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Proteomic Analysis of Benzo[a]pyrene-Mediated Bladder Toxicity
No full textThe major objective of this study was to evaluate whether the environmental contaminant benzo[a]pyrene B[a]P, one of the most important polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), is capable of mediating DNA damage in urinary bladder epithelial cells and hence potentially bladder carcinogenesis. To pursue this goal, effects of B[a]P on urinary bladder epithelial cells were investigated by applying a proteomic approach with the purpose of identifying proteins and pathways involved in B[a]P toxicity. First, the ability of bladder epithelial cells for B[a]P uptake and metabolism was determined. Secondly, a proteome map of primary porcine urinary bladder epithelial cells (PUBEC), the cell model used in the majority of the studies, was established as basis for comparative investigations. In the same model, investigations on time- and concentration-dependent expression changes of proteins after B[a]P exposure followed. The proteins were separated by using 2D gel electrophoresis and identified by MALDI-TOF-MS analysis in these studies. Finally, to elucidate mechanisms by which B[a]P mediates its toxicity, signaling pathways were studied in RT4 cells by using Blue Native PAGE analysis. Besides offering some insights into B[a]P-mediated toxic effects, the studies also point towards the possibility of bladder cancer development induced by B[a]P exposure.
B[a]P is a ubiquitous environmental pollutant formed during the combustion of fossil fuels, grilling, barbecuing, and smoking of food. Although much information is available on the carcinogenic properties of B[a]P, the mechanism by which this chemical is taken up by cells is still not known. In Chapter 3 of this thesis, attempts were made to investigate the dynamics of B[a]P uptake, subcellular distribution, and metabolism in PUBEC. It was found that exposure to 0.5 μM B[a]P led to an increase in intracellular concentration of B[a]P in bladder epithelial cells in a time-dependent manner but without approaching saturation. Also, a marked difference in B[a]P uptake was observed among various PUBEC pools used for the studies. Subcellular partitioning studies of B[a]P by using confocal microscopy revealed that a significant amount of B[a]P accumulated in the cell membrane of PUBEC, while only a slight but significant increase in B[a]P fluorescence intensity was observed in the cytosol and nucleus. Quantification of B[a]P uptake by bladder epithelial cells by spectrofluorometric and gas chromatographic-mass spectrometric analysis yielded intracellular concentrations ranging from 7.28 μM to 35.07 μM in cells exposed to 0.5 μM B[a]P and from 29.9 μM to 406.64 μM in cells exposed to 10 μM B[a]P. The formation of 3-OH-B[a]P in all of the B[a]P-exposed PUBEC determined by GC-MS analysis demonstrated for the first time that oxygenated B[a]P metabolites are actually formed in this cell model. These results indicate that bladder epithelial cells are capable of a strong accumulation and metabolic activation of B[a]P and suggest that B[a]P may act as a bladder cancer-inducing chemical. Also, the differences in B[a]P uptake by the various PUBEC pools is an explanation for the inter-individual variation in PAH toxicity as observed in humans.
Urinary bladder epithelial cells (also known as transitional epithelial cells) are the innermost cells of the bladder which are involved in accommodating the fluctuation of liquid volume in this organ and also help to protect it against caustic/toxic effects of urine. These cells are also the first ones to come in contact with urinary toxicants and thus account for 90 % of bladder cancers known as transitional cell carcinomas. As a prerequisite for proteomic studies, the first reference proteome and phosphoproteome maps of porcine bladder epithelia cells were generated by applying 2DE gel electrophoresis. This is discussed in Chapter 4. A total of 120 selected protein spots were identified by MALDI-TOF-MS analysis, among which 31 phosphoproteins were enriched by using a method based on the precipitation with lanthanum ions (La3+). All identified proteins were bioinformatically annotated according to their physiochemical characteristic, subcellular location, and function. Most of the proteins were distributed in an area of pI 4-10 and a molecular mass range between 20 kDa and 100 kDa. The 2DE map with the complete range of expressed proteins, especially with information about phosphoproteins, provides a valuable resource for comparative proteomic analysis of normal and pathological conditions affecting the bladder function.
The studies described in Chapter 5 of the thesis deal with a series of events leading from DNA damage to apoptosis that were investigated by using a proteomic approach. 2DE gel electrophoresis mapped the differences between cells exposed to 0.5 μM B[a]P and control cells. Twenty-five differentially expressed proteins involved in DNA repair, mitochondrial dysfunction, and apoptosis were identified by MALDI-TOF-MS analysis. A concentration-dependent increase in DNA damage was observed after an exposure period of 24 h. The expression of VDAC2, CTSD, HSP27, and HSP70 indicated towards the intrinsic apoptotic mitochondrial pathway, although the analysis of mitochondrial dysfunction pointed towards an alternate pathway of cell death: The mitochondrial membrane potential (MMP), although disturbed during the initial exposure period, was nearly retained after 24 h of B[a]P treatment. In conclusion, the studies indicated DNA damage caused by B[a]P at low concentrations during an exposure period of 24 h and also shed light on a possible apoptotic mechanism induced by DNA damage. Studies on protein-protein interactions involved in B[a]P toxicity are described in Chapter 6. A comparative analysis of proteomic complexes involving the two AhR ligands B[a]P and TCDD was carried out by using 2D BN/SDS-PAGE. For the enrichment of the protein complexes, a subcellular fractionation of unexposed cells and cells exposed to B[a]P and TCDD was carried out. BN/SDS-PAGE of these fractions revealed an effective separation of protein species and complexes of various origins, including mitochondria, plasma membrane, and intracellular compartments. The major differences in the protein maps obtained from samples of control cells and cells exposed to B[a]P and TCDD, respectively, concerned the expression of many calcium- and iron-containing proteins. On the basis of these findings, the intracellular calcium content of cells exposed to TCDD and B[a]P was evaluated, revealing an increase only after 24 h of exposure but with no transient elevation. The cells exposed to TCDD also showed an alteration in the labile iron pool (LIP) of the cells, but no such changes were observed in B[a]P-exposed cells. The increase in the LIP was strongly inhibited by the calmodulin (CaM) antagonist W-7 (10 μM). These results point towards a possible interaction between the iron and calcium signaling of the cells. The analysis of nitric oxide generation by using the Griess assay revealed a substantial increase in NO content of both B[a]P- and TCDD-exposed cells. Also in these cells, the basal NO generation was inhibited when the cells were blocked with the CaM antagonist W-7. The results led to the conclusion that alterations in calcium and iron homeostasis upon exposure to TCDD and B[a]P is linked by NO that is produced by CaM-activated nitric oxide synthase (NOS). The NO thus produced by interacting with the iron centers of IRPAs modulated the activity of TfR1 and FTH1 which in turn changed the LIP of the cells and hence the toxicity. Although some new mechanistic insights into the mechanisms of B[a]P- and TCDD-induced toxicity were provided by these studies, further investigations are still required for the validation of these initial results.Die wesentliche Zielsetzung der in der vorliegenden Arbeit dargestellten Untersuchungen war die Klärung der Frage, ob Benzo[a]pyren (B[a]P), die Leitsubstanz der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) und eine der bedeutendsten umweltrelevanten Gefahrstoffe, in Urothelzellen DNA-Schäden und damit potenziell Harnblasenkarzinome verursachen kann. Nach Einschätzung der International Agency for Research on Cancer (IARC) liegen entsprechende Indizien aus epidemiologischen Studien vor. Nach zunächst durchgeführten Untersuchungen zur Toxikokinetik von B[a]P in primären Schweineurothelzellen, dem überwiegend eingesetzten Zellmodell, lag der Schwerpunkt der weiteren Studien in der Proteom-basierten Analyse von B[a]P-induzierten Effekten, die möglicherweise in einen kanzerogenen Prozess münden. Basierend auf den Ergebnissen der Proteomanalysen wurden Hypothesen entwickelt, die in weiteren Untersuchungen mit konventionellen toxikologischen Methoden überprüft wurden. Zum besseren Verständnis der in Schweineurothelzellen unter physiologischen Bedingungen exprimierten Proteine wurden zunächst Proteomkarten angefertigt. Im selben Modell wurden anschließend Veränderungen des Proteoms nach Exposition gegen B[a]P analysiert. Hierzu wurden die Proteine aus Gesamtzelllysaten mit der zweidimensionalen Gelelektrophorese getrennt und nach tryptischem Verdau mittels MALDI-TOF-MS-Analyse ihrer Peptid-Fingerprintspektren identifiziert. In Zellen einer Harnblasen¬karzinom-Zelllinie (RT4) wurden Veränderungen von Proteinkomplexen bzw. Protein-Protein-Interaktionen nach B[a]P-Exposition mit Hilfe der Blue Native-PAGE untersucht. Insgesamt wurden durch die vorliegende Arbeit vertiefte Einblicke in die toxischen Wirkungen von B[a]P in Urothelzellen erhalten, darunter auch in solche, die auf einen B[a]P-induzierten kanzerogenen Effekt hinweisen.
B[a]P kommt ubiquitär in der Umwelt vor. Es entsteht bei der unvollständigen Verbrennung fossiler Brennstoffe, ist im Zigarettenrauch vorhanden und bildet sich beim Braten, Grillen und Räuchern von Nahrungsmitteln. Die genotoxische Wirkung von B[a]P ist relativ gut untersucht, hingegen ist nur wenig über die zelluläre Aufnahme dieser Substanz bekannt. Nach einleitenden Bemerkungen im ersten Kapitel dieser Arbeit und der Darstellung der für die Studien verwendeten Materialien und Methoden im zweiten Kapitel wurde im dritten Kapitel die zeitabhängige Aufnahme von B[a]P in Schweineurothelzellen, die intrazelluläre Verteilung und der Metabolismus untersucht. Die 24-stündige Exposition gegen 0,5 µM B[a]P führte zu einem kontinuierlichen Anstieg der intrazellulären B[a]P-Konzentration ohne eine Sättigung zu erreichen, wobei ein Unterschied in der Kinetik zwischen den einzelnen Zellpools zu beobachten war. Die Analyse der subzellulären B[a]P-Verteilung mit einem konfokalen Laserscan-Mikroskop zeigte, dass B[a]P überwiegend in zellulären Membranen und nur zu einem kleinen Teil im Zytosol und im Zellkern akkumulierte. Die spektralfluorimetrische und gaschromatographisch-massenspektrometrische Quantifizierung ergab, dass nach Exposition gegen 0,5 µM B[a]P zwischen 7,28 µM und 35,07 µM B[a]P und nach einer Exposition gegen 10 µM zwischen 29,9 µM und 406,64 µM B[a]P aufgenommen wurde. Außerdem wurde erstmalig in Urothelzellen die Bildung eines oxidativen B[a]P-Metaboliten, die von 3-OH-B[a]P, mittels GC-MS nachgewiesen. Diese Ergebnisse zeigen, dass B[a]P intrazellulär akkumuliert und metabolisch aktiviert wird, was essentielle Voraussetzungen für eine kanzerogene Wirkung sind. Außerdem scheinen Schweineurothelzellen - analog zu humanen Urothelzellen - über eine unterschiedliche Aufnahmekapazität und Ausstattung an metabolisierenden Enzymen zu verfügen, die zu interindividuellen Unterschieden in der Toxizität führen können.
Die innere Schicht der Harnblasen wird von epithelialen Zellen ausgekleidet, die sich nicht nur den unterschiedlichen Füllungszuständen der Blase anpassen müssen, sondern auch das darunter liegende Gewebe vor der toxischen Wirkung des Urins schützen sollen. In 90 % aller Fälle gehen Harnblasenkarzinome von diesen Zellen aus. Um vergleichende proteomische Studien an diesen Zellen durchführen zu können, wurden erstmalig Protein- und Phosphoproteinkarten von Schweineurothelzellen nach zweidimensionaler gelelektrophoretischer Proteintrennung erstellt. Wie im vierten Kapitel beschrieben, wurden insgesamt 120 Proteine identifiziert. Darunter waren 31 Phosphoproteine, die durch eine Präzipita¬tion mit Lanthan¬ionen angereichert und schließlich bestimmt werden konnten. Alle Proteine wurden mittels Datenbanken spezifischen Funktionen, physikochemischen Eigenschaften und subzellulären Lokalisationen zugeordnet. Mit Hilfe dieser Protein- und Phosphoproteinreferenzkarten können bei vergleichenden Proteomstudien pathophysiologische Zustände leichter erfasst werden.
Als Ergebnis weiterer proteomischer Studien wird im fünften Kapitel eine Folge von B[a]P-induzierten Ereignissen beschrieben, die über eine Schädigung der DNA zu Apoptose führen. Schweineurothelzellen wurden für 24 Stunden gegen 0,5 µM B[a]P exponiert und die Proteine im Zelllysat anschließend zweidimensional getrennt. 25 unterschiedlich regulierte Proteine wurden identifiziert, die in der DNA Reparatur, der mitochondrialen Funktion und der Apoptose involviert sind. Ergänzende toxikologische Untersuchungen (TUNEL-Methode, Comet-Assay) unterstützten diese Ergebnisse, da sowohl die Anzahl apoptotischer Zellen als auch das Ausmaß der DNA-Schädigung im gleichen Expositionszeitraum konzentrationsabhängig zunahm. Die Regulation von VDAC2, CTSD, HSP27 und HSP70 weist auf eine Aktivierung des intrinsischen mitochondrialen Apoptosewegs hin. Allerdings stützte die Messung des mitochondrialen Membranpotenzials diese Hypothese nicht. Zwar war das Membranpotential nach kurzzeitiger Exposition gestört, erholte sich aber annähernd vollständig nach 24 Stunden. Möglicherweise sind hier alternative apoptotische Mechanismen von Bedeutung. Insgesamt zeigten diese Untersuchungen, dass B[a]P in einer niedrigen Konzentration nach 24 Stunden die DNA schädigt und zu Apoptose führt. Außerdem wurden zahlreiche Proteine identifiziert, die an diesen Prozessen beteiligt sind.
Veränderungen in der Protein-Protein-Interaktion nach B[a]P-Exposition werden im sechsten Kapitel beschrieben. Sie ergaben sich aus einer mittels 2D BN/SDS-PAGE durchgeführten vergleichenden Analyse von Proteinkomplexen nach Exposition von RT4-Zellen gegen B[a]P und TCDD, zwei Liganden des Arylhydrocarbon-Rezeptors (AhR). Zur Anreicherung der Proteinkomplexe wurden die Zellen subzellulär fraktioniert. Als größter Unterschied zwischen den beiden Liganden erwies sich die unterschiedliche Regulation von Eisen- und Calcium-haltigen Proteinen. Beide Liganden erhöhten den intrazellulären Calciumgehalt nach 24 Stunden. Zusätzlich erhöhte sich nur in den TCDD-exponierten Zellen der intrazelluläre labile Eisenpool, dessen Anstieg durch den Calmodulin-Antagonisten W-7 inhibiert wurde. Dieser Effekt deutete auf einen Zusammenhang zwischen der intrazellulären Eisen- und Calciumhomöostase hin, möglicherweise über die NO-Synthetase. Unterstützt wurde diese Hypothese durch den Nachweis eines NO-Anstiegs mittels Griess-Reaktion in den gegen beide Liganden exponierten Zellen. Wieder wurde der Anstieg durch den Calmodulin-Antagonisten W-7 inhibiert. Demnach scheint sowohl eine Exposition gegen TCDD als auch gegen B[a]P über Calmodulin die NO-Synthetase zu aktivieren, was wiederum zur erhöhten NO-Produktion führt. NO bindet an das Eisenzentrum im eisen-regulierenden Protein A (IRPA) und reguliert dadurch die Aktivität von TfR1 und FTH1, die ihrerseits den labilen Eisenpool beeinflussen und über diesen Mechanismus einen Teil der Toxizität der Liganden vermitteln. Weitere Studien sind erforderlich, um die in diesen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse, die bisher nicht bekannte toxische Wirkungsmechanismen von TCDD und B[a]P darstellen, zu validieren
Untersuchungen zum Einfluss niedrig dosierter Glycin-, Pyruvat-, Resveratrol- und Nitrit-Infusionen auf die Organschädigung, systemischen Folgen und Inflammation im akuten lipopolysaccharid-induzierten Schock der Ratte
No full textGlycine, Pyruvat, Resveratrol und Nitrit sind unter anderem bekannt für ihre protektiven Eigenschaften gegen ischämische Gewebeschädigung. Andererseits ist auch für alle Substanzen ein positiver Effekt auf die systemische Inflammation und die damit einhergehende Zytokinfreisetzung in der Literatur beschrieben. In der vorliegenden Arbeit sollten die Auswirkungen dieser vier Substanzen auf den akuten LPS-induzierten Schock in der Ratte untersucht werden. Dabei stand die Fragestellung im Vordergrund, ob die Hemmung der inflammatorischen Zytokinfreisetzung durch Glycin, Pyruvat, Resveratrol und Nitrit Grundvoraussetzung für ihre protektive Wirkung gegen Gewebeschädigung im LPS-Schock ist. Zu diesem Zweck musste zunächst ein Tiermodell etabliert werden, in welchem ein LPS-induzierter septischer Schock reproduzierbar simuliert und dabei eine möglichst tiefe Schockphase erreicht werden kann. Gleichzeitig sollte aber ein vorzeitiges Ableben der Tiere innerhalb des Versuchszeitraumes vermieden werden und der Schock-Stimulus musste so gewählt werden, dass er mögliche protektive oder auch schädigende Effekte der Testsubstanzen nicht durch einen zu tiefen Schockzustand der Tiere überlagert.
Für die Untersuchung der Effekte von Glycin, Natrium-Pyruvat, Resveratrol und Nitrit im LPS-Schock wurde anästhesierten Ratten ein intravenöser Bolus von 2,5 mg LPS/kg injiziert und die Tiere über einen Zeitraum von 300 Minuten beobachtet. Die vier Schutzstoffe wurden, beginnend 30 Minuten vor der LPS-Gabe, kontinuierlich infundiert; eine Kontrollgruppe erhielt zum Vergleich reine 0,9%ige NaCl-Lösung. In zwei konsekutiven Serien wurden zunächst die histopathologischen Veränderungen im Dünndarmgewebe, der Niere, der Leber, der Lunge und des Herzens sowie die Einwanderung neutrophiler Granulozyten und die Zytokinspiegel in diesen Organen bestimmt. In finalen Plasmaproben wurden die Nitrit + Nitrat-Konzentration und freies Hämoglobin bestimmt sowie die Gerinnungsparameter und das Blutbild untersucht. In der zweiten Serie wurden Zeitverläufe der Zytokin-, Kreatinin- und der Hämoglobinkonzentrationen sowie der Markerenzymaktivitäten im Plasma gemessen. Außerdem wurden die Vital- und Blutgasparameter ausgewertet.
Dabei zeigten sowohl Glycin als auch Pyruvat, Resveratrol und Nitrit eine Verbesserung des arteriellen Blutdrucks und von Parametern wie pH-Wert und BE, die eine Gewebeischämie widerspiegeln. So wurden auch die Plasmamarker der Organschädigung durch alle Substanzen verbessert. Eine histologisch nachweisbare Schädigung der Organe durch die LPS-Applikation war kaum detektierbar und aus diesem Grund konnten auch auf dieser Ebene keine Effekte der Schutzstoffe eindeutig nachgewiesen werden. Die durch LPS erhöhten Konzentrationen der Zytokine in den verschiedenen Organen konnten durch Glycin teilweise vermindert werden. Pyruvat zeigte in allen Organen einen senkenden Effekt auf einige der gemessenen Zytokine. Resveratrol zeigte einen erhöhenden Effekt auf die Zytokine in den Organen und Nitrit hatte darauf kaum einen Einfluss. Die Einwanderung entzündlicher Infiltrate in die Leber konnte durch alle Substanzen mit Ausnahme von Resveratrol verringert werden. Der im Plasma gemessene LPS-induzierte Anstieg der Zytokine wurde durch die Schutzstoffe unterschiedlich stark gemindert. Keine Substanz hatte einen Effekt auf die Nitrit + Nitrat-Konzentrationen im Plasma. Zusammenfassend zeigte sich, dass bereits geringe Dosen von intravenösem Glycin, Pyruvat, Resveratrol und Nitrit sowohl den MAP als auch die Plasmamarker für Organschädigung und Funktion deutlich verbessern konnten.
Die Hemmung der Freisetzung anti-inflammatorischer Zytokine scheint nicht obligat für die insgesamt protektive Wirkung der untersuchten Substanzen zu sein. Vielmehr scheint dies stattdessen mit der Minderung der LPS-induzierten Gewebeischämie erklärt werden zu können, wie z. B. durch die Verbesserung der mikrovaskulären Perfusion oder durch den direkten Schutz vor ischämischer Gewebeschädigung. Selbstverständlich kann dabei nicht ausgeschlossen werden, dass andere anti-inflammatorische Eigenschaften der Substanzen als die hier untersuchten und ausschließlich das Zytokinnetzwerk betreffende entscheidend an der Gewebeprotektion beteiligt sind. Unterschiede in den in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnissen und denen vorangegangener Untersuchungen könnten auf Unterschiede in der Dosierung und der Art der Verabreichung der Substanzen zurückzuführen sein. Somit sind weitere Untersuchungen nötig, um die zugrunde liegenden Schutzmechanismen von Glycin, Pyruvat, Resveratrol und Nitrit weitergehend zu enthüllen und mögliche Synergieeffekte von Kombinationen dieser Substanzen zu untersuchen
Destruktive und konstruktive laserbasierte Verfahren zur lokalen Biofunktionalisierung organischer Monoschichten
No full textDie Herstellung von Bio-Arrays erfordert eine Kombination aus Strukturierung und Biofunktionalisierung der Oberfläche, um Biomoleküle, wie DNA oder Proteine, gezielt in einem Muster auf einem Trägermaterial zu immobilisieren. Laserverfahren ermöglichen eine schnelle und einfache Strukturierung im Mikro- und Nanometerbereich. Bei der photothermischen Laserstrukturierung werden nichtlineare Effekte ausgenutzt, um eine hohe laterale Strukturauflösung zu erzielen. Aufgrund der nichtlinearen Abhängigkeit der Kinetik von der Temperatur, können Strukturen erzeugt werden, die deutlich kleiner sind als der zur Strukturierung verwendete Laserspot.
Als Ausgangspunkt für die Herstellung strukturierter und funktionalisierter Oberflächen bieten sich selbstorganisierte Monoschichten (SAMs) an. Obwohl sie nur sehr dünn sind, etwa 1-3 nm, eignen sie sich sehr gut, um die Oberflächeneigenschaften, z. B. die Bioaffinität, eines Substrats gezielt zu verändern. Zusammen mit einer lateralen Strukturierung lassen sich die Eigenschaften der Oberfläche lokal maßgeschneidert verändern. Daher können SAMs vielseitig für den Aufbau komplexer Oberflächenstrukturen verwendet werden.
In dieser Arbeit wurde die serielle Laserstrukturierung als flexibles Werkzeug zur Strukturierung von SAMs eingesetzt mit dem Ziel, Verfahren zur Biofunktionalisierung in den Nanometerbereich zu übertragen. SAMs wurden hierzu mit Licht der Wellenlänge von 532 nm strukturiert. Die Strukturerzeugung erfolgte sowohl destruktiv, durch Abtrag des SAMs, als auch konstruktiv, durch Modifikation des SAMs. Anschließend wurden Routinen zur Immobilisierung von Proteinen und Oligonukleotiden auf den strukturierten Oberflächen angewendet und so das Potential laserstrukturierter SAMs in der Anwendung als biochemische Template demonstriert
Untersuchungen zum Polymorphieverhalten des Aspirins
No full textZugriff auf den Volltext ist aus datenschutzrechtlichen Gründen gesperrt, neue Version unter DuEPublico-ID 40822
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A Resource-Based Analysis of its Strategic Meaning
No full textIn dem vorliegenden Beitrag wird die Frage untersucht, ob es sich bei organisationalen Beziehungsfähigkeiten um Ressourcen handelt, mit deren Hilfe die Mitglieder virtueller Unternehmen nachhaltige Wettbewerbsvorteile erlangen können. Der stetige Wandel der Märkte veranlasst Unternehmen, nach neuen Strategien zu suchen, mit denen sie langfristig ihr Überleben sichern können. Eine häufig praktizierte Methode besteht darin, Kooperationen mit anderen Unternehmen einzugehen. Als maßgeblicher Erfolgsfaktor derartiger Arrangements werden in der wissenschaftlichen Diskussion die organisationalen Beziehungsfähigkeiten der Kooperationspartner betrachtet. Wenn man berücksichtigt, dass der Erfolg von Unternehmenskooperationen in der Regel daran gemessen wird, ob die Kooperationspartner im Zuge der Zusammenarbeit ihre Wettbewerbspositionen verbessern können, dann liegt die Frage nahe, ob es sich bei organisationalen Beziehungsfähigkeiten um strategisch relevante Ressourcen handelt. Die strategische Relevanz organisationaler Beziehungsfähigkeiten wird in der einschlägigen Literatur zwar häufig betont, wurde bislang jedoch noch nicht umfassend und theoretisch fundiert nachgewiesen. Der vorliegende Beitrag führt den fehlenden Nachweis mit Hilfe einer komparativen Analyse. Zunächst werden die für virtuelle Unternehmen notwendigen organisationalen Beziehungsfähigkeiten - Vertrauensfähigkeit, Akkulturationsfähigkeit und Selbstorganisationsfähigkeit - identifiziert. Anschließend erfolgt ein Vergleich der Charakteristika dieser Fähigkeiten mit den Merkmalen strategisch relevanter Ressourcen im Sinne des Resource-Based View. Die Analyse führt zu dem Schluss, dass es sich bei organisationalen Beziehungsfähigkeiten um strategisch relevante Ressourcen handelt, und zwar in Verbindung mit den in virtuellen Unternehmen zu bündelnden Kompetenzen. Die vorliegende Arbeit zeigt die Bedeutung organisationaler Beziehungsfähigkeiten für die langfristige Existenz von Unternehmen auf und liefert dem Strategischen Management von Unternehmen wesentliche Anhaltspunkte für die effektive Gestaltung zwischenbetrieblicher Kooperationen in Form virtueller Unternehmen.The thesis deals with the investigation of alliance capabilities' meaning for the realization of sustained competitive advantages in virtual firms. A continuous change in market conditions intensifies firms' efforts to recover new strategies for guaranting their longterm survival. Firms often try to manage the problem by cooperating with other firms. An essential determinant of successful collaboration is seen in the partners' alliance capabilities. The fact that an alliances' success mostly implies improving the partners' market positions raises the question if alliance capabilities are strategic resources. Although a great number of articles emphasize the enormous strategic meaning of such capabilities they fail to prove this important characteristic by a detailed theoretical analysis. The thesis shows the strategic meaning of alliance capabilities in a detailed theoretical way. Regarding the characteristics of virtual firms, there are identified three capabilities that commonly constitute the alliance capabilities for virtual firms: trusting, acculturating and self-organizing. These alliance capabilities are compared to the specific attributes of strategic resources according to the resource-based view. As a result of the analysis alliance capabilities for virtual firms represent strategic resources in case they are joined to the alliance members' competencies that are to be bundled in virtual firms. The thesis demonstrates the strategic meaning of alliance capabilities for virtual firms and thus emphasizes the importance of such capabilities for firms' longterm survival in a varying environment. Besides there are offered effective advices to managers for creating alliance capabilities in virtual firms
Methodical support for model-driven software engineering with enterprise models
No full textA central research goal in information systems science is to achieve a close alignment between business processes, structures of organizations, and the functionality offered by enterprise information systems (EISs), which are used to support the work of organizations. Traditionally, there is a methodical gap between describing organizational incidents and software functionality, because organizations and software systems are understood and constructed with different terminology and on different levels of abstractions, typically also by differently educated groups of people.
In enterprise models (EMs), dedicated modeling language elements are used to express knowledge about processes in organizations, e. g., about who is responsible for performing actions, what resources are involved, and what strategic goals are intended to be realized by organizational means. The work at hand shows, how EISs can be created based on this knowledge, which serve as supporting software for performing these tasks.
Software development traditionally has to face a distinction between people who work with software, and people who create software. With the use of EMs, a chance opens up to closer involve the users of software systems into the process of developing and configuring the software. Building software from enterprise models is desirable, because once a dedicated relationship between enterprise models and software functionality has been established by a development method, involved users and responsible stakeholders can adapt the software according to their business needs, without having to deal with programming or technical details. This increases efficiency both in developing and operating the software, because software functionality is derived from requirements implicitly stated in EMs. Such a development procedure also promises to more efficiently adapt EIS to dynamic changes in organizations and their environment. Trust in the developed software system is also increased by involving users and responsible stakeholders into specifying the resulting software functionality.
The following research work elaborates a software development method to create EISs from EMs. The method is designed as a generic framework to work with any enterprise modeling language, and to generate software for any target system platforms, after appropriate configuration. Fundamental challenges in methodically transforming conceptual models to implementation artifacts, are faced by involving auxiliary models into the software creation process, and splitting up the transformation procedure into multiple dedicated phases. Using this approach, the abstraction gap between conceptual enterprise models and technical implementation artifacts gets systematically bridged by introduced methodical concepts, in order to perform an ontological turn from the bird’s-eye-view description perspective of enterprise models, to an internal system perspective describing technical details of a software system.
The elaborated method provides means for efficiently guiding modelers and software developers through the software engineering process. It can be configured at multiple points, to choose the degree of automation on a continuum between a manually supervised development process with methodically scheduled manual development steps, and a zero-coding 100% code generation approach.
To clarify the theoretically introduced concepts, prototypical implementation examples are included in the present work. They demonstrate how to configure the method with model-transformations, validity checks, and domain-specific modeling languages, and serve as initial example cases for enterprise model driven software development using the Software Engineering with Enterprise Models (SEEM) method.Ein zentrales Forschungsziel der Wirtschaftsinformatik ist es, einen Abgleich zwischen den Geschäftsprozessen und Strukturen von Organisationen, und der Funktionalität von Unternehmensinformationssystemen (Enterprise Information Systems, EIS), zu erreichen, mit denen die Arbeit von Organisationen unterstützt wird. Traditionell besteht eine methodische Kluft zwischen der Beschreibung organisationaler Gegebenheiten und der Funktionalität von Software, denn Organisationen und Softwaresysteme werden mit verschiedener Terminologie und auf verschiedenen Abstraktionsebenen beschrieben und konstruiert, und dies typischerweise von verschieden ausgebildeten Personengruppen.
In Unternehmensmodellen werden dedizierte Sprachmittel genutzt, um Wissen über Prozesse in Organisationen zu modellieren, zum Beispiel über handelnde und verantwortliche Akteure, eingesetzte Ressourcen, oder strategische Ziele, die durch organisatorische Mittel erreicht werden sollen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie basierend auf diesem Wissen EIS entwickelt werden können, die als unterstützende Software zur Ausführung dieser Aufgaben dienen.
Softwareentwicklung sieht sich traditionell mit einer Trennung zwischen Personen, die mit Software arbeiten, und Personen, die Software erstellen, konfrontiert. Unter Nutzung von Unternehmensmodellen eröffnet sich eine Chance, Benutzer enger in den Prozess der Entwicklung und Konfiguration von Software einzubinden. Es ist wünschenswert, Unternehmensmodelle zur Softwareentwicklung methodisch heranzuziehen, denn sobald eine nachvollziehbare Beziehung zwischen Unternehmensmodellen und Software-Funktionalität mit Hilfe einer Entwicklungsmethode etabliert ist, können beteiligte Nutzer die Software selbst entsprechend ihrer Bedürfnisse mittels Unternehmensmodellierung anpassen, ohne mit Programmierung oder technischen Details umgehen zu müssen. Das erhöht die Effizienz sowohl bei der Entwicklung als auch Anwendung der Software, denn die Software-Funktionalität wird aus Anforderungen abgeleitet, die implizit in Unternehmensmodellen erfasst sind. Eine solche Entwicklungsmethode verspricht außerdem, EIS an dynamische Veränderungen in Organisationen und deren Umgebung effizienter und kostengünstiger anpassen zu können. Außerdem wird das Vertrauen in die entwickelte Software wird durch Einbeziehung von Nutzern in die Anforderungsspezifikaton gestärkt, wenn Anwender und Leitungsverantwortliche in der Lage sind, die Funktionalität der Software in eigener Verantwortung zu gestalten.
Die nachfolgend dargestellten Forschungen erarbeiten eine Software-Entwicklungsmethode zur Erstellung von EIS aus Unternehmensmodellen. Die Methode ist als generischer Rahmen entworfen und kann prinzipiell mit jeder Unternehmensmodellierungssprache verwendet werden, und für jede Zielarchitektur Software erstellen, nach entsprechender Konfiguration. Grundsätzliche Herausforderungen, die sich beim methodischen Übergang von konzeptionellen Modellen zu Implementierungsartefakten stellen, werden durch die Einführung von ergänzenden Zusatzmodellen in den Software-Entwicklungsprozess, sowie die Aufteilung des Transformationsverfahrens in mehrere dedizierte Phasen, angegangen. Mit diesem Ansatz wird die Abstraktionslücke zwischen konzeptionellen Unternehmensmodellen und Implementierungsartefakten durch methodische Konzepte systematisch überbrückt, um die Beschreibungsperspektive von der Vogelperspektive der Unternehmensmodellierung hin zur internen Systemsicht auf Details eines Softwaresystems ontologisch zu drehen.
Die erarbeitete Methode erlaubt es, Software-Architekten und -Entwickler effizient durch den Entwicklungsprozess zu leiten. Sie kann an verschiedenen Stellen konfiguriert werden, um den Automationsgrad auf einem Kontinuum zwischen einem manuell beaufsichtigten Entwicklungsprozess mit methodisch vorgesehenen manuellen Entwicklungsschritten, oder einem “zero-coding” Entwicklungsansatz mit 100% Code-Generierung, auszuwählen.
Zur Veranschaulichung der theoretisch eingeführten Konzepte enthält die vorliegende Arbeit prototypische Implementierungsbeispiele. Sie demonstrieren die Konfiguration der Methode mit Modelltransformationen, Modellvalidierungen und domänenspezifischen Modellierungssprachen, und dienen als erste Anwendungsbeispiele für Unternehmensmodellgetriebenen Softwareentwicklung mit der Software Engineering with Enterprise Models (SEEM) Methode
Metalloxidische Dünnschichttransistoren aus Niedertemperaturprozessen
No full textUm großflächige, mechanisch flexible, elektronische Bauelemente und Schaltungen herzustellen, müssen halbleitende Schichten auf flexiblen Substraten abgeschieden werden können. Dies verlangt nach Verfahren, die keine hohe thermische Belastung für das, in der Regel aus Kunststoff bestehende, Substrat mit sich bringen und dennoch zu guten elektrischen Transporteigenschaften der Schicht führen.
In der vorliegenden Arbeit sind erstmals Dünnschichttransistoren hergestellt mit halbleitenden Schichten aus Nanopartikeln gezeigt worden. Diese Partikel sind direkt aus der Gasphase abgeschieden worden, was einen Prozess ohne jegliche Lösungsmittel und ohne jegliches Heizen des Substrates ermöglicht. Des Weiteren ist ein neuartiger Prozess untersucht worden, durch welchen halbleitende Zinkoxidschichten aus der Lösung abgeschieden werden können. Dabei wird der genutzte flüssige Precursor durch einen besonders niedrigen Temperaturschritt umgesetzt. Die benötigte Temperatur liegt nur knapp über einhundert Grad. Verschiedene Versuche zur Optimierung der Schichten sind unternommen worden, um die elektrischen Schichteigenschaften zu verbessern. Dadurch ist die optimale Lösungskonzentration, Umsetztemperatur und Liegezeit nach dem Lackschleudern ermittelt worden. Für die entsprechenden Untersuchungen sind mit den Schichten Dünnschichttransistoren hergestellt und diese elektrisch charakterisiert worden. Ebenfalls ist untersucht worden, wie sich der Einfluss von unterschiedlichen Temperatmosphären und synthetischer Luft auf das Transistorverhalten niederschlägt. Durch Anwendung und Erweiterung eines Hoppingmodells ist der Leitungsmechanismus in den halbleitenden Schichten analysiert worden. Die Ergebnisse geben Anlass zu der These, dass je nach Behandlung zwei unterschiedliche Donatorzustände zur Leitfähigkeit des Materials beitragen.
Bei wasserstoffreicher Temperung wird vermutlich interstitieller Wasserstoff in die Schicht eingebaut, bei stickstoffreicher Atmosphäre bildet sich hingegen vermutlich Zn-N. Dies hat auch Konsequenzen auf die Stabilität der Bauteile
Longitudinale röntgendetektierte ferromagnetische Resonanz
No full textIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige Messapparatur zur Detektion der Ferromagnetischen Resonanz mittels Röntgenabsorption (XFMR) in longitudinaler Geometrie aufgebaut. Als Detektionsmechanismus wird bei den Messungen erstmalig der Kompensationsstrom verwendet, der durch die bei der Röntgenabsorption ausgelösten Elektronen entsteht. Die Messapparatur erlaubt neben der Detektion der Röntgenabsorption auch die gleichzeitige Messung der konventionellen Ferromagnetischen Resonanz (FMR) über die reflektierte Mikrowellenleistung.
Die Mikrowellenfrequenz und Amplitude sind dabei frei wählbar
und können im Rahmen des Mikrowellengenerators und des Mikrowellenverstärkers gezielt eingestellt werden, sodass auch frequenzabhängige Messungen der FMR möglich sind. Der Messaufbau ist dabei vollständig Ultrahochvakuumkompatibel und kann an Synchrotron-Strahllinien sowohl im harten als auch im weichen Röntgenbereich eingesetzt werden. Zur Untersuchung der elementspezifischen Magnetisierungsdynamik wurden
Röntgenzirkulardichroismus (XMCD) basierte XFMR Messungen sowohl an der Fe L3;2 als auch an der Co L3;2-Kante durchgeführt. Aufgrund der geringen Mikrowellenleistung, die verwendet wurde, um eine zu starke Störung des Systems und thermische Effekte zu verhindern, ist der Öffnungswinkel der präzedierenden Magnetisierung klein (< 1) und somit die Signalstärke in der longitudinalen Geometrie sehr gering. Folglich ist eine sorgfältige Analyse der physikalischen Effekte, die mit der Absorption von Mikrowellen und Röntgenstrahlung und deren
Detektion zusammenhängen, notwendig. Diese erlaubt die Separation der daraus resultierenden nicht-elementspezifischen und nicht-magnetischen Signalen von den auf die Magnetisierung empfindlichen durch den XMCD-Effekt hervorgerufenen XFMR-Signalen. Als ein wesentlicher Einfluss wurde dabei die Temperaturänderung
der Probe und die damit verbundene Änderung der elektrischen
Leitfähigkeit, der Kristallstruktur oder der Magnetisierung identifiziert. Auch die Veränderung der Magnetfeldverteilung vor der Probe und Zeiteffekte wurden berücksichtigt, indem die Messapparatur und die verwendeten Messroutinen derart optimiert wurden, dass diese Effekte minimiert werden. XFMR-Messungen wurde sowohl in Abhängigkeit von der Photonenenergie als auch von dem externen Magnetfeld durchgeführt. Hierbei zeigte sich bei genauer Analyse nach den Polarisationsrichtungen sigma+ und sigma -, dass das XFMR-Signal für eine Polarisationsrichtung deutlicher ausgeprägt ist und sich für die Elemente Co und Fe umgekehrtes Verhalten zeigt
Reversible self-assembled monolayers as biosensor platforms
No full textThe development of ultra-sensitive sensors is a prerequisite for better diagnostic tools. One approach that addresses this issue is the development of reversible self-assembled monolayers. In this work the synthesis and stepwise assembly of self-assembled monolayers is presented. In contrast to the well established covalently bound alkanethiols on gold, reversible SAMs (rSAMs) are attached via non-covalent interactions. This property provides some important advantages. Firstly, functionalized samples can be reused by easily washing away the bound molecules, e.g. by a pH change. Secondly, their dynamic nature renders the SAM adaptable for an optimal packing of the adsorbed probes and enhanced sensing.
Previously, it had been demonstrated that α,ω-bis(4-amidinophenoxy)alkanes form reversible layers of carboxylic acid functionalized thiol SAMs on gold. The interaction between the negatively charged carboxylic acid function and the positively charged amidinium are based on the protonation status of the acid. Alkaline pH media lead to cyclic, directed, stable hydrogen bonds. Hence, in case of a lowered pH the amphiphile layer can be removed from the carboxylated surface.
By introducing a biological function to the α,ω-bis(4-amidinophenoxy)alkanes a novel biosensor platform should be developed. The first sensor platform used biotin to anchor streptavidin. Streptavidin can in turn act as an anchor for biotinylated antibodies. Two different antigens specific for the used antibody were detected and implemented to proof the selectivity and sensitivity of the sensor. The detected analytes were human serum albumin - as a proof of concept - and prostate specific antigen (PSA) for detection of a real sample. PSA was detected from human serum samples in a pM range. By diluting the biotinylated amphiphiles with hydroxylated spacer molecule the head group sensor sensitivity increased, reflecting a better match with the streptavidin topology.
The second biological function introduced was sialic acid (SA). SA can specifically bind hemagglutinin (HA), which is involved in the infection by influenza viruses. This second sensor consisted of the sialic acid terminated amphiphile, which was reversibly attached on the carboxylated gold substrate. In a first series of experiments, the hemagglutinin protein was detected. Then the detection of influenza virus like particle (VLP) was performed. The different molar ratios of spacer molecule to functional molecule were explored for optimal binding conditions. Reusability of the sensor was tested by switching the pH and rinsing off the reversible attached molecules under acidic pH conditions. The kinetics for the assembly and disassembly processes were followed by in-situ ellipsometry. With this method the film growth on the substrate could be displayed. Other methods for characterization were infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS), contact angle measurements and atomic force microscopy (AFM).Die Entwicklung von ultrasensitiven Sensoren ist eine Voraussetzung für eine bessere Diagnostik in der Medizin. Ein Ansatz, dieses Problem anzugehen, ist die Entwicklung von reversiblen, selbstorganisierten Monoschichten. In dieser Doktorarbeit wird die Synthese und der schrittweise Aufbau dieser Schichten entwickelt. Im Gegensatz zu den etablierten, kovalent gebunden Alkanthiolen auf Gold, sind reversible SAMs (rSAMs) über nicht-kovalente Wechselwirkungen gebunden. Diese Eigenschaft bietet ihnen einige wichtige Vorteile. Erstens können die gebundenen Moleküle durch einfaches Waschen entfernt und wiederverwendet werden, und zweitens macht ihre dynamische Natur die SAMs anpassungsfähig, so dass eine optimale Packung der adsorbierten Sonden vorliegt und verbesserte Sensoreigenschaften generiert werden.
In früheren Arbeiten dieser Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass α, ω-bis (4-Amidinophenoxy)alkane reversible Schichten auf carbonsäurefunktionalisierten Thiol SAMs auf Gold bilden. Diese Wechselwirkungen entstehen zwischen der negativ geladenen Karbonsäurefunktion und dem positiv geladenen Amidin, aufgrund des Protonisierungsgrades der Säure. Es entstehen in alkalischen pH-Medien zyklische, gerichtete, stabile Wasserstoffbrücken. Aufgrund diesen pH-abhängigen Verhaltes kann nach Absenken des pH-Werts die Amphiphilschicht von der karboxylierten Oberfläche entfernt werden.
Durch die Einführung einer biologischen Funktion an die α,ω-bis (4-Amidinophenoxy) alkane sollte eine neuartige Biosensor-Plattform entwickelt werden. Die erste Sensor-Plattform nutzte Biotin, um Streptavidin zu verankern. Streptavidin kann wiederum als Anker für biotinylierte Antikörper wirken. Es konnten zwei verschiedene Antigene spezifisch für die verwendeten Antikörper mit dem Sensor mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden. Die detektierten Analyten waren humanes Serumalbumin - als „proof of concept“ - und Prostata-spezifisches Antigen (PSA) zur Detektion in biologischen Proben. PSA konnte in pM Konzentration in einer menschlichen Serumprobe nachgewiesen werden. Durch Verdünnen der biotinylierten Amphiphile mit hydroxylierten Spacermolekülen wurde die Kopfgruppen-Sensor-Empfindlichkeit erhöht, was einer besseren Übereinstimmung mit der Streptavidin-Topologie entspricht.
Die zweite biologische Funktion die eingeführt wurde, war Sialinsäure (SA). SA kann Hämagglutinin (HA) spezifisch binden. HA ist an der Infektion durch Influenzaviren beteiligt. Dieser zweite Sensor besteht aus dem Sialinsäure-terminierten Amphiphil, das reversibel an das carboxylierte Goldsubstrat angebracht wird. In einer ersten Reihe von Experimenten wurde reines Hämagglutinin-Protein detektiert, bevor die Detektion der influenzavirusartigen Partikeln (VLP) durchgeführt wurde. Die verschiedenen Molverhältnisse von Spacermolekül zu funktionellem Molekül wurden für die optimalen Bindungsbedingungen untersucht. Die Wiederverwendbarkeit des Sensors wurde getestet, indem das Substrat mit pH 3-Puffer gespült und somit die reversibel angelagerten Moleküle abgelöst wurden. Die zeitabhängige Anlagerung und Regenerierung wurde mittels in-situ Ellipsometrie aufgezeichnet. Mit dieser Methode konnte das Filmwachstum auf dem Substrat nachgewiesen werden. Andere Methoden zur Charakterisierung waren Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS), Kontaktwinkelmessungen und Rasterkraftmikroskopie (AFM)
Stellenwert von Methysergid (Deseril®) in der prophylaktischen Therapie der Clusterkopfschmerzen anhand der internationalen Literatur und eigener Erfahrungen
No full textStellenwert von Methysergid (Deseril) in der prophylaktischen Therapie der Clusterkopfschmerzen anhand der internationalen Literatur und eigener Erfahrungen
(D. Schröder et al. 2012)
Abstract
Der Clusterkopfschmerz ist charakterisiert durch außergewöhnlich starke, streng einseitige Schmerzen, die mit autonomen Begleitsymptomen einhergehen. Zur Prophylaxe der episodischen Form haben sich als Mittel der 1. Wahl vor allem Verapamil und kurzzeitig Kortikoide bewährt. Sollten diese Substanzen nicht wirken, wird auf Mittel der 2. Wahl zurückgegriffen, bevor man invasive therapeutische Optionen wie die Occipitalis- oder tiefe Hirnstimulation erwägt. In den Leitlinien wird auch der Einsatz von Methysergid empfohlen, einem Ergotaminderivat, welches bis zur Marktrücknahme 2005 zur Prophylaxe der Migräne und des Clusterkopfschmerzes eingesetzt wurde. Aufgrund unerwünschter Arzneimittelwirkungen insbesondere des Risikos für retroperitoneale Fibrosen ist der Wirkstoff in Kritik geraten. Nach den vorliegenden Daten aus älteren klinischen Studien und Patientenbeobachtungen hat sich Methysergid als effektiv zur Behandlung des Clusterkopfschmerzes erwiesen. Die methodische Qualität dieser älteren offenen Studien genügt jedoch den heutigen Anforderungen an eine evidenzbasierte Medizin nicht.
In dieser Arbeit wurden Klinik, Pathogenese und Therapie des Clusterkopfschmerzes dargestellt und anhand der Datenlage der Stellenwert von Methysergid in der Behandlung bzw. Prophylaxe des Clusterkopfschmerzes beurteilt.
Ergänzt wurde dies durch eine Befragung von Patienten mit Clusterkopfschmerzen, die bereits Methysergid eingenommen hatten. Es konnten 17 offene sowie 4 kontrollierte Studien zur Therapie des Clusterkopfschmerzes mit Methysergid in die Bewertung eingeschlossen werden. Kritisiert wird, dass in der Vergangenheit die Teilnehmerzahl an Methysergidstudien zu gering war, um statistisch aussagekräftige Daten gewinnen zu können. Zwingend erforderlich ist die Durchführung von mindestens zwei prospektiv randomisierten Doppelblindstudien mit einer adäquaten Anzahl an Patienten