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Wireless Positioning Applications in Multipath Environments
No full textFunklokalisierung in der Umgebung mit der Mehrwegeausbreitung
In den vergangenen Jahren wurde zunehmend Forschung im Bereich drahtlose Sensornetzwerk (engl. „Wireless Sensor Network“) betrieben. Lokalisierung im Innenraum ist ein vielversprechendes Forschungsthema, das in den Literaturen vielfältig diskutiert wird. Jedoch berücksichtigen die meisten Arbeiten einen wichtigen Faktor nicht, nämlich die Mehrwegeausbreitung, welche die Genauigkeit der Lokalisierung beeinflusst. Diese Arbeit bezieht sich auf Lokalisierungsanwendungen in UWB (Ultra-Breitband-Technologie)- und WLAN (drahtloses lokales Netzwerk)- Systemen im Fall von Mehrwegeausbreitung. Zur Steigerung der Robustheit der Lokalisierungsanwendungen bei Mehrwegeausbreitung wurden neuartige Lokalisierungsalgorithmen, die auf der Auswertung der Ankunftszeit (engl. „Time of Arrival“, ToA), der empfangenen Signalstärke (engl. „Received Signal Strength“, RSS) und dem Einfallswinkel (engl. „Angle of Arrival“, AoA) basieren, vorgestellt und untersucht. Bei Mehrwegeausbreitung ist die Fragen den direkten Pfad zu lösen, da der direkte Pfad (engl. „Direct Path“, DP) schwächer als anderer Pfad sein kann. In dieser Arbeit werden daher neuartige Algorithmen zur Flankendetektion der empfangenen Signale für UWB Systeme entwickelt, um die Positionsbestimmung zu verbessern: Es gibt die kooperative Flankendetektion (engl. „Joint Leading Edge Detection“, JLED), die
erweiterte maximalwahrscheinlichkeitbasierte Kanalschätzung (engl. „Improved Maximum Likelihood Channel Estimation“, IMLCE) und die Flankendetektion mit untervektorraumbasiertem Verfahren (engl. „Subspace based Approaches“, SbA). Bei der kooperativen Flankendetektion werden zwei Kriterien herangezogen nämlich
die minimale Fläche und das minimale mittlere Quadrat des Schätzfehlers (engl. „Minimum Mean Squared Error“, MMSE). Weiterhin wird ein monopulsbasierter Kanalschätzer (engl. „Monopulse based Channel Estimator“, MCE) entwickelt, um die möglicherweise falsche Kombinationen der Flanken (engl. „Leading Edge Combination“, LEC) auszuschließen. Zudem wird in der Arbeit der erweiterte MLCE
vorgestellt, der aus einem groben und einem genauen Schätzungsschritt besteht. Bei dem neuartigen untervektorraumbasierten Verfahren werden ein statischer und ein Schwundkanal untersucht. Im ersten Fall wird die Kombination der Rückwärtssuchalgorithmus mit untervektorraumbasierten Verfahren untersucht. Zudem wird im zweiten Fall ein untervektorraumbasierte Verfahren im Frequenzbereich vorgestellt. Für die RSS-basierte Lokalisierung wird ein Fingerabdruckverfahren (engl. „Fingerprint Approach“) und ein neuartiger Entfernungsschätzer basierend auf der
Kanalenergie entwickelt und implementiert. Schließlich wird in der Arbeit ein Lokalisierungssystem mit Winkelschätzern inklusive einer entsprechenden Kalibrierung auf einer 802.11a/g Hardwareplattform
vorgestellt. Dazu wird ein neuartiger Trägerschätzer und Kanalschätzer entwickelt.In the past several years there has been more growing research on Wireless Sensor Network (WSN). The indoor localization is a promising research topic, which is discussed variously in some literatures. However, the most work does not consider an important factor, i.e. the multi-path propagation, which affects the accuracy of the indoor localization. This work dealt with the indoor localization applied in UWB (Ultra Wide Band) and WLAN (Wireless Local Area Network) systems in the case of
multi-path propagation.
To improve the robustness of the applications of localization in the case of multi-path propagation, novel localization algorithms based on the evaluation of the Time of Arrival (ToA), the Received Signal Strength (RSS) and the Angle of Arrival (AoA) were proposed and investigated. In the ToA based localization systems, the detection of shortest signal propagation time plays a critical role. In the case of multi-path
propagation, the Direct Path (DP) needs to be resolved because the DP may be weaker than Multi Path Components (MPC). Thus the novel algorithms for leading edge detection were developed in this work in order to improve the accuracy of localization, namely Joint Leading Edge Detection (JLED), Improved Maximum Likelihood Channel Estimation (IMLCE) and the leading edge detection with Subspace based
Approaches (SbA).
Two criteria were proposed and referenced for the JLED, namely Minimum Area (MA) and Minimum Mean Squared Error (MMSE). Furthermore, a monocycle-based channel estimator was developed to mitigate the fake LECs (Leading Edge Combination). The estimation error of JLED was theoretically analyzed and simulated for evaluation of the estimator. IMLCE consists of a coarse and a fine estimation step.
The coarse position of the first correlation peak shall be found with the Search Back Algorithms (SBA), which is followed by MLCE-algorithms.
The novel SbA was investigated in a static and a fading channel. In the former case, the iterative algorithm, which combines SbA with SBA, was investigated. In the latter case, the FD-SbA (Frequency Domain - SbA) was proposed, which requires to calculate the covariance matrix in the FD.
For the RSS based localization, fingerprint approach and the novel channel energy based distance estimator were investigated and developed in this dissertation.
Finally, a localization system using AoA estimation and the initial calibration was presented on an 802.11a/g hardware platform. A novel Carrier Frequency Offset (CFO) estimator and channel estimator were investigated and developed. The measurement campaigns were made for one, two and four fixed stations, respectivel
Einfluss genetischer Varianten im Aquaporin 5-Promotor-Gen auf Schlüsselmechanismen der Sepsis
No full textDie Sepsis stellt eine der häufigsten Komplikationen auf Intensivstationen dar und die Letalität ist mit 30 bis 50 % noch immer sehr hoch. Intraindividuelle Unterschiede in Krankheitsverlauf und Letalität können durch klassische Risikofaktoren nicht allein erklärt werden, vielmehr scheinen auch genetische Faktoren eine Rolle zu spielen. Da das C-Allel des funktionellen Aquaporin 5 (AQP5) A(-1364)C –Promotorpolymorphismus sowohl mit einer verringerten AQP5-Expression als auch mit einem verbesserten Überleben bei schwerer Sepsis einhergeht, scheint AQP5 ein Schlüsselprotein in der Sepsis darzustellen. Unklar war allerdings über welchen Mechanismus Genotyp, Aquaporinexpression und Letalität der schweren Sepsis miteinander verknüpft sind. Ziel dieser Arbeit war es daher aufzuklären, 1) über welchen Mechanismus der Polymorphismus die AQP5-Expression verändert und 2) wie die AQP5-Expression Mechanismen der Sepsis beeinflusst. Zur Beantwortung der ersten Frage wurde zum einen untersucht, ob der Polymorphismus zu einer unterschiedlichen Transkriptionsfaktorenbindung führt und ob der Polymorphismus das Methylierungsmuster der DNA im Vollblut septischer Patienten beeinflusst. Eine in silico- Analyse ergab, dass die Tanskriptionsfaktoren NMP4, c-Myb und NFAT putative Bindungsstellen um Position -1364 tragen. Mittels Electrophoretic mobility Shift Assays (EMSA) konnte eine spezifische Bindung von NMP4 verifiziert werden. Diese scheint beim C-Allel stärker ausgeprägt zu sein. Reporterassays zeigten jedoch, dass NMP4 die Promotoraktivität des AQP5-Promotors unabhängig vom Genotyp erhöht. Auch die AQP5 mRNA-Expression wurde in HEK293 Zellen signifikant durch NMP4 erhöht, wie Real-Time-PCR-Experimente zeigten. Außerdem konnte eine neue Bindungsstelle für NMP4 in der AQP5-Promotoregion von –nt592/-602 identifiziert werden, die für die starke Erhöhung der AQP5-Promotoraktivität durch NMP4 mitverantwortlich zu sein scheint. Da NMP4 also zwar einen transkriptionellen Regulator der AQP5-Expression darstellt, nicht aber die unterschiedliche AQP5-Expression bei A- und C-Allelträgern bedingt, wurde weiter untersucht, ob der Polymorphismus Einfluss auf das Methylierungsmuster hat. Hierbei konnte im Vollblut von septischen Patienten 4 Positionen (nt-1036, nt-1014, nt-856 und nt-839) detektiert werden, in denen C-Allelträger eine signifikant erhöhte Methylierung aufwiesen. Ob dieser Unterschied tatsächlich für die unterschiedliche AQP5-Expression verantwortlich ist, konnte abschließend nicht geklärt werden. Dafür spricht aber, dass eine verringerte AQP5-Promotormethylierung mit einer erhöhten AQP5-Expression in Immunzellen einhergeht. Ferner wird die Methylierung von Immunzellen durch LPS vermindert. Dieses führte zu einer verstärkten AQP5-Expression in THP-1 Zellen. Dieses untermauert die Stimulation der Zellen mit LPS, welche demonstrierte, dass die AQP5-Expression in THP-1 Zellen durch LPS verändert wird.
Ein weiterer wichtiger Punkt dieser Arbeit war die Frage, ob AQP5 ein Schlüsselprotein in der LPS induzierten Inflammation darstellt. Hierzu wurden AQP5-KO Mäusen sowie deren WT Wurfgeschwistern LPS injiziert und deren Überlebenswahrscheinlichkeit untersucht. Es konnte beobachtet werden, dass die KO-Mäuse im Vergleich zu den WT-Mäusen eine bessere Überlebensrate aufwiesen. Diese in vivo Daten wurden auch in vitro verifiziert. Ziel war es aufzuklären, wie AQP5 Mechanismen der Sepsis beeinflusst. Zunächst konnte mittels immunologischer Färbung nachgewiesen werden, dass C-Allelträger eine verringerte AQP5-Expression auf neutrophilen Granulozyten aufweisen. Dieses ging mit einer verminderten Migration dieser Zellen einher. In Übereinstimmung damit zeigen AQP5-überexprimierte Jurkat Zellen eine verstärkte Migration im Vergleich zu nativen Zellen. Demgegenüber unterschied sich die Proliferation monozytärer Zellen nicht zwischen den Genotypen. Nachdem wir zeigen konnten, dass die AQP5-Expression mit der Sepsisletalität assoziiert ist, wurde untersucht, ob die LPS induzierte Änderung der AQP5-Expression durch Therapeutika beeinflussbar ist. Hierfür wurden THP-1 Zellen mit LPS und cAMP stimuliert. Die Daten zeigten jedoch, dass cAMP LPS induzierte Effekte nicht aufheben kann. In folgenden Studien bleibt nun zu klären, wie LPS die Signalkaskade der AQP5-Expression und Translokation beeinflusst. Zusammenfassend scheint AQP5 ein Schlüsselprotein in der Sepsis zu sein, indem es die Migration von neutrophilen Granulozyten beeinflusst. Auch die Methylierung am AQP5-Promotor spielt in der Sepsis und möglicherweise auch bei der unterschiedlichen Expression von A- und C-Allelträgern eine Rolle.Sepsis is one of the most common complications at intensive care units in Germany and lethality remains with 30 – 50 % unbounded high. Wide variability exists regarding the outcome in severe sepsis, which in part may be caused by genetic variations. A potential candidate for such variations is the gene-encoding aquaporin (AQP) 5, which mediates key mechanisms of inflammation that prevail in sepsis, including cell migration and proliferation. In addition the C allele of the functional AQP5 A(-1364)C promotor polymorphism is associated with decreased AQP5 expression but better outcome in severe sepsis. So far the underlying molecular and physiologic alterations linking decreased AQP5 expression to increased 30-day survival have not proven. Therefore the objective of the present thesis is to elucidate 1) the molecular mechanisms which facilitate the different AQP5 expression in A- und C genotypes and 2) the underlying mechanism of how AQP5 expression affects sepsis survival.
Binding of transcription factors to the direct promoter region of the polymorphism and AQP5 promoter methylation of septic patients are analyzed in order to answer the first question. In silico analysis reveals NMP4, c-Myb and NFAT as putative transcription factor candidates. Electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) confirm specific binding of NMP4 to the promotor region of nt-1364, thereby binding to the C- allele appears to be stronger. In contrast to this, reporter assays show increased promotor activity of all analyzed promoter constructs irrespective of genotype. In addition real-time-PCR shows increased AQP5 expression after NMP4 overexpression in HEK293 cells. Furthermore an additional NMP4 binding site can be identified in the AQP5 promoter at position –nt592/-602. Epigenetic regulation by DNA methylation is considered as a second possible mechanism. This is investigated in whole blood samples of septic patients. Four positions with increased methylation in C-allele patients can be detected (nt-1036, nt-1014, nt-856 and nt-839). The influence of decreased methylation in these specific positons on AQP5 expression cannot be elucidated. But it can be shown that decreased AQP5 promoter methylation is associated with increased AQP5 expression in immune cells. Therefore the decreased AQP5 expression of C-allele genotypes could be caused by increased methylation of these positions. Furthermore Lipopolysaccharide (LPS) alters AQP5 promoter methylation. This can be demonstrated in a monocytic cell line, which was stimulated with LPS.
The second part of this thesis is to investigate the mechanisms of AQP5 protein expression on key mechanisms of sepsis. First of all we investigate the survival of AQP5-Knockout (KO) mice and wildtyp mice after LPS induced inflammation. AQP5-KO mice show significantly increased survival compared to wildtyp mice. These data are verified in vitro. It is investigated if AQP5 expression influences immune cell migration or proliferation. It can be demonstrated that neutrophil granulocytes from AA-genotypes have increased AQP5 expression and show increased neutrophil migration compared to AC/CC-genotypes. In addition AQP5 overexpression increases migration in the lymphocytic cell line Jurkat. In contrast proliferation of monocytic cells does not differ between genotypes. Finally, we investigate if the downstream effector of the β2 adrenergic signaling pathway cAMP is a therapeutic option in sepsis treatment. cAMP does not abolish LPS induced effects on AQP5 expression or morphology of THP-1 cells. Therefore β2 adrenergic stimulation is not a therapeutic option in sepsis treatment.
Summarizing AQP5 seems to be a key mediator in sepsis as AQP5 expression modulates sepsis survival and migration of neutrophil granulocytes. In addition, a novel transcriptional regulator of AQP5 expression can be identified as NMP4. Its role in sepsis has to be analyzed by prospective studies. One important regulatory mechanism of AQP5 expression in sepsis might be AQP5 promoter methylation
Decision making under uncertainty in routing problems for reverse logistics
No full textIn der vorliegenden Dissertationsschrift befassen wir uns mit einer Erweiterung des Tourenplanungsproblems mit simultaner Auslieferung und Abholung. Es wird angenommen, dass Auslieferungsaufträge im Voraus bekannt sind, Abholungen jedoch stochastisch sind und erst bekannt werden, nachdem eine a priori Route bestimmt wurde. Dies kann dazu führen, unzureichende Fahrzeugkapazität zu haben, um den realisierten Abholbedarf eines Verbrauchers einzusammeln.
Diese Situation wird als Ausfall bezeichnet. Als Korrekturmaßnahme wird eine zusätzliche Route berechnet, um die Abholungsmengen an den Ausfall-Punkten einzusammeln. Das Ziel ist, die zurückgelegte Strecke der ersten Stufe mit bekannten Auslieferungsaufträgen, sowie die erwartete zusätzliche Strecke der Korrekturroute zu minimieren. Wir beschränken uns auf den Fall nur ein Fahrzeug zur Verfügung zu haben und präsentieren ein zweistufiges stochastisches Modell mit Korrekturmaßnahmen, sowie einen exakten Algorithmus, um dieses zu lösen. Der vorgeschlagene Algorithmus basiert auf einer Anpassung des Integer L-Shaped Verfahrens für stochastische Tourenplanungsprobleme. Risikoneutrale und risikoscheue Routing-Entscheidungen werden untersucht und verglichen.We consider a stochastic extension of the vehicle routing problem with simultaneous delivery and pickup. While delivery amounts are assumed to be fixed and known in advance, pickup amounts are stochastic and revealed only after the determination of an a priori route. This may lead to arriving at a customer with insufficient capacity to collect the realized pickup demand. Such a situation is referred to as a failure. As corrective action an additional route is computed to collect the pickup amounts which are left at the failure points. The objective is to minimize the distance traveled in the first-stage with known delivery quantities plus the expected distance traveled along the corrective route. For the single vehicle case, we present a two-stage stochastic programming model with recourse as well as an exact algorithm to solve it. The proposed algorithm is based on an extension of the Integer L-Shaped method adapted for stochastic vehicle routing problems. Risk neutral and risk averse routing decisions are examined and compared
Optimierung der Isolation humaner nicht-parenchymaler Zellen der Leber und Charakterisierung ihrer immunregulatorischen Bedeutung
No full textDie chronische Infektion mit dem Hepatitis C Virus (HCV) ist unter anderem mit einer erhöhten Expression von Interferon sensitiven Genen (ISG) in der Leber verbunden. Die chronische Infektion mit dem Virus kann zur Entstehung von Leberfibrose, Leberzirrhose oder zum hepatozellulärem Karzinom (hepatocellular carcinoma, HCC) führen. Nicht-parenchymale Leberzellen (NPC) spielen in der angeborenen Immunabwehr und bei der Induktion der Immuntoleranz eine entscheidende Rolle. Ihre Funktion in der Abwehr gegenüber dem HCV ist nicht vollständig geklärt.
In der vorliegenden Arbeit wurde die simultane Isolation von Hepatozyten, Kupffer Zellen (KC), lebersinusoidalen Endothelzellen (LSEC) und hepatischen Sternzellen (HSC) aus humanem Lebergewebe optimiert. Die kultivierten Zellen wurden im Hinblick auf ihre Morphologie, der Expression von zelltypspezifischen Markern sowie der zelltypspezifische Kontrolle der physiologischen Aktivität bewertet. Die hier verwendete Methode führte zu hoch reinen Primärzellpopulationen mit erhaltener physiologischer Aktivität in vitro.
Anschließend wurde das TLR System in kultivierten KC, LSEC und HSC analysiert. Die Stimulation der TLR1-9 führte zur Aktivierung unterschiedlicher Signalwege. Hierzu zählt unter anderem die Aktivierung des Transkriptionsfaktors nuclear factor-kappaB (NF-κB) und des mitogenaktivierten Proteinkinase (MAPK) Weges (JNK, p38 und ERK1/2). Darüber hinaus führte die Stimulation der TLR1-9 in KC, LSEC und HSC zu einer zelltypabhängigen Produktion inflammatorischer Zytokine (Interleukin-6 (IL-6), Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) und IL-10).
Zur Untersuchung der antiviralen Aktivität von KC, LSEC und HSC wurde das Con1 HCV Replikonsystem verwendet. Die Stimulation von Con1 Zellen mit den Überständen von NPC, die zuvor mit TLR1-9 Liganden behandelt wurden, führte ausschließlich im Fall von TLR3 zu einer Suppression der HCV Replikation. Des Weiteren führte diese Stimulation zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors interferon regulatory factor 3 (IRF3), der ein wichtiger Transkriptionsfaktor für die Induktion von Interferonen (IFN) darstellt. Die Stimulation mit dem TLR3 Liganden Poly I:C führte in allen drei Zelltypen zur Produktion von IFN-α, IFN-β, IFN-λ1 IFN-λ2 und IFN-λ3 sowie von ISG. Zur Identifikation von Mediatoren, die den antiviralen Effekt vermitteln, wurden Experimente zur Neutralisation von Typ I und Typ III Interferonen sowie deren Rezeptoren durchgeführt. Hierbei wurde festgestellt, dass der antivirale Effekt über den Typ I IFN Rezeptor verläuft. Allerdings wurde durch die Neutralisation von IFN-α und IFN-β der antivirale Effekt nicht aufgehoben, so dass nicht ausgemacht werden konnte, welches Typ I IFN für diesen Prozess verantwortlich ist.
Um den Einfluss der HCV Infektion auf die TLR Sensitivität der NPC zu untersuchen, wurden Zellen aus HCV infizierten Patienten mit Zellen aus nicht infizierten Patienten verglichen. LSEC von HCV positiven Patienten reagierten auf die Stimulation mit dem TLR3 Liganden Poly I:C mit einer gesteigerten Genexpression von IL-6, IFN-β, IFN-λ1, IFN-λ2 und IFN-λ3, während in KC und HSC lediglich geringe Unterschiede im Fall von IL-6 und TNF-α festgestellt werden konnten.
Zusammengefasst konnten in der vorliegenden Arbeit humane Hepatozyten, KC, LSEC und HSC mit einer hohen Zellzahl, einer hohen Reinheit und einer erhaltenen physiologischen Aktivität isoliert und kultiviert werden. Die kultivierten NPC zeigten eine funktionierende TLR Signaltransduktion, die zur Produktion von inflammatorischen Zytokinen und Interferonen führte. Ein antiviraler Effekt wurde ausschließlich nach der Stimulation des TLR3 vermittelt und scheint über die Produktion von Typ I Interferonen zu verlaufen. Die hier dargestellten Erkenntnisse geben Aufschluss über die Funktion der KC, LSEC und HSC in der Immunabwehr und Immuntoleranz gegenüber dem HCV.The hepatitis C virus (HCV) infection is associated with increased expression of interferon sensitive genes (ISG) in the liver. Chronic infection with HCV is a leading cause for the development of liver fibrosis, liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Non-parenchymal liver cells (NPC) play an important role for innate immunity and for induction of immune tolerance. Though, their function in the defense against HCV is not well understood. In this study, we optimized the isolation process for hepatocytes, Kupffer cells (KC), liver sinusoidal endothelial cells (LSEC) and hepatic stellate cells (HSC) from human liver tissue. Cultured cells were evaluated for morphology, expression of cell type-specific markers and cell type-specific physiological activity. The presented method resulted in high purity of cell populations with retained physiological activity in vitro. To elucidate the impact of NPC on hepatic immunity, the toll-like receptor (TLR) system was analyzed. Stimulation of TLR1-9 led to the activation of different signaling pathways. Among others, TLR stimulation led to activation of the transcription factor nuclear factor-kappaB (NF-κB) and the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (JNK, p38 and ERK1/2). Furthermore, the stimulation of TLR1-9 in KC, LSEC and HSC led to cell type-dependent production of inflammatory cytokines [Interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor-α (TNF α) and IL-10]. A subgenomic HCV replicon system (Con1) was used in a co-culture model to further investigate the antiviral capacity of TLR-activated KC, LSEC and HSC. Con1 cells were exposed to supernatants of NPC that were stimulated with TLR1-9 ligands. Suppression of HCV replication was observed exclusively after treatment with supernatants of TLR3-activated NPC. TLR3 stimulation in NPC with polyinosinic-polycytidylic acid (Poly I:C) led to activation of the transcription factor interferon regulatory factor 3 (IRF3) that is crucial for the induction of interferons (IFN). Gene expression of IFN-α, IFN-β, IFN-λ1 IFN λ2, IFN λ3 and ISG was induced after Poly I:C treatment in a cell type-specific manner. To identify mediators of the antiviral effect, we neutralized type I and type III interferons as well as their respective receptors. We demonstrated that the antiviral effect was mediated by the type I IFN receptor. However, the suppressive effect on the HCV replication could not be abolished by neutralizing IFN-α or IFN-β. To investigate the influence of HCV infection on the TLR-mediated cytokine production, we compared the TLR-mediated responses of NPC isolated from HCV-infected patients and uninfected controls. LSEC isolated from HCV-positive donors responded with a stronger increase in gene expression of IL-6, IFN-β, IFN-λ1, IFN-λ2 und IFN-λ3 after stimulation with the TLR3 ligand Poly I:C. KC and HSC exhibited only marginal differences for the IL-6 and TNF-α gene expression between both groups. In summary, we have developed a technique to simultaneously isolate hepatocytes, KC, LSEC and HSC from human liver samples. This technique results in high yields and sufficient purity of cultured cell populations. Isolated cells retained their physiological activity in culture. Cultured NPC exhibited a functional signal transduction of the TLR system, which led to production of inflammatory cytokines and interferons. An antiviral response was restricted to the stimulation of TLR3 and seems to be mediated by the production of type I interferons. The presented results shed new light on the role of KC, LSEC and HSC as part of the hepatic immunity against HCV infection
Between the training of exercise instructors and the education of sports teacher
No full textDie Dissertation "Die doppeltqualifizierenden Bildungsgänge Sport in der gymnasialen Oberstufe und in der Kollegschule/ im Berufskolleg in Nordrhein-Westfalen von 1976-2010" beschreibt drei doppeltqualifizierende Bildungsgänge Sport in den Jahren 1976 bis 2010 im Lande Nordrhein-Westfalen: der integrierte doppeltqualifizierende Bildungsgang "Freizeitsportleiter (VZ)/ AHR an Kollegschulen" bzw. "AHR/ (Freizeitsportleiterin/ Freizeitsportleiter) (Biologie/Sport)" an Berufskollegs, der additive doppeltqualifizierende Bildungsgang "Fachsportleiter/ AHR" an Gymnasien und der doppeltqualifizierende integrative Bildungsgang "Übungsleiter Breitensport/ AHR" bzw. "ÜL-C/ AHr an Gymnasien und Gesamschulen.Abstract
The present dissertation “Between the training of exercise instructors and the education of sports teacher” describes three dual-qualification sports courses between 1976 and 2010 in the state of NW: the integrated “Leisure sporting director (full time)/AHR” course at secondary schools (1976-1986) or “AHR/(leisure sporting director) (sport, biology)” at vocational colleges (1996 to present), the additive “Specialist sporting director/AHR” course at grammar schools (1976-1986) and the integrative “Trainer for popular sports/AHR” course (1986-2006) or “Trainer-C/ AHR” course at secondary schools with preparatory college level and grammar schools (2007-present). The courses’ prototypical academic models are conceptually researched and documented for general and vocational learning in upper secondary education. The paper identifies developments and modifications from the definitive beginnings in 1976 to 2010, and describes course continuity and change in the context of legitimacy in educational administration (NW Ministry for Education and Culture) and sports-policy management (NW State Sports Confederation).
The dual-qualification integrated “Leisure sporting director/AHR” course offered at secondary schools between 1976 and 1986 is distinguished by successful integration of general and career-based education, combining study-oriented and vocational learning. The main subject (“teaching methods in sports education”), extracurricular internships, work experience and demonstration lessons emphasise the vocational component of the course, and successfully facilitate the role change “from student to teacher” intended in the qualification process. As part of their training, leisure sporting directors acquire sports and career-based skills (professional and methodological competence), as well as personal skills such as initiative, social skills and conflict resolution. The introduction of vocational colleges in 1999 change the structure of the dual-qualification “AHR (leisure sporting director) (sport, biology)” course; abolition of the didactic planning criterion regarding the interdisciplinary nature of core subjects in career-based general learning is a qualitative loss.
Although the classes in the dual-qualification “Specialist sporting director/AHR” course offered at grammar schools between 1976 and 1986 with 6 hours a week in the major subject of sport and 3 additional hours a week for the double qualification seek to combine theory with practice and achieve interdisciplinary learning between the subjects, content-related adjustments are limited to the six-hour major subject of sport and the three-hour additional course. Basic courses and majors cannot be specifically interlinked due to the framework layout and the status of the major subject (sport) in upper secondary education. The vocational internships as places of learning for the role change seem false, and the additional three-hour class also proves to be very time-consuming for students of the dual-qualification “Specialist sporting director/AHR” course.
Apart from resulting in a certificate of secondary school completion and tertiary entrance (AHR), the dual-qualification integrative “Trainer for popular sports/AHR” course or “Trainer-C/AHR” course” at comprehensive schools and grammar schools also seeks to provide a vocational qualification enabling students to engage in extracurricular activities as well as have the opportunity to choose a university course. To accentuate the career-based component, the stipulated AHR-focused sports-major content is coupled with mandatory training content set by the NW State Sports Confederation and other educational training elements such as extracurricular internships, work experience and demonstration lessons in the major subject of sport. The dual-qualification “Trainer-C/AHR” course pools many new practical sports experiences, and seeks to build on reflection and judgement skills, and develop basic attitudes and behaviours for academic/scientific work. However, the major subject of sports engineering means there are not enough opportunities to address content in a more advanced context. It is not possible to further problematise the course’s intended role change “from student to teacher” due to the low number of allotted hours.
Research conducted from 1976 to 2010 shows that all dual-qualification sports courses undergo “metamorphoses” in their structural developments from their early days to the present. Two significant factors determine the content and structure of the respective courses:
- Changes resulting from new decisions made by the NW Ministry for Education and Culture in relation to educational administration, and
- The influences of sports-policy management by the NW State Sports Confederation
Decisions made by the Kultusministerkonferenz (KMK) between 1990 and 1999, decrees enacted by the NW Ministry for Education and Culture, ordinances and administrative regulations issued by the district government and new curriculums in subsequent years have a significant impact on the content and organisational structure of the dual-qualification “AHR/(Leisure sporting director) (sport, biology) course. The “Ordinance on training and assessments in vocational college courses (APO-BK)” is enacted in 1999, and is followed in 2006 by the “Curriculums for trialling vocational college courses”, which lead to a vocational qualification under state law and a certificate of secondary school completion and tertiary entrance (AHR). The new specialised sport syllabus for vocational colleges in the state of NW from 2006 onwards also changes the course’s profile. Making matters more difficult is the content intensification and restriction on subject matter resulting from general Abitur (German school-leaving certificate) regulations in 2007. Trends arising in the 1980s, which see fewer and fewer trained sports teachers with university degrees obtain employment in the public sector, instead being forced into alternative fields, lead to a change in thinking in educational administration, and a gradual withdrawal from the pilot project for specialist sporting directors. Introduction of the New Sports Directives in 1980/81, with their mandatory restrictive organisational models 6:0 or 4:2, no longer permits a wide range of specialised sports in the course, resulting in a loss of individuality. The lack of recognition in the licensing structures of the Deutscher Sportbund (DSB) and Landessportbund (LSB) sports organisation proves to be problematic., and there are ongoing complaints about licences being denied by professional and sports associations at the LSB for specialist sporting directors. The dual-qualification “Specialist sporting director/AHR” course is abolished in 1986.
The profile of the dual-qualification “Trainer for popular sports/AHR” course from 1986, known as the “Trainer-C/AHR” course in 2007, also undergoes structural changes as a result of administrative regulations. While the development phases of 1986-1998 still involve integrative didactic course profile planning and content co-ordination between school, ministers of education and culture, and the LSB, essential elements of the “Trainer-C/AHR” course are relinquished by virtue of the new regulations and sports curriculums for upper secondary education in 1999, the reduction of the major subject (sport) to 5 hours a week, and the subsequent introduction of the mandatory combination of mathematics and sport for the Abitur (German school-leaving certificate). During the 1990s, the LSB, as a partner of the major subject (sport), also releases a series of new, modified mandatory approaches to trainer qualifications and amended framework conditions, which entail establishing new didactic sports course profiles in the interests of the dual qualification. The LSB’s training approach to dual qualifications changes, and it gradually abandons its responsibility for the dual-qualification “Trainer-C/AHR” course
Time for children and career in Germany - Time constraints, childcare and career paths
No full textSection B focuses on the intra-household allocation of time among couples. Using the German Socio-Economic Panel, this section investigates how the time allocation changes if one of the partners is forced out of market work by an involuntary lay-off. The results give some indication as to whether couples allocate their time due to time constraints or due to individual preferences. A difference-in-differences approach as well as panel methods are applied to identify the effects of negative employment shocks on childcare and housework of both partners. The results indicate that there is only a moderate reaction with respect to domestic work, namely childcare and housework. This evidence suggests that preferences determine the division of home-related work within families and that the intra-household time allocation is relatively rigid in the short term.
In section C, I analyze whether there is a penalty for birth-related leaves of absence in terms of a loss in occupational prestige upon return to the labor market. I use the SIOPS information of the German Socio-Economic Panel (GSOEP) to investigate this for the case of Germany. Since the SIOPS information is only observed for those who are working, a two-step model according to Heckman (1979) is used to correct for this selection. In addition, a strategy suggested by Wooldridge (1995) is used to account for the panel structure of the GSOEP. The descriptive analysis offers a preliminary indication that occupational mobility is higher for mothers as compared to childless women, and that it is higher if the career interruption is long. This is true for upward as well as for downward mobility. The results reveal a prestige penalty for very long career interruptions.
Section D analyzes the relationship between the use of informal childcare arrangements and the employment of mothers. The aim is to investigate whether the presence of this kind of childcare arrangements facilitates maternal labor market involvement. To analyze this question, the survey years 1999 through 2012 of the German Socio-Economic Panel (GSOEP) are used. The presence of informal childcare arrangements is most likely not exogenous to employment status. To take this into account, an instrumental variable approach is applied. The instrument for informal childcare is the information about whether the grandmother is still alive. Using two-stage least squares estimation, the findings reveal that women who receive the support through informal childcare are more likely to participate in the labor market. Since working hours are only observed for those who are participating in the work force, I apply a selection correction to analyze the employment hours. Informal childcare arrangements also have a positive impact on the working hours, even though the magnitude is small
Synthesis of Metal Nanoparticles by Transferred Arc Discharge
No full textMetallische Nanopartikel werden bereits heute in einer Vielzahl von Produkten und Applikationen verwendet, um deren Eigenschaften, Leistungsfähigkeit oder Effizienz zu steigern. Der Bedarf der Industrie an reinen metallischen Nanopartikeln in größeren Mengen (kg/Tag) steigt demnach stetig. Immer mehr Veröffentlichungen über neue Synthesemethoden von Nanopartikeln füllen wissenschaftliche Zeitschriften und Patentdatenbanken. Diese Methoden sind aufgrund ihrer Grundprozesse allerdings nur selten in der Lage, den Bedarf der Industrie zu decken, auch nicht in hochskalierter Form. Viele Prozesse lassen sich zu dem nicht einfach hochskalieren, da entweder die Partikel ihre Eigenschaften in dem hochskalierten Prozess verlieren oder dieser einfach nicht effizient genug arbeitet.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines hochskalierten Produktionsprozesses zur Herstellung metallischer Nanopartikel. Die Hochskalierung erfolgt dabei durch das Parallelisieren eines einzelnen Produktionsprozesses, der Lichtbogensynthese. Diese Art der Hochskalierung bietet den Vorteil, dass die gesamte Prozessoptimierung im Hinblick auf Produktionsrate, Stromverbrauch und Partikelgröße an dem einzelnen Prozess (Labormaßstab) durchgeführt werden kann, das Ausfallrisiko der hochskalierten Anlage also deutlich minimiert wird.
Der einzelne Prozess wird durch Untersuchungen der Elektrodenkonstruktion sowie deren Anordnung im Zusammenspiel mit dem Gasfluss optimiert. Desweiteren wird der Einfluss des Gasgemisches und die Stromaufnahme auf die Lichtbogensynthese untersucht, immer im Hinblick auf die Optimierung des Prozesses. Ein geeigneter Nachfüllmechanismus sorgt für die Langzeitstabilität des Prozesses. Optimale Prozessparameter werden bestimmt, um eine maximale Ausbeute (Nanopartikel Produktion) bei minimalem Energieverbrauch zu erreichen.
Um die erzeugten Partikel zu untersuchen, wird ein neues Analyseverfahren basierend auf paralleler ELPI und SMPS Messung entwickelt, das es erlaubt, die Primärpartikelgröße der durch den Prozess erzeugten Nanopartikel direkt online an dem Prozess zu bestimmen. Das Verfahren basiert auf der Abschätzung des Masse-Mobilitäts-Exponenten durch die effektive Dichte der erzeugten Partikel. Zudem werden thermophoretische Proben von Nanopartikeln durch ein geeignetes Verfahren direkt bzw. in naher Umgebung der Entstehungszone untersucht, um weitere Informationen über die Partikelentstehung zu erhalten. Es wird gezeigt, dass die Partikelformation im vorliegenden Prozess bereits wenige Zentimeter vom Lichtbogen entfernt nahezu abgeschlossen ist.
Ein einfaches Model wird aufgestellt, um den Einfluss der Prozessparameter auf die Partikelformation insbesondere die entstehende Partikelgröße zu untersuchen. Für das Model werden Sinterparameter der verwendeten Metalle benötigt, die zuvor über ein sogenanntes Tandem-DMA Setup in Kombination mit einem Sinterofen bestimmt werden. Das Model beschreibt die Partikelentstehung und den Einfluss unterschiedlicher Faktoren detailliert.
Die hochskalierte Produktionsanlage wird mit dem optimierten Einzelprozess aufgebaut. Sie besteht aus 16 einzelnen Prozessen, aufgeteilt in 2 Reaktorkammern. Zudem werden ein Gasrezirkulationssystem sowie eine geeignete Filteranlage entworfen und angebracht. Die Filtrationsanlage besitzt ein innovatives, ventilloses Reinigungssystem sowie eine Möglichkeit, die hergestellten Partikel zu passivieren. Es wird gezeigt, dass die Hochskalierung erfolgreich ist. Die Produktionsrate der Produktionsanlage entspricht der des optimierten Einzelprozesses, multipliziert mit der Anzahl der Einzelprozesse. Die Zunahme der Produktionsrate resultiert von der Erhöhung der Anzahl der Nanopartikel und eben nicht von der Zunahme der Partikelgröße. Aufgrund der erhöhten Temperaturen der Produktionsanlagen kommt es allerdings zu der Bildung größerer Agglomerate.
Ein Anwendungsbeispiel der mit der Produktionsanlage erzeugten Partikel wird gezeigt. Dazu werden hergestellte Kupfer-Nanopartikel genutzt, um eine Kupfer-Nanotinte zu erzeugen. Die Tinte wird anschließend mittels Rotationsbeschichtung oder Handdruck auf ein Glassubstrat gedruckt und deren spezifischer Widerstand bestimmt. Es zeigt sich, dass der spezifische Widerstand abhängig von der Schichtdicke ist und dass das vermutlich durch Inhomogenitäten der gedruckten Schichten zu begründen ist. Durch Sinterung der gedruckten Filme konnte der spezifische Widerstand deutlich gesenkt werden.
Metal nanoparticles are already used in various applications and products, with rising tendency. Scaled-up production facilities are needed to answer the demand of the industry, but are very challenging to realize. A production process should generally be energy efficient and sustainable, however the production of metal nanoparticles requires further attributes. In order to produce pure metal nanoparticles, the process needs to be free from oxygen. Also, it has to be ensured that the mass output of nanoparticles is scaled up without increasing the particle size. Detailed information about particle formation and dedicated measurement systems are of importance.
This work reports about the development of a scaled-up production facility of pure metal nanoparticles. The scale-up approach is the parallelization of multiple transferred arcs. The basic idea is thereby, to first optimize the particle formation of a single transferred arc process (lab-scale) in terms of production rate, particle size and electricity consumption and then use it in parallel (production facility), in order to multiply the production rate and minimize the energy consumption. Optimization of the lab-scale process is achieved by adjusting the electrode and gas flow adjustment or by varying the carrier gas composition. The influence of the carrier gas composition on production rate, specific electricity consumption and particle size is investigated. Furthermore, the influence of gas flow and power input are investigated. Optimal process parameters for metal nanoparticle synthesis by transferred arc discharge are found. Long-term production is achieved by the development and adaption of a suitable feeding mechanism. The optimization of the lab-scale process results in an optimal single unit (OSU) for metal nanoparticle production, which is used for the scale-up approach.
A dedicated measurement system based on parallel aerodynamic and mobility diameter measurement with a novel analysis method is applied in order to determine the primary particle size of the synthesized particles online. An equation is found, which allows calculating the mass mobility exponent directly on the basis of the effective density of a particle, hence allowing the direct determination of primary particle size. Also, a thermophoretic proximity sampler is used to determine the particle size evolution during formation. It is found that a thermophoretic proximity sampler can be used to determine particle size evolution in arc discharge synthesis. Particles are successfully sampled at three different characteristic moments during primary particle growth; shortly after nucleation, during common growth processes and when growth of primary particles has already been finished.
In order to understand the particle formation and the influence of different process parameters on the particle size, a simple particle formation model including nucleation, coagulation and sintering is introduced. To include sintering in the model, specific sintering parameters of the modeled material system are needed. The sintering parameters are determined experimentally by a tandem differential mobility analyzer setup including a sintering furnace. The sintering parameters are obtained by a fitting procedure of the experimental data to a sintering model. The particle formation model including the sintering parameters describes the particle formation accurately.
The production facility applying the scale-up approach is assembled considering intense safety requirements. It contains 16 OSUs in two reactor chambers, each consisting of 8 electrode pairs (mOSU), a gas recirculation system and a filtration unit. The filtration unit is built with a novel, valve-less bagging system. Also, a particle passivation system is added. It is shown that the production rate of the process scales successfully with the number of transferred arcs, while the primary particle size stays constant on the nanoscale. It appears however that the scaled-up process favors the formation of larger agglomerates, which is found not be a result of the residence time, but apparently the increased heat development of the mOSU.
In order to show an application of the produced particles, a copper nanopowder is used to produce a copper ink. The ink is printed on glass substrate by spin or hand coating. It is found that the electrical resistivity is dependent of the printed film thickness, which might be consequence of film inhomogeneities. Applied sintering to the printed films improved the conductivity significantly
Tribological and Electrochemical Investigations on Twin Wire Arc Sprayed Stainless Steel Coatings of Cylinder Running Surfaces for Internal Combustion Engines
No full textZur Gewichts- und Verbrauchsreduzierung moderner PKW-Verbrennungsmotoren mit Aluminium-Silizium-Kurbelgehäusen werden seit einigen Jahren erfolgreich thermische Spritzschichten als Zylinderlaufflächen eingesetzt. In Großserienanwendungen ist hier insbesondere das Lichtbogendrahtspritzen aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit und Prozessstabilität ein häufig eingesetztes Verfahren. Neben einer verminderten Laufbahnreibung, die aus einer Honung geringer Rauheit und der Wirkung einer isotropen Oberflächenporosität als Schmierölreservoir resultiert, erlaubt der Verzicht schwerer Graugussbuchsen eine Bauraumreduzierung der beschichteten Aggregate und damit verbesserte Möglichkeiten des Downsizings. Auch aus tribologischer Sicht weisen thermische Spritzschichten aus niedriglegiertem Stahl ein hervorragendes Verhalten bezüglich des Laufbahnverschleißes auf. Die herausragenden Eigenschaften dieser Schichten rühren dabei von ihrer Mikrostruktur her. Aufgrund der extrem hohen Abkühlrate des Materials im Lichtbogenprozess erstarren diese Schichten mit einem ultrafeinkristallinen Gefüge mit Anteilen nanokristalliner Körner. Die damit verbundenen Vorteile sind eine höhere Festigkeit bei gesteigerter Duktilität und ein erhöhter Verschleißwiderstand gegenüber grobkörnigerem Vergleichsmaterial.
Kommende Motorgenerationen werden weiter in ihrem Kraftstoffverbrauch optimiert, was unter anderem eine Steigerung der Zünddrücke und damit eine Erhöhung der thermisch-mechanischen Belastung des Kurbelgehäuses nach sich zieht. Aus diesem Grund sollen neue Laufbahnbeschichtungen für die Anwendung im Prozess des Lichtbogendrahtspritzens entwickelt werden, die diesen künftigen Anforderungen entsprechen. Eine weitere Herausforderung stellen Kraftstoffqualitäten dar, die erhöhte Anteile an Schwefel enthalten oder biologischen Ursprungs sind. Schwefel greift insbesondere bei der Abgasrückführung in Form von schwefliger Säure und Schwefelsäure die Zylinderlaufflächen an, wenn der Wassertaupunkt unterschritten wird und Kondensate die Oberfläche benetzen. Biokraftstoffe sind aufgrund ihres erhöhten Ethanolanteils hygroskopisch und dafür bekannt, Metalle wie Aluminium und Kupfer durch Alkoholatkorrosion stark zu schädigen. Neu entwickelte Spritzschichten sollen nicht nur einen erhöhten Verschleißwiderstand aufweisen, sondern auch den korrosiven Abgaskondensaten aus schwefelhaltigem Kraftstoff und der Einwirkung von Biokraftstoffen standhalten.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden unterschiedliche Güten nichtrostender Stahldrähte mittels Lichtbogendrahtspritzen auf Aluminium-Silizium- und Graugusssubstrat gespritzt. Im ersten Schritt sollte die Mikrostruktur der Spritzschichten mittels geeigneter Methoden charakterisiert werden. Ausgewählte Schichten wurden darauffolgend in zwei verschiedenen Varianten mit unterschiedlichen Endbearbeitungskräften gehont. Der Einfluss der Honung wurde mittels elektronenmikroskopischer Methoden, Röntgenbeugung und instrumentierter Eindringprüfung erörtert. Eine Bestimmung des Verschleißverhaltens gehonter Zylinderlaufbahnsegmente erfolgte in einem Schwing-Reib-Verschleiß-Tribometer im Gleitverschleiß gegen Serien-Kolbenringsegmente. Die Korrosionsbeständigkeit der Spritzschichten ist unter anderem mittels potentiodynamischer Polarisation im Vergleich zu Vollmaterial untersucht worden. Eine Erörterung der Verschleiß- und Korrosionsmechanismen sollte die Auswirkungen von Mikrostruktur und Defektzustand der Spritzschichten aufzeigen. Eine abschließende Bewertung der Laufbahnreibung erfolgte im Rotations-Reib-Verschleiß-Tribometer und im geschleppten Motorversuch.Environmentally and economically motivated regulations for CO2 emissions of passenger cars lead to broad activities in automotive engineering to further reduce fuel consumption. Downsizing concepts in combination with increasing ignition pressures in future combustion engines demand improved mechanical and tribological properties for cylinder liner and piston ring materials. Thermally sprayed, low-alloyed Fe-base coatings as cylinder liner surfaces now form the focus of future crankcase developments. In addition to mild steels, high-alloyed ones are also of interest for developing cylinder liner coatings with enhanced tribological properties.
Another challenge for modern combustion engines are fuel qualities with elevated levels of sulfur or of biological origin. Sulfur reaches the cylinder liner surface by exhaust gas recirculation as sulfurous and sulfuric acid if the water dew point is undershot. Biofuels are hygroscopic due to their increased ethanol content and known to harm metals such as aluminum and copper by alcoholate corrosion. In addition to an increased wear resistance, newly developed spray coatings should also withstand corrosive gas condensates of sulfur-containing fuel and the effects of biofuels.
In this work, different grades of stainless steel wires were sprayed by means of Twin Wire Arc Spraying (TWAS) onto an aluminum and cast iron substrate with different spray distances. The microstructure of the spray coatings was investigated using suitable methods. Selected coatings were honed in two variations with different applied forces in the finishing process. The influence of honing was discussed by electron microscopy, X-ray diffraction and instrumented indentation testing. The tribological behavior of these coatings was investigated by means of a reciprocating sliding wear apparatus. The counterbodies were chromium-plated piston ring segments reinforced with embedded microdiamonds. The test parameters were chosen to mimic the conditions of top and bottom dead center of a passenger car combustion engine with respect to temperature, sliding speed, and state of lubrication. The corrosion resistance of the sprayed coatings has been investigated by means of potentiodynamic polarization and was compared to bulk material. A discussion of the wear and corrosion mechanisms should demonstrate the influence of microstructure and defect state of the spray coatings. An evaluation of friction was carried out in a rotational friction tribometer and by drag measurements
Molecular analysis of the cdk1/CCNB1 complex and characterization of cdk-inhibitors in neuroblastoma
No full textDas Neuroblastom ist der häufigste solide extrakranielle Tumor bei Kindern. Er entwickelt sich aus Vorläuferzellen der Neuralleiste und kann sich entlang des sympathischen Grenzstranges entwickeln. Die Heilungschancen gerade bei Rezidivpatienten sind mit einer 20 % 5-Jahres-Überlebensrate ausgesprochen schlecht insbesondere bei Vorliegen einer
MYCN Amplifikation. Deshalb ist es notwendig, neue Therapiemöglichkeiten zu entwickeln oder bestehende zu verbessern. Aus diesem Grunde wurde in dieser Arbeit nach möglichen Targets für weitere Therapieansätze gesucht. Dazu wurden vorhandene Exon-Array-Daten primärer NB reanalysiert und nach Genen gesucht, die mit einem schlechten Überleben der
Patienten korrelieren. Bei MYCN handelt es sich um einen Transkriptionsfaktor, der mit einem sehr aggressiven Verlauf der Krankheit verknüpft ist. So wurden als mögliche Zielstrukturen die Zellzyklusregulatoren cdk1 und der dazugehörige Interaktionspartner
Cyclin B1 identifiziert und standen hier im Fokus der Untersuchungen. Es konnte gezeigt werden, dass cdk1 und CCNB1 in den getesteten Neuroblastomzelllinien überexprimiert
sind. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem MYCN-Status und der cdk1 bzw. CCNB1 Expression konnte in den Zelllinien jedoch nicht bestätigt werden. Gerade in den letzten Jahrzehnten wurde massiv an neuen Inhibitoren geforscht, die sich gegen Enzyme des Zellzyklus richten. Zu diesen neu entwickelten Inhibitoren gehört auch der cdk1 spezifische Inhibitor (RO33
06) und der pan cdk-Inhibitor (JNJ-77706621). Die beiden Inhibitoren wurden in dieser Arbeit verwendet, um die cdk1 Aktivität zu hemmen und so cdk1 als potentielles Therapieziel zu validieren. Hierbei konnte ein Zusammenhang zwischen dem Effekt der
Inhibitoren und dem p53 Status der Zellen festgestellt werden. Zellen mit einer p53 Mutation bzw. einem geringen p53 Level zeigten sich wesentlich resistenter gegenüber beiden Inhibitoren. Des Weiteren konnte eine Aktivierung des p53 Signalweges durch RO3306 in den p53 wt Zellen nachgewiesen werden. Ebenso konnte gezeigt werden, dass die durch RO3306 ausgelöste Apoptose durch Caspasen vermittelt wird. Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die duale Inhibition von cdk1 und dem NB-spezifischen Onkogen ALK unter definierten Bedingungen einen synergistischen Effekt auf die Zellviabilität haben kann.
Abschließend lässt sich sagen, dass unter Berücksichtigung des p53 Status die cdk1-Inhibition als Therapieansatz im Neuroblastom denkbar wäre. Um eine endgültige Aussage
darüber treffen zu können, müssten die generierten Ergebnisse in „in vivo“ Versuchen validiert werden.Neuroblastoma (NB) is the most solid extracranial tumor of childhood. It originates from precursors of the neural crest and normally arises along the sympathetic trunk in the abdomen or neck. The curing prospects of relapse patients are markedly bad with a 5-year-survival-rate of 20%. Disease recurrence frequently affects patients harboring specific MYCN gene amplification. Therefore it is necessary to develop new therapies or to optimize
the old ones. To explore future therapy opportunities Exon Array data of primary NBs were reanalyzed for genes correlating with overall survival. By doing so, we identified master
regulators of the cell cycle, cdk1 and the corresponding interaction partner Cyclin B1, as candidate genes. In this thesis it could be shown that cdk1 and CCNB1 were overexpressed
in neuroblastoma cell lines. No correlation between cdk1 or CCNB1 expression and MYCN status could be confirmed in these cells. As novel cell cycle inhibitors were developed in recent years, both a cdk1 specific inhibitor (RO3306) as well as a pan cdk-inhibitor (JNJ-7706621) were used in this thesis to inhibit cdk1 activation and to evaluate cdk1 as potential target for NB therapy.
Interestingly, sensitivity to inhibitor treatment correlated with the p53 status of the cells. Cells harboring p53 mutations or presenting with lower p53 levels were more resistant to the
inhibitors than p53 wt cells. Additionally it was shown that RO3306 activated the p53 signaling pathway as well as caspase mediated apoptosis. Furthermore, it was shown that
the dual inhibition of cdk1 and NB-specific oncogene ALK has synergistic effects on cell viability depending on inhibitor
concentration and on the order of treatment administration.
Taken together cdk1 inhibition warrants further investigations as therapeutic approach in neuroblastoma given that the p53 status is taken into account. These findings deserve
validation in “in vivo” experiments
Automatisierte Vakuumbiopsie der Mamma im Isozentrum des MRT – ein Systementwurf mittels Set-Based Concurrent Engineering
No full textMit der Erkrankung durch Brustkrebs — der häufigsten Krebsart bei Frauen in industrialisierten Ländern — geht für die Patientinnen neben den z.T. erheblichen physischen Auswirkungen mit potenzieller Todesfolge auch eine enorme psychische Belastung einher. Dem Bedarf nach einer gezielten frühzeitigen Behandlung wird primär durch die Mammographie als diagnostische Screening-Methodik zu entsprechen versucht. Abhängig von Größe, Art, Lage und Einschätzung der Gewebeveränderung wird jedoch häufig eine Folgemaßnahme notwendig. Die Entnahme einer Gewebeprobe mittels Biopsie ist vor allem MR-gestützt äußerst effektiv, die Kosten sind jedoch auch aufgrund des uneinheitlichen Ablaufes hoch und die Belastung für die Patientinnen ist durch ineffiziente Prozessabläufe und dazu korrelierende nicht optimal gestaltete Systeme unnötig. Hierunter zählen vor allem die schmerzhafte Immobilisierung des Mammagewebes und die z.T. umständliche Einstellung der Zielführung der entsprechenden Entnahmekoordinate.
Dem starken Bedarf nach einer Entwicklung eines optimierten Prozesses und dessen umsetzenden Komponenten wird auf der Basis einer gründlichen Analyse des Gesamtprozesses in dieser Arbeit entsprochen. Eine wirkliche Neugestaltung kann basierend auf spezifischen Anforderungskatalogen nur über eine abstrahierte Zerlegung auf der eigentlichen Funktionsebene, losgelöst von bisherigen Systemen sinnvoll geschehen. Die Absehbarkeit der Qualität der vielfältigen Teillösungsvariationen ist folglich jedoch kaum zu beurteilen und die nachfolgende Erarbeitung einer jeden Kombinationsmöglichkeit wirtschaftlich indiskutabel. Deshalb wird hier ein parallel agierender Entwicklungsprozess konzipiert, der ähnlich dem SBCE einen Frontloading-Ansatz liefert, der zu jeder Alternativenklasse alle (in weitem Rahmen) sinnvollen Varianten detailliert, erprobt und auf der Basis zu Beginn fest definierter Kriterien die Varianten negativ selektiert, die den Kriterien nicht gerecht werden können.
Entsprechend gesetzter Erfolgskriterien stehen so nach der auf (hauptsächlich virtuellen) Prototyping Technologien gestützten und dem SBCE Konzept folgenden Entwicklung im Rahmen des Medical Engineerings zwei vollständige physische, automatisierte Prototypen nach einer Set/Gate-basierten Selektion für klinische Studien bereit.
Ein Vergleich der ursprünglichen Bewertung der Qualität der Lösungsalternativen (LA) mit den final positiv selektierten Varianten zeigt, dass sich durch die stetige maximale Aufrechterhaltung der Variantenvielfalt eine Gesamtlösung ergibt, die nicht aus den zuerst als am stärksten beurteilten LA zusammengesetzt ist. Ergänzend zu der anforderungsbasierten Entwicklung konnten durch die Ergründung und Verfolgung eines übergeordneten Erfolgskriteriums — das den stärksten Einfluss auf die Prozessoptimierung gewährleistet indem sämtliche Prozessschritte ohne Patientenbewegung direkt innerhalb des Isozentrums durchgeführt werden — alle angeschlossenen Aktivitäten pipelineartig vollzogen werden, ohne von Effektivität und Effizienz während der Entwicklung abzuweichen. Die Möglichkeit, dies auf zwei Optionen (Punktionsorientierungen) zu stützen, hielt die Konzipierung dahingehend offen, dass die Punktion und die angeschlossenen Systemunterbaugruppen auf einer abstrahierten medizinischen Ebene detailliert und die Entscheidung für die optimale Ausführung aufgrund des Ausschlusses weniger optimaler Alternativen bei hohem Kenntnisstand geschehen konnte. Die schnelle Steigerung des Detaillierungsgrades erfolgte dabei durch z.T. gegenseitige Befruchtungen verschiedener Alternativen durch die parallele Erprobung in definierten Stages.
Mit diesem Ansatz konnte anhand der durchweg erfolgreich vollzogenen Entwicklung eines hochkomplexen Diagnosesystems ein forschungsrelevanter Beitrag geleistet werden, der die Sinnhaftigkeit eines frontloadinggestützen SBCE-nahen Ansatzes bei Entwicklungen mit hoher, objektiv schlecht zu bewertender Variantenvielfalt während der Entwicklungsphase dokumentiert und dessen Effizienz (auch quantitativ) aufzeigen kann. Der Einsatz von Prototyping-Technologien konnte dies bedeutend unterstützen, speziell im Hinblick auf die virtuelle Auslegung bei physisch belastenden Erprobungen