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Der Prozess der Ökonomisierung des europäischen sozialdemokratischen politischen Diskurses. Die Fallstudie der Spanischen Sozialistischen Arbeiterpartei (1998-2013)
No full textEuropean social democrats are facing challenging times. Their poor performance at a number of European national and regional elections, the European Parliament Elections of May 2014 and the associated rise of Eurosceptic, xenophobic and radical left factions revealed a crisis of their legitimacy. Among other, the emergence and consolidation of neoliberalism as the hegemonic political rationality in Western democracies is deemed to be burdening these parties’ performance. This political ideology and discourse, theoretically formulated in the 1940s and politically implemented since around the 1970s, has progressively become the hegemonic paradigm of today’s world dismantling with it some of the most basic social democratic core objectives.
Especially during the last two decades, the extension of neoliberalism to other spheres of human life (such the political sphere) is increasingly being addressed by academics of the social sciences. This process is known as marketization.
This thesis addresses the interaction of the traditional social democratic political discourse with neoliberalism, and inquires whether the political programme of these factions has been marketized. To this purpose, the case-study of the Spanish Socialist Workers’ Party has been selected in the research period between 1998 and 2013. Through its study, it aims at providing a description of the discourse resulting from the interaction of the neoliberal discourse with the PSOE’s discourse. The research program designed for the analysis of the corpus is mainly based on by Reiner Keller´s Discourse Analysis. An extensive corpus comprehended of PSOE’s electoral programmes, party congress resolutions and the magazine El Socialista´s articles were the focus of the empirical work. The participatory research has been also part of the research process.
The empirical work conducted in this study points to an overriding marketization of the PSOE’s political discourse, demonstrated through the evolution of its central rationality, which evolve from defending the intervention in the market to adaptation to it, and the partial abandonment of their core objectives of the after-war period: material security, equality, and the defence of workers’ rights. Drawing on the literature on hegemony, in this work the reasons deemed to lay behind the marketization of the European social democratic parties and the PSOE have been extensively outlined. Among others, the shift on the economic paradigm of the last three decades of the 20thcentury, the hegemony of the neoliberal narrative and language, the cementation of globalization and the conformation of a European Union with an orthodox economic programme are identified. In the case of the PSOE, its lack of strong intellectual base, such an influential research centre or think-tank, and the coincidence of the access of Spain to the EU with its time in office, further contributed to its marketization.Europäischen sozialdemokratischen Parteien stehen herausfordernde Zeiten gegenüber. Ihre schlechten Ergebnisse bei zahlreichen europäischen, nationalen und regionalen Wahlen, bei der Europawahl 2014 und der Aufstieg von euroskeptischen, xenophoben und neuen Links-Parteien lassen eine Legitimationskrise erkennen. Das Auftauchen und die Konsolidierung vom Neoliberalismus als hegemoniale politische Rationalität in den westlichen Demokratien belasten, unter anderem, ihre Ergebnisse. Ihre politische Ideologie und ihr Diskurs, deren Grundlagen in den 1940ern theoretisch konzipiert wurden und seit den 1970ern politisch implementiert wurden, sind schrittweise das hegemonische Paradigma der heutigen Weltgesellschaft geworden. In diesem Prozess hat außerdem der Neoliberalismus einige der wesentlichen sozialdemokratischen Ziele demontiert.
Insbesondere in den letzten zwei Jahrzehnten, liegt die Verbreitung des Neoliberalismus in neuen Lebensbereichen (z. B. dem politischen Feld) immer stärker im Fokus der sozialwissenschaftlichen Forschung. Dieser Prozess wird als „Ökonomisierung“ bezeichnet.
Die Interaktion zwischen dem traditionellen sozialdemokratischen politischen Diskurs und dem Neoliberalismus wird in dieser Dissertation recherchiert. Gefragt wird, ob das politische Programm von diesen Parteien ökonomisiert wurde. Hierzu wurde die Fallstudie der spanischen sozialistischen Arbeiterpartei (PSOE) im Forschungszeitraum 1998 bis 2013 ausgewählt. Ziel ist es, den Diskurs, der aus der Interaktion vom neoliberalen Diskurs mit dem PSOE-Diskurs entstanden ist, zu beschreiben. Das Forschungsprogramm, das für die Analyse des Korpus entworfen worden ist, basiert in erster Linie auf Reiner Kellers wissenssoziologische Diskursanalyse. Ein umfassender Korpus, bestehend aus Wahlprogrammen, Beschlüssen von Parteikongressen und Artikeln aus der Zeitschrift El Socialista stehen im Zentrum der empirischen Arbeit. Strategien der partizipativen Forschung sind ebenfalls Teil des Forschungsvorgehens.
Die, in dieser Studie durchgeführte empirische Arbeit, hebt eine mehrheitliche Ökonomisierung von PSOEs politischen Diskurs hervor. Sie wurde in dieser Studie durch die Veränderung ihrer zentralen Rationalität bewiesen, von der Intervention in die Märkte bis hin zur Anpassung an diese. Basierend auf der Grundlage der Fachliteratur über Hegemonie, sind die Ursachen, die zu der Ökonomisierung der europäischen sozialdemokratischen Parteien geführt haben, ausführlich erläutert worden. Unter anderem werden der Wechsel des wirtschaftlichen Paradigmas in den drei letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts, die Hegemonie des neoliberalen Narratives, die Konsolidierung der Globalisierung und die Gründung und Erweiterung einer orthodoxen Europäischen Union erläutert. In der PSOE-Fallstudie dürften ebenso ihr Mangel an starken intellektuellen Ressourcen (wie z.B. einflussreichen Forschungsinstituten und Thinktanks) und der zeitgleiche Beitritt Spaniens zur Europäischen Union mit ihrer Zeit im Amt zu der Ökonomisierung der PSOE beigetragen haben
Modellbasierte Applikation von Fahrdynamiksystemen am Beispiel der adaptiven Dämpfung
No full textDer Applikation von Fahrdynamiksystemen kommt bei der Fahrverhaltensausprägung moderner Kraftfahrzeuge eine zentrale Bedeutung zu. Bedingt durch die stetige Zunahme an Funktionskomplexität und den hohen Grad der Systemvernetzung steht eine hohe Anzahl an Applikationsparametern zur Verfügung, mit Hilfe derer eine weite Spreizung in der Fahrverhaltensbeeinflussung abgebildet werden kann.
Neben objektiven Größen, anhand derer das Fahrverhalten beschrieben wird, prägen subjektive Eindrücke des Applikationsingenieurs die Systemabstimmung in hohem Maße. Insbesondere segment- oder markenspezifische Ausprägungen im Fahrverhalten sind bisher nicht vollumfänglich über objektive Kennwerte zu erfassen.
Die Durchdringung der gewachsenen Komplexität im Abstimmungs- und Applikationsprozess erfordert den zielgerichteten Einsatz neuer Analysemethoden und Werkzeuge. Für die analytische Erfassung des Zusammenhangs von Applikationsparametern und dem Einfluss auf das Fahrverhalten stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, welche die Subjektiveinflüsse jedoch nicht erfassen können
In dieser Arbeit wird die Verknüpfung analytischer Methoden mit subjektiven Beurteilungen im Applikationsprozess betrachtet. Zunächst werden die Defizite der Applikation von Fahrdynamiksystemen aufgezeigt, welche mit der Komplexitätszunahme einhergehen. Als ein bestehendes Beispiel der Applikation komplexer Fahrzeugsysteme wird diejenige von Verbrennungsmotoren angeführt und es werden mögliche Lösungsansätze abgeleitet.
Ausgehend von der Abstraktionsebene der modellbasierten Applikation anhand von Mehrkörpersystemen werden verschiedene Arbeiten zur Objektivierung des Fahrkomforts vorgestellt. Als Zwischenebene hin zu der fahrzeugbasierten Applikation liefert der Einsatz eines Fahrsimulators die Möglichkeit zur Kopplung modellhafter Beschreibung und der Einbindung subjektiver Empfindungen.
In einer experimentellen Untersuchung wird das Beurteilungsverhalten von trainierten Expertenfahrern im Fahrsimulator und im Realfahrzeug analysiert. Als Versuchskonfiguration dient die Überfahrt einer Komfortmessstrecke mit einer Fahrgeschwindigkeit von 50 km/h und 75 km/h, bei welcher sieben verschiedene Dämpferapplikationen hinsichtlich unterschiedlicher Komfortphänomene beurteilt werden sollen. Hierzu werden die im Fahrversuch aufgezeichneten Beschleunigungsanregungen, referenziert auf einen Punkt im Bereich des Fahrersitzes, im Fahrsimulator reproduziert.
Es zeigt sich, dass diejenigen Komfortphänomene, welche niedrigen Anregungsfrequenzen zugeordnet werden können, in der realen und virtuellen Versuchsumgebung selektiv vergleichbar wahrgenommen werden. Insbesondere die beurteilte Aufbauanbindung zeigt hohe Korrelationen zu den beschreibenden Beschleunigungskennwerten. Ein wichtiger Einflussfaktor ist in diesem Zusammenhang die Fahrgeschwindigkeit und die damit einhergehende Beschleunigungsintensität. Als Einschränkung sind Schwächen in der Reproduzierbarkeit hoher Anregungsfrequenzen im Fahrsimulator zu nennen. Tendenziell wird das Komfortniveau im Realfahrzeug gegenüber dem im Fahrsimulator als höher eingestuft.
Anhand einer Hauptkomponentenanalyse der beurteilten Komfortphänomene lassen sich drei abstrakte Faktoren extrahieren, die den Frequenzbereichen der Aufbauanbindung, Isolation und Solidität zugeordnet werden können. Auffällig ist, dass hierbei kein erkennbarer Einfluss der Hauptbewegungsrichtungen Heben, Nicken und Wanken zum Tragen kommt. Mit Hilfe der extrahierten Faktoren werden vergleichende Regressionsmodelle gruppiert nach Versuchsumgebung und Fahrgeschwindigkeit aufgestellt, welche den hohen Einfluss der Aufbauanbindung widerspiegeln.
Abschließend wird der Einfluss charakteristischer Merkmale auf die Beurteilung im Applikationsprozess anhand eines lokal ausgeprägten wellenartigen Streckenabschnitts umrissen. Die Analyse ergibt, dass durch die prägnante Anregung bei höherer Versuchsgeschwindigkeit eine Beeinflussung durch die lange Welle nicht ausgeschlossen werden kann, indem die Beurteilung der Aufbauanbindung beeinflusst wird
Fabrication and characterization of thermoelectric active composites
No full textDiese Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung der thermoelektrischen Eigenschaften von nanokristallinem Silizium durch Kompositbildung. Zum Vergleich wurden phosphordotierte Siliziumnanopartikel mit drei verschiedenen Materialien in Pulverform vermischt und mittels Stromsinterverfahren verdichtet. Die Materialien unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Herstellungsweise und Leitfähigkeit. Si-SiO2-Komposite entstehen durch Oxidation, sodass die SiO2-Menge schwer kontrollierbar ist. Deshalb wurden ZrO2-Nanopartikel ausgewählt, die ebenfalls
elektrisch isolierend sind, aber durch händisches Einmischen eine gute Kontrolle der Stoffmengenanteile garantieren. Obwohl durch beide Materialien keine Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften erreicht wurde, brachte die Untersuchung der Mikrostruktur weitreichende Erkenntnisse. In Si-SiO2-Kompositen konnte
über eine Flächenanalyse der Gefügeaufnahmen die SiO2-Menge bestimmt werden und durch Kenntnis der Einzelmaterialien und Gefügeaufnahmen das komplexe Verhalten der SiO2-Phase analysiert, und daraus ein Sintermodell entwickelt werden. Die mikrostrukturelle Analyse von Si-ZrO2-Kompositen ergab, dass durch Lagerung
und Transport ZrO2-Agglomerate entstanden sind, die eine inhomogene Verteilung der ZrO2-Partikel sowie Poren zur Folge haben. Dadurch sinken Dichte und Leitfähigkeit. So ermöglicht die Mikrostrukturanalyse Rückschlüsse auf thermoelektrische und mechanische Eigenschaften und den Sinterprozess. Da die isolierenden Materialien keine Besserung brachten, wurde WSi2 im Rahmen eines neuartigen Ansatzes mit leitfähigen Siliziden ausgewählt. Durch Gasphasensynthese bilden sich WSi2-Nanoausscheidungen direkt in den Siliziumnanopartikeln, sodass diese wenige nm groß und homogen verteilt sind. Dagegen konnten in den Si-WSi2-Kompositen verarmte und angereicherte WSi2-Bereiche gefunden werden, die durch Umordnung während der Sinterung entstehen. WSi2 verringert die Kristallitgröße von Silizium deutlich, wodurch die Gitterwärmeleitfähigkeit um bis zu 54 % reduziert wird, während sich die elektrischen Eigenschaften weniger ändern, sodass bei ca. 1000 °C eine Steigerung der thermoelektrischen Gütezahl von 50 % erreicht wurde.This thesis deals with the optimization of thermoelectric properties of nanocrystalline, siliconbased composites. For comparison, phosphorus doped silicon nanoparticles were mixed with powders of three different materials. The compaction of these mixtures was done by current sintering. The selected materials differ mainly by their
fabrication process and electrical conductivity. While composites of Si and SiO2 form as a result of oxidation, only little control of SiO2 quantity is possible. Therefore ZrO2 was chosen, which is another electrically isolating material. ZrO2 nanoparticles are commercially available and can be added manually to guarantee better control of the composition. Even though no improvement of the thermoelectric properties could be achieved for both materials, the analysis of the microstructures offered tremendous findings. It was possible to evaluate the quantity of SiO2 within the Si-SiO2-composites. Furthermore, known characteristics of the single materials in combination with the results of the microstructure analysis lead to several conclusions which allowed to develop a new sintering model. The microstructure analysis of Si-ZrO2-composites revealed the formation of agglomerates due to transport and storage of ZrO2 nanoparticles. Agglomerates prevented a uniform distribution of the ZrO2 particles and contain pores which decreases the density and conductivity. Thus, the analysis of the microstructure is helpful to understand the sintering process as well as the thermoelectric and mechanical properties. As both insulating materials did not lead
to thermoelectric improvements, a recent approach using conducting silicides was used. Nanoinclusions of WSi2 were directly formed by gas phase synthesis within the silicon nanoparticles. These nanoinclusions have diameters of less than 10 nm and were homogeneously distributed. During sintering a self-organized rearrangement
of the phases lead to the formation of WSi2 -rich and -depleted areas. Additionally, WSi2 reduced the crystallite size of silicon significantly which decreased the lattice thermal conductivity by a maximum of 54 %. Simultaneously, the electrical conductivity changed less, which results in an increase of the thermoelectric figure of merit of 50 % at 1000 °C
Characterization of stem- and progenitor cells of the cornea
No full textTrotz der bisherigen wissenschaftlichen und klinischen Fortschritte ist es bis heute nicht detailliert geklärt, welche Faktoren für die Rekonstruktion und Er-haltung der beschädigten Cornea verantwortlich sind. Daher ist es immer noch von großem Interesse die Identität und Funktionsweise der Stamm- und Vorläuferzellen des Limbus zu untersuchen, und so die Therapiemöglichkeiten für Patienten mit LSCD weiter verbessern zu können.
Daher stellte das erste Ziel der vorliegenden Arbeit die Generierung eines neuen Doxyzyklin-induzierbaren, lentiviralen Vektors zur Aufreinigung von label-retaining-Zellen dar. Die bisher generierten Ergebnisse an humanen Limbuszellen zeigen, dass dieser Vektor dazu verwendet werden kann eine Population von Zellen mit einem langsameren Zellzyklus zu identifizieren. Zur anschleißenden Validierung des Stammzellpotentials der unterschiedlichen Subpopulationen müssen nachfolgend funktionelle Untersuchungen durch-geführt werden. Ist die Population mit dem größten Stammzellpotential identifi-ziert, könnten sich nachfolgende Experimente mit der genaueren Charakteri-sierung dieser Population befassen. Die Vorteile des label-retaining-Vektors liegen in der stabilen Transduktion, der strengen Regulierbarkeit durch Doxyzyklin, sowie der simplen Detektierbarkeit des GFP im Gegensatz zur aufwändigen Immunfluoreszenz-basierten Detektion bei BrdU. Dieser Vektor stellt ein neues Werkzeug zur Aufreinigung von lebensfähigen putativen Stamm- und Vorläuferzellen der Cornea innerhalb einer Population von LRZ dar. Eine Anwendung zur Untersuchung von Stammzellpopulationen in vielen anderen Geweben ist ebenfalls möglich.
Ein weiterer Ansatz für die Behandlung von LSCD ist die Generierung von iPS-abgeleiteten Transplantaten. Die Reprogrammierung von Patienten-eigenen Hautfibroblasten zu iPSZ stellt für Patienten mit bilateraler LSCD ei-nen guten Therapieansatz dar. Aus einer minimalinvasiv gewonnenen Hautstanze werden zunächst reprogrammierbare Fibroblasten herangezogen. So-bald aus diesen iPSZ generiert wurden, könnten diese dann gezielt zu hCEZ differenziert werden um so ein patienten-spezifisches Transplantat zu erhalten. Daher wurden im zweiten Teil dieser Arbeit hESZ gezielt zu Zellen des Corneaepithels differenziert und dabei der Einfluss verschiedener Transkripti-onsfaktoren auf die Differenzierung untersucht, um so Erkenntnisse darüber zu gewinnen, welche regulatorische Mechanismen an der Entstehung von Cornea-Epithelzellen beteiligt sind. Diese Erkenntnisse könnten dazu genutzt werden, um die Generierung iPS-basierter Transplantate zur Behandlung der LSCD zu verbessern. Zunächst konnte jedoch festgestellt werden, dass die ektope Expression von wichtigen Transkriptionsfaktoren der Augenmorphogenese nicht dazu geeignet ist, die Effizienz dieser Differenzierung zu steigern. Vielmehr zeigte insbesondere die Expression unter dem methylierungsprotektiven Einfluss des UCOE-Elements, dass die ektopte Expression dieser Tran-skriptionsfaktoren keinen gezielten Effekt auf die Differenzierung hat. Die untersuchten Transkriptionsfaktoren sind an vielen verschiedenen Prozessen der Augenmorphogenese beteiligt, sodass die Begünstigung des cornealen Zellschicksals nicht auf diesem Wege spezifisch begünstigt werden kann. Wird dieser Ansatz jedoch mit verfeinerten Methoden, wie z. B. induzierbaren Vektoren und Reportersystemen weiterverfolgt, so können neue Erkenntnisse zu diesem Thema gewonnen werden.
Der dritte Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Anreicherung der spontan während der direkten Differenzierung entstandenen Pigmentzellen. Diese konnten nachfolgend RPE-Zellen identifiziert und gezielt angereichert wer-den. Dabei stellte sich heraus, dass die mit SIX1 bzw. SIX1-UCOE transduzierten hESZ im Verlauf der Differenzierung signifikant mehr RPE-Zellen hervorbrachten. Die Anreicherung dieser Zellen verlief, unabhängig von dem exprimierten Transkriptionsfaktoren, erfolgreich. Dies kann als Hinweis darauf ein-geordnet werden, dass SIX1 eine Rolle während der Entscheidung über das Zellschicksal zugunsten der RPE-Zellen spielt, nicht jedoch darüber hinaus. Außerdem wiesen die RPE-Zellen, welche aus den SIX2-exprimierenden hESZ abgeleitet wurden, hohe relative Transkriptmengen des Gens RLBP1 auf. Da es sich hierbei um ein für den Sehzyklus unabdingares Gen handelt, sollte in folgenden Experimenten der Zusammenhang zwischen SIX2 und RLBP1 tiefergehend untersucht werden. Außerdem zeigte sich in einem Pilotversuch, dass von den hier generierten RPE-Zellen ausschließlich die ITGB4-positiven Zellen die typische Morphologie und Pigmentierung der RPE-Zellen aufwiesen und zudem eine höhere Expression von RPE-typischen Genen zeigten. Im Hinblick darauf, dass seit Jahren mit Hochdruck daran geforscht wird, gezielt aus patienteneigenen iPSZ transplantierbare RPE-Zellen für die Behandlung der AMD zu gewinnen, können die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit als Ansatzpunkt für nachfolgende Untersuchungen genutzt werden, welche zur Verbesserung dieses Therapieansatzes beitragen können.In spite of all scientific progress and therapeutic approaches the factors responsible for corneal reconstruction and homeostasis still remain ill-defined. Hence, it is of great scientific interest to study the identity and functionality of limbal stem- and progenitor cells. New insights could be used to improve treatment options of patients suffering from LSCD.
Consequently, the first aim of this thesis was the generation of a novel, inducible, lentiviral vector to enrich viable label retaining cells (LRCs). The testing of this vector on human limbal epithelial cells revealed, that it is possible to specifically identify a population of LRCs. Nevertheless, it is necessary to perform experiments to quantify the stem cell potential of the different sub-populations. Once the population with the highest stem cell potential is identified, the cells within this population could be further characterized to study characteristics of human limbal epithelial stem cells (hLESCs). This label-retaining-vector benefits from the stable transduction, simple detectability and stringent controllability. Thus, this novel inducible label-retaing vector is a powerful new tool for the identification of stem- and progenitor cells of the human cornea within a popoulation of LRCs. Additionally, it is also possible to use this vector to study stem cell populations in a variety of other tissues.
A different treatment approach for LSCD is the generation of iPSC-derived transplants. Especially for patients with bilateral LSCD the reprogramming of patient-derived skin fibroblasts to iPSCs is a promising new treatment option, as minimally invasive skin punches replace limbal explants. As soon as the fibroblasts are reprogammed to iPSCs they could be differentiated into human corneal epithelial cells (hCECs) to generate a patient-tailored transplantable corneal cell sheet. Thus, the aim of the second part of this thesis was to differentiate human embryonic stem cells into hCECs. Additionally, the effect of different transcription factors (TFs) on the process of this differentiation was studied, to gain new insights into the regulatory mechanisms of corneal development. This knowledge could be useful for optimizing the generation of iPSC derived cornea transplants. The most striking finding was, that the ectopic expression of essential TFs for eye development, is not suitable to enhance the differentiation efficiency. In fact, especially the expression of these TFs under the protecting influence of the UCOE-element, revealed that this approach did not lead to a targeted influence on the differentiation. The TFs used in this study are involved in many different processes of eye morphogenesis. Hence, a specific promotion of a corneal cell fate is not possible with this method.
The third part of this thesis dealt with the enrichment of spontanously arising pigmented cells throughout the directed ectodermal differentiation. These cells were identified as cells of the retinal pigmented epithelium and were subsequently specifically enriched. It was shown that SIX1 resp. SIX1-UCOE-expressing human embryonic stem cells (hESCs) generate significantly more RPE-cells than untransduced hESC or hESC transduced with other transcription factors. These RPE-cells were successfully enriched, independent of the ectopically expressed trancription factors. This indicates that SIX1 might play a role during cell fate decision in favour of RPE cells, but not beyond. However, this hypothesis has to be confirmed or denied by further studies. Another interesting finding was that RPE cells which were derived from SIX2-expressing hESCs expressed higher amounts of the gene RLBP1. Since RLBP1 is an important component of the visual cycle and therefore for the RPE-function, this finding should also be addressed further. Moreover, a pilot study revealed, that Integrin β4 may be a promising candidate for the enrichment of transplantable RPE cells. In this study, the ITGB4-positive cells showed the typical morphology and pigmentation of RPE cells and additionally expressed higher amounts of RPE-typical genes, compared to the ITGB4-negative cells. In the last years massive scientific effort has been made to specifically generate transplantable RPE cells from patient-tailored iPSCs as a treatment for AMD. Hence, the diverse data situation found in this thesis, reveals new attempts to possibly improve iPSC-derived RPE cells as a treatment option for AMD patients
Effects, damage characteristics and regeneration potential of traffic-related nitrogen oxide emissions in PEM fuel cells under variable operating conditions
Get PDFIm Rahmen des Klimawandels, der zunehmenden Globalisierung und Mobilität sowie der wachsenden Industrialisierung von Schwellenländern wie Indien und China erfährt der Umweltschutz eine noch nie dagewesene Bedeutung. Nicht zuletzt der Dieselskandal deckt die Probleme der Autoindustrie auf, die Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Zu hohe Stickoxidemissionen der traditionellen Antriebe führen aufgrund von immer strengeren Grenzwerten zu erhöhten Kosten für die Abgasreinigung. Daher ist ein zunehmendes Umdenken in Richtung alternativer Antriebe, die auch die Brennstoffzellentechnik beinhalten, zu erkennen.
Da sich allerdings in naher Zukunft die Anzahl der Dieselfahrzeuge noch nicht drastisch verringern wird, ist die Brennstoffzelle insbesondere in Ballungsgebieten der belasteten Umgebungsluft ausgesetzt. Die Schadgase werden mit der Luft durch die Kathode der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMBZ) geleitet, was zur Verunreinigung und Schädigung des Katalysators und der Membran führen kann.
Welche Auswirkungen Stickoxide (NOx) unter real auftretenden Konzentrationen auf die PEMBZ haben, wird in der vorliegenden Arbeit ausführlich untersucht. Dabei wird zunächst eine Literaturrecherche durchgeführt, die die Entstehung, Verteilung und die auftretenden Konzentrationen von NOx in der Umgebungsluft thematisiert und zudem die Auswirkungen von NOx auf die PEMBZ offenlegt. Nachfolgend wird u.a. in einem Test mit BZ-Systemen neben einer Luftmessstation und mit einer Testzelle in Laborumgebung eine Vielzahl von Messreihen ermöglicht. Erstmalig werden dabei Messungen unter realistischen NOx-Konzentrationen vorgenommen.
Es kann festgestellt werden, dass auch real auftretende NOx-Konzentrationen der Umgebungsluft die PEMBZ negativ beeinflussen und sowohl kurzfristig die Leistung verringern als auch langfristig die Degradation erhöhen und somit die Lebensdauer reduzieren. Es ist zwar eine Regeneration der PEMBZ nach vorheriger Kontaminierung möglich, diese dauert aber je nach Betriebsbedingungen bis zu mehrere Stunden und kann nur bei Beaufschlagung der PEMBZ mit Schadgas-freier Luft erfolgen.
Auffällig ist zudem, dass der negative Einfluss bei Kontaminierung mit NO sofort einsetzt, während er bei NO2-Beaufschlagung verzögert auftritt. Bei langfristiger Kontaminierung der PEMBZ sind die Leistungsverluste durch NO und NO2 allerdings nahezu gleich hoch. Begründet wird dieser Effekt damit, dass NO an Platin die gleiche Bindungsstruktur wie der Sauerstoff auf dem Kathodenkatalysator bevorzugt und erst mit steigendem Bedeckungsgrad die Bindungsstruktur ändert. Im Gegensatz dazu besitzt NO2 keine konkurrierende Bindungsstruktur an Platin und dissoziiert anschließend schnell in NO und O. Langfristig ist daher auch bei NO2-Kontaminierung hauptsächlich NO am Katalysator gebunden, sodass der im Vergleich zu NO2 verstärkte negative NO-Einfluss auf die PEMBZ sich nur innerhalb der ersten Minuten ereignet.
Eine beschleunigte vollständige Regeneration der PEMBZ nach NOx-Kontaminierung kann nur bei niedrigen Zellpotentialen < 0,3 V erfolgen. Dabei wird NOx reduziert und es könnte sich Ammonium (NH4+) bilden, was sich langfristig negativ auf die Membran auswirkt. Dementsprechend sollte insbesondere in Gegenden mit stark belasteter Umgebungsluft als Präventionsmaßnahme ein Schadgasfilter im BZ-Fahrzeug integriert werden, um die Lebensdauer der PEMBZ zu erhöhen.In the context of climate change, increasing globalization and mobility as well as growing industrialization of emerging countries such as India and China environmental protection receives an unprecedented importance. Not least the diesel scandal reveals the problems of the automotive industry to achieve the emission limit values. Excessively high nitrogen oxide emissions from traditional drives lead to increased costs for exhaust gas purification due to increasingly stringent limits of the European Union. Consequently, an increasing shift towards alternative drives, which also includes fuel cell technology, can be recognized.
However, the number of diesel vehicles will not reduce significantly in the near future. Thus the fuel cell is exposed to polluted ambient air, particularly in urban areas. The harmful gases are passed with the air through the cathode of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which can lead to contamination and damage of the catalyst and the membrane.
The effects of nitrogen oxides (NOx) under realistic concentrations on PEMFC are investigated in detail in this work. First of all, a literature research is conducted, which deals with the formation, distribution and the occurring concentrations of NOx in the ambient air and also reveals the effects of NOx on PEMFC. Afterwards a large quantity of tests with fuel cell systems close to an air measurement station and single cells in lab environment has been performed. For the first time measurements are carried out under realistic NOx concentrations.
It can be determined that even realistic NOx concentrations in the ambient air can adversely affect the PEMFC and reduce its performance in short term tests as well as increase the degradation in long term tests, which leads to reduced life time. Although full recovery of the PEMFC is possible after prior contamination it takes up to several hours, depending on the operating conditions, and can only take place when the PEMFC is exposed to clean air.
It is also conspicuous that the negative influence of NO occurs immediately, whereas power loses caused by NO2 appears delayed. In the case of long-term contamination of the PEMFC, however, the power losses by NO and NO2 are almost identical. This effect is based on the fact that NO on platinum surface prefers the same bonding structure as oxygen on the cathode catalyst and changes the bonding structure only with increasing degree of coverage. In contrast, NO2 prefers a different binding structure and subsequently dissociates in NO and O. In the long term even in the case of NO2 contamination NO is mainly bound on the catalyst so that the negative NO influence on the PEMFC, which is increased in comparison to NO2, occurs only within the first few minutes.
Accelerated complete recovery of the PEMFC after NOx contamination can only be achieved at low cell potential (< 0.3 V). In this case NOx is reduced and ammonium (NH4+) is formed, which has a negative effect on the membrane in long term. Accordingly, a harmful gas filter should be integrated in a fuel cell vehicle, particularly in urban areas with high air pollution, in order to increase the life time of the fuel cell stack
Development of potassium-sensitive hydrogels for in vivo use in diagnostic implants
Get PDFKalium stellt im humanen Körper einen essentiellen Blut- und Zellelektrolyt dar. Aufgrund dessen spielt Kalium insbesondere für die Muskel- und Nerventätigkeit eine entscheidende Rolle. Vor allem bei der Behandlung von Patienten mit chronischer Nieren- oder Herzinsuffizienz ist die medizinische Registrierung der Blutkaliumkonzentration zwingend erforderlich. Um eine optimale Kontrolle zu gewährleisten, wird mit dem Projekt „DiaImplant“ die Entwicklung eines in vivo Sensors zur kontinuierlichen Erfassung der Blutkaliumkonzentration angestrebt.
Das Ziel dieser vorliegenden Dissertation war die Entwicklung eines kaliumselektiven und –sensitiven Hydrogels, welches als Herzstück des in vivo Sensors entsprechend einem Rezeptor/Transducer-Prinzip die Änderung der Blutkaliumkonzentration erfasst und das molekulare Signal in ein physikalisches Signal umwandelt.
Basierend auf den vorangegangenen Arbeiten hinsichtlich Hydrogele erfolgte zunächst die Entwicklung eines Prototyps bzw. die Optimierung der Synthese. Grundlage des Hydrogels war Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAAm) mit seinem Phasenübergang bei ca. 32°C, welches mit dem Vernetzer N,N‘-Methylen-bis(acrylsäureamid) (MBAAm) vernetzt wurde. Durch die Variation der Zusammensetzung wurden entsprechende Basishydrogele mit unterschiedlichen Anteilen an PNIPAAm und MBAAm erhalten, welche verschiedene mechanische Stabilitäten und Quellungsvermögen aufwiesen. Die Stabilität stieg dabei mit steigendem Anteil an Vernetzer MBAAm, während umgekehrt das Quellungsvermögen verringert wurde. Mit M10DC05 (10 w% PNIPAAm, 5 w% MBAAm) wurde eine Zusammensetzung gefunden, welche eine ausreichende Stabilität hinsichtlich mechanischer Handhabung mit gleichzeitig möglichst hohem Quellgrad besaß. Da zu Beginn dieser Arbeit nicht eindeutig klar war, wie das Hydrogel später in die Sensorkammer eingebracht würde, erfolgte die Synthese zunächst sowohl photochemisch als auch redoxchemisch initiiert. Die verwendeten Reaktionsbedingungen waren in beiden Fällen anfangs jene der vorangegangenen Arbeiten. Als kaliumselektive Komponente wurden Kronenether eingesetzt, wobei zu Beginn lediglich 4-Vinylbenzo-18-Krone-6 (v18CE6) zur Verfügung stand, welcher auch in der Literatur und vorangegangenen Arbeiten verwendet wurde. Der Anteil lag bezogen auf PNIPAAm bei 10%. Da zur Lösung dieser Substanz ein THF/Wasser-Gemisch notwendig war, mussten die Reaktionsbedingungen angepasst werden. Mit einer Reaktionstemperatur von 8°C und Schutzatmosphäre wurden geeignete Synthesebedingungen gefunden, jedoch konnten lediglich Umsätze von ca. 80% erreicht werden. Homogenere Hydrogele mit einem Umsatz >95% wurden mit 4-Acrylamidobenzo-18-Krone-6 (a18CE6) und 4-Acrylamidobenzo-15-Krone-5 (a15CE5) erzielt, welche in Wasser löslich waren.
Aufgrund der Größe der Kronenethereinheit wurden mit diesen beiden Substanzen unterschiedliche Komplexierungsansätze verfolgt, wobei eine 1:1-Komplexierung von Kalium bzw. eine 2:1-Komplexierung stattfanden. Ersteres führte zu einer kaliuminduzierten Erhöhung des Hydrogelvolumens, während letzteres zu einer Reduktion des Hydrogelvolumens führte. Hinsichtlich der 1:1-Komplexierung konnten eindeutige kaliuminduzierte Volumenänderung beobachtet werden, jedoch war die relative Quellgradänderung sehr niedrig und für die Anwendung im physiologisch relevanten Konzentrationsbereich nicht ausreichend. Ein 6-fach erhöhtes Signal wurde stattdessen bei der Komplexierung mit Bariumionen beobachtet. Hinsichtlich der physiologisch relevanten Konzentration ergab die Untersuchung der 2:1-Komplexierung wesentlich nützlichere Quelldaten. Ein großes Problem war insbesondere die natriuminduzierte Quellung, welche wegen der hohen physiologischen Konzentration von Natrium das Kaliumsignal überlagern würde. Aufgrund des Komplexierungsmechanismus war die Prägung des entsprechenden Hydrogels mit 20 mM Kaliumnitratlösung während der Synthese möglich. Diese Prägung führte zu einer signifikanten Optimierung der Quelleigenschaften, wobei größere relative Quellgradänderungen erzielt und insbesondere die Selektivität erhöht wurden. Zudem konnte der Einfluss der hohen Natriumionenkonzentration und weiterer Querempfindlichkeiten teilweise kompensiert werden.
Für die Durchführung geplanter Tierversuche der Projektpartner musste die Phasenübergangstemperatur (LCST) des Hydrogels von ca. 32°C zu 39°C hinsichtlich der Körpertemperatur von Schweinen verschoben werden. Für die spätere Anwendung im humanen Metabolismus wäre eine LCST von ca. 37°C notwendig. Zu diesem Zweck erfolgte die Modifizierung durch Copolymerisation mit Acrylamid (AAm) und den zwitterionischen Komponenten N-(3-Sulfopropyl)-N-(methacryloxyethyl)-N,N-dimethylammoniumbetain (SPE) und N,N-Dimethyl-N-(2-methacrylamidopropyl)-N-(3-sulfopropyl)ammoniumbetain (SPP). Der jeweils geeignete Anteil an Comonomer musste empirisch ermittelt werden, wobei zu berücksichtigen war, dass der Beitrag an Hydrophilie dieser Comonomere bei einer zu hohen Gesamthydrophilie den Verlust der LCST des Hydrogels zur Folge hätte. Im Falle des AAm konnte die Verschiebung der LCST mit der Substitution von 8 w% bzw. 11 w% NIPAAm erreicht werden. Eine weitere Erhöhung führte zum Verlust der LCST. In beiden Fällen konnte so der Einfluss der physiologisch relevanten Querempfindlichkeiten im Vergleich zu Hydrogelen ohne Comonomer stark reduziert werden, sodass kaliumsensitive Messungen unter den gegebenen Bedingungen und unabhängig vom Anion auch im physiologisch relevanten Konzentrationsbereich durchführbar sind. Eine Optimierung der Signalstärke und Kaliumselektivität sowie eine weitere Reduzierung der Effekte von Querempfindlichkeiten wurden durch die Prägung des Hydrogels mit Kaliumnitrat erreicht. Mit SPP wurden die entsprechenden LCST-Verschiebungen mit der Substitution von 9 w% bzw. 12 w% erreicht. Auch mit SPP lässt sich der Einfluss der physiologisch relevanten Querempfindlichkeiten stark reduzieren. Insbesondere der Aussalzeffekt in Folge hoher Salzkonzentration wurde aufgrund seines anti-Polyelektrolyt-Effekts deutlich verringert. Auch bei diesem Material wurden eine weitere Optimierung der Kaliumselektivität und Reduzierung der Querempfindlichkeiten durch eine Prägung erzielt. SPE stellte sich hingegen als ungeeignet heraus, da zur angestrebten LCST-Verschiebung so hohe Anteile nötig waren, dass es zum Verlust der LCST aufgrund der zu hohen Gesamthydrophilie des Hydrogelsystems kam.
Im letzten Teil dieser Arbeit erfolgte mittels des im Konsortium konzeptionierten und konstruierten Hydrogeltestplatzes die Übertragung der Quellungseigenschaften in ein Quelldrucksignal. Das Hydrogel wurde in granulierter Form in das limitierte Volumen eingebracht und reagierte schnell auf gegebene Temperaturänderungen, wobei der Quelldruck einer dem freien Quellen sehr ähnlichen Temperaturabhängigkeit unterlag. Ein Gleichgewichtsquelldruck wurde innerhalb weniger Stunden erreicht. Für das Hydrogel M10DC05CE10 mit a18CE6 wurde bei 25°C und in Abhängigkeit des Polymervolumenanteils (PVA) ein Quelldruck von 5-6 bar erreicht. Während keine Quelldruckänderung dieses Hydrogels auf Kaliumionen zu beobachten war, kam es zu einer sehr starken Reaktion auf eine 20 mM Bariumionenlösung, wobei eine Quelldruckerhöhung um 1 bar erreicht wurde. Das geprägte Hydrogel mit a15CE5 zeigte eine reproduzierbare und reversible Konzentrationsabhängigkeit des Quelldrucks im medizinisch relevanten Konzentrationsbereich an Kaliumionen. Für 5 mM Kaliumnitrat wurde eine negative Quelldruckänderung von 0,2 bar gemessen, bei Kaliumchlorid war der Messwert mit 0,07 bar etwas geringer. Die wasserbezogenen relativen Quelldruckänderungen betrugen -5% (5 mM KNO3) bzw. -3% (5 mM KCl). Deutlich geringer war die Reaktion auf 20 mM Natriumionen wobei die relativen Quelldruckänderungen bei -2% bzw. -1% lagen. Während der Quelldruckmessungen traten die Phänomene des Gelblockings und der Hysterese insbesondere bei einem hohen Polymervolumenanteil (PVA) >0,55 auf.
Insgesamt wurde ein kalium-sensitives Hydrogel erfolgreich entwickelt, welches die Anforderungen der angestrebten Anwendung in einem diagnostischen Implantat erfüllt.Potassium is an essential blood and cell electrolyte in the human body. Because of this, potassium plays a decisive role, especially for muscle and nerve activity. Especially in the treatment of patients with chronic renal or cardiac insufficiency the medical registration of the blood potassium concentration is mandatory. In order to ensure optimal control, the project "DiaImplant" is aimed at the development of an in vivo sensor for the continuous detection of the blood potassium concentration.
The aim of this dissertation was the development of a potassium-selective and sensitive hydrogel, which is the heart piece of the in vivo sensor according to a receptor/transducer principle, and detects the change in blood potassium concentration and converts the molecular signal into a physical signal.
Based on the previous work on hydrogels, the development of a prototype and the optimization of the synthesis took place. The basis of the hydrogel was poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) with its phase transition at about 32 °C, which was cross-linked with the crosslinker N,N'-methylene bis (acrylamide) (MBAAm). By varying the composition, corresponding base hydrogels with different amounts of PNIPAAm and MBAAm were obtained which had different mechanical stabilities and swelling properties. The stability increased with an increasing amount of crosslinker MBAAm, whereas the swelling capacity was reduced. A composition was found with M10DC05 (10 w% PNIPAAm, 5 w% MBAAm), which had sufficient stability with regard to mechanical handling with a swelling degree as high as possible. Since at the beginning of this work it was not clearly defined how the hydrogel would later be introduced into the sensor chamber, the synthesis was done both photo initiated and redox initiated. The reaction conditions used in both cases were initially those of the previous work. As the potassium-selective component, crown ethers were used, initially only 4-vinylbenzo-18-crown-6 (v18CE6) was available, which was also used in the literature and previous work. The used amount was 10% based on the amount of PNIPAAm. Since a THF/water mixture was required to dissolve this substance, the reaction conditions had to be improved. With a reaction temperature of 8 °C and under a protective atmosphere, suitable synthesis conditions were found, but only conversions of about 80% could be achieved. More homogeneous hydrogels with a conversion >95% were obtained with 4-acrylamidobenzo-18-crown-6 (a18CE6) and 4-acrylamidobenzo-15-crown-5 (a15CE5) which were soluble in water.
Due to the size of the crown ether unit, different complexing approaches were followed with these two substances, whereby a 1:1 complexation of potassium or a 2:1 complexation took place. The former led to a potassium-induced increase in the hydrogel volume, whereas the latter resulted in a reduction in the hydrogel volume. With respect to the 1:1 complexation, clear potassium-induced volume changes could be observed, but the relative change in swelling rate was very low and was not sufficient for application in the physiologically relevant concentration range. A 6-times larger signal was observed for the complexation with barium ions instead. Regarding the physiologically relevant concentration, the investigation of the 2:1 complexation revealed much more useful swelling data. A major problem was, in particular, the sodium-induced swelling, which would overlay the potassium signal because of the high physiological concentration of sodium. Due to the complexing mechanism, the imprinting of the hydrogel with 20 mM potassium nitrate solution was possible during the synthesis. This imprinting caused a significant optimization of the swelling properties, whereby relatively high degrees of swelling were achieved and in particular the selectivity was increased. In addition, the influence of the high sodium ion concentration and further cross sensitivities could be partially compensated.
The phase transition temperature (LCST) of the hydrogel had to be shifted from 32 °C to 39 °C with regard to the body temperature of pigs for the execution of planned animal experiments. For later use in human metabolism, an LCST of about 37 °C is required. For this purpose the modification was carried out through copolymerization with acrylamide (AAm) and the zwitterionic components N-(3-sulfopropyl)-N-(methacryloxyethyl)-N,N-dimethylammonium betaine (SPE) and N,N-Methacrylamidopropyl)-N-(3-sulfopropyl) ammonium betaine (SPP). The appropriate amount of comonomer had to be determined empirically, taking into account that the contribution of hydrophilicity of these comonomers to an excessively high total hydrophilicity would result in the loss of the LCST of the hydrogel. In the case of AAm, the shift of the LCST could be achieved with the substitution of 8 w% or 11 w% NIPAAm. A further increase led to the loss of the LCST. In both cases, the influence of the physiologically relevant cross sensitivities compared to hydrogels without a comonomer could be greatly reduced so that potassium-sensitive measurements can be carried out under the given conditions in the physiologically relevant concentration range. Optimizations of the signal strength and potassium selectivity as well as a further reduction of the effects of cross sensitivities were achieved by the imprinting of the hydrogel with potassium nitrate. With SPP, the corresponding LCST shifts were achieved with the substitution of 9 w% and 12 w%. The influence of the physiologically relevant cross sensitivities can also be greatly reduced with SPP. In particular, the salting-out effect due to high salt concentration was markedly reduced due to its anti-polyelectrolyte effect. Further optimizations of the potassium selectivity and reduction of cross sensitivities by imprinting were also achieved with this material. SPE, on the other hand, turned out to be unsuitable, since the LCST shift required such high amounts that loss of the LCST occurred due to the total hydrophilicity of the hydrogel system.
In the last part of this thesis the transfer of the swelling properties into a swelling pressure signal was carried out with the hydrogel test setup designed and constructed in the consortium. The hydrogel was filled into the limited volume in granulated form and reacted quickly to given temperature changes, whereas the swelling pressure showed temperature dependence very similar to the free swelling. An equilibrium swelling pressure was achieved within a few hours. A swelling pressure of 5-6 bar was achieved for the hydrogel M10DC05CE10 with a18CE6 at 25 °C and as a function of the polymer volume fraction (PVA). While no change in the swelling pressure of this hydrogel on potassium ions was observed, a very strong reaction to a 20 mM barium ion solution was achieved, with a pressure increase of 1 bar. The imprinted hydrogel with a15CE5 showed a reproducible and reversible concentration dependence of the swelling pressure in the medically relevant concentration range of potassium ions. A negative swelling pressure change of 0.2 bar was measured for 5 mM potassium nitrate, while the measured value was somewhat lower with potassium chloride at 0.07 bar. The water-related relative swelling pressure changes were -5% (5 mM KNO3) and -3% (5 mM KCl). Significantly lower was the reaction to 20 mM sodium ions, whereas the related relative swelling pressure changes were -2% and -1%. During the swelling pressure measurements, the phenomena of gel blocking and hysteresis occurred particularly at a high polymer volume fraction (PVA) > 0.55.
Overall, a potassium-sensitive hydrogel has been successfully developed which meets the requirements of the intended application in a diagnostic implant
Die Rolle der humanen Serinprotease HTRA1 in der Regulation von Zellzyklus und Apoptose
Get PDFDie humane Serinprotease HTRA1 steht mit vielen verschiedenartigen Erkrankungen in Verbindung. Ein Verlust von HTRA1 bzw. der HTRA1 Aktivität wird beispielsweise in diversen Tumorerkrankungen und der Erbkrankheit CARASIL beschrieben. Beobachtete pleiotrope Phänotypen von Zellen mit verringerter HTRA1 Expression beinhalten ein verstärktes Zellwachstum, Zentrosomen Amplifikationen und Polyploidie. Diese Beobachtungen deuten auf wichtige Funktionen von HTRA1 in regulatorischen Prozessen hin.
Die Expression des HTRA1 Gens ist in vielen Tumorarten negativ reguliert. Ein in vivo Experiment in K‑ras mutierten aggressiven Tumor-Mausmodellen zeigte jedoch, entgegen des bis dahin postulierten tumorsuppressiven Einflusses von HTRA1, einen protektiven Effekt eines Htra1 Knockouts in Abhängigkeit der K-ras Mutation. Darüber hinaus wurden die Kinasen B‑RAF und C‑RAF in einem PDZ-optimierten Peptidscreen als potentielle HTRA1 Liganden identifiziert. Im Rahmen dieser Dissertation wurde deshalb die Interaktion von HTRA1 mit dem ERK-Signalweg in humanen Kolonkarzinomzellen (SW480) analysiert, die stabil verschiedene Level von HTRA1 exprimierten. Dabei konnte eine Interaktion von HTRA1 und C-RAF in den Lysaten von SW480 Zellen, sowie die Bildung eines Komplexes aus rekombinantem HTRA1 und der RAS-Bindedomäne (RBD) von C-RAF in vitro nachgewiesen werden. Eine Kolokalisation der Proteine in humanen Zellen scheint nach einer Analyse der Zellen mittels konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie möglich. Außerdem wurde die RBD von C-RAF als ein in vitro Substrat von HTRA1 identifiziert. Ein Effekt von HTRA1 auf die Aktivität des ERK-Signalweges konnte in Western-Blot Analysen mit phospho-spezifischen Antikörpern nicht beobachtet werden.
Um neue Funktionen und Interaktionspartner von HTRA1 in regulatorischen Prozessen der Zelle zu identifizieren, wurde eine Proteom-Analyse von SW480 Zellen durchgeführt, die in distinkten Zellzyklusphasen synchronisiert waren. Die Ergebnisse der Proteom-Analyse deuten auf Funktionen von HTRA1 in Mikrotubuli-assoziierten Prozessen, dem G2-DNA damage checkpoint, der DNA Replikation bzw. des DNA-Licensing und der Apoptose hin. Des Weiteren wurde für eine Reihe von Proteinen wie Calpaine, Annexine und MCMs eine bisher unbekannte, Zellzyklus abhängige Regulation beobachtet. Neben anderen potentiellen Interaktoren, wurde das Calcium‑bindende Protein Annexin A1 als bisher unbekanntes HTRA1 Substrat identifiziert. Diese Vermutung konnte in einer Western-Blot Analyse von SW480 Zelllysaten und einem in vitro Enzym-Assay bestätigt werden. Da sowohl für HTRA1 als auch für Annexin A1 pro- und anti-apoptotische Funktionen beschrieben wurden, wurde der Effekt von HTRA1 auf die Induktion von Apoptose in SW480 Zellen analysiert. Eine Untersuchung der Zellen mittels Durchflusszytometrie ergab, dass Zellen mit verminderter HTRA1 Menge eine höhere Anzahl sterbender Zellen nach Behandlung mit 5-Fluorurazil aufwiesen, als die anderen Zelllinien. Der induzierte Zelltod war zu einem Teil abhängig von der Aktivität zellulärer Caspasen.
Darüber hinaus wurden vier klinisch relevante HTRA1 Mutanten aus CARASIL auf ihre Aktivität und ihren oligomeren Zustand untersucht. Enzym-Assays zeigten eine verminderte oder fehlende proteolytische Aktivität aller vier Mutanten. Die analytische Größenausschlusschromatographie und Crosslink-Experimente zeigten, dass der Verlust der proteolytischen Aktivität auf einen Assemblierungsdefekt der Mutanten zurückzuführen war. Die Ergebnisse dieser in vitro Analyse legen dar, dass auch Mutationen außerhalb der Proteasedomäne über einen Assemblierungsdefekt zu einer Inaktivierung von HTRA1 führen können. Die Aktivität einer Mutante (R166H) konnte durch Zugabe eines Peptid-Liganden beispielhaft um 40 % restauriert werden. In der monogenetischen Erkrankung CARASIL stellt HTRA1 ein logisches Ziel proteinbasierter Therapien dar. Zusätzlich würde die Wiederherstellung der HTRA1 Aktivität durch Methoden der supramolekularen Chemie einen wichtigen Beitrag für das neue Feld der Proteinreparatur leisten.The human serine protease HTRA1 is implicated in several severe pathologies. The loss of HTRA1 or the HTRA1 activity, respectively, is associated with different types of cancer and the hereditary CARASIL disease. Cells with a reduced HTRA1 expression show pleiotropic phenotypes like an increased proliferation, centrosome amplifications and polyploidy. These features suggest an important function of HTRA1 in regulatory processes of the cell.
The expression of the HTRA1 gene is downregulated in many types of human tumors. An in vivo experiment in K-ras mutated aggressive tumor mouse models, however, showed a protective effect of an Htra1 knockout according to the K-ras mutation. These results contrast with the so far postulated tumor-suppressive function of HTRA1. In addition, B-RAF and C-RAF kinases were identified as potential HTRA1 ligands in a PDZ-domain optimized peptide screen with recombinant HTRA1. Therefore, the possible interaction of HTRA1 and the ERK signal transduction pathway was analyzed in human colon carcinoma cells (SW480). These cells stably expressed varying levels of HTRA1. In lysates of SW480 cells an interaction of HTRA1 and C-RAF was observed. Moreover, the formation of a complex of recombinant HTRA1 and the RAS-binding domain (RBD) of C-RAF was identified in vitro. A colocalization of both proteins seems possible after analysis in SW480 cells with confocal laser scanning microscopy (CLSM). In addition, the RBD of C-RAF was identified as a novel in vitro substrate of HTRA1. An effect of varying HTRA1 levels on the activity of the ERK signal transduction pathway could, however, not be observed by western blotting analysis with phospho‑specific antibodies.
To identify new functions and interactors of HTRA1 in cellular processes, a whole proteom analysis of SW480 cells, synchronized in all cell cycle phases, was performed. The results of this analysis suggest possible functions of HTRA1 in mictrotubule associated processes, the G2-DNA damage checkpoint, DNA replication and DNA licensing, respectively, and in apoptosis. Moreover, for some proteins like calpains, annexins and MCMs a so far unknown cell cycle dependent regulation was described. Besides other potential interactors the calcium binding protein annexin A1 was identified as a potential HTRA1 substrate, which was confirmed via a western blot analysis and in vitro enzyme assay. As pro- and anti-apoptotic functions were reported in previous studies for HTRA1 and annexin A1 both, the effect of HTRA1 on induction of apoptosis was analyzed in SW480 cells. A flowcytometric analysis of SW480 cells with varying HTRA1 levels revealed that cells with reduced HTRA1 levels show higher amounts of dying cells after a 5-fluorouracil treatment than the other cell lines. The cell death induced was at least partially dependent on the activity of cellular caspases.
In addition to the effects of HTRA1 on cellular signaling and apoptosis, the analysis of clinically relevant HTRA1 mutations identified in CARASIL was another focus of this work. Four mutated recombinant variants of HTRA1 were tested for their activity and oligomeric state and compared to the wildtype protein. Enzyme assays showed a reduced or no proteolytic activity for all mutants tested. Analytic size exclusion chromatography and crosslink experiments showed that this loss of activity was due to an assembly defect of the mutated proteins. The results of this in vitro study suggest that clinically relevant CARASIL mutations which are located outside of the protease domain of HTRA1 can reduce the protease activity by causing an assembly defect of the HTRA1 trimer. The activity of HTRA1(R166H) was exemplarily restored upon 40 % by the addition of a peptide ligand. As CARASIL is a monogenetic disease HTRA1 displays a logical target for protein based therapies. Moreover, the restauration of the HTRA1 activity by methods of supramolecular chemistry could contribute to the new field of protein repair
Supportive guidance methods for wiki-based learning and knowledge construction
Get PDFWikis gelten als besondere Vertreter sozio-technischer Systeme, die zunehmend für die kollaborative Konstruktion von Wissen und darüber hinaus für individuelles und kollaboratives Lernen genutzt werden. Das grundlegende Design von Wiki-Systemen ermöglicht es den Nutzern, Inhalte als Artikel zu generieren und auf zugehörigen Diskussionsseiten ("`Talk Pages"') im Artikelhintergrund über Themen zu diskutieren. Aufbauend auf bestehenden Theorien und gegenwärtiger Forschung zum Wissensaufbau mit Wikis, und darüber hinaus aus dem Bereich des computergestützen kollaborativen Lernens (CSCL), wurden in dieser Dissertation mehrere Effekte auf Prozesse und Ergebnisse untersucht in Bezug auf zusätzliche ergänzende Strukturierungsmaßnahmen für wiki-basiertes Lernen. Konkret konzentrierte sich diese Arbeit auf (1) die Effektivität und Effizienz impliziter Lenkung für Wiki-Talk-Seiten, (2) die Auswirkungen zweier Ansätze von Kollaborationsskripten als explizite Lenkung zur Wissenskonstruktion mit Wikis und (3) die Relevanz spezifischer lernbezogener individueller Unterschiede für kollaboratives Lernen mit Wikis. Insgesamt wurden im Rahmen dieser Dissertation fünf empirische Studien durchgeführt. Mit Studie 1 wurden die Auswirkungen von visuellen Hervorhebungen kontroverser Argumentationen für Wiki-Diskussionen untersucht. Die Ergebnisse des Experiments zeigten, dass zusätzliche Hervorhebungen für kontroverse Diskussionen sich direkt auf das individuelle Selektions- und Leseverhalten sowie indirekt und in geringerem Maße auf die Lernergebnisse und die Qualität von Wiki-Beiträgen auswirken. In Studie 2 wurde untersucht, ob Visualisierungen von Autorenwissen und Beurteilungen durch die Wiki-Community implizit die Wahrnehmung die Leser von kontroversen Diskussionen in Wikis beeinflussen. Die Ergebnisse zeigten, dass, wenn zusätzliche Autoreninformationen visualisiert werden, es wahrscheinlicher ist, dass Leser von Wiki-Diskussionen der Argumentation eines angenommenen Experten folgen. In den Studien 3 und 4 wurden die Effekte zweier unterschiedlicher Kollaborationsskript-Ansätze untersucht. Das erste Skript wurde von Wikipedia abgeleitet, während das zweite Skript ein selbst entwickeltes Skript ist, das von empirischen Untersuchungen inspiriert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass der alternative Skriptvorschlag vorteilhafter ist in Bezug auf Perspektivübernahme und Integration widersprüchlicher Belege, sowie für den individuellen Lernerfolg und die Qualität kollaborativ bearbeiteter Artikel. Studie 5 untersuchte die Auswirkungen der Hervorhebungen für kontroverse Diskussionen und des alternativen Kollaborationsskripts im Zusammenspiel mit individuellen Unterschieden des kognitiven Geschlossenheitsbedürfnisses. Dieses Konstrukt ist relevant für das Verständnis, wie Menschen zweideutige Informationen verarbeiten, die in kontroversen Diskussionen zu finden sind. Die Ergebnisse zeigten, dass Personen mit einem hohen Bedürfnis nach kognitiver Geschlossenheit in Bezug auf den Lernerfolg mehr von den Hervorhebungen für kontroverse Diskussionen als implizite Lenkung profitieren, während Personen mit einem niedrigen Bedürfnis mehr von dem Kollaborationsskript als explizite Lenkung profitieren. Diese Studienreihe erweitert die empirische Basis der Forschung zu wiki-basierter Wissenskonstruktion und Lernprozessen um Untersuchungen zu ergänzenden unterschiedlichen Strukturierungsmaßnahmen und die Berücksichtigung individueller Unterschiede.Wikis are a special representative of socio-technical systems that are increasingly used for the collaborative construction of knowledge and furthermore for individual and collaborative learning. The basic design of wiki systems enables users to generate content as articles and as well to discuss about subject matters on corresponding discussion forums in the article background, the so-called talk pages. Building upon prevailing theories and previous research on knowledge building with wikis, and more broadly computer supported collaborative learning (CSCL) in general, this dissertation investigated several effects of added supplemental scaffolding measures for wiki-based learning on processes and outcomes. Specifically, this work focused on (1) the effectiveness and efficiency implicit guidance approaches for wiki talk pages, (2) the effects of two distinct collaboration scripts as explicit guidance for knowledge construction with wikis, and (3) the relevance of specific learning-related individual differences for collaborative learning with wikis. Overall, five empirical studies have been conducted as part of this dissertation. Study 1 examined the effects of added controversy awareness highlights for wiki discussions. Results of the experiment showed that added highlights for controversial discussions directly affect individual selection and reading behaviour, as well as indirectly and to a lesser extent the learning outcomes and wiki contribution quality. Study 2 examined whether visualisations of author expertise and community-rating implicitly affect the user perception of controversial discussions in wikis. Results showed that if additional author information is visualised, it is much more likely that readers of wiki discussions follow an assumed expert’s argumentation. Studies 3 and 4 both examined effects of two distinct collaboration script approaches. The first script was derived from Wikipedia, whereas the second script is a self-developed script that was inspired by related empirical research. Results showed that the alternative script proposal is more beneficial for perspective-taking and integration of opposing evidence, as well as for individual learning success and the quality of collaboratively edited articles. Study 5 examined the effects of the controversy awareness highlights and the alternative collaboration script in interaction with individual differences of the Need for Cognitive Closure. This construct is relevant for the understanding of how people process ambiguous information that are likely to be found in controversial discussions. Results showed that persons with a high Need for Cognitive Closure benefit more, in terms of learning success, from the controversy awareness highlights for implicit guidance, whereas persons with a low Need for Cognitive Closure benefit more from the collaboration script as explicit guidance. This study series extends the empirical base of research on wiki-based knowledge construction and learning processes with investigations of supplemental different guidance measures and the consideration of individual differences
Einfluss dauerhafter Kennzeichnungsmethoden auf das Ermüdungsverhalten von Baustählen
Get PDFStahlbauteile müssen während aller Fertigungsabschnitte identifizierbar und rückverfolgbar sein. Die Wahl der Kennzeichnungsmethode ist in einschlägigen Normen nicht zwingend vorgeschrieben. In der für die Fertigung von Stahltragwerken anzuwendenden DIN EN 1090-2 ist geregelt, dass die Aufbringung von dauerhaften Kennzeichnungen nicht zu Beschädigungen des Bauteils führen darf. Weiterhin sind harte Kennzeichnungsmethoden wie Hartprägungen, gebohrte oder gestanzte Markierungen nur zulässig für Stahlsorten des Festigkeitsbereiches bis einschließlich S355 und nur in festgelegten Bereichen, in denen die Markierung keinen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten hat.
Eine Forderung nach dauerhaften Kennzeichnungsmethoden impliziert die Widerstandsfähigkeit der Markierungen gegenüber nachgeschalteten Fertigungsprozessen wie Strahlen, Beschichten oder Feuerverzinken sowie gegenüber Witterungseinflüssen. Für eine dauerhafte Kennzeichnung eignen sich insbesondere Methoden wie Hartes Stempeln, Fräsen, Plasmamarkieren oder Nadeln.
Hersteller von Maschinen haben in den letzten Jahren ihre Produkte derart weiterentwickelt, dass die genannten Markiermethoden in Fertigungsstraßen eingebunden werden können. Manuelle Bearbeitungs- oder Markierprozesse wie das Anreißen von Bauteilen oder das Aufbringen von Kennzeichnungen können somit durch vollautomatische Prozesse ersetzt werden. Nichtsdestotrotz bewirken dauerhafte Kennzeichnungsmethoden eine Oberflächenveränderung und hinterlassen eine Kerbe, welche einen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten haben kann. Dieser Einfluss wurde bisher nicht im Detail untersucht, weshalb eine Einordnung der Markierkerben in den Europäischen Kerbfallkatalog nach DIN EN 1993-1-9 prinzipiell nicht möglich ist.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, eine Einschätzung des Einflusses praxisüblicher dauerhafter Kennzeichnungsmethoden auf das Ermüdungsverhalten von Baustählen zu erlangen, mit deren Hilfe sich die Schwere der ermüdungswirksamen Schädigung der Kennzeichnungsmethoden abbilden lässt.
Hierzu werden die durch die untersuchten Kennzeichnungsmethoden installierten Oberflächenkerben charakterisiert und spezifische Eigenschaften herausgearbeitet. Darüber hinaus werden Ermüdungsversuche an Prüfkörpern vorgestellt und interpretiert. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen umfassen Versuchsserien mit Prüfkörpern aus der im Brückenbau üblichen Stahlsorte S355J2 sowie der Stahlsorte S460N zur Abdeckung eines höheren Festigkeitsbereiches. Zur Überprüfung eines möglichen Blechdickeneffektes wurden drei verschiedene Blechdicken 15, 25 und 40\mim untersucht.
Auf Basis der experimentellen Untersuchungen zur Bestimmung der geometrischen Eigenschaften der Kerben werden die vorgestellten Kennzeichnungsmethoden anhand von Finite Elemente Simulationen eingeordnet und bewertet. Mithilfe aller erarbeiteten Versuchsdaten werden Empfehlungen zur Einarbeitung der Ergebnisse in die Normung vorgestellt.
Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß, dass das Ermüdungsverhalten durch aufgebrachte Kennzeichnungen negativ beeinflusst wird. Die Abnahme der Ermüdungsfestigkeit lässt sich für die meisten Kennzeichnungsmethoden auf den geometrischen Kerbeffekt infolge der Kennzeichnungen zurückführen. Demzufolge nimmt der Einfluss der Kennzeichnung auf das Ermüdungsverhalten mit zunehmender Kerbtiefe und -schärfe zu. Dennoch lassen sich infolge der Kennzeichnungen vergleichbar hohe Ermüdungsfestigkeiten erzielen, welche eine günstige Kerbfalleinordnung im oberen Bereich des Europäischen Kerbfallkatalogs zur Folge haben.Steel components have to be identifiable and traceable during the whole manufacturing chain. The choice of the identification method is not specified consistently in international rules and standards. EN 1090-2 specifies that the use of durable marks may not result in producing damages and that hard stamped marks are only permitted for steel grades up to S355 and only in areas where no effect on the fatigue life is expected. In terms of durability, markings should be resistant against particular manufacturing processes such as sandblasting, hot-dip galvanizing or coating. In detail these methods are hard stamping, scribing, plasma marking and needling.
Nowadays, the industry has developed machines with integrated automatic marking processes. Consequently, manual layout scribing is not required anymore during manufacturing processes of steel components and components can be marked on the fly. However, the effect of the installed notch due to the marking process on the fatigue strength of the components is questionable. As no systematic investigations on this topic have been carried out up to now, marked notch details are not covered within the detail categories of EN 1993-1-9.
For this reason, in the frame of this thesis, notches installed by the mentioned durable marking methods are characterized and specific geometrical properties are identified by three-dimensional models achieved with microscopic focus-variation technology. Furthermore, experimental fatigue tests with specimens of two different steel grades S355J2 and S460N are presented and evaluated. Three different plate thicknesses 15, 25 and 40\mim were examined to evaluate whether a size effect can be observed.
Based on the experimental investigations concerning the geometrical properties, the examined durable marking methods are classified and reviewed using finite element simulations. Regarding the results of the experimental and numerical investigations, the achieved insights are used to formulate recommendations for considering and dealing with durable marking methods.
As expected, the fatigue behaviour is influenced by the markings with a decrease of the fatigue life. The influence of markings on the fatigue life depends for most methods on the geometry and the surface conditions of the notch. Nevertheless, the achieved fatigue strengths lead into relatively high FAT classes according to EN 1993-1-9
Modulation of retrovirus-specific CD8+ T cell responses by interferon α subtypes
Get PDFWährend der meisten viralen Infektionen ist die schnellste Immunantwort die Ausschüttung von Typ I Interferonen (IFN). Diese Zytokine induzieren einen antiviralen Status in infizierten und benachbarten Zellen, wirken antiproliferativ und modulieren Immunantworten. Weil viele Viren eine Vielzahl an Mechanismen entwickelt haben, um der Typ I IFN Antwort zu entgehen, stellt deren exogene Gabe als Immuntherapeutikum eine attraktive Möglichkeit dar, um Virusinfektionen zu behandeln. Die Typ I IFN Familie besteht aus verschiedenen IFNα Subtypen (bis zu 14 in Mäusen), wobei deren biologische Relevanz noch immer erforscht wird. Heute weiß man, dass die verschiedenen IFNα Subtypen individuelle biologische Aktivitäten besitzen. Dennoch wird in der Klinik ausschließlich der Subtyp IFNα2 verwendet. Während der direkte antivirale Effekt verschiedener Subtypen bereits in mehreren in vitro und in vivo Modellen erforscht wurde, ist deren immunmodulatorische Wirkung insbesondere auf Virus-spezifische CD8+ T Zellen noch weitestgehend unbekannt. In der vorliegenden Arbeit sollte daher der Effekt von ausgewählten IFNα Subtypen auf die CD8+ T Zellantworten, sowohl in vitro als auch in vivo, mit Hilfe des Friend Retrovirus (FV) Modelles untersucht werden. In einem in vitro Proliferationstest konnte ein Subtyp-spezifischer antiproliferativer Effekt von IFNα auf FV-spezifische CD8+ T Zellen gezeigt werden, der mit gesteigerten Effektorfunktionen (Expression von pro-inflammatorischen Zytokinen und Granzym B) korrelierte. Hier zeigten vor allem die Subtypen IFNα4, IFNα6 und IFNα9 den stärksten Effekt. Bei der Untersuchung der Immunmodulation von IFNα Subtypen auf CD8+ T Zellen mit anderen Spezifitäten konnten vergleichbare Effekte beobachtet werden, woraus geschlossen werden kann, dass sie Antigen-unspezifisch sind. In einem FV Zytotoxizitätstest konnte zudem gezeigt werden, dass die zytotoxische Aktivität von IFNα Subtyp-behandelten CD8+ T Zellen verbessert war, mit IFNα4 als potentester Subtyp. Funktionell konnte IFNα über die direkte Stimulation von CD8+ T Zellen oder die indirekte Stimulation von Antigen-präsentierenden dendritischen Zellen (DC) wirken. Die Ausreifung sowie Aktivierung FV Antigen-beladener DCs durch IFNα Subtyp Stimulation wurde nachgewiesen. Dabei verbesserten IFNα Subtypen, die einen starken Effekt auf CD8+ T Zellen hatten, den Phänotyp von DCs besonders effizient. So wurde die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in CD8+ T Zellen nicht durch die direkte Wirkung der IFNα Subtypen auf CD8+ T Zellen hervorgerufen, sondern wurde indirekt durch Stimulation der DCs vermittelt. Im Gegensatz dazu war eine IFNα Subtyp Stimulation von CD8+ T Zellen oder DCs ausreichend, um die antiproliferativen Effekte oder die zytotoxische Funktion von CD8+ T Zellen zu verbessern.
Die Ergebnisse zeigen, dass individuelle IFNα Subtypen verschiedene Effekte auf die Funktionen von CD8+ T Zellen haben. Diese Daten liefern wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung oder Verbesserung von Immuntherapien von Virusinfektionen mit IFNα.The type I interferon (IFN) expression is the immediate early host response against invading viruses. These cytokines induce an antiviral state in infected and neighboring cells, have an antiproliferative effect and can strongly modulate innate and adaptive immune responses. However, many viruses evolved numerous mechanisms to avoid the type I IFN response, thus their exogenous application as immunotherapeutic represents a powerful tool for treating viral infections. Type I IFN consist of multiple IFNα subtypes (up to 14 in mice), however their biological relevance is still under debate. It is well accepted that the different IFNα subtypes have individual biological activities, however in clinics only IFNα2 is used. While in multiple in vitro and in vivo models the direct antiviral effect of different IFNα subtypes were already analyzed, the immunomodulatory impact on CD8+ T cells is largely unknown. In the present work the effects of selected IFNα Subtypes were investigated in more detail. Therefore, the well-established Friend retrovirus (FV) model was used. With the help of an in vitro proliferation assay subtype-specific antiproliferative effects on antigen-specific CD8+ T cells were observed, which correlated with improved effector functions (expression of pro-inflammatory cytokines and granzyme B). Here, IFNα4, IFNα6 and IFNα9 showed the greatest effects. Investigating the immunomodulatory effect of IFNα subtypes on CD8+ T cells with other specificity, similar results could be observed indicating an antigen-unspecific effect. In FV-specific cytotoxicity assays IFNα subtypes enhanced cytolytic activity of CD8+ T cells with IFNα4 being the most potent subtype. IFNα acted by direct stimulation of CD8+ T cells or by indirect stimulation of antigen-presenting dendritic cells (DCs). IFNα subtypes augmented maturation and activation of FV antigen-loaded DCs. Thereby IFNα subtypes, which had strong effects on CD8+ T cells, efficiently improved the phenotype of DCs. Hence, expression of pro-inflammatory cytokines was not triggered by direct stimulation of CD8+ T cells but indirectly mediated by DCs. In contrast, antiproliferative effects and improved cytotoxic functions were affected by IFNα subtype stimulated CD8+ T cells or DCs.
These data reveal that individual IFNα subtypes have different effects on the functions of CD8+ T cells. This study provides important knowledge for the development and improvement of immunotherapies of viral infections with IFNα