Cologne Excellence Cluster on Cellular Stress Responses in Aging Associated Diseases
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Die Charakterisierung von T-Zell-Subpopulationen und deren Aktivierungsstatus bei Patient*innen mit Post-COVID-19 Syndrom
Full text linkEinleitung: COVID-19, erstmals identifiziert in Wuhan im Dezember 2019, entwickelte sich innerhalb weniger Monate zu einer globalen Pandemie.
Bereits frühzeitig stellte sich heraus, dass bei einem Anteil der Infizierten die Erkrankung nicht folgenlos ausheilte. Während es bei den meisten SARS-CoV-2-Infizierten binnen weniger Wochen zu einer kompletten Genesung kommt, erleiden ca. 10-20% der Infizierten persistierende, oder neuauftretende Symptome nach einer SARS-CoV-2-Infektion, die als Post-COVID-Syndrom (PCS) beschrieben werden. Das Verständnis von Ursachen, prädisponierenden Faktoren und der Pathogenese des PCS stellen wichtige Meilensteine zur Entwicklung von Therapien und Präventionsmöglichkeiten dar.
Methoden: PBMCs von 16 PCS+ und 16 PCS- Patient*innen, sowie 10 gesunden Kontrollen wurden isoliert und mittels multiparametrischer Durchflusszytometrie analysiert. Es erfolgte die Differenzierung von CD4+ und CD8+ T-Zellen sowie CD4+ T-Gedächtniszell-Subpopulationen (TCM, TTM, TEM). Ebenfalls erfolgte die Bestimmung der Marker CXCR3, PD-1, HLA-DR und CD38. Ergänzend wurden T-Zell-Stimualtionstest mit SARS-CoV-2-spezifischem Antigen (Prot_S1) durchgeführt, die Sekretion von IFN und TNF, sowie die Expression von CD40L quantifiziert.
Ergebnisse: PCS+ Patient*innen zeigten eine erhöhte Frequenz an CD4+ T-Gedächtniszellen sowie eine Verschiebung innerhalb der CD4+ T-Gedächtniszell-Subpopulationen mit reduzierten TCM und erhöhten TTM. Es fanden sich keine Hinweise auf eine klassische T-Zell-Erschöpfung. Auffällig waren jedoch eine gesteigerte spontane und antigenspezifische Reaktivität der T-Zellen in PCS+, insbesondere eine erhöhte Produktion von IFN und TNF sowie eine erhöhte Expression von CD40L.
Diskussion: Die erhobenen Daten legen eine persistierende Immunaktivierung ohne klassische Marker der T-Zell-Erschöpfung nahe. Die Veränderungen in der T-Zelldifferenzierung sowie anhaltend erhöhte Reaktivität könnten als immunologisches Korrelat für PCS gelten. Die Ergebnisse legen nahe, dass PCS, insbesondere nach milden COVID-19 Verläufen, durch eine andauernde T-Zell-Dysregulation geprägt ist
Signifikante Einflussfaktoren zur Prognose der Verletzungs- und Überlebenswahrscheinlichkeit von Personen aus Kleinflugzeug Unfällen
Full text linkDie allgemeine Luftfahrt repräsentiert ein bis zum heutigen Zeitpunkt eher unerforschtes
Forschungsgebiet, welches erst in den letzten 15 Jahren zunehmende Bedeutung erlangte.
Den Hauptanteil der Luftfahrzeuge in diesem Sektor stellen Kleinflugzeuge dar. Aufgrund
geringerer Sicherheitsvorschriften und tendenziell geringerer Ausbildung der Piloten, gelten
Flüge mit Kleinflugzeugen im Allgemeinen als unsicherer. Während große Flugzeuge mit
einem Flugdatenschreiber, dem „Flight Data Monitoring“ (FDM) ausgestattet sein müssen, ist
dies für Kleinflugzeuge nicht vorgeschrieben und somit nur vereinzelt vorzufinden.
Infolgedessen erfolgt die Unfallanalyse ausschließlich auf Grundlage ermittelbarer Faktoren
wie beispielsweise Wetterkonditionen, Zeugenaussagen, Einschätzung des Ermittlers,
Brände, oder Wrackteile des Flugzeugs 1
.
Der erste Teil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit der Identifikation von Faktoren, die einen
statisch signifikanten Einfluss auf tödliche oder schwere Kleinflugzeugunfälle haben. Von
insgesamt 73 untersuchten Parametern wiesen 20 einen p-Wert unter 0,005 auf. Aufbauend
auf diesen Erkenntnissen ermöglichte der zweite Teil dieser Arbeit die Selektion von Faktoren
mittels logistischer Regressionsanalyse, die von entscheidender Bedeutung sind, um
Vorhersagen hinsichtlich der Verletzungs- und Überlebenswahrscheinlichkeit der Insassen
treffen zu können. Anhand dieser Ergebnisse wurden drei Scoring-Systeme entwickelt. Dieses
Verfahren bestätigte die bereits in der Literatur beschriebene Bedeutung von Faktoren wie
"Feuer", "Unfälle außerhalb des Flugplatzes", "Illusionen", "Unfälle während des Reisefluges"
und das Vorhandensein "menschlicher Faktoren" in Bezug auf tödliche Unfälle. Andere
Faktoren wurden teilweise in der Literatur kontrovers diskutiert oder es gab keine
einschlägigen Analysen. Hierzu zählt insbesondere die "Landephase", welche in allen drei
Scoring-Systemen einen negativen Einfluss auf tödliche oder schwere Unfälle zeigte. Hier war
die Einschätzung in der Literatur in Bezug auf diesen Einfluss aufgrund reiner
Häufigkeitsanalysen umstritten. Weitere Faktoren, wie der Unfallzeitpunkt und der Einfluss des
Flugzeugherstellers, wurden bisher nicht ausführlich in der Literatur analysiert.
Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Forschung und statistischer
Analysen unter Verwendung von logistischer Regression, um den genauen Einfluss einzelner
Faktoren zu quantifizieren. Durch eine Reduzierung der Einflussfaktoren mittels verstärkter
Sicherheitsmaßnahmen sind Verbesserungen in Bezug auf die Flugsicherheit zu erwarten.
Besonders hoher Bedarf besteht an der Einrichtung eines zentralen Registers für die
allgemeine Luftfahrt, welches die Anzahl der geflogenen Flugstunden, die Anzahl der Flüge
sowie die zugehörigen Flugzeugdaten pro Tag erfasst. Diese sind von essenzieller Bedeutung,
um valide Aussagen und Trends abzuleiten
Visual Communication of Large Value Ranges and Visual Validation of Regression Models
Full text linkThis dissertation investigates two underexplored challenges in visual data analysis: the effective communication of large value ranges and the visual validation of statistical (regression) models. Within the visual analytics framework, both challenges target critical parts in the data analysis process — namely, visual encoding and model building — in which visualization plays a pivotal role in enabling human insights.
The first topic focuses on the visualization of large value ranges, especially in time-dependent data. Data with large value ranges are data sets whose values span several orders of magnitude. Standard visualizations, such as linear or logarithmic scales, often fail to support readability or accurate comparison across orders of magnitude. To address this, this dissertation proposes novel visualization techniques that explicitly encode both mantissa and exponent components through refined visual mappings, including a nested color scheme, a scale that bridges the strengths of linear and logarithmic axes, and multiple visual designs for single and multiple time-series data. Empirical user studies across a range of tasks — such as identification, discrimination, and estimation — demonstrate that these techniques significantly improve task accuracy, response time, and confidence in interpretation across domain-agnostic data sets. The contributions extend beyond nominal data to support complex time-series structures, for which large value ranges are common across scientific and public domains, introducing scalable designs that enhance perception of magnitude variations. All developed techniques are domain-agnostic and are practical alternatives for visualization designers facing large value ranges in time-series data.
The second topic explores visual model validation, a process by which users assess the fit and plausibility of statistical or machine learning models through visual inspection. While visual estimation (i.e., visual model building) has received considerable attention, fewer studies address the perception and judgment of already computed model results. This dissertation investigates the cognitive and perceptual processes involved in validating visualized linear regression models. Through experimental human-subject studies, the accuracy of visual validation and estimation is compared, and key factors are identified that influence users’ ability to reliably validate model results. These factors include perceptual biases, user strategies, as well as data and design features. The findings contribute to a better understanding of visual validation processes and provide useful insights for machine learning applications and the design of visual analytics systems.
Together, this dissertation advances the theoretical and practical foundations of visual data analysis by introducing novel techniques for encoding large value ranges and empirically evaluating human assessment of model outputs.
These contributions enhance the communication of complex data in high-impact domains, such as pandemic monitoring or socioeconomic analysis. Furthermore, a deeper understanding of visual model validation enables practitioners to better interpret the uncertainty of model predictions, e.g., in medical diagnostics. The findings presented provide a foundation for future research in visualization design, human-centered AI, and explainable analytics
Family-clinician communication in adult intensive care—Development and evaluation of the multicomponent Intensive Care Communication Study: Family Meetings (IC-CO)
No full textObjectives: To develop and to evaluate an intervention on family-clinician communication in the adult ICU.
Methods: First, a scoping review was conducted to synthesize relevant evidence and theory. Second, stakeholder perspectives were derived from an online survey on family-clinician communication in the ICU. Third, findings were triangulated and incorporated into three intervention components: (1) a communication manual and (2) skills training for ICU physicians and nurses, and (3) a written information brochure for patients’ families. The intervention was evaluated in a controlled pre-post study in one medical ICU of an academic tertiary clinic in Germany. The primary endpoint was families’ symptoms of anxiety and depression at 90 days following ICU discharge, assessed using the Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS).
Main results: In the scoping review, 63 publications were synthesized into three main categories: communication platforms, tools, and strategies. In the online survey, on average, 96 family members, 42 nurses, and 28 physicians stated their preferences in the three distinct survey sections (average response rate: 46%). All groups preferred face-to-face communication, the ask-tell-ask method, recipient design, and explaining medical terminology. Four strategies for empathic communication were deduced: (1) reassuring non-abandonment, (2) acknowledging emotions and offering support, (3) expressing caring for the family members, and (4) providing understandable information. Challenges were found regarding the ICU setting, personnel, and patients’ families.
In the evaluation study, at follow-up, data from 67 and 64 family members in the control group and intervention group, respectively, were analyzed. There was no statistically significant difference in median HADS-anxiety, HADS-depression, or overall HADS scores between the groups (all p-values>.167). HADS scores at ICU admission, family members’ age, and their understanding of the patient's ICU admission diagnosis were identified as predictors of higher HADS scores at 90 days (all p-values<.006).
Conclusion: While showing significant differences regarding secondary endpoints, the intervention did not decrease families’ symptoms of anxiety or depression at follow-up. Further research is neede
Dual Role of Sulfite Oxidase in Mitochondrial Bioenergetics and Nitrite-Dependent Nitric Oxide Synthesis
No full textAbstract
Sulfite oxidase (SOX) is a vital mitochondrial enzyme requiring the molybdenum cofactor (Moco) to oxidize toxic sulfite to sulfate, a key step in sulfur metabolism. SOX deficiency (SOXD) causes neurodegeneration and has recently been linked to mitochondrial dysfunction. Thus, understanding the role of SOX for mitochondrial physiology and its regulation is crucial.
While SOX loss of SOX is known to impact mitochondrial bioenergetics and morphology, the underlying mechanisms remain poorly understood. Additionally, SOX has been implicated in a distinct, non-canonical function: facilitating nitrite-dependent nitric oxide (NO) synthesis, the physiological significance of which has yet to be elucidated. This thesis explores both functional dimensions of SOX and investigates their broader physiological relevance.
By using a combination of respiratory experiments and proteomic approaches this work revealed disruption of mitochondrial bioenergetics upon loss of SOX, specifically, a marked reduction in mitochondrial oxygen consumption and impairment of oxidative phosphorylation expanding from different In vivo to ex vivo model systems. Proteomics revealed that these impairments correlate with widespread downregulation of proteins involved in the tricarboxylic acid cycle and respiratory complexes and upregulation of glycolytic proteins, indicating metabolic rewiring. Whole-cell proteomic analysis uncovered extensive alterations in extracellular matrix proteins, linking SOX deficiency to impaired mitochondrial function and extracellular matrix remodeling. Additionally, nitrite exposure caused a slight, non-significant decrease in respiration, suggesting a potential role for SOX-dependent nitrite reduction in OXPHOS regulation.
Furthermore, this work uncovered a protective role of SOX in hypoxic vasodilation. In the context of heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF), loss of SOX resulted in increased right ventricular hypertrophy and cardiac remodeling. Spectroscopic experiments revealed that cytochrome c can serve as an electron donor for SOX in the absence of oxygen, suggesting an adaptive mechanism for NO generation under hypoxic conditions.
Furthermore, characterization of SOX-deficient neuronal cultures revealed a novel mechanism underlying the characteristic neurodegeneration of SOXD. While the typical SSC-mediated neurodegeneration was absent, neuronal cultures exhibited a marked reduction in mitochondrial respiration. In combination with a neurodevelopment deficit in these cultures this highlights the contribution of mitochondrial dysfunction towards the pathomechanism of SOXD.
Finally, regulatory studies identified molybdate supplementation, MOCS1AB overexpression, and the RNA-binding protein CLUH as modulators of SOX activity and expression. These findings offer potential therapeutic avenues for molybdenum cofactor deficiency and related metabolic disorders e.g. by dietary or pharmacological molybdate administration, gene therapy approaches aimed at boosting MOCS1AB expression or modulation of CLUH-mediated RNA regulation.
Collectively, this work elucidates a dualistic role of SOX in sustaining mitochondrial bioenergetics and nitric oxide homeostasis, extending the understanding of sulfur metabolism in health and disease. These insights pave the way for mechanism-based therapeutic strategies aimed at mitigating bioenergetic deficits in SOX-related pathologies, while also identifying possible targets for these strategies
Teacher Turnover from a Resilience Perspective. Evidence from North Rhine-Westphalia
No full textThis discussion paper explores teacher turnover in North Rhine-Westphalia from a resilience perspective. Based on a survey of 1,178 teachers, it analyzes how individual, team, and organizational resilience relate to teachers’ decisions to stay or leave the profession. Findings show that teachers who left report significantly lower resilience – especially in team support, optimism, and organizational error culture. The study highlights the stabilizing role of team resilience and calls for structurally embedded collaboration to strengthen teacher retention and well-being
Metabolic rewiring caused by mitochondrial dysfunction promotes mTORC1-dependent skeletal aging
No full textDysfunctional mitochondria reverse the TCA cycle to stimulate a profound skeletal aging response
Evaluation der Herzspitze in Bezug auf periinterventionelle Blutungskomplikationen beim transapikalen Klappenersatz
No full textErkrankungen der Mitralklappe nehmen in der Herzmedizin eine bedeutende Rolle ein, wobei die Mitralklappeninsuffizienz die zweithäufigste Herzklappenerkrankung nach der Aorten- klappenstenose ist. Zur Behandlung stehen sowohl die medikamentöse Therapie (bis zu einem gewissen Grad) zur Verfügung als auch der chirurgische Eingriff, welcher die Rekonstruktion bzw. den Ersatz der Mitralklappe umfasst. Als vielversprechende Option für chirurgische Hochrisikopatienten haben sich in den letzten Jahren die kathetergestützten Verfahren be- währt. Unter den TMVI-Systemen hat sich die Tendyne-Prothese hervorgetan, eine transapi- kal implantierbare Klappenprothese. Im Zuge des zunehmenden Einsatzes wurden jedoch Blutungskomplikationen am Apex beobachtet, die teilweise letal endeten. Ähnliche Ereignisse traten bereits bei dem TAVI-System auf, welches transapikal implantiert wird, wobei eine fra- gile Wandstruktur mit einem Überhang an epikardialem Fett am Zugangsweg als möglicher Risikofaktor diskutiert wurde.
In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, eine Methodik zur Segmentierung der Herzschich- ten an der Herzspitze aufzustellen, um deren Volumen zu quantifizieren und auf dieser Grund- lage eine Risikoabschätzung in Bezug auf perioperative Blutungskomplikationen bei katheter- gestützten Klappenersatzprozeduren durchzuführen. Zudem wurden das Volumen und die Verhältnisse der Schichten am Apex sowie Blutungskomplikationen zwischen den Patienten- kohorten verglichen, bei denen ein transapikales TMVI- bzw. TAVI-System implantiert wurde. In unserer Untersuchung, bei der Patienten am Universitätsklinikum Köln mit der Ten- dyne-Prothese bzw. mittels transapikalen TAVI-System behandelt wurden, wurden die Blu- tungskomplikationen gemäß den VARC-2- und VARC-3-Kriterien differenziert. Insgesamt wurden bei 11 Patienten in der Tendyne-Kohorte und 7 Patienten in der TA-TAVI-Kohorte intraoperative Blutungskomplikationen (30,0 % vs. 47,0 %) beobachtet. Bei beiden Kohorten wurde jeweils ein Fall von minor bleeding dokumentiert (4,0 % vs. 4,0 %). Die Häufigkeit von major bleeding war in der Tendyne-Gruppe mit 5 Patienten und in der TA-TAVI-Gruppe mit 4 Patienten nahezu identisch. Allerdings war der Unterschied des Auftretens von life-thre- atening bleeding deutlicher: In der Tendyne-Gruppe traten in 5 Prozeduren dieses Ausmaß an Blutungen auf (21,0 %), während in der TA-TAVI-Gruppe nur 2 Patienten betroffen waren (8,0 %). Die Segmentierungen im Bereich der Herzspitze mit der anschließenden Quantifizie- rung, ergaben Folgendes. Das durchschnittliche Volumen des Cavums der 23 Patienten in der TA-TAVI Kohorte betrug 4,2 cm3, das Volumen des epikardialen Fetts lag bei 2,5 cm3, und das Volumen des Myokardgewebes betrug 10,2 cm3. Im Unterschied dazu wiesen die Patien- ten der Tendyne-Gruppe ein größeres durchschnittliches Volumen des Cavums von 5,1 cm3
auf, ebenso ein erhöhtes Volumen des epikardialen Fetts von 4,2 cm3. Das durchschnittliche Volumen des Myokardgewebes in der Tendyne-Gruppe fiel jedoch mit 8 cm3 geringer aus
Plutonium concentrations link soil organic matter decline to wind erosion in ploughed soils of South Africa
No full textHolistic behavioral modeling: A case study on Drosophila larva foraging
No full textThis thesis presents the Behavioral Architecture - Dynamic Energy Budget (BA-DEB) framework, a holistic computational approach to behavioral modeling grounded in four core commitments: (i) agent-centered modeling, where the organism is treated as an internally structured and environmentally embedded unit; (ii) comprehensive behavioral scope, instantiated in a modular, hierarchical BA that spans from motor primitives to experience-shaped adaptivity; (iii) cross-timescale integration of neural, behavioral, and metabolic processes; and (iv) homeostatic regulation, achieved through the coupling of the BA with a DEB model that simulates internal energetics and shapes behavior through metabolic feedback. These principles are exemplified in a case study of foraging behavior in the Drosophila melanogaster larva – a model organism with a tractable nervous system, rich behavioral repertoire and readily recordable 2D posture – engaged in a well-characterized,
structured behavior during a normatively narrow life stage focused on growth and survival.
Standalone mechanistic models form a second core contribution of this thesis. These include a stochastic network model of behavioral intermittency and a coupled-oscillator model that captures the biomechanical interference of crawling on lateral bending. These models formalize biologically plausible mechanistic hypotheses and can be integrated into the BA as modular components, reflecting the framework’s capacity to accommodate
diverse behavioral mechanisms within a unified control structure.
The BA-DEB framework is implemented in Larvaworld, an open-source simulation and analysis platform that generates realistic behavior by combining mechanistic modeling
with data-driven fitting. It facilitates exploratory modeling via unbiased empirical validation, and interdisciplinary collaboration through standardized behavioral modules and flexible experimental configurations. Together, the framework and software platform provide a robust and extensible, conceptual and methodological foundation for building, testing, and comparing models of behavior grounded in biological detail and organized in
a behavior-based modular logic