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Analyse der Typ IV-A1 CRISPR-Cas-Aktivität in Pseudomonas oleovorans in vivo
No full textSurvival is a constant battle against environmental threats in the microbial world, while bacteria as well as archaea can suffer from invaders and need adaptive strategies to evade harmful mobile genetic elements. Here, CRISPR-Cas systems, classified into two major classes and several functionally distinct types, serve as adaptive immune systems against foreign DNA in prokaryotes. Type IV CRISPR-Cas systems are classified as class 1 systems, acting through multi-subunit ribonucleoprotein complexes. Unlike many other systems, Type IV usually lacks an adaptation module and does not rely on DNA cleavage for CRISPR interference.
Within recent studies a Type IV-A1 CRISPR-Cas system in the bacterium Pseudomonas oleovorans was found. Type IV-A1 is associated with the helicase CasDinG that is involved in unwinding the DNA during the interference process. The precise interference mechanism of Type IV-A1 has not yet been fully understood. Thus, this study addresses gaps in knowledge to further examine the activity and mechanism of the Type IV-A1 CRISPR-Cas system found in Pseudomonas oleovorans strain DSM 1045.
We first established a Golden Gate method for development and optimization of minimal CRISPR arrays to facilitate convenient cloning of synthetic crRNAs and pave the way of Type IV-A1 as a biotechnological tool. Various plasmids expressing synthetic crRNAs were generated using the Golden Gate cloning strategy to further analyze the native or a recombinant Type IV-A1 system. Furthermore, a novel time-lapse imaging system (SMARTIS) was developed, which is specifically designed for real-time visualization of bacterial colony growth. SMARTIS provides high-resolution images that can be further analyzed. Thus, variations in colony sizes and colors of Escherichia coli colonies expressing Type IV-A1 crRNPs were examined and revealed that colony heterogeneity is potentially caused by CRISPR-mediated targeting in combination with a used expression system.
We created P. oleovorans strains genomically expressing sfGFP and used various synthetic crRNAs to target different genomic regions. The range of mediated interference on genomic targets was determined and we demonstrated that the Type IV-A1 CRISPR-Cas system achieves long-range transcriptional repression. This extended interference effect is facilitated by the associated helicase CasDinG, which unwinds DNA in a 5′-3′ direction and potentially interrupts activity of the RNA polymerase.
Eventually, this research advances our understanding of Type IV-A1 CRISPR-Cas systems, emphasizing their distinctive interference mechanisms and potential as native tools for non-destructive gene regulation.In der mikrobiellen Welt gibt es einen ständigen Kampf der Organismen gegen verschieden Umweltbedrohungen, wobei sowohl Bakterien als auch Archaeen adaptive Strategien benötigen, um der Aufnahme fremder, schädlicher DNA zu entgehen. Hier bieten CRISPR-Cas-Systeme, welche in zwei unterschiedliche Klassen mit funktional verschiedenen Typen unterteilt werden, einen Schutzmechanismus. Typ-IV-CRISPR-Cas-Systeme gehören zur Klasse 1 und bestehen aus Ribonukleoprotein-Komplexen aus mehreren Proteinen. Im Gegensatz zu vielen anderen Systemen fehlt Typ-IV-Systemen in der Regel ein Adaptationsmodul, und sie oft nicht in der Lage die DNA-Schnitt während der CRISPR-Interferenz zu schneiden.
Ein Typ-IV-A1-CRISPR-Cas-System wurde im Bakterium Pseudomonas oleovorans identifiziert. Dieser Typ-IV-A1 ist mit der Helikase CasDinG assoziiert, welche während des Interferenzprozesses für das Entwinden der DNA verantwortlich ist. Der genaue Interferenzmechanismus von Type-IV-A1 ist noch nicht vollständig geklärt, weshalb diese Studie versucht Wissenslücken zu schließen und den Mechanismus des Typ-IV-A1-CRISPR-Cas-Systems aus Pseudomonas oleovorans Stamm DSM 1045 zu untersuchen.
Zunächst wurde eine Golden-Gate-Methode zur Entwicklung minimaler CRISPR-Arrays etabliert, um eine einfache Klonierung synthetischer crRNAs zu ermöglichen. Mithilfe der Golden-Gate-Klonierungsstrategie wurden verschiedene Plasmide, die synthetische crRNAs exprimieren, erstellt. Mit diesen wurde das native oder ein rekombinantes Typ-IV-A1-System analysiert. Ein neuartiges System (SMARTIS) zur Echtzeitvisualisierung von mikrobiellen Kolonien entwickelt und verwendet, um hochauflösende Zeitrafferaufnahmen zu generieren. Nach Analyse der Bilder auf Größen- und Farbvariationen von Bakterienkolonien, die Typ-IV-A1-crRNPs exprimieren, konnte gezeigt werden, dass Heterogenität von Kolonien potenziell durch CRISPR-Interferenz in Kombination mit dem verwendeten Expressionssystem verursacht wird.
Es wurden P. oleovorans-Stämme generiert, die sfGFP genomisch exprimieren. Mit Hilfe verschiedener synthetischer crRNAs wurden dann unterschiedliche genomische Regionen angegriffen. Der Bereich der CRISPR-Interferenz wurde bestimmt, wobei das Typ-IV-A1-CRISPR-Cas-System eine weite transkriptionelle Repression bewirkt. Diese erweiterte Interferenz wird durch CasDinG verursacht, welches DNA in 5′-3′-Richtung entwindet und möglicherweise die Aktivität der RNA-Polymerase unterbricht.
Letztlich trägt diese Forschungsarbeit dazu bei, unser Verständnis der Typ-IV-A1-CRISPR-Cas-Systeme zu erweitern, indem der einzigartige Interferenzmechanismus beleuchtet und das Potenzial von Type IV-A1 als Werkzeug zur Genregulation hervorgehoben wird
Fan, Q. et al., Experimental data for "On-Surface Radical Ring-Opening Polymerization Produces Ultra-Long Poly(p-phenylene) for Access to Nonbenzenoid Carbon Nanoribbons", Nature Chemistry 2025
No full textExperimental data for:
Qitang Fan (范其瑭), Qigang Zhong (仲启刚), Jan-Niclas Luy, Jakob Schramm, Lukas Ruppenthal, Wenhui Leng (冷文慧), Daniel Ebeling, Ralf Tonner-Zech, André Schirmeisen, J. Michael Gottfried,
"On-Surface Radical Ring-Opening Polymerization Produces Ultra-Long Poly(p-phenylene) for Access to Nonbenzenoid Carbon Nanoribbons",
Nature Chemistry 202
PEG-PLGA core–shell nanoparticles for the controlled delivery of picoplatin–hydroxypropyl β-cyclodextrin inclusion complex in triple-negative breast cancer: In vitro and in vivo study
No full textIn this study, we prepared an inclusion complex of picoplatin (Pc) with 2-hydroxy propyl β cyclodextrin (HPCD) to improve its hydrophilicity, yielding Pc-HPCD. The Pc-HPCD complex was encapsulated into PEG-PLGA nanoparticles (NPs) using the emulsion–solvent evaporation method, yielding Pc-HPCD@PEG-PLGA core–shell NPs. The inclusion complex was assessed using 1HNMR spectroscopy and a phase solubility study. In addition, the average hydrodynamic diameter, polydispersity index, zeta potential, and encapsulation efficiency (EE%) of the Pc-HPCD@PEG-PLGA NPs were 190.2 ± 8.7 nm, 0.14 ± 0.02, −13.97 ± 0.67 mV, and 80.7 ± 2.4%, respectively. In vitro release study showed a pH-triggered release manner. Furthermore, the biological evaluation of Pc-HPCD@PEG-PLGA NPs revealed a significantly potent cytotoxic activity (IC50 = 1.6 ± 0.24 µg/ml) against triple-negative breast cancer cells (TNBC), surpassing that of Pc-HPCD (IC50 = 5.3 ± 0.93 µg/ml) and Pc (IC50 = 7.5 ± 0.4 µg/ml). Pc-HPCD@PEG-PLGA NPs induced significant apoptosis and the ability to arrest cells at the sub-G1 phase in MDA-MB-231 cells. Moreover, in an in vivo model established using SEC-bearing mice, treatment with Pc-HPCD@PEG-PLGA demonstrated significant inhibition of tumor proliferation (67.2%). This was accompanied by improvements in hematological and biochemical measurements, as well as histopathological examination, which indicated a reduction in cellular and nuclear pleomorphism. Our study demonstrated the potential of Pc-HPCD@PEG-PLGA NPs to be employed as an effective and safe therapy capable of conquering TNBC.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Einfluss endodontischer Spüllösungen auf den Haftverbund zwischen einem Wurzelkanal-Sealer auf Tricalciumsilikat-Basis (BioRoot RCS) und dem Wurzeldentin
No full textIn vielen Studien wurden bisher die Veränderungen beschrieben, die Spüllösun-gen im Dentin hervorrufen. Darüber hinaus beschäftigen sich auch viele Studien mit dem kumulativen Einfluss von verschiedenen Spülprotokollen auf den Haft-verbund zwischen Sealer und Dentin. Noch nicht untersucht wurde bislang der Einfluss der einzelnen Spülflüssigkeiten auf den Haftverbund zwischen dem neuen biokompatiblen und -aktiven Sealer BioRoot RCS (Septodont) und dem Wurzelkanaldentin.
Für die Studie wurden extrahierte humane Zähne unterschiedlichen Alters ver-wendet, die nach der Extraktion bis zum Beginn der Versuche in 0,5%iger Chlo-ramin-T-Lösung gelagert wurden. Untersucht wurden 70 Zähne mit geradem Wurzelkanal und rundem Wurzelquerschnitt. Die Auswahl der einzelnen Zähne erfolgte nach einer röntgenologischen Beurteilung der Kanalmorphologie. Aus-geschlossen wurden Zähne mit gekrümmtem Wurzelkanal, einem obliterierten Kanal oder einem zu weiten Kanaldurchmesser. Für die Studie wurden Zähne mit geraden, nicht frakturierten und kariesfreien Wurzeln sowie einem intakt ausge-bildeten Apex, das heißt einem abgeschlossenen Wurzelwachstum und ohne Wurzelresorptionen, ausgewählt. Die Wurzeln wurden danach auf eine Länge von 9 mm gekürzt und anschließend in sieben Gruppen eingeteilt:
Gruppe 1: NaOCl (3 %) (Natriumhypochlorit)
Gruppe 2: EDTA (17 %) (Ethylendiamintetraacetat)
Gruppe 3: CHX (2 %) (Chlorhexidin)
Gruppe 4: QMix 2in1 (Lösung von Chlorhexidin, einem Tensid und EDTA)
Gruppe 5: Alkohol (95 %)
Gruppe 6: Citronensäure (40 %)
Gruppe 7: Aqua dest. (destilliertes Wasser)
Nach der Aufbereitung mit dem BioRaCe-System von # 20 bis # 60 wurden die Kanäle der einzelnen Gruppen mit 5 ml der jeweiligen Flüssigkeit für drei Minuten gespült. Nach der Spülung wurde der Kanal mit Papierspitzen getrocknet, um ein weiteres Einwirken zu verhindern. Nachfolgend wurde der auf Tricalciumsilikat basierende Sealer BioRoot RCS mit einem Kunststoffspatel angemischt und mit einer Papierspitze in die Wurzelkanäle eingebracht, wobei auch die Spreader be-füllt wurden.
Bei der Beurteilung der Haftwerte zeigte sich, dass nach der Spülung mit NaOCl die höchsten Haftverbunde gemessen wurden (Median: 2,71 MPa), die sich je-doch nicht signifikant von der Kontrollgruppe mit Wasser (Median: 2,8 MPa) un-terscheiden. Die geringsten Haftwerte ergeben sich bei der Spülflüssigkeit CHX (Median: 1,26). Bei der vorgenannten Betrachtungsweise geht hervor, dass Qmix 2in1, ein Tensid aus Chlorhexidin und EDTA ebenfalls geringe Haftwerte auf-weist. (Median: 1,85 MPa). Der Haftverbund nach der Spülung mit CHX war sig-nifikant schlechter als bei allen anderen Spülungen. Zudem war der Haftwert nach der Spülung mit QMix 2in1 signifikant schlechter als nach der Spülung mit NaOCl, da QMix 2in1 ebenfalls CHX enthält.
Jede Spülflüssigkeit hat einen kleinen Effekt auf die Haftfestigkeit des Sealers. Die höchste Haftfestigkeit erreichte NaOCl neben der Kontrollgruppe mit Wasser. Bei EDTA und Citronensäure, die eine dekalzifizierende Wirkung haben und die Schmierschicht auflösen, konnten nach NaOCl die höchsten Haftwerte erreicht werden. Daraus kann geschlossen werden, dass der Sealer eine andere Haftfes-tigkeit aufweist, wenn die Schmierschicht belassen wird. Calcium-Ionen spielen vermutlich eine relevante Rolle bei dem Haftverbund zwischen Dentin und Sealer.Many studies have described the changes induced by rinsing solutions in dentin. In addition, many studies also deal with the cumulative influence of different rins-ing protocols on the adhesive bond between sealer and dentin. The influence of the individual rinsing liquids on the bond between the new biocompatible and biologically active sealer BioRoot RCS (Septodont) and the root canal dentin has not yet been investigated.
Extracted human teeth of different ages were used for the study. After extraction, they were stored in 0.5% chloramine T solution until the start of the experiments. Seventy teeth with straight root canals and round root cross-sections were exam-ined. The selection of individual teeth was based on a radiographic assessment of canal morphology. Teeth with a curved root canal, an obliterated canal or an excessively wide canal diameter were excluded. Teeth with straight, non-frac-tured and caries-free roots and an intact apex, i.e. completed root growth and no root resorptions, were selected for the study. The roots were then short decoronated end to a length of 9 mm and then divided into seven groups:
Group 1: NAOCI (3%) (sodium hypochlorite)
Group 2: EDTA (17%) (ethylendiaminetetraacetate)
Group 3: CHX (2%) (chlorhexidinedigluconate)
Group 4: Qmix 2in1 (solution of chlorhexidinedigluconate, a surfactant and EDTA)
Group 5: Alcohol (95%)
Group 6: Citric acid (40%)
Group 7: Distilled water
After preparation with the BioRaCe system from # 20 to # 60, the channels of each group were rinsed with 5 ml of the respective irrigation for three minutes.
After irrigation the canal was dried with paper tips to prevent further exposure. The tricalcium silicate-based sealer BioRoot RCS was mixed with a plastic spat-ula and applied to the root canals with a paper tip, filling the spreaders as well.
Results The assessment of the bond strength values showed that the highest bond strength values were measured after irrigation with NaOCl (median: 2.71 mega-pascals (MPa)), although there were no significant differences compared to the control group with water (median: 2.8 MPa). The lowest bond strength were found with the rinsing liquid CHX (median: 1.26). The Results shows that Qmix 2in1, a surfactant made from CHX and EDTA, also has low bond values. (Median: 1.85 MPa). The bond after rinsing with CHX was significantly worse than with all other rinsings. In addition, the bond strength after rinsing with QMix 2in1 was signifi-cantly worse than after rinsing with NaOCl, because QMix 2in1 also contains CHX.
Conclusion Each rinsing solution has a small effect on the adhesive strength of the sealer. NaOCl achieved the highest adhesive strength next to the control group with wa-ter. With EDTA and citric acid, which have a decalcifying effect and dissolve the smear layer, the highest adhesion values were achieved after NaOCl. Conse-quently, it can be concluded that the sealer has a different adhesive strength if the smear layer is left in place. Calcium ions probably play a relevant role in the bond between dentin and sealer
Analyse der Rolle von Ptk7/Trio-Signalen bei der Migration von Xenopus-Neuralleistenzellen
No full textNeural crest (NC) cells are highly migratory cells that give rise to a variety of vertebrate tissues and their migratory behavior resembles cancer cell migration and invasion. Directed NC cell migration is controlled by several mechanisms, including contact inhibition of locomotion (CIL), a phenomenon in which migrating cells change the polarity and directionality upon collision with another cell. During CIL, the formation of transient cell-cell contacts locally activates the small Rho GTPase RhoA, leading to protrusion collapse at the contact sites and a change in migration direction. Previously, we have shown that Ptk7 (protein tyrosine kinase 7), an evolutionary conserved Wnt/PCP co-receptor, is dynamically localized at Xenopus NC cell-cell contacts and mediates homophilic binding via its extracellular domains. Loss of Ptk7 function inhibits Xenopus NC cell migration and induces a blebbing phenotype in explanted NC cells. However, the precise molecular mechanisms by which Ptk7 regulates NC migration remain unclear. Interestingly, depletion of the Rho guanine exchange factor (GEF) Trio results in a phenotype, similar to that observed in Ptk7 morphants. Trio is particularly well suited to relay signals to the cytoskeleton as it contains a GEF1 domain that activates Rac1, but also a GEF2 domain that specifically activates RhoA. Here, we analyze the functional and physical interplay of Ptk7 and Trio during NC migration. We show that both Ptk7 and Trio are required for CIL. Using Ptk7 deletion constructs, we found that the extracellular domain of Ptk7 is not only necessary for CIL but also sufficient to protect non-NC tissue from NC cell invasion. In comparison, Trio controls the change in migration direction after collision presumably by transmitting the cell contact information to the cytoskeleton. Consistent with their role in CIL, Trio interacts with Ptk7 at cell-cell contact sites in NC explants. Moreover, rescue experiments showed that Trio acts downstream of Ptk7 during NC migration and protrusion formation. Thereby, Trio’s GEF2 domain, which specifically activates RhoA, but not the GEF1 domain, restored NC migration in Ptk7 morphants. In explanted NC cells, we observed that a loss of Ptk7 function leads to an increase in Rac1 activity but a decrease in RhoA. In addition, overexpression of either a dominant negative Rac1 or a constitutively active RhoA restored NC migration in Ptk7 morphant embryos. Thus, our data suggest that Ptk7 inhibits Trio GEF1-mediated Rac1 activity at cell-cell contact sites, thereby limiting Trio’s function to the activation of RhoA and thus mediating CIL.Neuralleistenzellen sind migrierende Zellen, aus denen eine Vielzahl von Wirbeltiergeweben gebildet wird und deren Migrationsverhalten dem von Krebszellen ähnelt. Die gerichtete Migration von Neuralleistenzellen wird durch verschiedene Mechanismen gesteuert, darunter die Kontaktinhibierung der Lokomotion. Dabei handelt es sich um ein Phänomen, bei dem migrierende Zellen ihre Polarität und Richtung ändern, wenn sie mit einer anderen Zelle kollidieren. Während der Kontaktinhibierung der Lokomotion wird die kleine Rho GTPase RhoA durch die Bildung von temporären Zell-Zell-Kontakten lokal aktiviert, was zu einem Kollaps der Zellfortsätze an den Kontaktstellen und zur Änderung der Migrationsrichtung führt. Wir konnten bereits zeigen, dass Ptk7 (Protein-Tyrosin-Kinase 7), ein evolutionär konservierter Wnt/PCP-Korezeptor, in Xenopus Neuralleistenzellen dynamisch an Zell-Zell-Kontakten lokalisiert ist und über seine extrazellulären Domänen eine homophile Bindung eingeht. Der Verlust von Ptk7 hemmt die Migration von Xenopus Neuralleistenzellen und führt in explantierten Neuralleistenzellen zu einem „Blebbing“-Phänotyp. Die genauen molekularen Mechanismen, über die Ptk7 die Migration von Neuralleistenzellen reguliert, sind jedoch noch nicht vollständig bekannt. Interessanterweise führt der Verlust des Rho Guaninnukleotid-Austausch-Faktors (GEF) Trio zu einem ähnlichen Phänotyp wie die Deletion von Ptk7. Trio eignet sich besonders gut zur Weiterleitung von Signalen an das Zytoskelett, da es sowohl eine GEF1-Domäne besitzt, die Rac1 aktiviert, als auch eine GEF2-Domäne, die gezielt RhoA aktiviert. In dieser Studie untersuchen wir die funktionelle und strukturelle Interaktion von Ptk7 und Trio während der Migration von Neuralleistenzellen. Unsere Daten verdeutlichen, dass sowohl Ptk7 als auch Trio eine wesentliche Rolle bei der Kontaktinhibierung der Lokomotion spielen. Durch den Einsatz von Ptk7-Deletionskonstrukten konnten wir nachweisen, dass die extrazelluläre Domäne von Ptk7 nicht nur für Kontaktinhibierung der Lokomotion notwendig ist, sondern auch ausreicht, um Nicht-Neuralleistengewebe vor der Invasion von Neuralleistenzellen zu schützen. Im Vergleich dazu steuert Trio die Änderung der Migrationsrichtung nach einer Kollision, vermutlich indem es Informationen vom Zellkontakt an das Zytoskelett weiterleitet. Entsprechend ihrer Funktion in der Kontaktinhibierung der Lokomotion interagiert Trio mit Ptk7 an Zell-Zell-Kontaktstellen in Neuralleistenzell-Explantaten. Zusätzlich zeigten Rettungsexperimente, dass Trio während der Migration von Neuralleistenzellen und der Bildung von Zellfortsätzen, Ptk7 nachgeschaltet ist. In diesem Fall war die GEF2-Domäne, die spezifisch RhoA aktiviert, aber nicht die GEF1-Domäne, in der Lage, den Verlust von Ptk7 in Neuralleistenzellen zu kompensieren. In explantierten Neuralleistenzellen haben wir beobachtet, dass der Verlust von Ptk7 zu einer Zunahme der Rac1-Aktivität, jedoch zu einer Abnahme der RhoA-Aktivität führt. Die Überexpression von entweder dominant negativem Rac1 oder konstitutiv aktivem RhoA kann den Ptk7-Verlust während der Neuralleistenzellmigration kompensieren. Zusammenfassend deuten unserer
V
Daten darauf hin, dass Ptk7, die durch Trio GEF1-vermittelte Rac1-Aktivität an Zell-Zell-Kontakten hemmt, wodurch die Funktion von Trio auf die Aktivierung von RhoA beschränkt wird und somit die Kontaktinhibierung der Lokomotion vermittelt
Investigations into ion exchange in ion-conducting glasses using an electric field
No full textIn der vorliegenden Arbeit wurden Ionenaustauschexperimente an ausgewählten kationisch-leitenden
Gläsern vorgestellt. Die Austauschexperimente umfassen einerseits Experimente mit ionisch-blockierenden Elektroden und ionisch-nicht-blockierenden Elektroden. Zu Ersterem gehört das Elektropoling, zum Letzteren gehören die Alkali-Protonen/Deuteronen-Substitution (APS/ADS) und das Electric Field Assisted Ion Exchange. Allen Experimenten gemein ist, dass ein elektrisches Feld an eine Glasprobe angelegt wird, auf welcher sich aufgesputterte Metallelektroden befinden. Je nach chemischer Art der Elektrode und der verwendeten Gasatmosphäre verhalten sich die Elektroden entweder ionenblockierend oder ionendurchlässig. Beim klassischen Elektropoling werden Platinelektroden im Vakuum verwendet. An der positiven Elektrode werden die nativen Kationen des Glases verdrängt. Die Platinelektroden sind unter diesen Bedingungen jedoch ionenblockierend, sodass sich unterhalb der Oberfläche des Glases eine kationische Verarmungszone bildet, in welcher eine negative Überschussladung verbleibt. Diese Überschussladung führt zu hohen elektrischen Feldern, welche auf die verbleibenden Kationen wirken und charakteristisch für das Elektropoling sind. Wird das Experiment bei ansonsten gleichen Bedingungen inWasserstoffatmosphäre anstatt des Vakuum durchgeführt, so werden an der positiven Platinelektrode (Anode) Wasserstoffmoleküle zu Protonen oxidiert. Diese H+ Ionen können nun die nativen Alkaliionen im Glas verdrängen. Bei dieser Alkali-Protonen-Substitution (APS) verhält sich die Platinelektrode ionendurchlässig für Protonen. Wird eine Deuteriumatmosphäre verwendet, so findet unter gleichem Mechanismus die Substitution nativer Alkaliionen durch Deuteronen statt (ADS). Werden anstelle von Platinelektroden Silber- oder Kupferelektroden verwendet, so werden diese an der anodischen Seite oxidiert und die entstehenden Metallionen können die nativen Alkaliionen verdrängen (EFAIE).
In allen Fällen entstehen an der positiven Anodenseite der Glasprobe charakteristische ionische Verdrängungsprofile, welche mittels Sekundärionen-Flugzeitmassenspektrometrie (ToF-SIMS) qualitativ und quantitativ analysiert werden können. Die experimentell erzeugten Verdrängungsprofile können quantitativ mittels Nernst-Planck-Poisson Theorie (NPP-Theorie) beschrieben werden. Mittels NPP-Theorie kann der Transport von geladenen Ladungsträgern im Glas beschrieben werden. Die Triebkräfte für den Ionentransport sind der Teilchenzahlgradient und das elektrische Feld. Beide Triebkräfte werden explizit in NPP-Simulationen berücksichtigt. Die freien, nicht vom Experiment determinierten Parameter in NPP-Simulationen sind die Diffusionskoeffizienten der mobilen Spezies. Die Diffusionskoeffizienten
der Ionen können eine ausgeprägte Konzentrationsabhängigkeit aufweisen. Diese Variation des Diffusionskoeffizienten kann mit der Platzenergieverteilung eines Festkörpers korreliert werden. In stark armorphen Systemen variiert der Diffusionskoeffizient stärker mit der Konzentration als in kristallinen Systemen. Mit Ionenaustauschexperimenten und einer NPP Analyse ist es möglich, Informationen über die Potentialenergielandschaften in Form der Breite der Platzenergieverteilung (SED) in Gläsern zu erhalten.
Die Dissertation umfasst einen Teil Methodenentwicklung der Ionenaustauschexperimente und die
Anwendung an ausgewählten Glassystemen. Das Elektropoling, das APS und die EFAIE Experimente waren bereits vor der Dissertation literaturbekannt und wurden experimentell angepasst, sodass sich die Diffusionsparameter der Gläser mittels ToF-SIMS und NPP-Theorie bestimmen lassen. Als Eigenkreation wurde das ADS entwickelt, eine Variante der APS Technik mit Deuteronen anstellen von Protonen. An selbstsynthetisierten Alkali-Aluminium-Germanium-Phosphat (AAGP) Gläsern wurde die Anwen-dung der APS Technik skizziert. In den LAGP (Lithium), NAGP (Natrium) und KAGP (KAGP) Gläsern konnten die nativen Alkaliionen durch externe Protonen bis in eine Tiefe von mehreren Mikrometern verdrängt werden. Die Steilheit der Diffusionsfront in den drei unterschiedlichen Konzentrationstiefenprofilen gaben hierbei bereits einen Hinweis auf das Verhältnis der Diffusionskoeffizienten der externen Protonen zu den nativen Alkaliionen. Das Ergebnis der NPP-Analyse ist neben den Absolutwerten der jeweiligen Diffusionskoeffizienten die Breite der SED. Die Breite der bestimmten SEDs sind in allen drei Gläsern mit 120 meV (FWHM) identisch. Dieses Ergebnis impliziert eindeutig, dass die Breite der Potentialenergielandschaft
in einem Glasgerüst nicht abhängig von der Alkaliionensorte ist, welche später
diese Gitterplätze populiert. Die Potentialenergielandschaft wird somit vornehmlich vom Glasgerüst
beeinflusst. Bei ADS Experimenten an AAGP Gläsern mit gemischten Alkaliionen konnte das erfolgreiche Verdrängen von nativen Alkaliionen durch Deuteronen gezeigt werden. Interessanterweise können im Li-Na-AGP sowohl Li+ als auch Na+ durch D+ verdrängt werden, während im Li-K-AGP Glas die K+ Ionen immobil erscheinen. Bei EFAIE Experimenten an LAGP und NAGP konnte gezeigt werden, dass die jeweiligen nativen Alkaliionen erfolgreich durch die Silber- bzw. Kupferionen verdrängt werden. Das Einführen von Edelmetallionen in das Glas führt jedoch zu im ToF-SIMS sichtbaren chemischen Materialveränderungen, welche besonders stark bei Cu2+ Ionen sichtbar sind.
Das S53P4 Bioglas ist ein medizinisch relevantes Glas, welches als Knochenersatzmaterial im menschlichen Körper verwendet wird. Trotz einer Vielzahl an Publikationen zu der Bioaktivität des Glases sind die elektrochemischen Eigenschaften und insbesondere die Transportparameter der für die Bioaktivität essentiellen Na+ und Ca2+ Ionen unerforscht. An selbstsynthetisierten S53P4 Bioglasproben wurden alle vorgestellten Ionenaustauschexperimente dieser Arbeit durchgeführt. Bei APS/ADS Experimenten konnte gezeigt werden, dass die mobilen nativen Na+ Ionen durch H+ bzw. D+ Ionen verdrängt werden können. Das Na+ Ion ist somit der dominante mobile Ladungsträger im S53P4. In den NPP Analysen der APS und ADS Experimente konnten unabhängig voneinander die gleichen Diffusionsparameter für die nativen Na+ Ionen gewonnen werden. Die Breite der SED im S53P4 Bioglas beträgt 103.7 meV (FWHM). Dieser Wert wurde durch weitere unabhängige EFAIE Experimenten mit Silberelektroden und anschließender NPP-Analyse bestätigt. Die Silberionen der oxidierten Elektrode treten hierbei in das Material ein und verdrängen die nativen Na+ Ionen. Beim S53P4 Bioglas konnten somit durch drei voneinander unabhängige Experimente (APS, ADS, EFAIE) die gleichen Diffusionsparameter des nativen Glases bestimmt werden. Die Ergebnisse der Experimente und der theoretischen Simulationen sind somit selbstkonsistent. Auch ein Elektropolingexperiment am Bioglas zeigt keinenWiderspruch zu den vorhergehenden Experimenten. Durch die besonders hohen elektrischen Feldern beim Poling werden jedoch die Ca2+ Ionen des Glasgerüstes mobil. Unterhalb der Anode entsteht somit eine Zone, in der
sowohl die Na+ Ionen als auch die Ca2+ Ionen verarmt sind. Das ist somit ein direkter Nachweis der
Mobilität der Ca2+ Ionen im S53P4 Bioglas. Theoretische Analysen der Diffusionskoeffizienten zeigten, dass der Diffusionskoeffizient der Ca2+ Ionen mindestens 3 Größenordnung geringer ist als der der Na+ Ionen. Daher erscheint Ca2+ bei den APS/ADS/EFAIE Experimenten immobil.
Der Ionentransport an dem technischen Glas D263T der Firma Schott wurde bereits in vorhergehenden Arbeiten untersucht [42]. Für die genauere Bestimmung der Platzenergieverteilung in diesem Glas wurde ein APS Experiment durchgeführt. Da die Protonen einen besonders kleinen Diffusionskoeffizienten im D263T Borosilikatgerüst besitzen, verdrängen sie nahezu vollständig beide nativen Alkaliionen Na+ und K+ bis in eine Tiefe von ca. einem Mikrometer. Die chemische Zusammensetzung der Probenoberfläche wurde somit verändert. Die NPP Analyse ergab eine starke Koznentrationsabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten der Na+ Ionen und einen konstanten Diffusionskoeffizienten für die nativen K+ und externenH+ Ionen. Eine Begründung für den konstanten Diffusionskoeffizienten der K+ Ionen kann beim bisherigen Wissensstand nicht gegeben werden. Die Breite der SED im D263T beträgt 235.7 meV (FWHM). Der besonders geringe Diffusionskoeffizient der H+ Ionen im D263T Glas führt zu einem starken Potentialabfall des experimentell angelegten Potentials in der mit H+ ausgetauschten Zone, welches ausführlich beschrieben wurde. Die Relevanz der Poisson-Gleichung und die Auswirkung der
Diffusionskoeffizienten auf die auftretenden elektrischen Feldern in der Probe wurden hieran diskutiert.
Weitere EFAIE Experimente an D263T Gläsern zeigten, dass die nativen Na+ Ionen durch die Edelmetallionen verdrängt werden können, jedoch nicht die nativen K+ Ionen. Letztere erscheinen immobil während der EFAIE Experimente, jedoch nicht während den APS Experimenten. Mit Hilfe der ADS Technik wurden unterschiedlich dicke Deuteriumzonen unterhalb der Anode von drei D263T Gläsern erzeugt. Die Dicke der Deuteriumzone ist hierbei abhängig von der experimentell angelegten Spannung und der Ladungsmenge. Diese Proben sind wichtig für Kooperationsforschungsprojekte, bei denen zum Beispiel die Änderung der Härte der Oberfläche durch den Ionenaustausch analysiert werden kann. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass verschiedene Techniken zum Ionenaustausch verwendet werden können und diese mit der NPP-Theorie quantativ beschrieben werden können. Besonders die APS und ADS Techniken ermöglichen einen Zugang zum gezielten chemischen Verändern von Glaszusammensetzungen. Der Fokus der Arbeit lag auf einem Ausbau des Verständnisses der Platzenergieverteilungen in einigen ausgewählten Glassystemen. Die Platzenergieverteilungen konnten für die drei Glassysteme AAGP, S53P4 und D263T bestimmt werden. Obwohl die Arbeit die Mechanismen des Ionenaustauschs und die resultierenden Diffusionsprofile umfassend analysiert, wurde die Auswirkung dieser Veränderungen auf die makroskopischen Eigenschaften der Gläser nicht explizit
untersucht. Zukünftige Studien könnten sich beispielsweise auf die Biokompatibilitätsänderungen von S53P4 nach einem APS-Experiment konzentrieren. Die hohe Reproduzierbarkeit der durchgeführten Experimente und die präzise Bestimmung der Diffusionskoeffizienten legen jedoch eine solide Grundlage für potenzielle industrielle Anwendungen dieser Ionenaustauschtechniken.In this paper, ion exchange experiments were presented on selected cationic-conducting
glasses. The exchange experiments include experiments with ionic-blocking electrodes and ionic-non-blocking electrodes. The former includes electropoling, the latter includes alkali-proton/deuteron substitution (APS/ADS) and electric field assisted ion exchange. What all experiments have in common is that an electric field is applied to a glass sample on which sputtered metal electrodes are placed. Depending on the chemical nature of the electrode and the gas atmosphere used, the electrodes either block ions or allow ions to pass through. In classic electropoling, platinum electrodes are used in a vacuum. The native cations of the glass are displaced at the positive electrode. However, the platinum electrodes are ion-blocking under these conditions, so that a cationic depletion zone forms below the surface of the glass, in which a negative excess charge remains. This excess charge leads to high electric fields, which act on the remaining cations and are characteristic of electropoling. If the experiment is carried out under otherwise identical conditions in a hydrogen atmosphere instead of a vacuum, hydrogen molecules are oxidized to protons at the positive platinum electrode (anode). These H+ ions can now displace the native alkali ions in the glass. In this alkali-proton substitution (APS), the platinum electrode behaves in an ion-permeable manner for protons. If a deuterium atmosphere is used, the substitution of native alkali ions by deuterons takes place under the same mechanism (ADS). If silver or copper electrodes are used instead of platinum electrodes, these are oxidized on the anodic side and the resulting metal ions can displace the native alkali ions (EFAIE). In all cases, characteristic ionic displacement profiles are generated on the positive anode side of the glass sample, which can be analyzed qualitatively and quantitatively using secondary ion time-of-flight mass spectrometry (ToF-SIMS). The experimentally generated displacement profiles can be described quantitatively using Nernst-Planck-Poisson theory (NPP theory). NPP theory can be used to describe the transport of charged carriers in glass. The driving forces for ion transport are the particle number gradient and the electric field. Both driving forces are explicitly taken into account in NPP simulations. The free parameters in NPP simulations that are not determined by the experiment are the diffusion coefficients of the mobile species. The diffusion coefficients
of the ions can exhibit a pronounced concentration dependence. This variation of the diffusion coefficient can be correlated with the burst energy distribution of a solid. In highly amorphous systems, the diffusion coefficient varies more with concentration than in crystalline systems. With ion exchange experiments and NPP analysis it is possible to obtain information about the potential energy landscapes in the form of the width of the burst energy distribution (SED) in glasses.
The dissertation includes a part of method development of the ion exchange experiments and the
application on selected glass systems. The electropoling, the APS and the EFAIE experiments were already known in the literature before the dissertation and were experimentally adapted so that the diffusion parameters of the glasses can be determined using ToF-SIMS and NPP theory. The ADS was developed as an in-house creation, a variant of the APS technique with deuterons in place of protons. The application of the APS technique was outlined using self-synthesized alkali-aluminium-germanium-phosphate (AAGP) glasses. In the LAGP (lithium), NAGP (sodium) and KAGP (KAGP) glasses, the native alkali ions could be displaced by external protons to a depth of several micrometers. The steepness of the diffusion front in the three different concentration depth profiles already gave an indication of the ratio of the diffusion coefficients of the external protons to the native alkali ions. In addition to the absolute values of the respective diffusion coefficients, the result of the NPP analysis is the width of the SEDs. The widths of the determined SEDs are identical in all three glasses with 120 meV (FWHM). This result clearly implies that the width of the potential energy landscape
in a glass framework is not dependent on the alkali ion species that later
populates these lattice sites. The potential energy landscape is thus primarily influenced by the glass framework
. ADS experiments on AAGP glasses with mixed alkali ions have shown the successful displacement of native alkali ions by deuterons. Interestingly, in Li-Na-AGP both Li+ and Na+ can be displaced by D+, whereas in Li-K-AGP glass the K+ ions appear immobile. EFAIE experiments on LAGP and NAGP showed that the respective native alkali ions are successfully displaced by the silver and copper ions. However, the introduction of noble metal ions into the glass leads to chemical material changes visible in the ToF-SIMS, which are particularly visible with Cu2+ ions. S53P4 bioglass is a medically relevant glass that is used as a bone replacement material in the human body. Despite a large number of publications on the bioactivity of the glass, the electrochemical properties and in particular the transport parameters of the Na+ and Ca2+ ions essential for bioactivity remain unexplored. All ion exchange experiments presented in this work were carried out on self-synthesized S53P4 bioglass samples. In APS/ADS experiments it could be shown that the mobile native Na+ ions can be displaced by H+ or D+ ions. The Na+ ion is thus the dominant mobile charge carrier in S53P4. In the NPP analyses of the APS and ADS experiments, the same diffusion parameters for the native Na+ ions were obtained independently of each other. The width of the SED in the S53P4 bioglass is 103.7 meV (FWHM). This value was confirmed by further independent EFAIE experiments with silver electrodes and subsequent NPP analysis. The silver ions of the oxidized electrode enter the material and displace the native Na+ ions. The same diffusion parameters of the native glass could thus be determined for the S53P4 bioglass by three independent experiments (APS, ADS, EFAIE). The results of the experiments and the theoretical simulations are therefore self-consistent. An electropolishing experiment on the bioglass also shows no contradiction to the previous experiments. However, the Ca2+ ions of the glass scaffold become mobile due to the particularly high electric fields during poling. This creates a zone below the anode in which
both the Na+ ions and the Ca2+ ions are depleted. This is therefore direct evidence of the
mobility of the Ca2+ ions in the S53P4 bioglass. Theoretical analysis of the diffusion coefficients showed that the diffusion coefficient of Ca2+ ions is at least 3 orders of magnitude lower than that of Na+ ions. Therefore, Ca2+ appears immobile in the APS/ADS/EFAIE experiments.
The ion transport on the technical glass D263T from Schott has already been investigated in previous work [42]. An APS experiment was carried out to determine the burst energy distribution in this glass more precisely. Since the protons have a particularly small diffusion coefficient in the D263T borosilicate framework, they almost completely displace both native alkali ions Na+ and K+ to a depth of approx. one micrometer. The chemical composition of the sample surface was thus changed. The NPP analysis revealed a strong concentration dependence of the diffusion coefficient of the Na+ ions and a constant diffusion coefficient for the native K+ and externalH+ ions. A justification for the constant diffusion coefficient of the K+ ions cannot be given based on the current state of knowledge. The width of the SED in D263T is 235.7 meV (FWHM). The particularly low diffusion coefficient of the H+ ions in the D263T glass leads to a strong potential drop of the experimentally applied potential in the zone exchanged with H+, which has been described in detail. The relevance of the Poisson equation and the effect of the
diffusion coefficients on the electric fields occurring in the sample were discussed.
Further EFAIE experiments on D263T glasses showed that the native Na+ ions can be displaced by the noble metal ions, but not the native K+ ions. The latter appear immobile during the EFAIE experiments, but not during the APS experiments. Using the ADS technique, deuterium zones of different thicknesses were created below the anode of three D263T glasses. The thickness of the deuterium zone depends on the experimentally applied voltage and the amount of charge. These samples are important for cooperative research projects in which, for example, the change in the hardness of the surface due to ion exchange can be analyzed. The results of this work have shown that various techniques can be used for ion exchange and that these can be described quantitatively using NPP theory. The APS and ADS techniques in particular provide access to the targeted chemical modification of glass compositions. The focus of the work was on expanding the understanding of the burst energy distributions in some selected glass systems. The burst energy distributions were determined for the three glass systems AAGP, S53P4 and D263T. Although the work comprehensively analyzed the mechanisms of ion exchange and the resulting diffusion profiles, the effect of these changes on the macroscopic properties of the glasses was not explicitly
investigated. Future studies could, for example, focus on the biocompatibility changes of S53P4 after an APS experiment. However, the high reproducibility of the experiments performed and the precise determination of the diffusion coefficients provide a solid basis for potential industrial applications. Future studies could, for example, focus on the biocompatibility changes of S53P4 after an APS experiment. However, the high reproducibility of the experiments performed and the precise determination of the diffusion coefficients lay a solid foundation for potential industrial applications of these ion exchange techniques
Entwicklung der Cavotomie beim fortgeschrittenen Nierenzellkarzinom sowie der Nierentransplantation in Deutschland in den Jahren 2006 – 2020. Vergleichende Analysen von Trends in chirurgischem Management und Einflussfaktoren auf das perioperative Outcome anhand bevölkerungsbasierter Datenbanken.
No full textDie Behandlung von Tumorthromben in der inferioren Vena cava (IVC) bei
Patienten mit Nierenzellkarzinom (NZK) stellt eine komplexe und risikobehaftete
chirurgische Intervention dar. Ziel dieser Studie war es, die minimale jährliche
Fallzahl zu bestimmen, die erforderlich ist, um die notwendige Expertise zur
Optimierung der Ergebnisse zu entwickeln und aufrechtzuerhalten.
Die Nierentransplantation (NT) ist die effektivste Behandlung für Patienten mit
terminaler Niereninsuffizienz. Da es nur wenige Belege für Trends in der
chirurgischen Nierentransplantation gibt, war das Ziel der zweiten Studie, einen
Überblick über den chirurgischen Ansatz, die Verweildauer im Krankenhaus
(LOS) und die In-hospital-Mortalität für Lebendnierenspendernephrektomien
(LSN) und NTs in Deutschland von 2006 bis 2021 zu bieten.
Die Daten wurden aus den Abrechnungsunterlagen des Statistischen
Bundesamtes erhoben, die die Jahre 2006 bis 2020 abdecken, um alle Fälle zu
identifizieren, die NZK, Nephrektomien und IVC-Verfahren beinhalteten. Die
Krankenhäuser wurden nach jährlicher Fallzahl in drei Gruppen eingeteilt:
niedrig (<4 Fälle), mittel (4-9 Fälle) und hoch (>9 Fälle). Mit Hilfe logistischer
multivariater Modelle wurden Faktoren untersucht, die die In-hospital-Mortalität
beeinflussen, während zusätzliche Daten aus deutschen Krebsregistern
Einblicke in die Verteilung des Tumorstadiums der NZK-Fälle lieferten.
Zusätzlich wurden Trends in den chirurgischen Ansätzen, der Verweildauer im
Krankenhaus (LOS) und den Sterblichkeitsraten bei Nierentransplantationen
(NT) und Lebendnierenspendernephrektomien (LSN) in Deutschland bewertet,
um Veränderungen in der Technik und den Ergebnissen im Laufe der Zeit zu
untersuchen.
Im Zeitraum von 15 Jahren wurden insgesamt 3.700 Nephrektomien mit
Resektionen eines Nierenzellkarzinom-Tumorthrombus (NZKTT) dokumentiert,
mit durchschnittlich 247 Fällen pro Jahr. Dieses Fallvolumen stimmte mit einerstabilen Inzidenzrate von T3b/c NZK überein. Das durchschnittliche Alter der
Patienten betrug 66 Jahre (±14 Jahre). Die Analyse ergab, dass 56% der
Verfahren in Zentren mit niedrigem Volumen, 30% in Zentren mit mittlerem
Volumen und nur 14% in Hochvolumenzentren durchgeführt wurden. Eine
signifikante Tendenz zur Zentralisierung in Hochvolumenzentren wurde jedoch
nicht identifiziert. Die In-hospital-Mortalitätsrate betrug 5,8%, wobei 72% der
Fälle Transfusionen benötigten. Ein kritischer Schwellenwert von 8 jährlichen
Fällen wurde festgelegt, der auf einen signifikanten Rückgang der Mortalität
hinwies. Zentren, die weniger als 8 Fälle pro Jahr behandelten, hatten eine
Mortalitätsrate von 6,2%, während Zentren, die 8 oder mehr Fälle durchführten,
eine niedrigere Rate von 2,8% berichteten (p<0,001). Die multivariate Analyse
identifizierte wichtige Risikofaktoren für die In-hospital-Mortalität, einschließlich
des Patientenalters (Odds Ratio [OR] von 6,4 für Patienten über 80 Jahre), der
Ventilationsdauer (OR 14,3 für >24 Stunden) und des Krankenhausfallvolumens
(OR 2,6).
Im selben Zeitraum wurden 35.898 Nierentransplantationen dokumentiert,
davon 9.044 (25%) von lebenden Spendern und 26.854 (75%) von hirntoten
Spendern. Ein signifikanter Trend zu minimal-invasiven chirurgischen Methoden
für LDN wurde festgestellt: Der Anteil der offenen LSN-Verfahren sank von 82%
im Jahr 2006 auf 22% im Jahr 2020, was einem jährlichen Rückgang von 4%
entspricht (p < 0,001). Der Anteil der laparoskopischen LSN-Verfahren stieg
von 18% im Jahr 2006 auf 70% im Jahr 2020 (3% jährlicher Anstieg, p < 0,001).
Robotic-assisted LSN, das im Jahr 2006 nicht durchgeführt wurde, machte bis
2020 8% der Verfahren aus (jährlicher Anstieg von 0,6%, p < 0,001). Roboticassisted
KT verzeichnete einen Anstieg von 5 Fällen im Jahr 2016 auf 13 bis
2019, wobei dieser Anstieg statistisch nicht signifikant war (p = 0,2).
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse eine signifikante umgekehrte
Beziehung zwischen der Fallzahl im Krankenhaus und der Mortalität bei der
Behandlung von IVC-Tumorthromben bei NZK-Patienten. Eine Mindestfallzahl
von 8 Verfahren pro Jahr wird empfohlen, um die Mortalität zu senken und den
chirurgischen Erfolg in diesen risikobehafteten Fällen zu verbessern. Die
Zunahme der minimal-invasiven LSN-Methoden ist bemerkenswert, doch die Todesfälle von fünf gesunden Spendern verdeutlichen die Notwendigkeit einer
fortlaufenden Risikowahrnehmung und gründlichen Bewertung bei Eingriffen an
lebenden Spendern.The management of tumor thrombus in the inferior vena cava (IVC) among
patients with renal cell carcinoma (RCC) is a complex and high-risk surgical
intervention. This study aimed to determine the minimum annual procedural
caseload necessary to develop and maintain the expertise needed to optimize
outcomes.
Kidney transplantation (KT) presents the most effective treatment in patients
with end-stage renal disease. Since evidence on KT surgical trends is scarce,
the aim of the second study was to provide a current overview of surgical
approach, LOS and in-hospital mortality for LDN and KT in Germany from 2006
to 2021.
Data were acquired from the billing records of the Federal Statistical Office,
covering 2006 to 2020 (and 2006 to 2021), to identify all cases involving RCC,
nephrectomy, and IVC procedures. Hospitals were categorized by annual case
volume into low (<4 cases), medium (4-9 cases), and high (>9 cases) groups.
Logistic multivariate models assessed factors influencing in-hospital mortality,
while additional data from German cancer registries provided insight into the
tumor stage distribution of RCC cases.
Additionally, trends in surgical approaches, length of hospital stay (LOS), and
mortality rates in kidney transplantation (KT) and living donor nephrectomy
(LDN) in Germany were evaluated to assess shifts in technique and outcomes
over time.
Over the 15-year period, 3,700 nephrectomies with IVC tumor thrombus
resections were recorded, averaging 247 cases annually. This case volume
aligned with a stable incidence rate of T3b/c RCC. The average patient age was
66 years (±14 years). Analysis showed that 56% of procedures were conducted
at low-volume centers, 30% at medium-volume centers, and only 14% at highvolume
centers, with no significant trend toward centralization in higher-volume
centers identified. The in-hospital mortality rate was 5.8%, with 72% of cases
requiring transfusions. A critical threshold of 8 annual cases was established, indicating a marked decrease in mortality. Centers managing fewer than 8
cases per year had a mortality rate of 6.2%, while those performing 8 or more
cases reported a lower rate of 2.8% (p<0.001). Multivariate analysis identified
key risk factors for in-hospital mortality, including patient age (odds ratio [OR] of
6.4 for patients over 80), ventilation duration (OR 14.3 for >24 hours), and
hospital case volume (OR 2.6).
During the same period, 35,898 kidney transplants were documented, with
9,044 (25%) from living donors and 26,854 (75%) from brain-dead donors
(DBD). A significant shift toward minimally invasive surgical methods for LDN
was noted, with the proportion of open LDN procedures decreasing from 82% in
2006 to 22% in 2020, reflecting a 4% annual reduction (p < 0.001). Conversely,
laparoscopic LDN increased from 18% in 2006 to 70% in 2020 (3% annual
increase, p < 0.001). Robotic-assisted LDN, absent in 2006, accounted for 8%
of procedures by 2020 (0.6% annual increase, p < 0.001). Robotic-assisted KT
saw an increase from 5 cases in 2016 to 13 by 2019, though this change was
not statistically significant (p = 0.2). LOS after living donor KT was shorter than
for DBD KT, averaging 18 ± 12.1 days compared to 21 ± 19.6 days (p < 0.001).
LOS also varied by LDN method: open LDN averaged 9 ± 3.1 days,
laparoscopic 8 ± 2.9 days, and robotic 6 ± 2.6 days (p = 0.031). The overall inhospital
mortality rate was low, at 0.16% (n = 5) after LDN, 0.47% (n = 42) after
living donor KT, and 1.8% (n = 475) after DBD KT.
In conclusion, findings indicate a significant inverse relationship between
hospital caseload and mortality in IVC tumor thrombus management for RCC
patients, recommending a minimum caseload of 8 procedures per year to
reduce mortality and enhance surgical success in these high-risk cases.
The increase in minimally invasive LDN methods is notable, but the deaths of
five healthy donors highlight the need for ongoing risk awareness and thorough
assessment in living donor surgeries
Metabolic vulnerability of ALK-inhibitor resistant EML4-ALK positive lung cancer cells
No full textKrebserkrankungen sind in Deutschland allein für etwa ein Fünftel aller Todesfälle verantwortlich. Dabei stellt der Lungenkrebs die tödlichste Variante dar. Auch wenn sich die Therapieoptionen stetig verbessern, wird der Therapieerfolg immer wieder durch die Entwicklung von Therapieresistenzen limitiert. Ein bereits in diversen Krebsarten beschriebener Mechanismus ist dabei die kompensatorische Hochregulation der mTOR- Aktivität. Versuche, mTOR im Rahmen alternativer Therapieansätze gezielt zu hemmen, zeigen sich jedoch aktuell nur bedingt erfolgreich. Daher ist es essentiell, noch weitere Therapiewege zu entdecken, welche das Potenzial haben, eine mTOR-abhängige Resistenz erfolgreich zu behandeln.
Wie bereits in präklinischen Modellen gezeigt werden konnte, nimmt mTOR in Cisplatin- resistenten Lungenkrebs- und PI3K-Inhibitor resistenten Brustkrebszellen eine duale Funktion ein. Zum einen fungiert mTOR dort als Katalysator der Resistenzentwicklung, zum anderen führt mTOR durch die hemmende Wirkung auf die Autophagie zu einer erhöhten Vulnerabilität gegenüber von metabolischen Inhibitoren.
Da eine erhöhte Aktivität des mTOR-Signalwegs auch in therapierefraktärem EML4-ALK positivem Lungenkrebs beschrieben wurde, war in dieser Arbeit die Etablierung eines Zellmodells zur Untersuchung therapieresistenter EML4-ALK positiver Lungekrebszellen auf die duale mTOR-Rolle hin zentraler Bestandteil. Hierzu erfolgte die Resistenzgenerierung EML4-ALK positiver nicht-kleinzelliger Lungenkrebszellen der Zelllinie H3122 gegen die drei ALK-Inhibitoren Crizotinib, Ceritinib und Brigatinib im Rahmen einer Dosiseskalation.
In den anschließend durchgeführten Analysen präsentierten sich einige der resistenten Zellklone im Vergleich zu therapienaiven parentalen H3122-Zellen deutlich vulnerabler auf die Behandlung mit den metabolischen Inhibitoren 2-DG, DCA und Metformin. Unter diesen wiederum wiesen einige ebenso eine basal erhöhte mTOR-Aktivität auf. In der folgenden Untersuchung eines repräsentativ ausgewählten Brigatinib-resistenten Zellklons mit metabolisch vulnerablem Phänotyp und einer gleichzeitig nachgewiesenen Erhöhung der mTOR-Aktivität reichte die alleinige Hemmung von mTORC1 mit Everolimus und Rapamycin weder aus, um die Resistenz umzukehren, noch, um die metabolische Vulnerabilität rückgängig zu machen. Diese Erkenntnis legt nahe, dass sich in ALK-TKI resistenten Zellklonen sowohl die Entwicklung einer Therapieresistenz
als auch die Ursache der metabolischen Vulnerabilität deutlich komplexer darstellen. Dabei ist außerdem nicht auszuschließen, dass der Resistenz und der metabolischen Vulnerabilität unterschiedliche Mechanismen zu Grunde liegen.
Basierend auf weiteren Beobachtungen ist jedoch denkbar, dass nicht nur mTOR, sondern auch eine Defizienz in mTOR-unabhängigen Autophagiemediatoren oder eine vermehrte Aktivität des Transkriptionsfaktors cMyc für den resistenten und/oder metabolisch vulnerablen Phänotypen einiger Zellklone verantwortlich sind.
Zusammengefasst lässt sich bestätigen, dass die Behandlung mit metabolischen Inhibitoren auch gegen ALK-TKI resistente EML4-ALK positive Lungenkrebszellen Wirkung zeigt. Wodurch jedoch der resistente und gleichzeitig metabolisch vulnerable Phänotyp entsteht, werden weitere Analysen zeigen. Insgesamt weisen die Ergebnisse jedoch darauf hin, dass der Einsatz von metabolischen Inhibitoren als potente Therapiealternative im Rahmen der Rezidivbehandlung von EML4-ALK positivem NSCLC angesehen werden kann.Cancer is responsible for around one fifth of all deaths in Germany. In comparison to other subtypes, lung cancer is the most lethal type. Although the therapeutic options are getting more effective, at some point the occurrence of drug resistance is inevitable. One of the resistance mechanisms is the upregulation of mTOR. Unfortunately, the direct inhibiton of mTOR is currently not as effective as previously thought. Therefore, the focus of todays research is still based on the identification of potential treatment options for tumors with a mTOR-dependent resistance.
As it was shown in preclinical studies, mTOR acts as a dual player in Cisplatin-resistant non-small cell lung cancer (NSCLC) and PI3K-inhibitor resistant breast cancer cells. On one hand mTOR maintains the therapy resistance and on the other it mediates metabolic vulnerability through the suppression of autophagy.
Previous studies could proof that an altered mTOR activity also occurs in some ALK- inhibitor resistant EML4-ALK positive NSCLC. Therefore, the further analysis of the dual role of mTOR in therapy resistant EML4-ALK positive cell clones was an essential part of this project. In order to obtain resistant cell clones we used dose escalation and treated the EML4-ALK positive NSCLC cell line H3122 with the three ALK-inhibitors Crizotinib, Ceritinib and Brigatinib.
Some of the resistant cell clones indeed showed an icreased vulnerability to the treatment with the metabolic drugs 2-DG, DCA and Metformin compared to therapy-naive H3122-cells. In addition, some of these clones also had a basally upregulated mTOR activity. Further analysis of a representatively chosen Brigatinib-resistant cell clone with an augmented metabolic vulnerability and a parallely altered mTOR activity showed that the inhibition of mTORC1 with Everolismus and Rapamycin was neither able to reverse the resistance nor the metabolic vulnerability. Therefore, the development of the therapy-resistant and the metabolically vulnerable phenotype in ALK- inhibitor resistant cell clones seems to be more complex. In addition, it cannot be excluded, that the mechanisms behind the resistance and the metabolic vulnerability are independent from each other.
Based on other observations in this project it is possible that not only mTOR but also the deficiency of mTOR-independent mediators of autophagy or altered levels of the transcription factor cMyc are the key mechanisms mediating the resistance and/or the metabolic vulnerability in some cell clones.
In conclusion it could be proved that the therapy with metablic inhibitiors is indeed effective against ALK-inhibitor resistant EML4-ALK positive lung cancer cells. In order to identify the exact origin of the therapy resistance and the metabolic vulnerable phenotype more analysis is indispensable. Altogether the findings propose that the use of metabolic inhibitors should be considered as a potential therapy option for relapsed EML4-ALK positive NSCLC
Langzeitergebnisse von dentalen Implantaten nach Lateraler Alveolarkammexpansion
No full textZiel: Ziel dieser retrospektiven Untersuchung von Patienten mit behandelter parodon-
taler Vorerkrankung ist die Evaluation von Mukositis, Periimplantitis, klinischen und
radiologischen Parametern, sowie des Überlebens von Implantaten, die in lateral ex-
pandierten Knochen inseriert wurden und deren Vergleich mit Implantaten in nativem
Knochen an denselben Patienten.
Material und Methoden: Aus dem Patientenstamm des Medizinischen Zentrum für
Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde des UKGM Standort Marburg wurden 14 Patienten
mit behandelter parodontaler Vorerkrankung und durchgeführter Alveolarkammver-
breiterung ausgewählt, bei denen zwischen 1997 und 2017 89 Implantate inseriert
worden waren. Davon waren 27 Implantate in mittels Piezotechnik vertikal gespaltenen
und lateral expandierten Knochen („bonesplitting“ / „alveolar ridge splitting“, ARS) und
62 Implantate in nativen Knochen inseriert. Nach Eingliederung der Suprakonstruktion
lagen 3-6 monatliche Daten der klinischen Parameter Plaqueindex, Gingivalindex,
Sondierungstiefe (ST) und Bluten nach Sondieren (BnS) vor. Standardisierte radiolo-
gische Untersuchungen lagen zur Implantation, Eingliederung der Suprakonstruktion
(Baseline) sowie nach 1, 3, 5, 10 und 15 Jahren zur Messung des Knochenabbaus
(KA) an den Implantaten vor. Die Überlebensrate der Implantate wurde definiert als
Anzahl der noch in situ befindlichen und in Funktion stehenden Implantate. Periimplan-
täre Mukositis wurde definiert als Auftreten von BnS oder Suppuration (Pus) oder sicht-
baren klinischen Entzündungszeichen ohne radiologischen Knochenabbau. Periim-
plantitis wurde definiert als das Auftreten von BnS/Pus, erhöhten ST und radiologi-
schem Knochenabbau.
Ergebnisse: Nach einem Frühverlust vor Beginn des Beobachtungszeitraums betrug
die Überlebensrate nach 10 Jahren 100% und nach 15 Jahren 98,9%. 3,4% der Im-
plantate wiesen eine Periimplantitis und 25% eine Mukositis auf. KA an den ARS-Im-
plantaten war im Gesamtdurchschnitt nicht-signifikant größer (1,09 vs. 0,79mm). Die
Messwiederholungsanalyse ergab im zeitlichen Durchschnitt signifikant größere Werte
der ARS-Gruppe (p<0,01). ST war im Gesamtdurchschnitt in der ARS-Gruppe größer
(2,97 vs. 2,68mm; p<0,01). Es zeigte sich ein signifikanter Anstieg der ST sowie grö-
ßere Werte der ARS-Gruppe (p<0,01).
Schlussfolgerung: Die laterale Alveolarkammexpansion kann zu höheren Sondie-
rungstiefen und vermehrten Knochenabbau führen. Die Technik eignet sich bei paro-
dontal Vorerkrankten zur verlässlichen Augmentation für langzeitstabile Implantate.Aim The aim of this retrospective analysis of patients with treated periodontal disease
is to investigate mucositis, peri-implantitis, clinical and radiographic parameters and
survival of implants placed in laterally expanded bone and to compare them with im-
plants placed in native bone in the same patients.
Materials and methods: From the patient base of the Medical Center for Dentistry,
Oral and Maxillofacial Medicine at the UKGM Marburg, a total of 14 patients with
treated periodontal disease and alveolar ridge augmentation were selected, in whom
89 implants had been placed between 1997 and 2017. Of these, 27 implants were
placed in bone that had been vertically split and laterally expanded using the piezo
technique (“bonesplitting” / “alveolar ridge splitting”, ARS) and 62 implants were placed
in native bone. After insertion of the superstructure, 3-6 monthly data of the clinical
parameters plaque index, gingival index, probing depth (PD) and bleeding after prob-
ing (BOP) were available. Standardized radiological examinations were available for
implant placement, superstructure insertion (baseline) and after 1, 3, 5, 10 and 15
years to measure bone loss (BL) at the implants. The survival rate of the implants was
defined as the number of implants still in situ and in function. Peri-implant mucositis
was defined as the presence of BOP or suppuration (pus) or visible clinical signs of
inflammation without radiographic bone loss. Peri-implantitis was defined as the pres-
ence of BOP/pus, increased PD and radiographic bone loss.
Results: Besides an early implant loss before the start of the observation period the
survival rate was 100% after 10 years and 98.9% after 15 years. 3.4% of the implants
showed peri-implantitis and 25% mucositis. BL on the ARS implants was non-signifi-
cantly larger on average overall (1.09 vs. 0.79mm). However, the non-parametric mul-
tivariate repeated measures analysis revealed significantly larger values in the ARS
group on average over time (p<0.01). ST was larger on average overall in the ARS
group (2.97 vs. 2.68mm; p<0.01). There was a significant increase in PD and larger
total values in the ARS group (p<0.01).
Conclusion: Alveolar ridge splitting can facilitate higher probing depths and increased
bone resorption in implants. The method can be used as a reliable bone augmentation
technique for long-term stable implants in patients with periodontal diseases
Turbo autoencoders for the DNA data storage channel with Autoturbo-DNA
No full textDNA, with its high storage density and long-term stability, is a potential candidate for a next-generation storage device. The DNA data storage channel, composed of synthesis, amplification, storage, and sequencing, exhibits error probabilities and error profiles specific to the components of the channel. Here, we present Autoturbo-DNA, a PyTorch framework for training error-correcting, overcomplete autoencoders specifically tailored for the DNA data storage channel. It allows training different architecture combinations and using a wide variety of channel component models for noise generation during training. It further supports training the encoder to generate DNA sequences that adhere to user-defined constraints. Autoturbo-DNA exhibits error-correction capabilities close to non-neural-network state-of-the-art error correction and constrained codes for DNA data storage. Our results indicate that neural-network-based codes can be a viable alternative to traditionally designed codes for the DNA data storage channel.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg