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Electrochemical water desalination for ion separation toward ion-selectivity and sustainable materials
No full textThe challenges of freshwater shortages and energy depletion in the 21st century are intensifying due to the unprecedented growth in the global population and the fast advancement in modern industry. Electrochemical water treatment technologies have developed promising solutions for tackling global water scarcity and contamination challenges. Capacitive deionization (CDI) was considered economically feasible for various scenarios, particularly in achieving efficient ion separation and selectivity. Carbon materials have been the most widely and deeply studied in electrochemical desalination for decades. Most research has emphasized the design of small, highly porous, or chemically modified carbon materials. This dissertation explores the correlation between electrode materials properties and ion separation/selectivity performance. The main focus is on investigating static CDI electrodes and flowable electrodes. Based on electrode properties such as particle size, pore structure, components, and viscosity (especially for flowable electrodes), the mechanisms of electrochemical ion separation during charge transfer and ion electrosorption processes were revealed. This thesis also explores redox flow batteries for continuous and effective recovery of lithium ions from seawater and the removal of contaminants from wastewater. Furthermore, this work also considers the feasibility of repurposing electrodes for sustainable end-of-life management.Die Herausforderungen der Wasser- und Energieknappheit im 21. Jahrhundert verschärfen sich durch das rapide Bevölkerungswachstum und den schnellen Fortschritt der modernen Industrie. Elektrochemische Wasseraufbereitungstechnologien bieten vielversprechende Lösungen gegen globale Wasserknappheit und Kontaminationsprobleme. Kapazitive Deionisation (CDI) gilt als wirtschaftlich machbar für verschiedene Anwendungsbereiche, insbesondere für effiziente Ionentrennung und hohe Selektivität. Kohlenstoffmaterialien wurden dabei am intensivsten untersucht, wobei der Fokus meist auf kleinen, hochporösen oder chemisch modifizierten Strukturen lag. Diese Dissertation untersucht die Korrelation zwischen den Eigenschaften von Elektrodenmaterialien und der Leistung bei der Ionentrennung/-selektivität. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung statischer CDI-Elektroden und fließfähiger Elektroden. Basierend auf Eigenschaften der Elektroden wie Partikelgröße, Porenstruktur, Komponenten und Viskosität (insbesondere bei fließfähigen Elektroden) wurden die elektrochemischen Mechanismen der Ionenadsorption und der Ladungsübertragungsprozesse offenlegt. Darüber hinaus werden Redox-Fluss-Batterien untersucht, die eine effizientere und kontinuierlichere Gewinnung von Lithiumionen aus Meerwasser sowie die Entfernung von Kontaminationen aus Abwasser ermöglichen. Zudem wird die Möglichkeit der Wiederverwendung von Elektroden im Hinblick auf ein nachhaltiges End-of-Life-Management geprüft
Tailored Nickel Base Multilayer Systems with Adjusted Grain Size and Chemical Composition
Get PDFMetal multilayers exhibit improved material properties in a wide range of applications. Used as coatings, they can make a component more resistant to wear or corrosion in particular environments. Multilayer coatings can also be used to add additional properties to a component and make it multifunctional. The fabrication and characterization of multilayers are therefore an important issue. Herein, both the fabrication and characterization of Ni/Cu and nanocrystalline/coarse-grained Ni (nc/cg-Ni) multilayers are presented. The production by means of electrodeposition also allows a variation of layer thicknesses from a few nanometers up to a few hundred micrometers and is easily scalable to industrial application. This article describes the single-bath deposition and analyzes the microstructure and composition of the homogeneously deposited Ni/Cu and nc/cg-Ni multilayers. A modulation of hardness in nc/cg-Ni varying from 4.9 to 6.1 GPa is achieved while the elastic modulus is nearly constant. In Ni/Cu multilayers, hardness varies from 6.4 to 6.1 GPa in the Ni- and Cu-rich layers, respectively. Additionally, the reduced Young's modulus ranges from 187.2 (Ni-rich) to 169.8 GPa (Cu-rich). The layer interfaces in both sample types are tested using microbending cantilevers and are found be pore-free, mechanically stable and show crack-free plastic deformation
Viral fusion proteins of classes II and III recognize and reorganize complex biological membranes
Get PDFViral infection requires stable binding of viral fusion proteins to host membranes, which contain
hundreds of lipid species. The mechanisms by which fusion proteins utilize specific host lipids to drive
virus–host membrane fusion remains elusive. We conducted molecular simulations of classes I, II, and
III fusion proteins interacting with membranes of diverse lipid compositions. Free energy calculations
reveal that class I fusion proteins generally exhibit stronger membrane binding compared to classes II
and III — a trend consistent across 74 fusion proteins from 13 viral families as suggested by sequence
analysis. Class II fusion proteins utilize a lipid binding pocket formed by fusion protein monomers,
stabilizing the initial binding of monomers to the host membrane prior to assembling into fusogenic
trimers. In contrast, class III fusion proteins form a lipid binding pocket at the monomer–monomer
interface through a unique fusion loop crossover. The distinct lipid binding modes correlate with the
differing maturation pathways of classes II and III proteins. Binding affinity was predominantly
controlled by cholesterol and gangliosides as well as via local enrichment of polyunsaturated lipids,
thereby locally enhancing membrane disorder. Our study reveals energetics and atomic details
underlying lipid recognition and reorganization by different viral fusion protein classes, offering
insights into their specialized membrane fusion pathways
Mechanochemical Defect Engineering of Nb2O5: Influence of LiBH4 and NaBH4 Reduction on Structure and Photocatalysis
Get PDFPartial reduction of transition metal oxides via defect engineering is a promising
strategy to enhance their electronic and photocatalytic properties. In this study, we sys tematically explored the mechanochemical reduction of Nb2O5 using LiBH4 and NaBH4
as reducing agents. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy confirmed a
successful partial reduction of the oxide, as seen by the presence of unpaired electrons.
Interestingly, larger hydride concentrations did not necessarily enable a higher degree of
reduction as large amounts of boron hydrides acted as a buffer material and thus hindered
the effective transfer of mechanical energy. Powder X-ray diffraction (PXRD) and 7Li solid state NMR spectroscopy indicated the intercalation of Li+
into the Nb2O5 lattice. Raman
spectroscopy further revealed the increased structural disorder, while optical measure ments showed a decreased band gap compared with pristine Nb2O5. The partially reduced
samples showed significantly enhanced photocatalytic performance for methylene blue
degradation relative to the unmodified oxides
Failed fracture healing in aged mice - model development, pathophysiology and therapeutic approaches
No full textDespite increasing insights in the molecular and cellular basis of bone regeneration, delayed healing and non-union formation still represent a major burden for trauma and orthopedic surgery. Segmental defects, infections, severe soft tissue damage and insufficient mechanical stability are associated with a risk of fracture healing failure. However, in a substantial number of cases the reason for non-union formation remains elusive and, thus, effective treatment approaches are often lacking.
Moreover, the health care system is confronted with a steadily increasing aged population. These geriatric patients demonstrate a plethora of age-related pathologies, including osteoporosis and an impaired capacity for bone healing. The latter makes the treatment of fracture healing failure in these aged patients all the more challenging.
Parathyroid hormone (PTH) is secreted by the parathyroid glands and a key regulator of calcium homeostasis. Moreover, it represents a clinically approved, osteoanabolic drug with pro-osteogenic capacities. However, its effects on non-union formation in aged patients have not yet been investigated.
For the analysis of the pathophysiology of failed fracture healing and the evaluation of promising treatment approaches, preclinical animal models are needed. Notably, fracture healing models in mice have gained increasing interest in recent years due to the wide range of available antibodies and genetically modified knockout-mice. In the past, a non-union model involving a segmental defect, stripping of the periosteum and stabilization with a pin-clip device has been introduced. However, this approach does not mimic a trauma-induced fracture and subsequent healing failure. Therefore, a model with a transverse femoral fracture, additional periosteal cauterization and K-wire stabilization may be more suitable.
In the first study of this thesis, we compared these two approaches for generating a reliable non-union model in mice. The two models were applied in CD-1 mice and the callus tissue was analyzed by means of biomechanical, radiological, histological as well as immunohistochemical analyses at 2, 5 and 10 weeks after surgery. In addition, growth factor expression was analyzed by Western blotting at 2 weeks after surgery. Notably, the results demonstrated after 10 weeks a reliable non-union formation of 100 % in the model with the segmental defect and the pin-clip stabilization (pin-clip model). In the model using a transverse fracture with periosteal cauterization and K-wire fixation (K-wire model), however, after 10 weeks only 10 out of 12 mice showed fracture healing failure. This was associated with an increased expression of pro-osteogenic growth factors and osteoclast activity as well as enhanced bone formation and bending stiffness of the mice femora. However, the callus tissue of animals in the K-wire group demonstrated a lower number of cluster of differentiation (CD)31-positive endothelial cells, indicating a reduced angiogenic capacity after periosteal cauterization. Hence, these findings suggest that the pin-clip model is more suitable for the investigation of non-union formation in mice. The K-wire model with periosteal cauterization, on the other hand, may be applied particularly in preclinical studies investigating the effects of damaged periosteum and a subsequent impaired angiogenic capacity on fracture healing.
In the second study of this thesis, the pin-clip model was established in 18-20 months old CD-1 mice. Additionally, the cellular and biochemical basis of non-unions were characterized and compared with non-unions of young adult animals (3-4 months). For this purpose, the callus tissue of young adult and aged mice was analyzed by biomechanics, X-ray, micro-computed tomography (µCT), histomorphometry as well as immunohistochemistry at 2 and 10 weeks after surgery. Additionally, Western blot analysis was performed at 2 weeks after surgery. All animals in both study groups demonstrated a reliable atrophic non-union formation with rounded bone ends and abundant fibrous tissue within the callus at 10 weeks after surgery. Notably, the segmental defects of aged mice demonstrated a lower expression of bone formation markers as well as a reduced bone formation and vascularization when compared to young adult animals. This was associated with a decreased number of osteoclasts within the callus tissue and an elevated osteoprotegerin (OPG)/receptor activator of NF-ĸB ligand (RANKL) ratio, indicating a reduction of osteoclast activity. The number of macrophages within the callus of aged mice, on other hand, was significantly increased, revealing an enhanced inflammatory response. The study validates for the first time the application of the pin-clip model in aged mice. In addition, it shows that non-unions of geriatric compared to young adult animals demonstrate distinct differences in bone formation, callus remodeling, growth factor expression as well as vascularization and inflammation.
In the third study of this thesis, the effects of systemic PTH treatment on bone regeneration were evaluated using the pin-clip non-union model in aged mice. For this purpose, the animals received a daily dose of 200 µg/kg body weight PTH subcutaneously. The animals of the control group received saline, respectively. The callus tissue of femora was analyzed at 2 and 10 weeks after surgery by X-ray, biomechanics, µCT, histology and immunohistochemistry as well as at 2 weeks after surgery by Western blotting. The data demonstrated a markedly improved bone formation and increased bending stiffness in PTH-treated aged mice when compared to control animals, most likely mediated by an enhanced expression of cyclooxygenase (COX)-2 and phosphoinositide 3-kinase (PI3K) in PTH-treated mice. These findings were associated with a higher number of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive osteoclasts and CD31-positive endothelial cells within the callus tissue. In contrast, the number of myeloperoxidase (MPO)-positive granulocytes and CD68-positive macrophages was significantly decreased, indicating a significantly attenuated inflammatory response. In summary, systemic PTH treatment markedly improves bone regeneration in aged mice. Since, PTH is already a clinically approved drug, it represents a promising candidate for the treatment of non-union formation in geriatric patients. Future prospective clinical trials have to evaluate the effectiveness of PTH treatment in cases of delayed healing and fracture healing failure in aged patients and screen for potential side effects. Thereby, this therapeutic approach can be successfully translated into a clinical setting, and may, thus, help to overcome non-union formation in the aged population.
Taken together, the present thesis demonstrates that the K-wire non-union model is inferior for investigating fracture healing failure. This is due to a higher rate of osseous bridging 10 weeks after surgery when compared to the pin-clip model. Moreover, the experiments of the present thesis could establish the more reliable pin-clip model in aged mice. Thereby, the analysis of non-union callus tissue revealed distinct differences in bone formation, callus remodeling, growth factor expression as well as vascularization and inflammation between young adult and aged animals. Finally, the present thesis reveals some promising pro-osteogenic effects of PTH in overcoming non-union formation in the aged. Thus, this hormone is a promising candidate for the translation into the clinical practice.Eine verzögerte Frakturheilung sowie Pseudarthrosen sind nach wie vor trotz zunehmender Erkenntnisse über die molekularen und zellulären Grundlagen der Knochenregeneration schwerwiegende Komplikationen in der Traumatologie und Orthopädie. Große Substanzdefekte, Infektionen, schwere Weichteilschäden sowie unzureichende mechanische Stabilität bergen ein hohes Risiko für eine ausbleibende Frakturheilung. In einer beträchtlichen Anzahl von Fällen bleibt der Grund für die Bildung einer Pseudarthrose allerdings unklar und dementsprechend fehlt es oft an wirksamen Behandlungsansätzen.
Gleichzeitig ist das Gesundheitssystem mit einem stetig wachsenden Anteil älterer Patienten konfrontiert. Diese geriatrischen Patienten weisen eine Vielzahl altersbedingter Pathologien, wie Osteoporose, und eine beeinträchtigte Knochenregeneration auf. Dies macht die Behandlung älterer Patienten noch anspruchsvoller.
Parathormon (PTH) wird von den Nebenschilddrüsen ausgeschüttet und ist ein wichtiger Regulator der Kalziumhomöostase. Darüber hinaus wird das Hormon bereits zur Behandlung der Osteoporose eingesetzt und besitzt zudem pro-osteogene Eigenschaften. Die Anwendung in der Behandlung von Pseudarthrosen bei geriatrischen Patienten wurde allerdings noch nicht untersucht.
Für die Analyse der Pathophysiologie der Pseudarthrosenbildung und die Erprobung neuer Behandlungsstrategien sind präklinische Tiermodelle unverzichtbar. Dabei stehen Mausmodelle in den letzten Jahren aufgrund einer großen Bandbreite an zur Verfügung stehenden Antikörpern und genetisch veränderten Knockout-Tieren immer mehr im Fokus. In der Literatur wurde bereits ein Pseudarthrose-Modell in der Maus beschrieben, das einen segmentalen Defekt am Femur mit Pin-Clip Stabilisierung und periostalem Stripping verwendet. Dieses Modell hat allerdings den Nachteil, dass es nicht die Situation der ausbleibenden Knochenheilung nach einer traumatisch bedingten Fraktur widerspiegelt. Dafür wäre eine transversale Femurfraktur mit K-Draht Stabilisierung und zusätzlicher Kauterisation des Periosts möglicherweise besser geeignet.
In der ersten Studie der vorliegenden Arbeit wurden die zwei Ansätze für ein Pseudarthrose-Modell in der Maus miteinander verglichen, um zu ermitteln, welcher der beiden valider ist. Die Modelle wurden bei CD-1-Mäusen angewandt, und das Kallusgewebe mittels biomechanischer, radiologischer, histologischer und immunhistologischer Analysen 2, 5 und 10 Wochen nach dem Eingriff untersucht. Zudem wurde die Expression von Wachstumsfaktoren mittels Western blot 2 Wochen nach dem Eingriff analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass im Modell des segmentalen Defektes und Pin-Clip-Stabilisierung (Pin-Clip-Modell) nach 10 Wochen eine zuverlässige Pseudarthrosenbildung von 100 % erreicht wird. In dem Modell mit transversaler Fraktur, Kauterisieren des Periostes und K-Draht-Fixierung (K-Draht-Modell) zeigten nach 10 Wochen nur 10 von 12 Mäusen eine ausbleibende Frakturheilung. Dies war mit einer erhöhten Expression von pro-osteogenen Wachstumsfaktoren und einer vermehrten Osteoklastenaktivität sowie mit einer gesteigerten Knochenneubildung und Biegesteifigkeit der Femora verbunden. Das Kallusgewebe der Tiere in der K-Draht-Gruppe wies allerdings eine verringerte Anzahl cluster of differentiation (CD)31-positiver Mikrogefäße auf, was auf eine eingeschränkte angiogene Kapazität nach dem Kauterisieren des Periostes hindeutet. Diese Ergebnisse belegen, dass das Pin-Clip-Modell für die Untersuchung von Pseudarthrosen in Mäusen besser geeignet ist. Das K-Draht-Modell mit kauterisiertem Periost kann dagegen in präklinischen Studien eingesetzt werden, welche die Auswirkungen von beschädigtem Periost und einer daraus resultierenden beeinträchtigten angiogenen Kapazität auf die Frakturheilung untersuchen.
In der zweiten Studie der vorliegenden Arbeit wurde das Pin-Clip-Modell bei 18-20 Monate alten CD-1-Mäusen etabliert. Darüber hinaus wurden die zellulären und biochemischen Eigenschaften der Pseudarthrosen charakterisiert und mit Pseudarthrosen von jungen erwachsenen Tieren (3-4 Monate) verglichen. Dazu wurde das Kallusgewebe 2 und 10 Wochen nach der Operation mittels Biomechanik, Röntgen, mikro-Computertomographie (µCT), Histomorphometrie und Immunhistochemie analysiert. Weiterhin erfolgten nach 2 Wochen Western blot Untersuchungen. Alle Versuchstiere in beiden Studiengruppen wiesen eine zuverlässige atrophische Pseudarthrosenbildung mit abgerundeten Knochenenden und reichlich fibrösem Gewebe innerhalb des Kallus 10 Wochen nach der Operation auf. Insbesondere zeigten die segmentalen Defekte älterer Mäuse eine geringere Expression von pro-osteogenen Wachstumsfakten sowie eine reduzierte Knochenneubildung und Vaskularisierung im Vergleich zu jungen erwachsenen Tieren. Dies ging mit einer geringeren Anzahl von Osteoklasten im Kallusgewebe und einem erhöhten Verhältnis von Osteoprotegerin (OPG)/receptor activator of NF-ĸB ligand (RANKL) einher, was auf eine geringere Osteoklastenaktivität hindeutet. Die Anzahl der Makrophagen im Kallusgewebe alter Tiere war dagegen deutlich erhöht. Dies deutet auf eine verstärkte Entzündungsreaktion hin. Die Studie bestätigte somit die Validität und Reliabilität des Pin-Clip-Modells bei älteren Mäusen und zeigte zudem, dass atrophe Pseudarthrosen geriatrischer und junger erwachsener Tiere deutliche Unterschiede bei der Knochenbildung, dem Umbau des Kallusgewebes, der Expression von Wachstumsfaktoren sowie der Vaskularisierung und der Entzündungsreaktion aufweisen.
In der dritten Studie der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen einer systemischen PTH-Behandlung auf die Knochenregeneration in der alten Maus mit Hilfe des Pin-Clip- Modelles untersucht. Dazu wurde den Tieren täglich eine Dosis von 200 µg/kg Körpergewicht PTH subkutan appliziert. Die Kontrollgruppe erhielt jeweils eine entsprechende Menge an Kochsalzlösung. Das Kallusgewebe der Femora wurde 2 und 10 Wochen nach dem Eingriff durch biomechanische, radiologische, histologische und immunhistochemische Analysen sowie nach 2 Wochen zusätzlich mittels Western blot untersucht. Die Analysen zeigten eine deutlich verbesserte Knochenbildung und erhöhte Biegesteifigkeit bei PTH-behandelten älteren Mäusen im Vergleich zu Kontrolltieren, was wahrscheinlich auf eine verstärkte Expression der Cyclooxygenase (COX)-2 und Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K) zurückzuführen ist. Weiterhin zeigte sich eine höhere Anzahl tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positiver Osteoklasten und CD31-positiver Mikrogefäße im Kallusgewebe der PTH-Gruppe. Im Gegensatz dazu war die Zahl der Myeloperoxidase (MPO)-positiven Granulozyten und CD68-positiven Makrophagen im Kallusgewebe der PTH-behandelten Mäuse deutlich verringert, was auf eine abgeschwächte Entzündungsreaktion hindeutet. Es kann festgehalten werden, dass eine systemische PTH-Behandlung die Knochenregeneration bei alten Mäusen substanziell verbessern kann. Da PTH bereits ein klinisch zugelassenes Präparat ist, stellt es einen vielversprechenden Kandidaten zur Behandlung von Pseudarthrosen bei geriatrischen Patienten dar. Künftige prospektive klinische Studien müssen nun die Wirksamkeit der PTH-Behandlung bei verzögerter und fehlgeschlagener Frakturheilung in älteren Patienten bewerten und auf mögliche Nebenwirkungen untersuchen. Auf diese Weise kann dieser therapeutische Ansatz erfolgreich in die klinische Praxis umgesetzt werden, und dazu beitragen, die Behandlung von Pseudarthrosen in der älteren Bevölkerung zu verbessern.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass in der Maus das K-Draht-Modell für die Untersuchung von Pseudarthrosen dem Pin-Clip-Modell unterlegen ist, da es eine höhere Rate an knöcherner Überbrückung 10 Wochen nach der Operation aufweist. Darüber hinaus konnte die vorliegende Arbeit das zuverlässigere Pin-Clip-Modell in alten Mäusen etablieren. Dabei zeigte die Analyse der Pseudarthrose deutliche Unterschiede in der Knochenbildung, Kallusumbau, Wachstumsfaktoren-Expression sowie der Vaskularisierung und Entzündung zwischen jungen erwachsenen und alten Tieren. Schließlich konnte in der vorliegenden Arbeit vielversprechende pro-osteogene Effekte von PTH bei der Behandlung von Pseudarthrose in der alten Maus nachgewiesen werden. Somit ist dieses Hormon ein vielversprechender Ansatz für die Einführung in die klinische Praxis
Integrating permutation feature importance with conformal prediction for robust Explainable Artificial Intelligence in predictive process monitoring
Get PDFAs artificial intelligence (AI) systems are increasingly deployed in high-stakes environments, the need for explanations that convey uncertain information has become evident. Conventional explainable AI (XAI) methods often overlook uncertainty, focusing solely on point predictions. To address this gap, we propose using permutation feature importance (PFI) combined with predictive uncertainty evaluation measures. This novel approach examines the significance of features by relating them to the model’s confidence in its predictions. By using split conformal prediction (SCP) to quantify predictive uncertainty and integrating the outcomes to PFI, we aim to enhance the robustness and interpretability of machine learning (ML) algorithms. More importantly, we examine three scenarios for conformal prediction-based PFI explanations: permuting feature values in the test data, the calibration data, and both. These scenarios assess the impact of feature permutations from different perspectives, revealing feature sensitivity and the importance of features in various settings. We also perform a series of sensitivity analyses, particularly exploring calibration data size and computational efficiency, to demonstrate the robustness and scalability of our approach for industrial applications. Our comprehensive evaluation offers insights into feature impact on predictions and their associated confidence levels. We validate our proposed approach through a real-world predictive process monitoring use case in manufacturing
Quantification of collagen matrix deposition in 2D cell cultures: a comparative study of existing assays
No full textCollagen matrix deposition is an important biomarker to predict the regenerative capacity of new biomaterials or the therapeutic potential of new drugs in collagen-associated diseases. Several methods for the quantification of matrix collagen in tissue samples are established, e.g., Picro-Sirius red assay, hydroxyproline assay, antibody-based assays, or the 3,4-DHPAA-based assay. These methods have been extended to quantify deposited collagen in in vitro cell culture models, although their applicability has been questioned due to the much lower concentration and eventually lower relative abundance of deposited collagen in cell cultures than in tissue. Here we compare the performance of the above-mentioned methods for the quantification of deposited matrix collagen in 2D cell cultures under different conditions: culture time, addition of collagen deposition-stimulating molecules, and post-culture processing step (decellularization). We show that the available methods can deliver accurate results within different experimental windows. We provide a comprehensive analysis of the relevant experimental parameters that influence the assay, and the sensitivity limits for the different methods, as well as the involved effort. In a comparative table, we provide guidance for the selection of the most appropriate collagen quantification assay for different culture conditions
Einfluss der TRPV6-Expression auf endokrine Funktionen und den Calciumhaushalt in einer humanen Trophoblastenzelllinie
No full textTransient Receptor Potential Vanilloid 6 (TRPV6) ist ein hochselektiver Calciumkanal, der in epithelartigen Geweben und in Trophoblasten der Plazenta exprimiert wird, wo er zur Calciumhomöostase zwischen Mutter und Fetus beiträgt. Da TRPV6-Knockouts mit Schwangerschaftspathologien wie dem transienten neonatalen Hyperparathyreoidismus assoziiert sind, war es Ziel dieser Arbeit, die funktionelle Bedeutung von TRPV6 in Trophoblasten näher zu untersuchen. Hierzu wurden genetisch modifizierte BeWo-Zelllinien erzeugt: ein Knockoutklon (D10) ohne TRPV6-Expression sowie ein Überexpressionsklon (E10) mit verkürztem TRPV6-Protein. In TRPV6-defizienten Zellen zeigten sich eine reduzierte intrazelluläre Calciumkonzentration, Veränderungen der Zellmorphologie sowie eine stark eingeschränkte Hormonsekretion, bei erhaltener Synzytialisierungsfähigkeit. Proteomische Analysen bestätigten diese Befunde durch eine kompensatorische Hochregulation calciumsensitiver Proteine und eine verminderte Expression steroidogener Schlüsselenzyme (CYP19A1, HSD11B2). Die durch Forskolin aktivierte Signaltransduktion konnte hormonelle Defizite größtenteils ausgleichen. Im Gegensatz dazu zeigte die Überexpression von TRPV6 kaum funktionelle Effekte. Insgesamt deutet dies auf eine modulierende Rolle von TRPV6 in der hormonellen Regulation hin, die über seine Bedeutung im Calciumtransport hinausgeht und möglicherweise zur Pathogenese schwangerschaftsassoziierter Erkrankungen beiträgt.Transient Receptor Potential Vanilloid 6 (TRPV6) is a highly selective calcium channel expressed in epithelial-like tissues, including placental trophoblasts, where it contributes to calcium homeostasis between mother and fetus. Since TRPV6 knockouts have been linked to pregnancy-related pathologies such as transient neonatal hyperparathyroidism, this study aimed to investigate the functional role of TRPV6 in trophoblasts. For this purpose, genetically modified BeWo cell lines were generated: a knockout clone (D10) lacking TRPV6 expression and an overexpression clone (E10) expressing a truncated TRPV6 protein. TRPV6-deficient cells showed reduced intracellular calcium levels, altered morphology, and markedly decreased hormone secretion, while their ability to form syncytia remained intact, suggesting compensatory mechanisms via alternative calcium pathways. Proteomic profiling confirmed these findings, revealing upregulation of calcium-associated proteins and reduced expression of key steroidogenic enzymes (CYP19A1, HSD11B2). Signal transduction triggered by forskolin was largely able to compensate for hormonal deficiencies. In contrast, TRPV6 overexpression had minimal functional effects. These results suggest that TRPV6 not only regulates calcium dynamics but also modulates placental endocrine function, and its loss may contribute to pregnancy-related disorders
Einfluss des mechanischen Kontrastes sowie Größeneffekte auf das Ermüdungsrisswachstum von Ni- und Ni/Cu-Mikroproben
No full textDas Versagen durch Ermüdungsrisswachstum ist eine häufige Ursache für die Begrenzung der Lebensdauer von Bauteilen. Für makroskopische Bauteile gibt es etablierte Methoden zur Kennwertermittlung, während die Prüfmethodik im mikroskopischen Bereich noch nicht so weit entwickelt ist. Mit der Miniaturisierung werden Prüfmethoden auf der Mikrometer-Ebene notwendig, da eine Übertragung der makroskopischen Kennwerte auf beliebig kleine Größen nicht immer möglich ist. Bei Werkstoffkennwerten wie zum Beispiel der Fließspannung hat sich dies bereits im sogenannten Größeneffekt („kleiner ist stärker“) gezeigt. In der vorliegenden Arbeit wird anhand von Mikrobiegebalken die Prüfmethodik zur Untersuchung des Ermüdungsrisswachstums auf der Mikro- und Mesoskala etabliert und der dabei auftretende extrinsische Größeneffekt systematisch untersucht. Weiterhin wurden metallische Schichtsysteme mit „mechanischen Kontrasten“ hinsichtlich Härte und E-Modul hergestellt und das Ermüdungsrisswachstum senkrecht zu den Schichten auf intrinsische Größeneffekte untersucht. Hierbei konnte die entwickelte Prüfmethode erfolgreich auf inhomogene Werkstoffe angewendet und ein Einfluss der Schichten mit Härteunterschieden auf das Ermüdungsrisswachstum beobachtet werden.Failure due to fatigue crack growth is a common reason for limiting the service life of components. There are established methods for determining characteristic values for macroscopic components, while the testing methodology in the microscopic range is not yet aswell developed. With miniaturisation, testing methods at the micrometre scale are becoming necessary, as it is not always possible to transfer macroscopic characteristic values to arbitrarily small sizes. In the case of material parameters such as yield stress, this has already been shown in the so-called size effect („smaller is stronger“). In the present work, the test methodology for investigating fatigue crack growth on the micro- and mesoscale is established using microbending beams and the extrinsic size effect that occurs is systematically investigated. Furthermore, metallic layer systems with „mechanical contrasts“ in terms of hardness and modulus of elasticity were produced and the fatigue crack growth perpendicular to the layers was analysed for intrinsic size effects. The developed test method was successfully applied to inhomogeneous materials and an influence of the layers with differences in hardness on the fatigue crack growth was observed
doing AGENCY: Aushandlung von Selbstbestimmung beim Offenen Experiemntieren
No full textDiese Dissertation untersucht, wie durch Interaktionsprozesse beim Offenen Experimentieren (Peschel 2016) Selbstbestimmung ausgehandelt wird. Dem sozialwissenschaftlichen AGENCY-Ansatz (Raitelhuber 2012) folgend, wird Selbstbestimmung hierbei nicht individualpsychologisch operationalisiert, sondern als soziale Komponente der Aushandlung zwischen Grundschüler*innen und Lehrpersonen verstanden. Mittels Grounded Theory Methodologie (GTM) werden Beobachtungsdaten des Offenen Experimentierens im Grundschullabor für Offenes Experimentieren analysiert und interpretiert. Dabei liegt der Fokus auf dem Spannungsfeld zwischen dem Experimentierhandeln der Schüler*innen und den pädagogisch-didaktischen Interventionen der Lehrpersonen. Die Analysen und Interpretationen zeigen einerseits, wie Grundschüler*innen eigene, teilweise unkonventionelle Zugänge zu naturwissenschaftlichen Phänomenen entwickeln. Andererseits wird deutlich, wie diese individuellen Zugänge durch v. a. nonverbale Interventionen und implizit kommunizierte Erwartungshaltungen der Lehrpersonen beeinflusst werden. Neben der persönlichen Offenheit der Lehrperson, die sich über Kommunikationsprozesse rekonstruieren lässt, werden die kontextuellen Bedingungen als wesentliche Elemente von Öffnung beim Experimentieren rekonstruiert. Insgesamt wird mit der Dissertation für ein differenziertes Verständnis von ‚Offenheit‘ und ‚Selbstbestimmung‘ in der Didaktik des Sachunterrichts plädiert.This dissertation assesses how self-determination is negotiated through interaction processes in open experimentation settings (Peschel 2016). Following the social science AGENCY approach (Raitelhuber 2012), self-determination is not operationalised in terms of individual psychology, but rather understood as a social component of the negotiation between primary school pupils and teachers. Grounded theory methodology (GTM) is used to analyse and interpret observation data from open experimentation in the primary school laboratory for open experimentation, focussing on the field of tension between the pupils' experimental behaviour and the teachers’ pedagogical-didactic interventions. On the one hand, the analyses and interpretations show how primary school pupils develop their own, sometimes unconventional approaches to scientific phenomena. On the other hand, it becomes clear how these individual approaches are influenced by non-verbal interventions and implicitly communicated expectations by the teachers. In addition to the personal openness of the teacher, which can be reconstructed via communication processes, the contextual conditions are reconstructed as essential elements of openness during experimentation. Overall, the dissertation argues in favour of a differentiated understanding of “openness” and “self-determination” in the ‘Didaktik des Sachunterrichts’