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Geladene Polymerbürsten: Design, Synthese und Mikrobiologische Evaluation
No full textInterfering with the initial attachment processes of microorganisms to surfaces is a critical step in developing anti-adhesive (antifouling) and antibacterial material surfaces. In particular, the variation of polarity and charge on biofilm-associated surfaces enables the targeted modification of cell-surface interactions. The necessary chemical functionalization of the material surfaces, their analysis and microbiological evaluation are challenging. In addition, the interactions of microorganisms with the functionalized surfaces are insufficiently understood. The present work describes the synthesis and systematic investigation of charged polymer brushes on biofilm-relevant surfaces in this context
Demonstration von hoher Energietransfereffizienz für einen qualitätserhaltenden, mit Elektronenbündel getriebenen Plasma Kielfeld-Beschleuniger
No full textWith the advancement of climate change, greenhouse gas emissions in all aspects of society must be reduced, including research. Particle collider and free-electron laser (FEL) facilities have become increasingly large as their scientific reach has been extended by using higher-energetic particles. While they have proven indispensable in fundamental research and industry and have impelled technological advances, they also have a large environmental footprint.
Plasma accelerators, which accelerate particle bunches in the wakefields of a charged bunch propagating through a plasma, can sustain orders-of-magnitude-greater accelerating gradients than state-of-the-art accelerators. This would shrink the size of collider and FEL facilities, reducing their construction-arising environmental footprint and costs. However, a large fraction of the carbon footprint across the lifetime of such high-beam-power machines comes from power consumption during operation. Plasma accelerators must operate at high energy-transfer efficiency to ensure that the benefits of a smaller facility are not rendered futile by excessive power consumption. This thesis treats the topic of energy efficiency in plasma accelerators, presenting experimental results with high energy efficiency in the two transfers occurring within the plasma: from the driving bunch to the plasma and from the plama to the accelerating bunch. However, these types of facilities require high-quality bunches. Therefore, the experimental results must also be relevant for quality-preserving acceleration.
Measuring high-quality bunches and a high energy-transfer efficiency requires precise diagnostics, for which a detailed dipole spectrometer calibration is performed. This allowed demonstrating experimentally the acceleration of a particle bunch at 0.8 GV/m while preserving its energy spread, charge, and transverse emittance. The plasma-to-accelerating-bunch energy-transfer efficiency in this first quality-preserving working point is 22%, close to the literature’s record efficiencies.
The main result of this thesis is the experimental demonstration of (59 ± 3)% driver-to-plasma energy-transfer efficiency – an order of magnitude larger than previous results in the literature. This result was achieved at the limit of re-acceleration, a process that would hinder preserving the quality of an accelerating bunch, where the first driver electrons become non-relativistic, slip backward in phase and get re-accelerated. For the first time, this process, which limits the energy efficiency of a plasma accelerator, is measured in detail and with two separate diagnostics.
While the high efficiency of these results was achieved separately, they represent key milestones in demonstrating high-efficiency and quality-preserving plasma accelerators.Angesichts des fortschreitenden Klimawandels müssen die Treibhausgasemissionen in allen Bereichen der Gesellschaft reduziert werden. Dies betrifft auch die Forschung, wo Teilchenbeschleuniger und Freie-Elektronen-Laser (FEL) immer größer werden, da ihre wissenschaftliche Reichweite durch noch energetischere Teilchen erweitert wird. Solche Einrichtungen haben sich in der Grundlagenforschung und in der Industrie als unentbehrlich erwiesen, aber sie haben auch einen großen ökologischen Fußabdruck.
Mittels Plasma kann ein Teilchenbündel im Kielfeld eines vorläufigen Bündels beschleunigt werden. Die Gradienten können um Größenordnungen höher sein als in der derzeitig verwendeten Beschleunigertechnologie. Dies würde die Länge von Teilchenbeschleuniger- und FEL-Einrichtungen verkürzen und somit auch ihren ökologischen Fußabdruck und die Baukosten reduzieren. Ein substantieller Teil des gesamten Fußabdrucks solcher Maschinen ist jedoch durch den Stromverbrauch während des Betriebs bestimmt. Damit die ersparten Treibhausemissionen nicht durch einen erhöhten Stromverbrauch zunichte getragen werden, müssen Plasmabeschleuniger mit hoher Energieübertragungseffizienz arbeiten. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit diesem Thema und präsentiert experimentelle Ergebnisse mit hoher Energieeffizienz in den zwei Transfers innerhalb des Plasmas: vom treibenden Bündel zum Plasma und vom Plasma zum beschleunigenden Bündel. Da für diese Art von Einrichtungen hochwertige Bündel erforderlich sind, wird der Fokus auf qualitätserhaltende Ergebnisse gesetzt. Dies erfordert präzise Diagnostiken, weshalb eine detaillierte Kalibrierung durchgeführt wird. Auf diese Weise konnte experimentell die Beschleunigung eines Teilchenbündels mit 0,8 GV/m unter Beibehaltung seiner transversalen Emittanz nachgewiesen werden. Dabei beträgt die Energietransfereffizienz vom Plasma zu dem beschleunigten Teilchenbündel 22% und ist vergleichbar zu den Rekordwerten in der Literatur.
Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeit ist der experimentelle Nachweis, dass ein treibendes Bündel (59 ± 3)% seiner ursprünglichen Energie im Plasma deponiert, was eine Größenordnung über den bisherigen Ergebnissen ist. Dies wurde kurz vor dem Prozess gemessen, wo treibende Elektronen auf nichtrelativistischen Energien verlangsamt und wieder beschleunigt werden, welches die Erhaltung der Qualität eines beschleunigten Bündels verhindern würde. Dieser Prozess, welcher somit die Energieeffizienz eines Plasmabeschleunigers begrenzt, wird hier zum ersten Mal detailliert gemessen.
Auch wenn die hohe Effizienz dieser Ergebnisse in getrennten Messungen erzielt wurde, stellen sie einen wichtigen Meilenstein zur Demonstration hocheffizienter und qualitätserhaltender Plasmabeschleuniger dar.Ante el avance del cambio climático, debemos reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en todos los aspectos de la sociedad, incluyendo la investigación. En este ámbito, colisionadores de partículas y láseres de electrones libres (free-electron lasers, FELs) han ido agrandándose a medida que se ampliaba su alcance científico mediante partículas más energéticas. Aunque se han demostrado indispensables en la investigación básica y en la industria, también tienen una gran huella medioambiental.
Los aceleradores de plasma, que aceleran haces de partículas en los campos de estela de otro haz propagando a través de un plasma, pueden mantener gradientes de aceleración de órdenes de magnitud mayores que los aceleradores más modernos. Esto reduciría el tamaño de colisionadores y FELs, y con ello su huella medioambiental y los costes de construcción. Sin embargo, una gran parte de la huella medioambiental durante su vida útil tiene su origen en el consumo energético durante su funcionamiento. Por lo tanto, los aceleradores de plasma deben operar con una alta eficiencia energética para conseguir una reducción neta de emisiones de GEI. Esta tesis doctoral trata este tema, presentando resultados experimentales con alta eficiencia energética en las dos transferencias que ocurren dentro del plasma: del haz impulsor al plasma y del plasma al haz acelerador. Dado que este tipo de instalaciones requieren haces de alta calidad, se presta especial atención a resultados que puedan mantener la calidad del haz acelerante.
La medición de haces de alta calidad y acelerados con alta eficiencia energética requieren diagnósticos precisos, para lo cual se realiza una calibración detallada del espectrómetro dipolar. Esto permite demostrar experimentalmente la aceleración de un haz de partículas con un gradiente de aceleración de 0,8 GV/m y manteniendo su emitancia transversal. Aquí, la eficiencia de transferencia energética (del plasma al haz acelerado) es del 22 %, similar a eficiencias récord.
El principal resultado de esta tesis doctoral es la demostración experimental del haz impulsor transfiriendo el (59 ± 3) % de su energía inicial al plasma, siendo los resultados una orden de magnitud mayor que los previos descritos en la literatura. Esto se consiguió justo antes del inicio del proceso en el cual electrones impulsores se convertirían en no relativistas y se acelerarían de nuevo, lo que evitaría mantener la calidad de un haz acelerador. Por primera vez, este proceso, que limita la eficiencia energética de un acelerador de plasma, se mide meticulosamente y con dos diagnósticos independientes.
Aunque la alta eficiencia de estos resultados se consiguió por separado, representan un hito clave en la demostración de aceleradores de plasma de alta eficiencia que mantengan la calidad del haz acelerador
Disrupted developmental processes in the human visual cortex linked to congenital patterned visual deprivation
No full textSensitive periods are maturational phases wherein the brain shows heighted plasticity in response to environmental experience. Importantly, if sensory experience was not received within such windows, development of the underlying neural architecture was found to be impaired. This dissertation investigated two hypothesized mechanisms underlying sensitive periods in the human visual cortex, by working with rare individuals who were born blind due to dense bilateral congenital cataracts. Due to delayed treatment, these individuals experienced a transient period of congenital patterned visual deprivation.
The first two studies of this dissertation tested the role of two neural processes which, based on non-human animal research, were proposed to underlie sensitive periods of brain development.
First, the maturation of inhibition in the visual cortex was shown to rely on visual experience in non-human animal models, resulting in the establishment of an E/I balance. To investigate whether the development of such an E/I balance in humans is linked to a sensitive period, the first study of this dissertation (Appendix I) compared the ratio of excitation to inhibition (E/I ratio) in the visual cortex of CC individuals to aged-matched normally sighted (SC) individuals. Magnetic Resonance Spectroscopy was used to compare the visual cortex concentrations of excitatory/inhibitory (Glutamate-glutamine/Gamma-Aminobutyric Acid) neurotransmitters. Additionally, the aperiodic parameters of the broadband (1-20 Hz) electroencephalogram (EEG) spectrum were compared across occipital electrodes. Previous work has linked the slope of the aperiodic EEG (1/f) distribution to the E/I ratio, whereas the intercept has been related to broadband neuronal firing. Both the neurotransmitter ratio and the aperiodic slope indicated a lower E/I ratio in the visual cortex of CC than SC individuals. Simultaneously, the aperiodic intercept was increased in CC individuals, suggesting increased broadband neuronal firing. These findings suggest that the development of human visual cortex E/I ratio might underlie sensitive period plasticity.
Second, the development of corticocortical projections has been shown to rely on postnatal visual input in non-human animals. Corticocortical projections support the interaction between feedforward and feedback processing, i.e. recurrent processing, in the visual cortex, which is essential for typical visual behavior. Occipital alpha (8-14 Hz) oscillations have been correlated to feedback processing in SC individuals; therefore, the second study of this dissertation compared whether two characteristic EEG alpha-range phenomena manifest to the same extent in CC individuals (Appendix II). CC individuals demonstrated lower stimulus-evoked as well as resting-state alpha amplitudes than SC individuals. Further, CC individuals with above-threshold evoked alpha activity had better visual acuity than those without a significant evoked alpha peak. This linked reduction of evoked and resting- state alpha activity was interpreted as an impairment in recurrent processing in CC individuals’ visual systems.
Together, these studies provide evidence for neural processes which demonstrate (visual) experience dependence, and therefore, might be associated with a sensitive period.
In addition to deleterious effects on visual behavior, the consequences of congenital visual deprivation have been shown to extend to multisensory integration. The third study of this dissertation tested whether congenital visual deprivation affected the development of visuo-haptic integration by investigating whether CC individuals experience the Size-Weight illusion (SWI). The SWI is a robust illusion in typical visuo-haptic development, wherein SC individuals perceive the larger of two objects which in fact weigh the same to be lighter. In this study, CC and SC participants were first presented with visuo-haptic cues of size, i.e. being able to see and feel the objects. Additionally, individuals treated for developmental cataracts and permanently congenitally blind individuals were tested. All groups experienced a robust visuo-haptic SWI. Subsequently, CC participants assessed the weights of stimuli while receiving no haptic size information, i.e. holding them with an attached string. Regardless of whether size information was presented via visuo-haptic or exclusively visual cues, CC participants experienced the SWI to the same extent as SC individuals. These results suggested that the ability to integrate simultaneous visual and haptic size cues did not rely on early visual experience
Diversity, distribution and conservation status of the Iranian Lepidoptera
No full textGlobally, insect populations are experiencing a significant decline primarily due to human activities. However, our understanding of the scope and severity of this decline is largely biased toward countries where biodiversity has been extensively studied. This thesis delves into the distribution patterns and conservation status of Lepidopteran species in Iran, a country at the intersection of three zoogeographical realms in southwest Asia. Within its borders lie two of the world's biodiversity hotspots. An extensive literature review was conducted on earlier studies to summarize the knowledge of zoogeographic patterns in Iran. By compiling the most comprehensive dataset of species occurrences of Lepidoptera, we delineated the species' ranges across the country. The species ranges were defined using ecosystem masking as an environmental proxy, and subsequently species distribution models (SDM). As a result, the bioregions for Lepidoptera of Iran were identified using distance-based (DM) and network-based (NM) methods. Despite some differences between the two methods, they converged on five major bioregions for the taxa across the country. These findings underscore the crucial role of the country as a potential macro-scale transitional zone, facilitating faunal exchange in southwest Asia. In line with previous studies on the fauna and flora, hotspots analysis showed that the most species-diverse regions for Lepidoptera are located across main mountain ranges in the west and center (Zagros) and north (Alborz) of the country, largely coinciding with two global biodiversity hotspots, particularly, the Irano-Anatolian hotspot. A gap analysis revealed that 75 % of the areas we defined as higher priority for Lepidoptera conservation are not protected by any IUCN categories of the existing protected areas in the country. Ultimately, by forecasting the species distribution of the Zygaenidae under different future climate scenarios, we investigated the destructive impacts of climate change on the distribution of species at the end of the current century. Our findings revealed that endemic species with narrow distributions are likely to suffer the most from these changes. Conversely, species with broader distributions may have the ability to migrate towards higher latitudes. In conclusion, the findings of the present thesis indicate Iran as an area with high diversity and endemism. The results of this thesis demonstrate that the distribution pattern of Lepidoptera in the country is not uniform, and exhibits greater complexity in southern regions, potentially serving as contact zones between zoogeographical regions. However, in line with independent studies on the impact of climate change in the Middle East, we observed that southern areas of Iran are disproportionately affected compared to northern parts of the country. Furthermore, these biodiversity-rich regions are not adequately safeguarded, due to the significant misalignment with the current network of protected areas. The information generated in this study will be useful for establishing new protected areas and upgrading the current network of protected areas within regions with higher irreplaceability and vulnerability not only for Lepidoptera but also for other groups of organisms living in the country.Weltweit erleben Insektenpopulationen einen signifikanten Rückgang, hauptsächlich aufgrund menschlicher Aktivitäten. Allerdings ist unser Verständnis für das Ausmaß und die Schwere dieses Rückgangs weitgehend auf Länder beschränkt, in denen ihre Biodiversität umfassend untersucht wurden. Diese Arbeit beschäftigt mit den Verbreitungsmustern und dem Erhaltungszustand der Lepidoptera-Arten im Iran, einem Land an der Schnittstelle von drei zoogeographischen Regionen in Südwestasien. Innerhalb seiner Grenzen liegen zwei der globalen Biodiversitätshotspots. Eine umfassende Literaturübersicht fasst zusammen, was über die lokalen Biodiversitätsmuster bereits bekannt ist. Durch Zusammenstellung des umfangreichsten Datensatzes zu Artenvorkommen von Schmetterlingen haben wir die Verbreitungsgebiete der Arten im ganzen Land abgegrenzt. Die Verbreitungsgebiete der Arten wurden unter Verwendung von Ökosystemmaskierung als Umweltproxy definiert und anschließend mit Species Distribution Models (SDM) und Ensemble Small Models (ESMs) bestimmt. Als Ergebnis wurden die Bioregionen für Lepidoptera im Iran mithilfe von distanzbasierten (DM) und netzwerkbasierten (NM) Methoden identifiziert. Trotz einiger Unterschiede zwischen den beiden Methoden stimmen sie in fünf hauptsächlichen Bioregionen für die Taxa im ganzen Land überein.Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle des Landes als Übergangszone für den Faunenaustausch in Südwestasien. Entsprechend früheren Studien zur Fauna und Flora zeigte die Hotspot-Analyse, dass die artenreichsten Regionen für Lepidoptera entlang der westlichen Gebirgsketten im Westen, im Zentrum (Zagros) und im Norden (Alborz) des Landes liegen, die weitgehend mit zwei globalen Hotspots der Biodiversität übereinstimmen, insbesondere mit dem Irano-Anatolischen Hotspot. Eine Lückenanalyse ergab, dass 75 % der von uns als prioritär für den Schutz von Schmeterlingen identifizierten Gebiete nicht durch Kategorien der IUCN geschützt sind. Schließlich untersuchten wir durch die Vorhersage der Artenverteilung der Widderchen (Zygaenidae) unter verschiedenen zukünftigen Klimaszenarien die zerstörerischen Auswirkungen des Klimawandels auf die Verbreitung von Arten bis zum Ende dieses Jahrhunderts. Unsere Ergebnisse zeigten, dass endemische Arten mit kleinen Verbreitungsgebieten am stärksten unter diesen Veränderungen leiden werden. Dagegen könnten Arten mit größeren Verbreitungsgebieten die Fähigkeit zur Migration in Richtung höherer Breitengrade haben. Zusammenfassend stellen die Ergebnisse dieser Arbeit den Iran als ein Gebiet mit hoher Diversität und Endemismus dar. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Verbreitungsmuster der Schmetterlinge im Land nicht einheitlich ist und in südlichen Regionen eine größere Komplexität aufweist, die möglicherweise als Kontaktzonen zwischen zoogeografischen Regionen dienen. Allerdings beobachteten wir im Einklang mit unabhängigen Studien zu den Auswirkungen des Klimawandels im Nahen Osten, dass diese südlichen Gebiete im Vergleich zu den nördlichen Regionen unverhältnismäßig stark betroffen sind. Darüber hinaus sind diese biodiversitätsreichen Regionen aufgrund der erheblichen Diskrepanz zu den Schutzgebieten im Land nicht angemessen geschützt. Die in dieser Studie generierten Informationen werden nützlich sein für die Einrichtung neuer Schutzgebiete und die Verbesserung des aktuellen Netzwerks von Schutzgebieten in Regionen besonderer Bedeutung, nicht nur für Schmetterlinge, sondern auch für andere Organismengruppen, die im Land leben
The Sensitivity of Dielectric Haloscopes to Dark Matter Axions and Dark Photons
No full textAxions and dark photons are dark matter candidates that have gathered increasing interest over the years. They are thought to be very lightweight with masses of less than \SI{1}{\eV}, where their wave-like nature needs to be taken into account. Haloscopes are experiments aimed at detecting axions or dark photons from the galactic dark matter halo in the laboratory by converting them into detectable ordinary photons. Dielectric haloscopes like the upcoming MAgnetized Disk and Mirror Axion eXperiment (MADMAX) are designed to have a detector volume that can scale independently of the wavelength of the converted photons, facilitating the search for higher axion or dark photon masses from \SIrange{40}{400}{\micro\eV}. They rely on the strategic placing of a stack of large dielectric disks, collectively known as the booster. Each disk emits converted photons sourced by either axions or dark photons. The spacing between disks is controlled such that the emissions of each disk can resonate and interfere constructively, leading to a large amplification of the expected signal power.
The most important characteristic of a haloscope is the expected sensitivity to a given axion or dark photon mass and interaction strength. This has proven to be particularly challenging for dielectric haloscopes as the large detector volume makes accurate numerical simulation infeasible. In this thesis, a novel approach to determining the sensitivity of dielectric haloscopes, which does not rely on numerical simulations, is developed and verified experimentally. By precisely measuring an electric test field, the expected signal power of the haloscope can be determined using reciprocity theorems. This \textit{reciprocity approach} applies not only to dielectric haloscopes but also to cavity and dish antenna haloscopes. The electric test field is measured on a dish antenna and dielectric haloscope with up to three disks using the bead-pull method. Measuring the electric fields allows to characterize systematic effects that have been out of reach for numerical simulations. Most notably, this includes standing waves between the receiver antenna and booster. The expected signal power is determined from electric field measurements and with minimal model input, enabling a full calibration of a dielectric haloscope for the first time.
Solving this major challenge made it possible to perform a competitive dark photon search using a three-disk dielectric haloscope and a custom-built receiver chain. No dark photon signal was found, excluding dark photon dark matter with a mixing angle \chi > \num{5.7e-12} over a mass range of \SIrange{78.62}{83.95}{\micro\eV}. With a peak sensitivity of \chi\sim\num{2e-13}, existing bounds are improved by almost three orders of magnitude
Analysis of nanoporous carbons infiltrated with light metal hydrides as hydrogen storage
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Inversed Ratio of CD39/CD73 Expression of γδ T Cells in People Living with HIV Versus Healthy Controls Correlates With the Course of Disease
No full textBackground: HIV infection leads to chronic immune activation and dysfunction in humans, without a causal cure currently existing. γδ T cells (γδT) are unconventional T cells that have been shown to play a significant role in the pathogenesis and immune response of viral infections in general and in HIV infection in particular. In addition to conventional T cells, HIV also affects γδT and inverts the ratio of its subsets Vδ1 T cells (Vδ1) and Vδ2 T cells (Vδ2). The ectonucleotidases CD39 and CD73 are part of the purinergic pathway which can regulate inflammation by degradation of pro-inflammatory ATP to Adenosine. Human γδ T cells may exhibit immunosuppressive functions and a potential role of CD39+ γδT with a regulatory function in mice has previously been discussed. However, the expression of the ectoenzymes CD73 and CD39 in human γδT and their role in HIV remains unclear. Therefore, the main aim of this dissertation was to study the expression patterns of CD39 and CD73 on γδ T cells in people living with HIV and to identify a potentially suppressive activity of (CD39+) γδ T cells through adenine signaling. Additionally, a distinct group of patients, elite controllers who control their HIV infection without any medication, was evaluated.
Methods: PBMCs of 86 people living with HIV (36 viremic patients; 32 antiretroviral therapy (ART) –treated; 8 elite controllers; 10 long-term non-progressors) and 26 HIV-negative individuals using a multiparametric flow cytometry panel (16-colored) were studied by determining the surface expression of CD39 and CD73 on Vδ1 and Vδ2 in association with markers of differentiation (CD45RA, CD28, CD27), activation (CD38 and HLA-DR) and exhaustion (TIGIT and PD-1), and evaluating the intracellular production of pro- and anti-inflammatory cytokines (IL-2, TGF-ß, TNF-a, Granzyme B, IL-10, IFN-g) after in vitro stimulation with PMA/Ionomycin.
Results: A significant increase in the frequency of CD39+ γδ T cells in samples of viremic HIV-infected individuals in comparison to uninfected controls was observed, while the frequency of CD73+ γδ T cells decreased. CD39, but not CD73, expression on γδ T cells of ART-treated individuals returned to levels comparable with those of uninfected individuals.
The frequency of CD39+ γδ T cells correlated with disease progression (higher viral load, lower CD4+ T-cell count) and immune activation (HLA-DR+CD38+ expression of γδ T cells as well as CD8+ T cells). Inversely, the frequency of CD73+ γδ T cells correlated negatively with disease progression.
The expression of CD39 on the Vδ2 T-cell subset was significantly lower than on the Vδ1 γδ T-cell subset in all study groups except in elite controllers.
The expression of CD39 on activated, HLA-DR+CD38+ γδ T cells was found to be higher than on HLA-DR-CD38- γδ T cells while the activation level of CD39+ Vδ1 and CD39+ Vδ2 T cells was similar. Moreover, there were significantly more exhausted (PD-1+TIGIT+) and terminally differentiated (CD27-CD28-) CD39+ Vδ1 compared to CD39+ Vδ2.
A higher production of IL-10 in CD39+ γδ T cells vs CD39- γδ T cells regardless of disease status was noticed and the highest IL-10 production level of γδ T cells was seen in viremic HIV patients. The expression of CD39+CD73+ on γδ T cells remained low (< 1%) regardless of disease status, but nevertheless, showed the highest release of IL-10. Also, CD39+ Vδ2 T cells produced IL-10 more frequently than their CD39+ Vδ1 counterparts in all studied individuals. Analysis of other cytokines revealed that Vδ2 lost their polyfunctionality in parts and produced fewer anti-inflammatory cytokines in HIV infection.
Elite controllers appear to assume an intermediate position between HIV-uninfected and -infected individuals regarding CD39 and CD73 expression and cytokine profile on γδ T cells.
Conclusions: Our results suggest a potential immunomodulatory role of CD39+ and CD73+ γδ T cells in the pathogenesis of chronic HIV infection. To identify novel therapeutic approaches for HIV infections, suppression assays, immunotherapeutic approaches with Vδ2 T cells, and blocking monoclonal antibodies should be considered.Hintergrund: Eine HIV-Infektion führt beim Menschen zu einer chronischen Aktivierung und Dysfunktion des Immunsystems. γδ-T-Zellen sind unkonventionelle T-Zellen, die nachweislich eine wichtige Rolle bei der Pathogenese und der Immunreaktion auf Virusinfektionen im Allgemeinen und insbesondere bei der HIV-Infektion spielen. Zusätzlich zu den konventionellen T-Zellen beeinflusst das HI-Virus auch γδ-T-Zellen und kehrt das Verhältnis ihrer Subgruppen Vδ1-T-Zellen und Vδ2-T-Zellen um. Die Ektonukleotidasen CD39 und CD73 sind Teil des purinergen Signalwegs, der Entzündungen durch den Abbau von entzündungsförderndem ATP zu Adenosin regulieren kann. Menschliche γδ-T-Zellen können immunsuppressive Funktionen aufweisen. Eine mögliche Rolle von CD39+ γδT mit einer regulatorischen Funktion bei Mäusen wurde bereits diskutiert. Die Expression der Ektoenzyme CD73 und CD39 auf menschlichen γδ-T-Zellen und ihre Rolle in der HIV-Infektion sind jedoch weitgehend unklar. Daher bestand das Hauptziel dieser Arbeit darin, die Expressionsmuster von CD39 und CD73 auf γδ-T-Zellen von Menschen, die mit HIV leben, zu untersuchen und eine potenziell suppressive Aktivität von (CD39+) γδ-T-Zellen durch Adenin-Signalisierung zu identifizieren. Darüber hinaus wurde eine bestimmte Gruppe von Patient:innen, die sogenannten Elite-Controller, die in der Lage sind, ihre HIV-Infektion ohne Medikamente zu kontrollieren, untersucht.
Methoden: PBMCs von 86 Menschen, die mit HIV leben (36 virämische, 32 mit antiretroviraler Therapie (ART) behandelte, 8 Elite-Controller, 10 Long-term non-progressors), und 26 nicht HIV-infizierte Personen wurden untersucht. Dafür wurde ein multiparametrisches Durchflusszytometrie-Panel (16-farbig) zur Bestimmung der Oberflächenexpression von CD39 und CD73 auf Vδ1- und Vδ2-T-Zellen verwendet. Besonders Augenmerk wurde auf Marker dieser Zellen gelegt, die mit Differenzierung (CD45RA, CD28, CD27), Aktivierung (CD38 und HLA-DR) und Erschöpfung (TIGIT und PD-1) assoziiert sind. Anschließend wurde die intrazelluläre Produktion von entzündungsfördernden und entzündungshemmenden Zytokinen (IL-2, TGF-ß, TNF-a, Granzyme B, IL-10, IFN-g) nach In-vitro-Stimulation mit PMA/Ionomycin bestimmt.
Ergebnisse: Es wurde ein signifikanter Anstieg des Anteils von CD39+ γδ-T-Zellen in Proben von virämischen HIV-Infizierten im Vergleich zu gesunden Kontrollen beobachtet, während der Anteil von CD73+ γδ-T-Zellen abnahm. Die Expression von CD39 auf γδ-T-Zellen von mit ART behandelten Personen kehrte auf ein Niveau zurück, das mit dem von gesunden Personen vergleichbar war. Bei der Expression von CD73 war dies nicht der Fall.
Die Frequenz von CD39+ γδ-T-Zellen korrelierte mit dem Fortschreiten der Krankheit (höhere Viruslast, niedrigere CD4+-T-Zellzahl) und der Immunaktivierung (HLA-DR+CD38+ Expression auf γδ-T-Zellen sowie CD8+ T-Zellen). Umgekehrt korrelierte die Frequenz von CD73+ γδ-T-Zellen negativ mit dem Fortschreiten der Krankheit.
Die Expression von CD39 auf der Vδ2-T-Zell-Untergruppe war in allen Studiengruppen mit Ausnahme der Elite-Controller signifikant niedriger als auf der Vδ1-γδ-T-Zell-Untergruppe.
Die Expression von CD39 auf aktivierten HLA-DR+CD38+ γδ-T-Zellen war höher als auf HLA-DR-CD38- γδ-T-Zellen, während das Aktivierungsniveau von CD39+ Vδ1 und CD39+ Vδ2-T-Zellen ähnlich war. Außerdem gab es deutlich mehr erschöpfte (PD-1+TIGIT+) und terminal differenzierte (CD27-CD28-) CD39+ Vδ1 im Vergleich zu CD39+ Vδ2-γδ-T-Zellen.
Es wurde eine höhere Ausschüttung von IL-10 in CD39+ γδ-T-Zellen im Vergleich zu CD39- γδ-T-Zellen unabhängig vom Krankheitsstatus festgestellt und die höchste IL-10-Produktion von γδ-T-Zellen bei virämischen HIV-Patienten gesehen. Die Expression von CD39+CD73+ auf γδ-T-Zellen blieb unabhängig vom Krankheitsstatus niedrig (< 1 %), zeigte nichtsdestotrotz dazu die höchste Freisetzung von IL-10. Außerdem produzierten CD39+ Vδ2-T-Zellen bei allen untersuchten Personen häufiger IL-10 als ihre CD39+ Vδ1 Gegenparts. Die Analyse anderer Zytokine ergab, dass Vδ2-γδ-T-Zellen ihre Polyfunktionalität teilweise verloren hatten und bei einer HIV-Infektion weniger entzündungshemmende Zytokine produzierten.
Elite-Controller scheinen hinsichtlich der CD39- und CD73-Expression und des Zytokinprofils auf γδ-T-Zellen eine Zwischenstellung zwischen gesunden und HIV-infizierten Personen einzunehmen.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse deuten auf eine mögliche immunmodulatorische Rolle von CD39+ und CD73+ γδ-T-Zellen bei der Pathogenese der chronischen HIV-Infektion hin. Um neue therapeutische Ansätze für HIV-Infektionen zu identifizieren, sollten Suppressionstests, immuntherapeutische Ansätze mit Vδ2-T-Zellen und blockierende monoklonale Antikörper in Betracht gezogen werden
Maßgeschneiderte Erzeugung, Modulation und Charakterisierung von ultrakurzen Pulsen im Tief- und Vakuum-Ultraviolett
No full textDer adaptive Ansatz der Nutzung von Cherenkov-Soliton-Strahlung in optischen Fasern, auch bekannt als resonante dispersive Wellenemission (RDW), nicht-solitonische Strahlung oder Schurkenwellen, spielt eine Schlüsselrolle bei der spektro-temporalen Modulation ultrakurzer Pulse und der nichtlinearen Frequenzumwandlung. In dieser Forschungsarbeit wird die Entwicklung und Charakterisierung einer frequenzabstimmbaren ultrakurzen Lichtquelle vorgestellt, die sich auf jede gewünschte Wellenlänge im Spektralbereich vom Vakuum-Ultraviolett bis zum sichtbaren Licht einstellen kann. Es werden neuartige Techniken zur Änderung der spektralen Bandbreite vorgestellt und die kritischen Faktoren identifiziert, die für die Erzeugung hochwertiger, abstimmbarer ultrakurzer Pulse erforderlich sind, die selektiv molekulare Zustände anregen und ultraschnelle Elektronenumlagerungen auslösen können.
Unsere Untersuchung führte zur Manipulation von ultra-breitbandigen Pulsen im nahen Infrarotbereich nahe der Null-Dispersions-Wellenlänge. Mit diesem Ansatz wurden die langsamen und schnellen Komponenten von gechirpten Pulsen synchronisiert, so dass verschiedene Frequenzkomponenten eines Breitbandpulses zeitlich zusammenfallen können. Eine solche Interaktion verbessert die Frequenzwellenmischung und führt zu neuen, einstellbaren Frequenzen im tiefen und im Vakuum-Ultraviolett-Spektrum. Wir untersuchten die zeitlichen Eigenschaften dieser adaptiven Pulse mittels streifenaufgelöster interferometrischer Autokorrelation, was ihre Selbstkompression bestätigte und gleichzeitig einen tieferen Einblick in ihre Eigenschaften für zukünftige Anwendungen bot.
Unsere experimentellen Beobachtungen, unterstützt durch numerische Simulationen, haben gezeigt, dass die Wechselwirkung des Plasmas intensive, kurze Pulse mittlerer Soliton-Ordnung in kohärente, abstimmbare Frequenzpaare aufteilen kann. Diese Paare können dann durch Manipulation der Dispersion in ihrer Frequenz angepasst werden. Darüber hinaus wurde in dieser Forschungsarbeit der Nachweis von kaskadierten Phasenanpassungsbedingungen in dispersiven Wellen im UV-VUV-Bereich erbracht. Durch Korrektur der zeitlichen Verzögerung zwischen Pumpimpulsen und dispersiven Wellen in Gasen wie Argon, Neon und Helium haben wir eine abstimmbare frequenz-periodische Struktur erzeugt.
Diese Studie erweitert nicht nur das Verständnis der Modulation ultrakurzer Pulse, sondern enthüllt auch mehrere einzigartige Phänomene, die den Weg für neue Anwendungen in der ultraschnellen Wissenschaft ebnen. Die abstimmbaren ultrakurzen Pulse im tief- und vakuum-ultravioletten Spektrum sind entscheidend für die Erforschung der Photoreaktionsdynamik, da diese Wellenlängen von chemischen Verbindungen stark absorbiert werden. Diese in der Frequenz einstellbaren Pulse sind ideal für zeitaufgelöste Studien geeignet und ermöglichen die präzise Anregung von Molekülen zu höheren Energiezuständen. Dieses Verfahren ermöglicht detaillierte Untersuchungen der Molekülstrukturen und -dynamik, die für ein gründliches Verständnis chemischer Reaktionen und elektronischer Umlagerungen in Molekülen entscheidend sind.The adaptive approach of using Cherenkov soliton radiation in optical fibers, also known as resonant dispersive wave (RDW) emission, non-solitonic radiation, or rogue waves, plays a key role in the spectro-temporal modulation of ultrashort pulses and nonlinear frequency conversion. This research presents the development and characterization of a frequency-tunable ultrashort light source capable of adjusting to any desired wavelength within the spectral range from vacuum ultraviolet to visible light. It introduces novel techniques for modifying spectral bandwidth and identifies the critical factors necessary for generating high-quality, tunable ultrashort pulses that can selectively excite molecular states and trigger ultrafast electron rearrangement.
Our investigation led to the manipulation of near-infrared, ultra-broadband pulses near the zero-dispersion wavelength. This approach synchronized the slow and fast components of chirped pulses, enabling different frequency components of a broadband pulse to coincide in time. Such interaction enhances frequency wave mixing, yielding new, adjustable frequencies in the deep and vacuum ultraviolet spectra. We examined the temporal characteristics of these adaptive pulses through fringe-resolved interferometric autocorrelation, confirming their self-compression while also offering a deeper insight into their properties for future applications.
Our experimental observations, supported by numerical simulations, revealed that plasma interaction can segment intense, short pulses of intermediate soliton order into coherent, tunable frequency pairs. These pairs can then be adjusted in frequency by manipulating dispersion. Moreover, this research uncovers the detection of cascaded phase matching conditions in dispersive waves within the UV-VUV region. By correcting the temporal delay between pump pulses and dispersive waves in gases like argon, neon, and helium, we generated a tunable frequency-periodic structure.
This study not only broadens the understanding of ultrashort pulse modulation but also unveils several unique phenomena, paving the way for novel applications in ultrafast science. The tunable ultrashort pulses in the deep- and vacuum-ultraviolet spectrum are crucial for exploring photoreaction dynamics, given the strong absorption of these wavelengths by chemical compounds. These frequency-adjustable pulses are ideally tailored for time-resolved studies, enabling the precise excitation of molecules to higher energy states. This process allows for detailed examinations of molecular structures and dynamics, which is crucial for a thorough understanding of chemical reactions and electronic rearrangements within molecules