part oblique femoral fractures might, therefore, be an option, especially in patients who are sensitive to nickel.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Kombinatorische Kontrolle der Typ IVa Pili Formation durch MglA, FrzS, SgmX und SopA in Myxoccus xanthus
No full textAttachment to and translocation across surfaces using type IVa pili (T4aP) is of paramount importance for biofilm formation and virulence of several bacteria. T4aP are highly dynamic filaments, which undergo cycles of extension, surface adhesion, and retraction, sufficient to pull the cell forward. For the efficient translocation of rod-shaped bacteria over a surface, it is critical that T4aP are only formed at one of the poles. The rod-shaped Gram-negative soil bacterium Myxococcus xanthus moves with well-defined leading and lagging cell poles using T4aP, which are formed at the leading pole only. This localization is determined by the accumulation of MglA, a small Ras-like GTPase, and its downstream effector SgmX, a tetratricopeptide repeat-domain containing protein, at the leading pole. In this work, we addressed the underlying mechanisms of how SgmX stimulates T4aP formation. By precise quantification of the polar localization of MglA and SgmX, we confirm that MglA recruits SgmX and the pseudo-response regulator FrzS, which was also shown to be important for T4aP formation. FrzS, in turn, also stimulates polar SgmX localization. Moreover, FrzS and SgmX separately recruit the newly identified protein SopA to the leading cell pole. The phenotypic analysis of ΔsgmX, ΔfrzS, and ΔsopA mutants revealed that SgmX is essential for T4aP formation, whereas FrzS and SopA alone are not sufficient for T4aP formation. The observation that the single ΔsgmX, ΔfrzS, and ΔsopA mutants make progressively more T4aP supports that FrzS and SopA separately stimulate SgmX-dependent T4aP formation and T4aP-dependent motility, whereby the FrzS stimulation is more efficient. SgmX brings about the polar localization of the ATPase PilB, which is driving T4aP extension. However, a direct interaction between these two proteins has never been shown. We demonstrate that FrzS and SopA are also important and essential for the polar recruitment of PilB, respectively. We confirm that SgmX directly interacts with FrzS; moreover, we observed that SgmX interacts with SopA. Collectively, our data support that the main pathway for stimulating T4aP formation, and T4aP-dependent motility, is the MglA/SgmX pathway. FrzS further stimulates the pathway by recruiting SgmX and SopA. SopA, in turn, stimulates the function of SgmX, likely by promoting the SgmX-dependent interaction of the extension ATPase PilB with the base of the T4aP machine. The MglA/FrzS/SgmX/SopA pathway for orchestrating T4aP formation at the leading cell pole displays an architecture that allows for multiple layers of regulation and is reminiscent of a coincidence detector circuit. The maximal T4aP formation and T4aP-dependent motility are only accomplished when all four regulators are present.Die Haftung und Translokation auf Oberflächen durch die Verwendung von Typ IVa Pili (T4aP) hat eine enorme Bedeutung für die Biofilmformation und Virulenz unterschiedlichster Bakterien. T4aP sind hochdynamische Filamente, die Verlängerungs-/Haftungs-/Rückzugszyklen durchlaufen, um die Zelle vorwärts zu ziehen. Um eine effiziente Translokation auf Oberflächen zu gewährleisten, werden T4aP in stäbchenförmigen Bakterien lediglich an einem Pol gebildet. Das stäbchenförmige, Gram-negative Bodenbackterium Myxococcus xanthus bewegt sich mit eindeutig definiertem führenden -und einem nachfolgenden Zellpol. T4aP werden ausschließlich am führenden Zellpol gebildet. Diese Lokalisierung wird durch die Akkumulation von MglA, einer kleinen Ras-ähnlichen GTPase, sowie dem downstream Effektor SgmX, einem Tetratricopeptid Wiederholungs-domain beinhaltenden Protein, determiniert. In dieser Arbeit haben wir untersucht, wie SgmX die Formation von T4aP stimuliert. Durch präzise Quantifizierung der Lokalisation der Proteine MglA und SgmX bestätigen wir, dass MglA SgmX rekrutiert und weiterhin dabei hilft den pseudo-response Regulator FrzS zu rekrutieren, welcher ebenfalls eine wichtige Rolle in der T4aP-Bildung spielt. FrzS wiederum stimuliert die polare Rekrutierung von SgmX. Darüberhinaus sind SgmX und FrzS separat für die Rekrutierung zum führenden Zellpol des in dieser Arbeit identifizierten Protein SopA verantwortlich. Die phänoptypische Analyse von ΔsgmX, ΔfrzS -und ΔsopA Mutanten hat ergeben, dass SgmX essentiell für die Synthese von T4aP ist, wobei FrzS und SopA allein nicht erforderlich sind. Die Beobachtung, dass die ΔsgmX, ΔfrzS -und ΔsopA Einzelmutanten zunehmend mehr T4aP machen, unterstützt die Idee, dass FrzS und SopA separat die SgmX-abhängige T4aP-Formation und T4aP-anhängige Motilität stimulieren, wobei die Stimulation durch FrzS effektiver ist. SgmX führt die polare Lokalisierung der ATPase PilB herbei, die die T4aP-Formation antreibt. Eine direkte Interaktion zwischen SgmX und PilB, konnte bislang allerdings nicht detektiert werden. Unsere Daten zeigen, dass FrzS wichtig und SopA essentiell für die Lokaliserung von PilB am führenden Zellpol ist. Mit Hilfe von Interaktionsstudien, können wir bestätigen, dass SgmX mit FrzS interagiert. Außerdem interagieren SopA und SgmX miteinander. Insgesamt zeigen unsere Daten, dass der MglA/SgmX-Weg der Hauptweg zur Stimulierung der T4aP-Formation, und damit der T4aP-abhängigen Motilität ist. FrzS stimuliert diesen Weg zusätzlich durch die Rekrutierung von SgmX und SopA. SopA wiederum stimuliert die Funktion von SgmX, wahrscheinlich indem es die SgmX-abhängige Interaktion der Verlängerungs-ATPase PilB mit der Basis der T4aP Maschine fördert. Der MglA/FrzS/SgmX/SopA-Weg zur Orchestrierung der T4aP-Bildung am führenden Zellpol weist eine Architektur auf, die mehrere Regulierungsebenen ermöglicht und an einen Koinzidenzdetektor erinnert. Die maximale T4aP-Formation und damit T4aP-abhängige Motilität wird nur erreicht, wenn alle vier Regulatoren vorhanden sind
Protocol to target a promoter region in human embryonic kidney cells using the CRISPR-dCas9 system for single-locus proteomics
No full textThe unbiased identification of less-abundant transcription factors, which direct the expression of a target gene, is technically challenging. Here, we present a protocol to analyze the locus-specific chromatin-regulating proteome using in situ capture of chromatin interactions by an inactive Cas9 (dCas9). We describe steps for designing guide RNAs and transfection, followed by precipitation of chromatin and associated proteins. In the last step, we describe the elution of DNA and proteins for PCR and mass spectrometric analysis, respectively.
For complete details on the use and execution of this protocol, please refer to Alkhayer et al.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Inhibition of sterol O-acyltransferase 1 blocks Zika virus infection in cell lines and cerebral organoids
No full textViruses depend on host metabolic pathways and flaviviruses are specifically linked to lipid metabolism. During dengue virus infection lipid droplets are degraded to fuel replication and Zika virus (ZIKV) infection depends on triglyceride biosynthesis. Here, we systematically investigated the neutral lipid–synthesizing enzymes diacylglycerol O-acyltransferases (DGAT) and the sterol O-acyltransferase (SOAT) 1 in orthoflavivirus infection. Downregulation of DGAT1 and SOAT1 compromises ZIKV infection in hepatoma cells but only SOAT1 and not DGAT inhibitor treatment reduces ZIKV infection. DGAT1 interacts with the ZIKV capsid protein, indicating that protein interaction might be required for ZIKV replication. Importantly, inhibition of SOAT1 severely impairs ZIKV infection in neural cell culture models and cerebral organoids. SOAT1 inhibitor treatment decreases extracellular viral RNA and E protein level and lowers the specific infectivity of virions, indicating that ZIKV morphogenesis is compromised, likely due to accumulation of free cholesterol. Our findings provide insights into the importance of cholesterol and cholesterol ester balance for efficient ZIKV replication and implicate SOAT1 as an antiviral target.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Assessing and promoting self-regulatory skills in the teaching profession
No full textDie täglichen Aufgaben von Lehrkräften sind vielfältig und komplex - sie erfordern
immer wieder eine flexible Anpassung der eigenen Aufmerksamkeit und Verhaltensweisen. Im Referendariat sind die angehenden Lehrkräfte erstmals mit dem vollen Ausmaß ihrer Aufgabenbereiche konfrontiert und erleben sich oft als überfordert und gestresst (Rothland & Walter, 2023). Doch die Überlastung endet nicht immer automatisch mit dem Referendariat - auch berufserfahrene Lehrkräfte klagen über stressbezogene gesundheitliche Probleme (Dauber & Vollstädt, 2004). Die Vermittlung von Selbstregulationskompetenzen könnte in diesem Zusammenhang ein vielversprechender Baustein in der Prävention und Bewältigung dieser Belastung sein, da sie als förderbar gelten und nachweislich sowohl die berufliche Leistung als auch psychische Gesundheit von Lehrkräften beeinflussen (Baumert & Kunter, 2013). Doch konkrete Maßnahmen zur Förderung von Selbstregulationskompetenzen bei Erwachsenen sind bisher kaum vorhanden und können mangels geeigneter Messinstrumente auch nur unzureichend evaluiert werden. Bisher eingesetzte Fragebögen sind entweder zu kontextspezifisch (z.B. Lernstrategien im Studium, Schiefele & Wild, 2009) oder beziehen sich eher auf stabile Persönlichkeitsmerkmale als konkrete und veränderbare Verhaltensweisen. Ziel dieser Arbeit war es daher, zunächst einen Fragebogen zu entwickeln, der Selbstregulation möglichst verhaltensnah erfasst und zudem kontextübergreifend eingesetzt werden kann. Der Marburger Selbstregulationsfragebogen für Lehrkräfte (MSR-T) wurde mithilfe von zwei Onlinestudien mit angehenden und berufserfahrenen Lehrkräften (N = 255; N = 356) entwickelt und validiert. Die Subskalen zeigten gute bis sehr gute psychometrische Eigenschaften. Die theoretisch angenommene Faktorenstruktur wies im Rahmen einer konfirmatorischen Faktorenanalyse (CFA) eine gute Modellpassung auf. Die konvergente und diskriminante Validität wurden mittels Korrelationen zu den Skalen Berufliche Belastung, Lehrer-Selbstwirksamkeits-Skala, Motivation and Engagement Scale und der Kurzversion des Instruments Arbeits- und Verhaltensmuster (AVEM) überprüft. Der Fragebogen wurde in einer dritten Studie (N = 183) mit (teils angehenden) Lehrkräften eingesetzt, um Erkenntnisse über die Trainierbarkeit von Selbstregulationskompetenzen zu gewinnen. Hierfür wurde ein kurzes Online-Training entwickelt, das die im MSR-T erfassten Stärken und Schwächen der Teilnehmerinnen individuell berücksichtigte und entsprechende Trainingsmodule in den Bereichen Planen, Selbstbeobachtung und Reflexion vorgab. Dieses individualisierte Training wurde mit einer Wartekontrollgruppe und einer Gruppe mit allgemeinem Selbstbeobachtungstraining verglichen, welches lediglich Elemente aus dem Selbstbeobachtungmodul des individualisierten Trainings enthielt. Selbstregulationskompetenzen konnte erfolgreich mit dem individualisierten Online-Training trainiert werden. Ein allgemeines Selbstbeobachtungstraining reichte für eine Kompetenzsteigerung jedoch nicht aus. Besonders Lehrkräfte mit wenig Berufserfahrung profitierten von dem Training. Einzelne Subskalen des MSR-T sagten im Quer- und Längsschnitt Wohlbefinden und Stresserleben vorher.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass der MSR-T sich als geeignetes Instrument zur kontext- und prozessspezifischen Erfassung von Selbstregulationskompetenzen erwiesen hat und zur Ableitung individualisierter Trainingsempfehlungen genutzt werden kann. Die dabei identifizierten individuellen Stärken und Schwächen im Bereich Selbstregulation können ferner durch ein individualisiertes Online-Training gefördert werden. Weitere Implikationen für die Trainingsentwicklung werden diskutiert.Teachers’ daily tasks are varied and complex - they constantly require flexible adaptation of attention and behaviour. During their traineeship, trainee teachers are confronted with the full extent of their work responsibilities for the first time and often feel overwhelmed and stressed (Rothland & Walter, 2023). However, the overload does not necessarily end with the traineeship - experienced teachers also report stress-related health problems (Dauber & Vollstädt, 2004). In this context, teaching self-regulation skills could be a promising approach to preventing and managing this stress, as these skills can be developed and have been shown to influence both professional performance and mental health of teachers (Baumert & Kunter, 2013). However, concrete interventions to promote self-regulation skills in adults are scarce and cannot be adequately evaluated due to a lack of appropriate measurement tools. Questionnaires used so far are either too context-specific (e.g. learning strategies during studies, Schiefele & Wild, 2009) or refer to stable personality traits rather than concrete and changeable behaviours. The aim of this study was therefore to develop a questionnaire that measures self-regulation as closely as possible to behaviour and that can also be used across contexts. The Marburg Self-Regulation Questionnaire for Teachers (MSR-T) was developed and validated using two online studies with pre-service and experienced teachers (N = 255; N = 356). The subscales showed good to very good psychometric properties. The theoretically proposed factor structure showed good model fit in a confirmatory factor analysis. Convergent and discriminant validity was tested by correlations with the Job Stress Scale, the Teacher Self-Efficacy Scale, the Motivation and Engagement Scale and the short version of the Work and Behavioural Patterns Inventory. The questionnaire was used in a third study (N = 183) with (pre-service) teachers to assess the trainability of self-regulation skills. For this purpose, a short online training programme was developed, which considered the strengths and weaknesses of the participants as recorded in the MSR-T and recommended appropriate training modules in the areas of planning, self-monitoring and reflection. This individualised training was compared with a wait-list control group and a general self-regulation training group that underwent only elements from the self-monitoring module of the individualised training. Self-regulation skills were successfully enhanced with the individualised online training. However, general self-monitoring training was not sufficient to increase competence. In particular, teachers with less professional experience benefited more from the training. Individual subscales of the MSR-T predicted self-reported well-being and stress experience in both the cross-sectional and longitudinal samples.
In summary, the MSR-T has proven to be a suitable tool for contextual and process-specific assessment of self-regulation skills and can also be used to derive individualised training recommendations. The individual strengths and weaknesses profile of the different competencies identified in the process can be effectively addressed through individualised online training. Further implications for training development are discussed
PAC1 Agonist Maxadilan Reduces Atherosclerotic Lesions in Hypercholesterolemic ApoE-Deficient Mice
No full textA possible involvement of immune- and vasoregulatory PACAP signaling at the PAC1 receptor in atherogenesis and plaque-associated vascular inflammation has been suggested. Therefore, we tested the PAC1 receptor agonist Maxadilan and the PAC1 selective antagonist M65 on plaque development and lumen stenosis in the ApoE−/− atherosclerosis model for possible effects on atherogenesis. Adult male ApoE−/− mice were fed a cholesterol-enriched diet (CED) or standard chow (SC) treated with Maxadilan, M65 or Sham. Effects of treatment on atherosclerotic plaques, lumen stenosis, apoptosis and pro-inflammatory signatures were analyzed in the brachiocephalic trunk (BT). The percentage of Maxadilan treated mice exhibiting plaques under SC and CED was lower than that of Sham or M65 treatment indicating opposite effects of Maxadilan and M65. Maxadilan application inhibited lumen stenosis in SC and CED mice compared to the Sham mice. In spite of increased cholesterol levels, lumen stenosis of Maxadilan-treated mice was similar under CED and SC. In contrast, M65 under SC or CED did not reveal a significant influence on lumen stenosis. Maxadilan significantly reduced the TNF-α-immunoreactive (TNF-α+) area in the plaques under CED, but not under SC. In contrast, the IL-1β+ area was reduced after Maxadilan treatment in SC mice but remained unchanged in CED mice compared to Sham mice. Maxadilan reduced caspase-3 immunoreactive (caspase-3+) in the tunica media under both, SC and CED without affecting lipid content in plaques. Despite persistent hypercholesterolemia, Maxadilan reduces lumen stenosis, apoptosis and TNF-α driven inflammation. Our data suggest that Maxadilan provides atheroprotection by acting downstream of hypercholesterolemia-induced vascular inflammation. This implicates the potential of PAC1-specific agonist drugs against atherosclerosis even beyond statins and PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) inhibitors.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Die Risikoeinschätzung einer periprothetischen Knieprothesen-Infektion und eines erneuten Eingriffes nach einer septischen Knie-Totalendoprothesen-Wechseloperation
No full textEinleitung
Die periprothetische Infektion ist eine erhebliche Komplikation nach Implantation eines künstlichen Gelenkes. Abhängig vom Zeitpunkt der Erstmanifestation der periprotheti-schen Infektion stehen verschiedene Therapieoptionen zur Wahl – ein Austausch der mobilen Komponenten des künstlichen Gelenks (Onlaywechsel) oder dem kompletten Austausch des künstlichen Gelenks (Wechseloperation). Jahr für Jahr steigt die Zahl der Implantationen einer Knie-Totalendoprothese und damit auch steigende Revisionsein-griffe unter anderem aufgrund von periprothetischen Infektionen. Um das Risiko der Ausbildung einer periprothetischen Infektion nach Implantation einer Knie-Totalendoprothese besser einschätzen und vorbeugen zu können, wurden Komorbiditä-ten der Patienten mit einer periprothetischen Infektion einer Knie-Totalendoprothese retrospektiv analysiert. Es wurden Komorbiditäten eingeschlossen, welche in der Litera-tur einen beschriebenen Einfluss auf die Entwicklung einer Infektion haben oder eine Immunsuppression bewirken. Ebenso wurde überprüft, ob es mögliche Kumulativeffek-te von mehreren gleichzeitig vorliegenden Nebenerkrankungen gibt. Nach Möglichkeit war eines der Ziele dieser Arbeit die Erstellung einer Formel zur individuellen Risi-kostratifizierung, sodass vor der Primärimplantation den Patienten das Risiko einer mög-lichen Ausbildung einer periprothetischen Infektion aufgezeigt werden kann.
Methodik
Insgesamt wurden 170 Fälle mit einer periprothetischen Infektion der Knie-Totalendoprothese und einer durchgeführten operativen Sanierung untersucht, wovon 142 einen Austausch aller Komponenten der Knie-Totalendoprothese erhalten haben. Bei allen Patienten wurde die Standzeit der Knie-Totalendoprothese von der Erstimplan-tation bis zur septischen Wechseloperation sowie die Komorbiditäten der Patienten er-fasst und deren möglichen Einfluss zur Entwicklung einer periprothetischen Infektion untersucht. Weiterhin zeigten sich in den Ein-, Fünf- und Zehnjahres Nachkontrollen der Erfolg der operativen Therapie hinsichtlich einer Rezidivinfektion. Im Falle von erneuten Infektionen oder auch anderen Vorkommnissen am operierten Kniegelenk wurde dieses Patientenkollektiv einer gleichen Analyse unterzogen.
Ergebnisse
In über 87% der Fälle konnte die Infektion durch die septische Wechseloperation er-folgreich therapiert werden. Die Standzeit der Knie-Totalendoprothese war in der Pati-entengruppe mit einem niedrigeren American Society of Anesthesiologists Score sowie in den jüngeren Altersgruppen, vor allem bei den unter 50-Jährigen, deutlich kürzer. Die Korrelation zum Patientenalter und Standzeit der Knie-Totalendoprothese ist hoch signi-fikant (p=0,002) und ein höherer American Society of Anesthesiologists Score führte zu einer längeren Standzeit (p=0,02). Gleichfalls zeigte sich ein Prothesenversagen auf-grund einer periprothetischen Infektion besonders in den ersten zwei postoperativen Jahren bei über der Hälfte der Patientenpopulation. In der Datenauswertung zeigten sich Tendenzen in der positiven Korrelation zwischen der Ausbildung einer periprotheti-schen Infektion und dem Vorliegen einer Adipositas, Diabetes mellitus Typ 2 oder Rheumatoider Arthritis. Hingegen wirkte sich das Vorliegen einer therapierten arteriellen Hypertonie signifikant protektiv auf die Standzeit der Knie-Totalendoprothese aus (p=0,01).
Diskussion
Insgesamt konnte durch die Wechseloperation in fast 90% der Fälle beim Vorliegen einer periprothetischen Infektion eine erfolgreiche Sanierung erzielt werden. Das Risiko zur Ausbildung einer Gelenksinfektion ist vor allem in den ersten beiden postoperativen Jahren erhöht, zusätzliche Komorbiditäten wie Adipositas, Diabetes mellitus Typ 2 und rheumatoide Arthritis scheinen das Risiko zusätzlich zu erhöhen. In der jüngeren Patien-tengruppe sowie in Patienten mit einem niedrigen American Society of Anesthesiologists Score ist die Standzeit der Knie-Totalendoprothese, vermutlich durch einen höheren Anspruch an die Kniegelenksprothese, reduziert. Außerdem wird vermutlich für ältere Patienten mit mehreren Komorbiditäten die Operationsindikation aufgrund des periope-rativen Risikos zurückhaltender gestellt, wodurch sich die längere Standzeit bei älteren Patienten erklären lässt. Eine Summation von mehreren negativ prädisponierenden Komorbiditäten der Patienten konnte in unserer Analyse keine Signifikanz ermittelt werden. Die multivariate Regressionsanalyse zur Erstellung einer Formel zur Risi-kostratifizierung für die mögliche Entwicklung einer periprothetischen Infektion ist auf-grund der häufig nicht signifikanten Zusammenhänge der Nebenerkrankungen nicht gelungen.Introduction
Periprosthetic infection is a significant complication after implantation of an artificial joint. Depending on the time of the initial manifestation of the periprosthetic infection, various treatment options are available - replacement of the mobile components of the artificial joint (onlay replacement) or complete replacement of the artificial joint (re-placement surgery). Year after year, the number of implantations of a total knee endo-prosthesis is increasing, and with it the number of revision operations due to peripros-thetic infections, among other things. To better assess and prevent the risk of developing a periprosthetic infection after implantation of a total knee arthroplasty, comorbidities of patients with a periprosthetic infection of a total knee arthroplasty were retrospective-ly analyzed. Comorbidities that have been described in the literature as having an influ-ence on the development of infection or causing immunosuppression were included. Likewise, we examined whether there were possible cumulative effects of multiple con-current comorbidities. If possible, one of the goals of this work was to create a formula for individual risk stratification, so that before primary implantation, patients can be shown the risk of possible development of periprosthetic infection.
Methodology
A total of 170 cases with periprosthetic infection of total knee arthroplasty and surgical rehabilitation performed were studied, of which 142 received replacement of all com-ponents of total knee arthroplasty. In all patients, the service life of the total knee ar-throplasty from initial implantation to septic replacement surgery as well as the patients' comorbidities were recorded and their possible influence on the development of periprosthetic infection was investigated. Furthermore, the one-, five-, and ten-year fol-low-ups showed the success of surgical therapy with regard to recurrent infection. In case of recurrence of infection or other events at the operated knee joint, this patient population was subjected to the same analysis.
Results
In more than 87% of the cases the infection could be successfully treated by septic re-placement surgery. The standing time of total knee arthroplasty was significantly shorter in the patient group with a lower American Society of Anesthesiologists score and in the younger age groups, especially in those younger than 50 years. The correlation to pa-tient age and service life of total knee arthroplasty was highly significant (p=0.002) and a higher American Society of Anesthesiologists Score resulted in a longer service life (p=0.02). Similarly, prosthesis failure due to periprosthetic infection was seen in over half of the patient population, particularly in the first two postoperative years. Data analysis revealed trends in the positive correlation between the development of periprosthetic infection and the presence of obesity, type 2 diabetes mellitus, or rheu-matoid arthritis. In contrast, the presence of treated arterial hypertension had a signifi-cant protective effect on the service life of the total knee arthroplasty (p=0.01).
Discussion
Overall, replacement surgery successfully rehabilitated periprosthetic infections in al-most 90% of cases. The risk of developing a joint infection is increased especially in the first two postoperative years, and additional comorbidities such as obesity, type 2 diabetes mellitus, and rheumatoid arthritis seem to further increase the risk. In the younger patient group and in patients with a low American Society of Anesthesiologists score, the service life of total knee arthroplasty is reduced, presumably due to a higher demand on the knee joint prosthesis. In addition, older patients with multiple comorbidi-ties are presumably more reluctant to have surgery indicated because of perioperative risk, which may explain the longer service life in older patients. Summation of multiple patients' negatively predisposing comorbidities did not reveal significance in our analy-sis. Multivariate regression analysis to generate a formula for risk stratification for the possible development of periprosthetic infection was unsuccessful because of the often nonsignificant correlations among the comorbidities
Synthese, Reaktivität und Eigenschaften des sym-Dimethyltetraphenylcarbodiphosphorans
No full textIm Rahmen der Arbeit wurden die Synthese, Eigenschaften und Reaktivität von sym-Dimethyltetraphenylcarbodiphosphoran {CDP(Me)} untersucht. Zunächst wurde die Darstellung von CDP(Me) ausgehend von Bis(diphenylphosphino)methan optimiert. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die NMR-Spektren der erhaltenen (Zwischen-)Produkte gelegt. Dazu wurde ein Verfahren entwickelt, welches es ermöglicht, die nicht messbare, virtuelle Kopplungskonstante der Phosphoratome näherungsweise zu berechnen. Für eine wiederholte und zudem praktikable Anwendung des Verfahrens wurde ein entsprechendes Programm zur Berechnung implementiert.
Die Reaktionen von CDP(Me) mit Iodmethan, Dimethylsulfat und (SiMe3)(OTf) in Lösung lieferten die jeweilige 1:1-Verbindungen {CDP(Me)Me}I, {CDP(Me)Me}(MeSO4) bzw. {CDP(Me)SiMe3}(OTf). In allen Fällen war es nicht möglich, die 1:2-Verbindung zu isolieren. Für die erfolgreiche Bildung von {CDP(Me)(SiMe3)2}(OTf)2 konnten massenspektrometrische und NMR-spektroskopische Hinweise gefunden werden. Auch Reaktionen von CDP(Me) mit PPhClX (X = Ph, Cl) lieferten jeweils die 1:1-Verbindung. Versuche zur Darstellung eines Phosphanyliden-Addukts waren nicht erfolgreich. Durch die Methylierung von {CDP(Me)PPh2}Cl war es möglich, das dreifach symmetrische {CDP(Me)P(Me)Ph2}ClI darzustellen. CDP(Me) wurde mit B(C6F5)3 umgesetzt, um zu untersuchen, ob sich ein Frustriertes Lewis-Paar (FLP) bildet, wie es für Hexaphenylcarbodiphosphoran {CDP(Ph)} der Fall ist. Im Gegensatz zum sterisch anspruchsvolleren CDP(Ph) wurde jedoch das "normale" Lewis-Säure-Base-Addukt {CDP(Me)B(C6F5)3} gebildet.
Die Reaktionen von CDP(Me) mit den Münzmetallhalogeniden wurden untersucht. Bei der Umsetzung mit Kupfer(I)-chlorid wurde (erwartungsgemäß) [Cu{CDP(Me)}Cl] erhalten. Die Umsetzung mit Silber(I)-chlorid lieferte entgegen der Erwartungen den dreikernigen Komplex [Ag{μ2-CDP(Me)}ClAg{μ2-CDP(Me)}AgCl2], in dem zwei CDP(Me)-Einheiten als μ2-verbrückende Liganden fungieren. Zur Untersuchung der Fähigkeit der Carbodiphosphorane in Übergangmetallkomplexen als 4e−-Donor zu agieren, wurde der Komplex [Fe{CDP(Me)}{N(SiMe3)2}2] hergestellt. Der Komplex wurde hinsichtlich seiner statischen magnetischen Eigenschaften mittels SQUID untersucht. Durch quantenchemische Rechnungen, die exemplarisch an [Fe{CDP(Ph)}{N(SiMe3)2}2] durchgeführt wurden, konnten Hinweise für eine 4e−-Donation von CDP(Ph) gefunden werden. Durch Umsetzung von CDP(Me) mit Nickeltetracarbonyl wurde der Komplex [Ni{CDP(Me)}(CO)3] erhalten, anhand dessen der Tolman Electronic Parameter (TEP) und das Percent Buried Volume (%Vbur) von CDP(Me) bestimmt wurden. Aus dieser Umsetzung konnte ebenfalss der zweikernige Komplex [Ni2{μ2-CDP(Me)}(CO)4(μ2-CO)] isoliert werden.
Die Molekülstrukturen aller isolierbaren Verbindungen wurden mittels Einkristallstrukturanalyse aufgeklärt. Soweit möglich, wurden alle Verbindungen mittels Massenspektrometrie sowie 1H-, 13C- und 31P-NMR-Spektroskopie untersucht. Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass sich die Reaktivitäten von CDP(Me) und CDP(Ph) zwar in vielen Punkten ähneln, es aber auch markante Unterschiede gibt. Diese Unterschiede konnen auf den größeren Elektronenreichtum und den geringeren sterischen Anspruch des CDP(Me) zurückgeführt werden.The synthesis, properties, and reactivity of sym-dimethyltetraphenylcarbodiphosphane {CDP(Me)} were investigated in this work. First, the preparation of CDP(Me) from bis(diphenylphosphino)methane was optimized. Particular attention was paid to the NMR spectra of the (intermediate) products obtained. For this purpose, a method was developed that makes it possible to calculate the non-measurable, virtual coupling constant of the phosphorus atoms approximately. A corresponding calculation program was implemented to enable repeated and practical application of the method.
The reactions of CDP(Me) with iodomethane, dimethyl sulfate, and (SiMe3)(OTf) in solution yielded the respective 1:1 compounds {CDP(Me)Me}I, {CDP(Me)Me}(MeSO4), and {CDP(Me)SiMe3}(OTf). In all cases, it was not possible to isolate the 1:2 compound. Mass spectrometric and NMR spectroscopic evidence was found for the successful formation of {CDP(Me)(SiMe3)2}(OTf)2. Reactions of CDP(Me) with PPhClX (X = Ph, Cl) also yielded the 1:1 compound in each case. Attempts to produce a phosphanyliden adduct were unsuccessful. Through the methylation of {CDP(Me)PPh2}Cl, it was possible to produce the triple-symmetric cation {CDP(Me)P(Me)Ph2}. CDP(Me) was reacted with B(C6F5)3 to investigate whether a frustrated Lewis pair (FLP) forms, as is the case for hexaphenylcarbodiphosphorane {CDP(Ph)}. In contrast to the more sterically demanding CDP(Ph), however, the "normal" Lewis acid-base adduct {CDP(Me)B(C6F5)3} was formed.
The reactions of CDP(Me) with coin metal halides were investigated. As expected, the reaction with copper(I) chloride yielded [Cu{CDP(Me)}Cl]. Contrary to expectations, the reaction with silver(I) chloride yielded the tricentric complex [Ag{μ2-CDP(Me)}ClAg{μ2-CDP(Me)}AgCl2], in which two CDP(Me) units act as μ2-bridging ligands. To investigate the ability of carbodiphosphoranes to act as 4e− donors, the complex [Fe{CDP(Me)}{N(SiMe3)2}2] was prepared. The complex was investigated with regard to its static magnetic properties using SQUID. Quantum chemical calculations performed on [Fe{CDP(Ph)}{N(SiMe3)2}2] as an example provided evidence for 4e− donation from CDP(Ph). The complex [Ni{CDP(Me)}(CO)3] was obtained by reacting CDP(Me) with nickel tetracarbonyl, which was used to determine the Tolman Electronic Parameter (TEP) and the Percent Buried Volume (%Vbur) of CDP(Me). This reaction also allowed the isolation of the dinuclear complex [Ni2{μ2-CDP(Me)}(CO)4(μ2-CO)].
The molecular structures of all isolatable compounds were determined by single crystal structure analysis. Where possible, all compounds were characterized by mass spectrometry and 1H, 13C, and 31P NMR spectroscopy.
The results of this work showed that although the reactivity of CDP(Me) and CDP(Ph) are similar in many respects, there are also striking differences. These differences can be attributed to the greater electron density and lower steric hindrance of CDP(Me)
Strukturelle Grundlage der CO2-Fixierung und Energieerhaltung in Acetogenen
No full textDie Fixierung von Kohlendioxid (CO2) hat aufgrund des beginnenden Klimawandels große Aufmerksamkeit erlangt. Eine vielversprechende Lösung dieses Problems stellt die bio-organische CO2-Reduktion durch acetogene Bakterien (Acetogene) dar. Hierbei handelt es sich um eine Gruppe anaerober Bakterien, welche CO2 binden, um in einer Umgebung mit extremen Lebensbedingungen überleben zu können. Dies erfolgt mit Hilfe eines sehr alten Stoffwechselsweges, dem Wood-Ljungdahl-Weg, der auf einzigartige Weise CO₂-Fixierung mit zwei lebensnotwendigen Bedingungen verbindet: Energieerhaltung bei gleichzeitiger Produktion von Biomasse. Diese Kopplung ist von entscheidender Bedeutung, da die Acetatbildung aus H2 und CO2 zur Bildung von lediglich 0,3 Mol ATP pro Mol Acetat führt, was die thermodynamische Grenze des Überlebens darstellt. Um mit dieser geringen Menge ATP zu überleben, nutzen Acetogene eine hochkomplexe bioenergetische Maschinerie für die CO2-Fixierung, die sowohl die Respiration als auch die Homöostase von Reduktionsäquivalenten verbindet. Der erste Schritt der CO2-Fixierung erfolgt in einigen Acetogenen durch die wasserstoffabhängige Kohlendioxid-Reduktase (HDCR), während die Redoxäquivalente durch den Elektronen bifurkierenden FeFe-Hydrogenase-Komplex HydABC erzeugt und durch einen multi-modularen Transhydrogenase-Komplex StnABC im Gleichgewicht gehalten werden. Um einen Ionengradienten für die ATP-Synthese aufzubauen, verwenden einige Acetogene schließlich die Fd:NAD+-Oxidoreduktase (Rnf) als primäres Respirationsenzym. Die extrem sauerstoffempfindliche Beschaffenheit dieser Komplexe und ihrer Redox-Kofaktoren stellt eine Herausforderung dar, um sie einer strukturellen Analyse zu unterziehen. Im Zuge der Arbeiten zu der hier vorgelegten Dissertation habe ich eine Methode zur anaeroben Vitrifizierung unter kontrollierten Redoxbedingungen zur Strukturbestimmung sauerstoffsensitiver Proteine mit Einzelpartikelanalyse etabliert. Die Determinierung mehrerer katalytischer Zustände unter bestimmten Stoffwechselbedingungen, zusammen mit biochemischen Analysen, sowie Simulationsdaten verhalfen zu einem tiefgreifenden Verständnis dieser molekularen Maschinen. Durch das Aufzeigen einer filamentösen Struktur der HDCR konnte erstmals ein enzymatisch dekorierter Nanodraht nachgewiesen werden, der sich zu großen, zellulären Bündeln zusammenfügt, um mutmaßlich CO2 optimal binden zu können. Die Aufklärung der Mechanismen von HydABC und StnABC wiederum zeigte, dass beide Enzyme eine besondere modulare Untereinheit zur Elektronenbifurkation durch Redox-gesteuerte Konformationsänderungen nutzen. Die intramolekulare Bewegung steuert die endergone und exergone Reduktion, die sich von allen anderen bisher bekannten Bifurkationsenzymen unterscheidet. Beide Komplexe verwenden das Konzept der Modularität: Durch Fusion eines bifurkierenden Moduls mit verschiedenen Untereinheiten können unterschiedliche Elektronen-Donoren genutzt werden, um so die enzymatische Vielfalt zu vergrößern. Schließlich ergab die Analyse der katalytischen Zustände des Rnf-Komplexes, dass das Enzym eine Kombination aus Redox-gesteuerten Konformationsänderungen und einem abwechselnden Durchlassmechanismus nutzt, um den Elektronentransfer mit dem Pumpen von Natriumionen zu koppeln. Dies würde ein neuartiges Prinzip für Ionenpumpen darstellen, das sich grundlegend von bisher bekannten Mechanismen unterscheidet. Die in dieser Arbeit entschlüsselten molekularen Prinzipien der Redox-gesteuerten Konformationsänderungen, des Aufbaus von Superkomplexen und der Modularität können allgemein auf anaerobe Bakterien und Archaeen angewendet werden und sind daher von großer Bedeutung für das Verständnis der Energieerhaltung und der chemischen Reaktionen, die notwendig sind, um am thermodynamischen Limit des Lebens noch überlebensfähig zu sein.Carbon dioxide (CO2) fixation and sequestration has gained significant attention due to the existential threat of climate change (1–4). Among exciting alternatives to capture and fix CO2, biological CO2 reduction by acetogenic bacteria (acetogens) stands apart (5–9). Acetogens are a phylogenetically diverse group of strictly anaerobic bacteria that fix CO2 while thriving in extremely energy-limited environments (10–14). They perform CO2 reduction using an ancient metabolic pathway known as the Wood-Ljungdahl pathway (WLP), the only known pathway that links CO2 fixation with two life-sustaining conditions: energy conservation and biomass production (15–17). However, autotrophy on H2 and CO2 results in the formation of only 0.3 moles of ATP/acetate, marking the thermodynamic limit of life (10, 12). Therefore, acetogens need efficient mechanisms to conserve and save energy. To achieve this, acetogens utilize complex, multi-subunit bioenergetic machines for CO2 fixation, generation and balance of reducing equivalents, and respiration. In some acetogens, CO2 fixation is carried out by the novel hydrogen-dependent carbon dioxide reductase (HDCR) (18); whereas, the redox equivalents are generated by the electron bifurcating, FeFe hydrogenase HydABC complex (19) and balanced by a muti-modular transhydrogenase StnABC complex(20). Finally, to establish an ion gradient for ATP synthesis, some acetogens use a Fd:NAD+ oxidoreductase (Rnf) as a primary respiratory enzyme (21). Despite their biochemical and physiological characterization, structural insights into how these protein complex’s function have remained open questions in the field of bioenergetics. A challenge that currently prevents a comprehensive understanding is the highly oxygen-sensitive nature of these protein complexes and their enzymatic redox cofactors, which often prevents structure determination. In the course of my thesis, I established a method of redox-environment controlled, anaerobic vitrification for high-resolution structure determination of oxygen susceptible proteins through single particle analysis (SPA). Additionally, this enables to image redox machinery under enzymatic turnover conditions, facilitating the determination of multiple functional states. For a comprehensive understanding of these enzymes, their cryo-EM structures were integrated with biochemical and simulation data to reveal the molecular basis of their functioning. First, I determined the filamentous structure of HDCR, uncovering the first-ever enzymatic decorated nanowire that assembles into large cellular bundles, facilitating the capture and fixation of CO2. Further, elucidation of the HydABC and StnABC complexes’ mechanisms unveiled that both utilize a unique modular subunit to perform electron bifurcation by redox-driven conformational changes. This distinctive mechanism gates the endergonic and exergonic reductions, setting it apart from all other bifurcation enzymes. More importantly, these two enzymes exemplify the concept of modularity: how a modular bifurcating subcomplex attaches to various electron input subunits, broadening the enzymatic toolkit of anaerobes. Lastly, analysis of the Rnf complex’s catalytic states revealed that the enzyme uses a combination of redox-driven conformational changes and an alternating gating mechanism to couple long-range electron transfer with sodium ion pumping. The proposed mechanism introduces a novel ion pumping principle fundamentally different from other known ion pumps. The molecular principles of redox-driven conformational changes, super complex assembly, and modularity unravelled in this thesis are broadly applicable across anaerobes, and therefore significant for our comprehension of energy conservation and challenging chemical reactions needed to subsist at the thermodynamic limit of life
Pitfalls of monetizing relational values in the context of climate change adaptation
No full textRelational values emphasize the desirable characteristics of nature–society relationships.
Unlike instrumental values, relational values have not yet been subjected to monetary
quantification, although they may be relevant to environmental policymaking or climate
change adaptation decisions which often rely on cost–benefit approximations. This paper
explores the quantification of relational values within a contingent valuation scenario both in
monetary (one-time donation) and non-monetary terms (Likert-scale, ranking) as well as using
a measure that elicits the desired allocation of government budget for adaptation. We
conduct two surveys within the context of adaptation projects, aiming to protect the tradi-
tional lifestyles of atoll islanders on the Solomon Islands and coastal communities in
Bangladesh. In these surveys, we employ two valuation scenarios – one with explicit mention
of relational value losses, and one without. Information on relational losses led to no
increases in monetary or non-monetary valuation but to a slightly higher allocation of
government budget in Bangladesh. We further assess and discuss the validity of our mea-
sures, also accounting for respondents’ financial situation. Our findings suggest that empha-
sizing relational losses could significantly increase disaster management funding in
Bangladesh, with a potential 55% budget increase based on our treatment effect. We further
discuss the difficulties in quantifying relational values in a context with limited ability to pay
and the importance of considering deliberative approaches for ensuring that all dimensions
of human-nature relationships are adequately considered in adaptation policy decision-
making.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg