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Biomarker und Prädiktoren im Glioblastomrezidiv
No full textLess than 5% of patients diagnosed with glioblastoma (IDH-wildtype, grade 4) survive more than two years despite intense treatment. A crucial aspect of their rapid progression may lie in the tumors' ability to quickly form recurrences that become increasingly more aggressive and resistant to therapy. New ways to improve clinical care, e.g., by identifying therapeutical targets or methods to predict the clinical course, are urgently required. In this project, we investigated four promising targets that yield potential as a biomarker or therapeutical target (RPS27, MPS1, PCDHGC3, BRMS1) and used a Magnet Resonance Imaging approach to search for predictors of the clinical course, tumor growth patterns, and patients' survival by analyzing data obtained in clinical routine. Also, we adapted to the rapidly changing challenges during the COVID-19 pandemic by evaluating the use of newly established remote video consultations in neuro-oncology. Almost 1,000 patients treated at the University Hospitals of Wuerzburg, Bonn, and Essen were included in the subprojects. We found RPS27, MPS1, PCDHGC3, and BRMS1 to be dysregulated in gliomas. Whereas RPS27 showed an overexpression independent of WHO grade, survival, or other tumor/patient characteristics, MPS1 and PCDHGC3 were associated with multiple factors, including patients' survival. RPS27 may yield value as a biomarker, while MPS1 might serve as a therapeutic target. In addition, we could show that treatment with TTFields may influence tumor regrowth by enhancing local control. Distant recurrences were more commonly associated with multifocal or multicentric growth than local recurrences/progression. Multicentric and multifocal growth, however, show distinct differences in survival, which further supports the hypothesis of a different origin. Remote consultations will likely remain a valuable supplement to consultations in person in specialized clinical care in neuro-oncology due to their rising acceptance among patients, potential positive emotional impact, and better accessibility for patients from rural regions and with a poor clinical state.Glioblastome (IDH-Wildtyp, Grad 4) sind die häufigsten primären malignen Hirntumoren erwachsener Patienten. Weniger als 5% der Patienten überleben nach Diagnosestellung mehr als zwei Jahre. Trotz intensiver Therapie, bestehend aus Tumorresektion, Bestrahlung und Chemotherapie, entwickelt sich zumeist zeitnah ein Tumorrezidiv mit aggressiverem Wachstum und therapeutischen Resistenzen. Verbesserungen des aktuellen klinischen Standards, z.B. die Entwicklung neuer zielgerichteter Therapien oder prognostischer/prädiktorischer Modelle, stehen deswegen im Fokus der Forschung. Im Rahmen dieses Projektes untersuchten wir vier zelluläre Proteine, die Potential als Biomarker und/oder Ziel einer zielgerichteten Therapie bei glialen Tumoren aufweisen (RPS27, MPS1, PCDHGC3, BRMS1), sowie ein bildgebungsbasiertes Verfahren der Wachstumsmusteranalyse, welches mit den in der klinischen Routine standardmäßig erhobenen Daten auskommt. Darüber hinaus erfolgte, bedingt durch die COVID-19 Pandemie eine Auswertung der Möglichkeiten und Limitationen neu etablierter neuroonkologischer Videosprechstunden. Projekteübergreifend wurden annähernd 1.000 Patienten, die an den Universitätskliniken in Würzburg, Bonn und Essen behandelt wurden, eingeschlossen. RPS27, MPS1, PCDHGC3 und BRMS1 zeigten sich in Gliomen dysreguliert. Während wir bei RPS27 eine konstante und vom Malignitätsgrad, Überleben und Tumor-/Patientencharakteristika unabhängige Überexpression nachwiesen, war die Dysregulation von MPS1 und PCDHGC3 u.a. mit dem Überleben der Patienten assoziiert. RPS27 könnte einen zukünftigen Biomarker darstellen, während MPS1 Potential als therapeutisches Ziel aufweist. Darüber hinaus zeigten sich die Wachstumsmuster im Rezidiv mit der TTFields Therapie assoziiert, mutmaßlich bedingt durch eine verbesserte lokale Wachstumskontrolle. Distante Rezidive traten häufiger als lokale Rezidive mit multizentrischem/multifokalem Wachstum auf. Multifokales und multizentrisches Wachstum wiesen deutliche Unterschiede bezüglich der Prognose auf, was zur vermuteten unterschiedlichen Entstehung passt. Aufgrund der steigenden Akzeptanz der Patienten, den potentiellen Auswirkungen auf das emotionale Wohlbefinden und der verbesserten Anbindung von Patienten aus ländlichen Regionen/mit schlechtem klinischen Zustand, besitzen Videosprechstunden großes Potential, auch in der Zukunft eine wertvolle Ergänzung der neuroonkologischen Versorgung darzustellen
Evaluation of the efficacy and safety of new systemic therapies for HCC
No full textDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirksamkeit und Sicherheit aktuell zugelassener Systemtherapien beim fortgeschrittenen HCC in einer „real-world“-Kohorte möglichst umfassend zu bewerten. Für diese Fragestellung schien sich die HCC-REAL-Studienkohorte des Universitätsklinikums Würzburg als repräsentative Kohorte für ein reales Patientenkollektiv mit fortgeschrittenem HCC besonders gut zu eignen, da Basischarakteristika zum großen Teil mit epidemiologischen Daten übereinstimmten und auch Risikopatienten mit HCC abgebildet wurden.
Die Untersuchung der HCC-REAL-Kohorte konnte zeigen, dass Patienten mit fortgeschrittenem HCC unter einer Systemtherapie aktuell deutlich besser von der Erstlinientherapie profitierten, wenn man dies mit historischen Daten vergleicht, die beispielsweise zur Zulassung der ersten Systemtherapie des HCCs – Sorafenib – führten.
Hinsichtlich der einzelnen Therapieoptionen konnten vielversprechende Ergebnisse der ICI-basierten Therapieformen in Bezug auf ein besseres Überleben sowie bessere objektive Ansprechraten gegenüber TKI-basierten Regimen nachgewiesen werden. Eine Erstlinientherapie mit Atezo/Bev ergab somit ein beeindruckendes mOS von 21,57 Monaten, ein mPFS von 6,08 Monaten, eine ORR von 30,4% und eine DCR von 53,6%. Auch die Überlebenskurven zu Durva/Treme zeigten ein vielversprechendes Potential als möglicherweise gleichwertige Therapieoption zu Atezo/Bev.
Eine auf Grundlage der HCC-REAL-Kohorte basierende, multizentrische Studie konnte darüber hinaus bestätigen, dass es sich bei den ICIs nicht nur um effektive, sondern auch um sichere Therapieformen handelte. Hier konnten keine signifikanten Unterschiede im Auftreten von allgemeinen Blutungsereignissen, Varizenblutungen und thromboembolischen Ereignissen zwischen den beiden Erstlinientherapien Atezo/Bev und Lenvatinib nachgewiesen werden. Als Schlussfolgerung lässt sich ableiten, dass Sicherheitsbedenken bezüglich des Einsatzes einer neuen Systemtherapie, wie z. B. Atezo/Bev, die Therapieauswahl zugunsten einer anderen Substanz, wie z. B. Lenvatinib, nicht primär leiten sollten.
Zusammengefasst wird deutlich, dass die Etablierung neuer Systemtherapien für Patienten mit fortgeschrittenem HCC sowohl Vorteile in Bezug auf bessere Überlebensraten bringt als auch ein erträgliches Sicherheitsprofil abbildet. Zukünftige Studien sollten ihren Fokus auf die Optimierung von Erst- und Folgelinientherapien, die Verbesserung der Therapiesequenz sowie den Vergleich von verschiedenen Therapieformen, insbesondere in „real-world“-Kohorten, setzen.The aim of the present study was to comprehensively evaluate the efficacy and safety of currently approved systemic therapies for advanced HCC in a real-world cohort. For this purpose, the HCC-REAL study cohort of the University Hospital Würzburg appeared particularly suitable as a representative cohort for a real-life patient population with advanced HCC, as baseline characteristics largely matched epidemiological data and included high-risk patients with HCC.
The analysis of the HCC-REAL cohort showed that patients with advanced HCC currently benefit significantly more from first-line systemic therapy compared to historical data, such as those that led to the approval of the first systemic therapy for HCC - sorafenib.
Regarding the individual therapeutic options, promising results were achieved for ICI-based treatment regimens, showing improved survival and better objective response rates compared with TKI-based regimens. First-line therapy with Atezo/Bev yielded an impressive median OS of 21.57 months, a median PFS of 6.08 months, an ORR of 30.4%, and a DCR of 53.6%. The survival curves for Durva/Treme also showed promising potential as a possible equivalent therapeutic option to Atezo/Bev.
A multicenter study based on the HCC-REAL cohort further confirmed that ICIs represent not only effective but also safe treatment modalities. No significant differences were observed in the incidence of general bleeding events, variceal bleeding, or thromboembolic events between the two first-line therapies Atezo/Bev and lenvatinib. As a conclusion, it can be inferred that safety concerns regarding the use of a new systemic therapy, such as Atezo/Bev, should not primarily drive therapy selection in favor of another agent, such as lenvatinib.
In summary, it is evident that the establishment of new systemic therapies for patients with advanced HCC offers advantages in terms of improved survival rates while maintaining an acceptable safety profile. Future studies should focus on optimizing first- and subsequent-line therapies, improving treatment sequencing, and comparing different therapeutic approaches, particularly in real-world cohorts
Beteiligung von Caspr2 Autoantikörpern bei der Induktion von Schmerz-Phänotypen in Patienten mit Neuropathischen Schmerzen
No full textChronic pain affects about 20% of people in the western civilization and thus, represents a major threat for the quality of life. Neuropathic pain, a form of chronic pain, is a frequent symptom in patients with autoantibodies against Caspr2, a cell adhesion molecule of the voltage-gated potassium channel complex (VGKCC) in the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In general, the number of identified autoantibodies related to neurological diseases increased strongly in the last three decades. Caspr2 interacts intracellularly with scaffold proteins post-synaptic density protein 95 (PSD95) and erythrocyte membrane protein band 4.1-like 3 (4.1b), which connect Caspr2 to type 1 voltage-gated potassium channel subunits Kv1.1 and Kv1.2. The role of Caspr2 lies in the adequate incorporation and maintenance of the VGKCC in the membrane of dorsal root ganglion (DRG) neurons, particularly at the juxtaparanode (JXP) of myelinated sensory fibers. Kv channels within this complex mediate the efflux of positively charged potassium ions, which lowers the membrane potential. Due to dysfunctions of the VGKCC, the membrane potential can remain elevated facilitating action potentials. As a result, increased neuronal activity in pain-transmitting DRG neurons of the PNS can lead to amplified pain sensation in patients.
At the molecular level, we aim to investigate structural and functional consequences of autoantibodies from different IgG subclasses in correlation with the patients pain phenotype by examining a cohort of 54 seropositive patients. First, the spatial proximity of PSD95, 4.1b, Kv1.1, and Kv1.2 to Caspr2 was demonstrated by immunocytostainings of the axonal and somatic membrane of embryonic and adult DRG neurons from mice. Additionally, these proteins were subsequently detected in neuronal membrane fractions of the DRG and the brain by Western blots. To examine VGKCC proteins in an overexpression system such as HEK-293 cells, a plasmid for the transfection of mammalian cells with protein 4.1b was missing. Therefore, the gene for 4.1b was transferred from a commercially available bacterial clone into a mammalian expression vector by subcloning. Frequency and distribution of IgG subclasses (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) in patient sera was assessed by HEK-293 cell-based assays. For a comparative assessment of effects on the structural arrangement of VGKCC proteins, the cohort was divided into four groups according to the presence or absence of pain and the detection of only IgG4 or IgG4 and additional subclasses (IgG4+X). This subclassification allowed distance measurements between Caspr2 and Kv1 subsequent to serum pool presentation. Microfluidic chambers allowed a discrimination between effects of sera applied to the somatic or the axonal compartment. At last, the pathogenicity of anti-Caspr2 autoantibodies was tested through a passive transfer model into rats. To evaluate the motor performance of rats, Catwalk and Rotarod testing were conducted, while Hargreaves and Von Frey testing served to assess sensory responsiveness indicating pain-like symptoms. 93% of anti-Caspr2 patients were seropositive for IgG4 and about half of the cohort experienced pain. However, the presence of IgG4 compared to IgG4+X did not correlate with the occurrence of pain symptoms. Affected patients were divided into two groups based on quality and localization of pain: 64% experienced mostly burning or tingling pain in the extremities, similar to neuropathic pain in small fiber neuropathy (SFN-like), while 36% of patients described widespread pain with myalgia, muscle cramps, sensations similar to aching muscles, and even arthralgia. Follow-up sera and clinical data from two patients suggested that improvement of symptoms by treatment with intravenous methylprednisolone (IVMP) or intravenous immunoglobulins (IVIG) was insufficient, and the subclass distribution remained unchanged. Looking at the mechanism of IgG at the molecular level, an increased distance between Kv1.2 and Caspr2 at axons of embryonic DRG neurons after axonal treatment with sera from patients with pain suggests a serum effect exclusive for patients with pain. No change in expression levels of Kv1.2 and a reduced expression of Caspr2 in axons after application of sera containing IgG4+X argue for partial internalization of Caspr2 by IgG1-3. The passive transfer experiments resulted in rats hypersensitive to thermal stimuli upon injection with patient IgG. Motor impairments and mechanical allodynia were not observed in rats during 14 days of the experiment. The injected human IgG reached the blood circulation system of rats, but no IgG binding to neurons in the DRG and the JXP region of peripheral nerves was observed. In addition, demyelination of the sciatic nerve was not detected. These data support IgG4 as a major player in the development of neuropathic pain, but IgG1, 2, and 3 may modulate the outcome via partial internalization and mediators of pain could shape structure and function of the VGKCC. In addition, the involvement of thermoreceptive neurons in the induction of pain needs further investigation.Chronischer Schmerz beeinträchtigt etwa 20% der Population in westlichen Zivilisationen und repräsentiert daher eine große Bedrohung für die Lebensqualität. Neuropathischer Schmerz, eine Form von chronischem Schmerz, ist ein häufiges Symptom in Patienten mit Autoantikörpern gegen Caspr2, ein Zelladhäsionsmolekül des spannungsgesteuerten Kaliumkanalkomplexes (VGKCC) im zentralen (ZNS) und peripheren Nervensystem (PNS). In den letzten drei Dekaden hat die Anzahl der identifizierten Autoantikörper, die mit neurologischen Erkrankungen assoziiert sind, deutlich zugenommen. Caspr2 interagiert intrazellulär mit den strukturgebenden Proteinen post-synaptic density protein 95 (PSD95) and erythrocyte membrane protein band 4.1-like 3 (4.1b), welche Caspr2 mit den Typ 1 spannungsgesteuerten Kaliumkanaluntereinheiten Kv1.1 und Kv1.2 verbinden. Caspr2 spielt eine zentrale Rolle beim adäquaten Einbau und der Aufrechterhaltung des VGKCC in der Membran von Neuronen des dorsalen Wurzelganglions (DRG), insbesondere im juxtaparanodalen Bereich (JXP) myelinisierter sensorischer Fasern. Kv-Kanäle innerhalb des VGKCC vermitteln den Ausstrom von positiv geladenen Kaliumionen und senken dadurch das Membranpotential. Infolge einer Dysfunktion des VGKCC kann das Membranpotential anhaltend erhöht bleiben, was die Generierung von Aktionspotentialen erleichtert. Die dadurch gesteigerte neuronale Aktivität in schmerzleitenden DRG-Neuronen des PNS kann folglich die Schmerzempfindung in Patienten verstärken.
Auf der molekularen Ebene untersuchen wir die strukturellen und funktionellen Auswirkungen von Autoantikörpern verschiedener IgG-Subklassen in Korrelation zum Schmerzphänotyp bei einer Kohorte von 54 seropositiven Patienten. Zunächst wurde die räumliche Nähe von PSD95, 4.1b, Kv1.1 und Kv1.2 zu Caspr2 durch Immunzytofärbungen der axonalen und somatischen Membran embryonaler und adulter DRG-Neuronen von Mäusen gezeigt. Anschließend konnten diese Proteine in Membranfraktionen des DRG und des Gehirns mittels Western Blots nachgewiesen werden. Um VGKCC-Proteine in einem Überexpressionssystem in HEK-293-Zellen zu untersuchen, stand zunächst kein Plasmid für die Transfektion von Säugetierzellen mit dem Protein 4.1b zur Verfügung. Daher wurde das Gen für 4.1b aus einem kommerziell erhältlichen bakteriellen Klon in einen Säugetierexpressionsvektor subkloniert. Die Häufigkeit und Verteilung von IgG-Subklassen (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) in Patientenseren wurde mittels HEK-293-zellbasierter Assays bestimmt. Für die vergleichende Analyse der Effekte auf die strukturelle Anordnung von VGKCC-Proteinen wurde die Kohorte nach Vorliegen oder Abwesenheit von Schmerz sowie nach dem Nachweis von ausschließlich IgG4 oder von IgG4 in Kombination mit zusätzlichen Subklassen (IgG4+X) in vier Gruppen unterteilt. Die Subklassifikation ermöglichte Abstandsmessungen zwischen Caspr2 und Kv1 nach Inkubation mit Serumpools. Mikrofluidik-Kammern dienten zur Unterscheidung zwischen den Effekten von Seren, die dem somatischen oder dem axonalen Kompartiment appliziert wurden. Zuletzt wurde die Pathogenität von Anti-Caspr2-Autoantikörpern mittels eines Passivtransfermodells an Ratten getestet. Die motorischen Fähigkeiten der Ratten wurden durch Catwalk- und Rotarod-Tests erfasst, während die sensorische Reaktionsfähigkeit zur Erfassung schmerzähnlicher Symptome durch Hargreaves- und Von-Frey-Tests bestimmt wurde. 93% der Anti-Caspr2-Patienten waren seropositiv für IgG4, und etwa die Hälfte der Kohorte berichtete über Schmerzen. Allerdings korrelierte der Nachweis von IgG4 im Vergleich zu IgG4+X nicht mit dem Auftreten von Schmerzsymptomen. Anhand der Schmerzqualität und -lokalisation wurden die betroffenen Patienten in zwei Gruppen unterteilt: 64 % wiesen überwiegend brennende oder kribbelnde Schmerzen in den Extremitäten auf, ähnlich dem neuropathischen Schmerz bei Small-Fiber-Neuropathie (SFN-like), während 36 % der Patienten diffuse Schmerzen beschrieben, darunter Myalgie, Muskelkrämpfe, muskelkaterähnliche Empfindungen und sogar Arthralgie. Nachuntersuchungs-Seren und klinische Daten von zwei Patienten legen nahe, dass die klinische Besserung durch die Behandlung mit intravenösem Methylprednisolon (IVMP) oder intravenösen Immunoglobulinen (IVIG) unzureichend war und die Subklassenverteilung unverändert blieb. Auf molekularer Ebene deutet eine vergrößerte Distanz zwischen Kv1.2 und Caspr2 an Axonen embryonaler DRG-Neuronen nach Inkubation der Axone mit Seren von Schmerzpatienten auf einen spezifischen Serumeffekt bei Schmerzpatienten hin. Da in Axonen keine Veränderung der Expression von Kv1.2, jedoch eine reduzierte Expression von Caspr2 nach Zugabe von Seren mit IgG4+X beobachtet wurde, spricht dies für eine partielle Internalisierung von Caspr2 durch IgG1-3. Die Passivtransfer-Experimente führten nach Injektion von Patienten-IgG zu thermischer Hypersensitivität bei Ratten. Im 14-tägigen Experiment wurden bei den Ratten weder Einschränkungen der Motorik noch mechanische Allodynie festgestellt. Das injizierte humane IgG erreichte den Blutkreislauf der Tiere, jedoch konnte keine IgG-Bindung an Neuronen des DRG und der JXP-Region peripherer Nerven nachgewiesen werden. Zudem wurde keine Demyelinisierung des Ischiasnervs beobachtet. Diese Daten unterstreichen die Rolle von IgG4 als Hauptakteur in der Entwicklung neuropathischer Schmerzen, wobei IgG1, 2 und 3 die Auswirkungen durch partielle Internalisierung modulieren können und Schmerzmediatoren Struktur und Funktion des VGKCC beeinflussen. Darüber hinaus erfordert der Einfluss thermosensitiver Neuronen auf die Schmerzinduktion weiterer Untersuchung
Neue Ansätze zur Entwicklung nachhaltiger Biomaterialien auf Basis von Poly(2 oxazolin) und Polysarcosin
No full textDie vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung nachhaltiger Biomaterialien auf Grundlage von Poly(2-oxazolin)en und Polysarcosin. Die Arbeit umfasst drei zentrale Forschungsbereiche: (i) Untersuchung der kationischen ringöffnenden Polymerisation von 2-Alkyl-2-oxazolinen im biobasierten Lösungsmittel Dihydrolevoglucosenon (Cyrene™), (ii) Entwicklung funktionalisierter Initiatoren für die kontrollierte Synthese von Polypeptoiden aus N-Carboxyanhydriden mit anschließender Post-Polymerisationsmodifikation, und (iii) lösungsmittelfreie thermische Vernetzung hydrophiler Polymere mittels Polyperoxiden zur Hydrogelherstellung.
Die Polymerisation in Cyrene™ zeigte vielversprechende Ansätze für umweltfreundlichere Synthesewege, offenbarte jedoch Herausforderungen aufgrund von Kettenübertragungsreaktionen und Lösungsmittelverunreinigungen.
Der neu entwickelte funktionalisierte Initiator ermöglichte die gezielte Synthese aktivierbarer Polysarcosine mit definierten Molmassen und engen Verteilungen, die durch Oxidation für nukleophile Substitutionen zugänglich gemacht werden konnten.
Die Vernetzung hydrophiler Polymere in der Schmelzphase mit Polyperoxiden erwies sich als eine effiziente, umweltfreundliche Methode zur Herstellung mechanisch stabiler Hydrogele ohne toxische Vernetzungsreagenzien oder Lösungsmittel.
Diese Arbeit demonstriert neue Strategien für die nachhaltige Synthese und Modifikation biomedizinisch relevanter Polymere im Einklang mit den Prinzipien der "grünen" Chemie.This thesis addresses the development of sustainable biomaterials based on poly(2-oxazolines) and polysarcosine. The work encompasses three central research areas: (i) investigation of the cationic ring-opening polymerization of 2-alkyl-2-oxazolines in the bio-based solvent dihydrolevoglucosenone (Cyrene™), (ii) development of functionalized initiators for the controlled synthesis of polypeptoids from N-carboxyanhydrides with subsequent post-polymerization modification, and (iii) solvent-free thermal crosslinking of hydrophilic polymers using polyperoxides for hydrogel fabrication.
Polymerization in Cyrene™ showed promising approaches for greener synthetic pathways but revealed challenges due to chain transfer reactions and solvent impurities.
The newly developed functionalized initiator enabled targeted synthesis of activatable polysarcosine with defined molar masses and narrow distributions, which could be made accessible for nucleophilic substitutions through oxidation.
Melt-phase crosslinking of hydrophilic polymers with polyperoxides proved to be an efficient, environmentally friendly method for producing mechanically stable hydrogels without toxic crosslinkers or solvents.
This work demonstrates new strategies for sustainable synthesis and modification of biomedically relevant polymers in accordance with the principles of “green” chemistry
Generierung und Charakterisierung von mikrophysiologischen 3D-Tumormodellen und Knochenmetastasen-Nischen für die präklinische Testung von Therapiestrategien mit Fokus auf das duktale Adenokarzinom des Pankreas
No full textPancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most aggressive and lethal cancers. It is characterized by late diagnosis, common metastasis, and a high level of resistance to standard chemotherapies such as FOLFIRINOX and gemcitabine (GEM). These features present significant challenges in the clinic, underscoring the urgent need for the development of more predictive and personalized preclinical models to identify novel treatments and improve patient outcomes. Given the high frequency of KRAS, TP53 and SMAD4 mutations in patients, PANC-1 and CAPAN-1 cell lines were selected for their ability to model the genotypic and phenotypic diversity observed in the clinics. PANC-1 carries the KRASG12D mutation and displays a more mesenchymal phenotype, whereas CAPAN-1 harbors the KRASG12V mutation and retains more epithelial characteristics. These differences make them ideal models for investigating how PDAC responds to various therapeutic strategies, from standard chemotherapeutics to targeted approaches related to c-myc, and how different molecular phenotypes of PDAC can interact with components of the tumor microenvironment (TME).
Small intestine submucosa and mucosa (SISmuc), a stablished decellularized porcine jejunum-derived scaffold, have been used in this work to develop PDAC 3D models. This matrix provides a collagen-rich extracellular matrix (ECM) environment that better mimics the TME of PDAC compared to conventional models. 3D SISmuc models with PANC-1 and CAPAN-1 cells exhibited enhanced resistance against GEM, reduced proliferation, and significant downregulation of c-myc expression when compared to 2D cultures. These observations underscore the importance of 3D scaffolds in better replicating similar vivo-like conditions and providing more accurate drug response data. Following obtained results, the efficacy of targeting upstream regulators of c-myc such as BRD4 and GLI, was evaluated through the use of the commercially available inhibitors JQ1 and GANT61. While both inhibitors were more effective than GEM in reducing cell viability in 2D cultures, their efficacy was markedly reduced in the 3D SISmuc models, highlighting the role of ECM interactions in PDAC drug resistance. Notably, the combination of BRD4 and GLI inhibition produced synergistic effects, particularly in PANC-1 cells, suggesting that dual inhibition may overcome resistance mechanisms and provide a promising strategy for targeting c-myc-driven PDAC.
Further experiments investigated the role of stromal components in tumor progression, specifically focusing on growth factors secreted by pancreatic stellate cells (PSCs), such as TGF-β, FGF-2, and HGF. These growth factors were shown to drive EMT or increase proliferation in PANC-1 but with contrasting effects in CAPAN-1 models where no major changes were observed after stimulation. This further validates the use of such models for studying specific phenotypes and how they establish different tumor-stroma interactions. As the presence of the stroma is of high importance in PDAC, tissue generation was further enhanced by co-culturing of the PDAC cell lines with human mesenchymal stem cells (hMSCs) as well as the incorporation of dynamic culture with flow bioreactors. The comparison of generated tissues with primary patient material revealed comparable morphological and molecular characteristics between both.
To further refine the models, reduce the needed logistics and increase their robustness, which could be impaired by batch-to-batch variations, the established PDAC 3D SISmuc models were transferred to E-Matrix, a fully synthetic electrospun scaffold. While E-Matrix provided a more standardized and scalable platform compared to SISmuc, the biological relevance of the models was reduced, as evidenced by altered cell growth patterns and lesser accurate molecular characteristics when compared to native tissue obtained from patient material. Additionally, in this work SISmuc and E-Matrix were applied to generate bone metastatic niches within seven weeks by coculturing osteogenic differentiated hMSCs, osteoclasts, and PDAC, NSCLC or breast cancer cells. As a remark, in this work triple cultures were successfully stablished by avoiding the seeding of pre-differentiating monocytes to osteoclasts in 2D cultures but instead exploring the differentiation potential of monocytes in a 3D calcified environment provided by differentiated hMSCs within SISmuc or E-Matrix scaffolds. This highlights the successful implementation of an in-situ differentiation of monocytes to osteoclasts. Moreover, osteoclasts could be shown to line up at the border of an osteoid-like structure and former non-invasive tumor cells followed this structure suggesting the generation of an osteolytic lesion. First preclinical tests with CAR T cells showed effectiveness of this immune therapy on tumor CAPAN-1 and H358 cell lines. The presence of osteoclasts could be shown by enzymatic TRAP staining. Summarizing, SISmuc and E-Matrix served as scaffolds to study bone models and the metastasis in bone-like tissue.
In conclusion, this work demonstrates the utility of advanced 3D PDAC models for preclinical drug testing, combining both biological and synthetic scaffolds to replicate in vivo tumor characteristics more accurately. The results highlight the need for combination therapies that target multiple pathways, such as BRD4 and GLI, and emphasize the role of the tumor microenvironment in influencing drug response. This work provides a robust platform for further investigation into therapeutic strategies and predictive biomarkers for PDAC, ultimately contributing to more personalized and effective treatments.Das duktale Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) auf Englisch) ist eine der aggressivsten und tödlichsten Krebsarten. Es zeichnet sich durch späte Diagnose, häufige Metastasierung und ein hohes Maß an Resistenz gegen Standard-Chemotherapien wie FOLFIRINOX und Gemcitabin aus. Diese Merkmale stellen in der Klinik eine große Herausforderung dar und unterstreichen die dringende Notwendigkeit, prädiktive und personalisierte präklinische Modelle zu entwickeln, um neue Behandlungsmethoden zu identifizieren und die Ergebnisse für die Patienten zu verbessern. Angesichts der hohen Häufigkeit von KRAS-, TP53- und SMAD4-Mutationen bei Patienten wurden die Zelllinien PANC-1 und CAPAN-1 aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, die in der Klinik beobachtete, genotypische und phänotypische Vielfalt zu modellieren. PANC-1 trägt die KRASG12D-Mutation und weist einen eher mesenchymalen Phänotyp auf, während CAPAN-1 die KRASG12V-Mutation trägt und eher epitheliale Merkmale aufweist. Diese Unterschiede machen sie zu idealen Modellen, um zu untersuchen, wie PDAC auf verschiedene therapeutische Strategien anspricht, von Standard-Chemotherapeutika bis hin zu gezielten Ansätzen in Bezug auf c-myc, und wie verschiedene molekulare Phänotypen von PDAC mit Komponenten der Tumormikroumgebung (Tumor microenviroment (TME) auf Englisch) interagieren können.
Dünndarm-Submukosa und -Mukosa (SISmuc), ein dezellularisiertes Gerüst aus porzinem Jejunum, wurden in dieser Arbeit zur Herstellung von 3D-Modellen des PDAC verwendet. Diese Matrix bietet eine kollagenreiche extrazelluläre Matrix (ECM), die das TME von PDAC im Vergleich zu herkömmlichen Modellen besser nachahmt. PANC-1- und CAPAN-1-Zellen in 3D-SISmuc-Modellen zeigten im Vergleich zu 2D-Kulturen eine erhöhte Resistenz gegenüber Gemcitabin, eine geringere Proliferation und eine signifikante Herunterrregulierung der c-myc-Expression. Diese in vivo änlicher Bedingungen unterstreichen die Bedeutung von 3D-Scaffolds für die bessere Nachbildung ähnlicher vivo-Bedingungen und die Bereitstellung genauerer Daten zum Ansprechen auf Medikamente. Im Anschluss an die erzielten Ergebnisse wurde die Wirksamkeit einer gezielten Beeinflussung von vorgelagerten c-myc-Regulatoren wie BRD4 und GLI durch die Verwendung der im Handel erhältlichen Inhibitoren JQ1 und GANT61 untersucht. Während beide Inhibitoren bei der Verringerung der Zelllebensfähigkeit in 2D-Kulturen wirksamer waren als Gemcitabin, war ihre Wirksamkeit in den 3D-SISmuc-Modellen deutlich geringer, was die Rolle der ECM und der Tumor-Stroma-Interaktionen bei der Resistenz gegen PDAC-Medikamente verdeutlicht. Insbesondere die Kombination von BRD4- und GLI-Inhibition führte zu synergistischen Effekten, vor allem bei PANC-1-Zellen, was darauf hindeutet, dass eine duale Inhibition Resistenzmechanismen überwinden und eine vielversprechende Strategie zur Bekämpfung von c-myc-gesteuertem PDAC darstellen könnte.
In weiteren Experimenten wurde die Rolle stromaler Komponenten bei der Tumorprogression untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Wachstumsfaktoren lag, die von Pankreas-Stellat-Zellen sezerniert werden, wie TGF-β, FGF-2 und HGF. Es konnte gezeigt werden, dass diese Wachstumsfaktoren die EMT vorantreiben oder die Proliferation in PANC-1 erhöhen, jedoch mit kontrastierenden Effekten in CAPAN-1-Modellen, wo nach der Stimulation keine größeren Veränderungen beobachtet wurden. Dies ist ein weiterer Beleg für die Verwendung solcher Modelle zur Untersuchung spezifischer Phänotypen und der Art und Weise, wie sie unterschiedliche Tumor-Stroma-Interaktionen darstellen können. Da das Vorhandensein des Stromas bei PDAC von großer Bedeutung ist, wurde die Gewebeerzeugung durch die Ko-Kultivierung der PDAC-Zelllinien mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs), sowie durch die Einbeziehung der dynamischen Kultur mit Durchflussbioreaktoren weiter verbessert. Der Vergleich des generierten Gewebes mit primärem Patientenmaterial ergab vergleichbare morphologische und molekulare Merkmale zwischen beiden.
Um die Modelle weiter zu verfeinern, den logistischen Aufwand zu verringern und ihre Robustheit zu erhöhen, die durch Schwankungen von Charge zu Charge beeinträchtigt werden könnte, wurden die etablierten PDAC-3D-SISmuc-Modelle auf E-Matrix, ein vollständig synthetisches elektrogesponnenes Gerüst, übertragen. Während die E-Matrix im Vergleich zu SISmuc eine besser standardisierte und skalierbare Plattform bot, war die biologische Relevanz der Modelle geringer, was sich in veränderten Zellwachstumsmustern und weniger genauen molekularen Eigenschaften im Vergleich zu nativem Gewebe aus Patientenmaterial zeigte. Darüber hinaus wurden in dieser Arbeit SISmuc und E-Matrix eingesetzt, um innerhalb von sieben Wochen Knochenmetastasen-Nischen zu erzeugen, indem osteogen differenzierte hMSCs, Osteoklasten und PDAC-, NSCLC- oder Brustkrebszellen kokultiviert wurden. Bemerkenswert ist, dass in dieser Arbeit Dreifachkulturen erfolgreich etabliert wurden, indem die Aussaat von Monozyten, die in 2D-Kulturen zu Osteoklasten vordifferenzieren, vermieden wurde und stattdessen das Differenzierungspotenzial von Monozyten in einer kalzifizierten 3D-Umgebung untersucht wurde, die von differenzierten hMSCs in SISmuc- oder E-Matrix-Gerüsten bereitgestellt wird. Dies unterstreicht die erfolgreiche Umsetzung einer in-situ-Differenzierung von Monozyten zu Osteoklasten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass sich Osteoklasten am Rande einer osteoidähnlichen Struktur anordnen und ehemalige nicht-invasive Tumorzellen dieser Struktur folgen, was auf die Entstehung einer osteolytischen Läsion hindeutet. Erste präklinische Tests mit CAR-T-Zellen zeigten die Wirksamkeit dieser Immuntherapie auf die Tumorzelllinien CAPAN-1 und H358. Das Vorhandensein von Osteoklasten konnte durch enzymatische TRAP-Färbung nachgewiesen werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass SISmuc und E-Matrix als Gerüst für die Untersuchung von Knochenmodellen und der Metastasierung in knochenähnlichem Gewebe dienen können.
Abschließend lässt sich sagen, dass diese Arbeit den Nutzen fortschrittlicher 3D-PDAC-Modelle für präklinische Arzneimitteltests demonstriert, die sowohl biologische als auch synthetische Gerüste kombinieren, um die in vivo-Tumoreigenschaften genauer zu replizieren. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit von Kombinationstherapien, die auf mehrere Signalwege, wie z. B. c-myc, abzielen, und verdeutlichen die Rolle der Mikroumgebung des Tumors bei der Beeinflussung des Ansprechens auf Medikamente. Diese Arbeit bietet eine solide Plattform für die weitere Erforschung von Therapiestrategien und prädiktiven Biomarkern für PDAC, die letztlich zu personalisierteren und wirksameren Behandlungen beitragen können
Strukturelle und funktionelle Analyse des Nervensystems von mit einem speziellen Fokus auf das Dauerstadium
No full textAlternative development of the L1 larva into a long-term resilient dauer larva allows the otherwise fast reproductive nematode model organism Caenorhabditis elegans to arrest development and to survive harsh environmental conditions. Improvement of the environment allows recovery of reproductive development. In this thesis, I investigate the C. elegans dauer larva in a comparative manner to non-dauer stages in the following three steps.
First, dauer development and behavior depends on sensory neuron endings of anterior sensilla, such as amphid neurons. In this thesis, I provide a high-resolution study of the precise morphology of amphid neurons that underlies variability (AWB, AWC) as well as precise measurements to analyze dauer-specific plasticity (AFD, AWC). Furthermore, I investigated the regulation of nictation which is a dauer-specific behavior to actively reach new habitats with better environmental conditions. By lifting and moving their anterior body, dauer larvae increase the chance to attach to transport hosts, allowing them to hitchhike. The active dauer nervous system includes inner labial “2” (IL2) neurons which end in the anterior lip sensilla. These neurons regulate nictation and extend a complex dauer-specific dendritic branching. In this inter-individual comparative study, I further provide the precise morphology of these dauer-specific dendrites on an IL2 sub-classes level (IL2L vs. IL2Q). The reconstructions are based on focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) providing near-to-isotropic three-dimensional (3D) image stacks. The resulting high z-resolution allows following of finely branched neuronal structures of C. elegans dauer larvae.
Next, how this dauer-specific branching of sensory IL2 neurons is reflected in the synaptic connectivity is of high importance to understand the processing in the nervous system and thus functionality. So-called connectome maps represent the total of synaptic connectivity of an animal. Such connectomes were created for the small and constant nervous system of the nematode C. elegans under enormous effort for different developmental stages that would also be very important for dauer development. To deliver a basis for a better understanding of dauer-specific regulative processes on the circuitry level, I here present an analysis of three mapped dauer connectomes. These maps encompass the nerve ring region only, similar to available non-dauer data. The nerve ring is most relevant for circuit analysis because it contains by far the most synapses and neuron types. Besides FIB-SEM data sets with high z-resolution, this study is enriched with one transmission electron microscopy data set, adding high lateral resolution. In the analysis, the connectivity of the IL2 neurons is revealed, showing one significant dauer-specific connection from IL2Q to RIG interneurons. The interneurons, such as the aforementioned RIG neurons, then pass neuronal signals to motor neurons which activate or inhibit body wall muscle (BWM) cells, representing the locomotor circuit.
Furthermore, the BWM cells of this locomotor circuit are activated by cholinergic and inhibited by GABAergic motor neurons. The principal functionality of this network is comparatively well-known for non-dauers. To understand dauer-specific differences in the connectivity of this network on a synaptic level, additional information about the type and the location of receptor fields is important. The receptor fields can be localized in 3D with array tomography (AT) that can combine fluorescent immuno-staining of receptor subunits with the electron microscopy ultrastructure. To further develop this method in this thesis, cholinergic and GABAergic receptor fields were extra-cellularly localized in more easy-to-handle non-dauers. This allows a first precise 3D view of receptor fields at neuro-muscular junctions. Furthermore, the staining method was further adapted to stain the receptor fields in the more challenging dauer larvae. This allows systematic AT imaging of receptors and thus an enrichment of connectome mapping in the future.Die alternative Entwicklung der L1 Larve zur langfristig resilienten Dauerlarve erlaubt dem sich sonst schnell reproduzierenden Nematoden-Modellorganismus Caenorhabditis elegans, die Entwicklung zu arretieren und harsche Umweltbedingungen zu überleben. Die Verbesserung der Umwelt erlaubt die Wiederaufnahme der reproduktiven Entwicklung. In dieser Arbeit habe ich die C. elegans Dauerlarve in einer vergleichenden Art und Weise zu Nicht-Dauerstadien in den folgenden drei Schritten untersucht.
Erstens, Dauerentwicklung und -verhalten hängen von sensorischen Neuronenendungen der anterioren Sensillen ab, z.B. Amphid Neurone. In dieser Arbeit stelle ich eine höchst-auflösende Studie über die präzise Morphologie von Amphid Neuronen bereit, die einer Variabilität unterliegt (AWB, AWC), sowie präzise Messungen um die dauerspezifische Plastizität klarzustellen (AFD, AWC). Des Weiteren untersuchte ich die Regulation der Niktation, welche ein dauerspezifisches Verhalten ist, um aktiv neue Lebensräume mit besseren Umweltbedingungen zu erreichen. Durch das Anheben und Bewegen ihres anterioren Körpers erhöhen Dauerlarven ihre Chance an Transportwirte anzuhaften, was ihnen erlaubt zu trampen. Das aktive Dauernervensystem schließt innere labiale „2“ (IL2) Neuronen ein, welche in den anterioren Lippensensillen enden. Diese Neuronen regulieren Niktation und bilden eine komplexe dauerspezifische dendritische Verästlung. In dieser zwischen-individuell vergleichenden Studie stelle ich des Weiteren die präzise Morphologie von diesen dauerspezifischen Dendriten auf einem Sub-Klassen Level (IL2L vs. IL2Q) bereit. Die Rekonstruktionen basieren auf fokussierter Ionenstrahl Rasterelektronenmikroskopie (engl. focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM)), welche nahezu isotropische dreidimensionale (3D) Bildstapel bereitstellt. Die resultierende hohe z-Auflösung erlaubt fein verästelte neuronalen Strukturen der C. elegans Dauerlarven zu verfolgen.
Als Nächstes ist von großer Bedeutung, wie diese dauerspezifische Verästlung der sensorischen IL2 Neuronen in der synaptischen Konnektivität reflektiert ist, um das Prozessieren in dem Nervensystem zu verstehen und somit Funktionalität. Sogenannten Konnektom-Karten repräsentieren die Gesamtheit an synaptischen Verbindungen eines Tieres. Solche Konnektome wurden für das kleine und konstante Nervensystem des Nematoden C. elegans unter enormen Anstrengungen für verschiedene Entwicklungsstadien erstellt, welche auch für die Dauerentwicklung sehr wichtig wären. Um eine Basis für ein besseres Verständnis der dauerspezifischen regulatorischen Prozesse auf einer Schaltkreis-Ebene zu liefern, präsentiere ich hier eine Analyse von drei kartierten Dauer-Konnektomen. Diese Karten umfassen nur die Nervenring-Region, ähnlich zu verfügbaren Nicht-Dauer Daten. Der Nervenring ist am relevantesten für Schaltkreisanalysen, weil er bei Weitem die meisten Synapsen und Neuronentypen enthält. Neben den FIB-SEM Datensätzen mit hoher z-Auflösung, ist diese Studie mit einem Transmissionselektronenmikroskopie Datensatz weiter angereichert, welcher eine hohe laterale Auflösung hinzugibt. In der Analyse ist die Konnektivität der IL2 Neuronen offengelegt und zeigt eine signifikante dauerspezifische Verbindung von IL2Q zu RIG Interneuronen. Die Interneuronen, z.B. die erwähnten RIG Neuronen, leiten dann neuronale Signale zu Motoneuronen weiter, welche Körperwandmuskelzellen (engl. body wall muscle (BWM) cells) aktivieren oder inhibieren, welches den lokomotorischen Schaltkreis darstellt.
Des Weiteren werden die BWM-Zellen dieses lokomotorischen Schaltkreis durch cholinerge Motoneuronen aktiviert, und durch GABAerge inhibiert. Die prinzipielle Funktionalität dieses Netzwerks ist für Nicht-Dauer vergleichsweise gut bekannt. Um die dauerspezifischen Unterschiede in der Konnektivität dieses Netzwerks auf einem synaptischen Level zu verstehen, sind zusätzliche Informationen über den Typ und Ort von Rezeptorfeldern wichtig. Die Rezeptorfelder können mit Array Tomographie (engl. Array Tomography (AT)) in 3D lokalisiert werden, welche Immunfluoreszenzfärbung von Rezeptoruntereinheiten mit der Elektronenmikroskopie-Ultrastruktur kombinieren kann. Um diese Methode in dieser Arbeit weiterzuentwickeln, wurden cholinerge und GABAerge Rezeptorfelder extrazellulär in den leichter handhabbaren Nicht-Dauer lokalisiert. Dies erlaubt einen ersten präzisen 3D-Blick auf Rezeptorfelder an neuromuskulären Synapsen. Des Weiteren wurde die Färbemethode weiter angepasst, um die Rezeptorfelder in den anspruchsvolleren Dauerlarven zu färben. Dies ermöglicht in der Zukunft eine systematische AT-Bildgebung der Rezeptoren und damit eine Anreicherung der Konnektom-Kartierung
Leseverständnisinterventionen in der deutschen Sprache: Eine Mehrebenen-Meta-Regressionsanalyse
No full textMost meta-analyses of reading comprehension interventions are based on approaches in the English language. Since German differs from English regarding orthographic depth, effects might deviate when focusing on this language. The current meta-analysis scrutinizes the impact of reading comprehension interventions within the German language. Drawing from 45 intervention-control samples ( N = 6,402), and analyzing 88 effect sizes via nested, multivariate random effects models, the study aimed to substantiate the hypothesis that these interventions significantly enhance reading comprehension. Each intervention-control sample either consisted of primary or secondary as well as post-secondary students. We explored the roles of method (direct vs. cooperative vs. computer assisted), intervention type , and age group as moderators. We identified significant effects on immediate post-test ( d = 0.37), follow-up ( d = 0.31), and long-term ( d = 0.28) results. Method emerged as the sole significant moderator, with notable heterogeneity in most analyses except in the long-term effects. These outcomes affirm the efficacy of the interventions in bolstering reading comprehension, albeit, to a lesser extent than previously reported. Additionally, results point to potential publication biases in the published studies.Die meisten Metaanalysen zu Leseverständnisinterventionen basieren auf Untersuchungen in der englischen Sprache. Da sich das Deutsche hinsichtlich der orthografischen Tiefe unterscheidet, könnten die Ergebnisse von den Effekten der internationalen Forschungsliteratur abweichen. Die vorliegende Metaanalyse untersucht den Einfluss von Interventionen zur Leseverständnisförderung in der deutschen Sprache. Ausgehend von 45 Interventionsstudien im Kontrollgruppendesign ( N = 6,402) und der Analyse von 88 Effektgrößen mittels genesteter multivariater Random-Effects-Modelle zielten wir auf die Quantifizierung der Effekte in deutschsprachigen Interventionen. Die untersuchten Stichproben umfassten die Grundschule, die weiterführende Schule und den tertiären Bildungsbereich. Zusätzlich wurden die eingesetzte Methode (direkt vs. kooperativ vs. computerunterstützt), der Interventionstyp und die Altersgruppe als Moderatoren untersucht. Es wurden signifikante Posttest- ( d = 0.37), Follow-up- ( d = 0.31) und Langzeiteffekte ( d = 0.28) identifiziert. Die eingesetzte Methode erwies sich als einziger signifikanter Moderator, mit bemerkenswerter Heterogenität in den meisten Analysen, außer bei den Langzeiteffekten. Diese Ergebnisse bestätigen die Wirksamkeit der Interventionen zur Förderung des Leseverständnisses, auch wenn die Effekte niedriger ausfallen als erwartet. Zudem deuten die Ergebnisse auf potenzielle Publikationsverzerrungen in den veröffentlichten Studien hin
Auswirkungen von Inkongruenzen entlang des Realitäts-Virtualitäts-Kontinuums
No full textThis dissertation examines the perceptual and cognitive effects of incongruencies in eXtended Reality (XR) experiences along the Reality-Virtuality (RV) continuum, with a particular focus on Virtual Reality (VR) and Video See-Through (VST) Augmented Reality (AR). VST AR integrates video images from front-facing cameras on the Head-Mounted Display (HMD) with virtual content. XR HMDs, that are capable of VST AR, oftentimes also include a VR mode. While VR has been extensively studied, VST AR remains underexplored despite rapid advances in camera resolution and rendering techniques. The blending of virtual and real-world elements in VST AR frequently gives rise to perceptual mismatches, such as conflicting depth cues, misaligned virtual objects, and latency discrepancies, that challenge established XR frameworks and may adversely affect user experience.
This dissertation, incorporating five key publications and five empirical experiments, investigates effects of incongruencies in VR and VST AR, by examining both subjective reports and objective behavioral measures. While users may not always consciously detect these mismatches, the empirical findings of this dissertation reveal their significant impact on depth perception, spatial judgments, and performance. A central focus of this work is the application and refinement of the Congruence and Plausibility (CaP) model, which describes how incongruencies operate at different processing levels — from low-level sensory distortions to higher-order cognitive inconsistencies. The results indicate that AR-inherent perceptual incongruencies influence the experience at a subconscious level, challenging existing theoretical frameworks that primarily focused on VR experiences that are visually coherent. To further support this understanding, the dissertation introduces a methodological framework for analyzing and predicting the effects of incongruencies, contributing to the development of coherent and immersive XR applications.
The conducted research affirms both the complexity and promise of VST AR technologies. By disclosing how subconscious factors interact with users’ conscious perceptions, this dissertation enriches theoretical understanding and provides strategies for advancing XR research.Diese Dissertation untersucht die perzeptuellen und kognitiven Auswirkungen von Inkongruenzen in eXtended Reality (XR) Erlebnissen entlang des Realitäts-Virtualitäts (RV) Kontinuums, mit besonderem Fokus auf Virtual Reality (VR) und Video See-Through (VST) Augmented Reality (AR). VST AR integriert Videobilder von Frontkameras auf dem Head-Mounted Display (HMD) mit virtuellen Inhalten. XR HMDs, die VST AR unterstützen, verfügen oft auch über einen VR-Modus. Während VR bereits umfassend untersucht wurde, ist VST AR noch wenig erforscht, trotz rapider Fortschritte bei der Kameraauflösung und den Rendering-Techniken. Die Vermischung von virtuellen und realen Elementen in VST AR führt häufig zu Wahrnehmungsdiskrepanzen, wie z. B. widersprüchlichen Tiefenhinweisen, falsch ausgerichteten virtuellen Objekten und Latenzunterschieden, die etablierte XR-Frameworks in Frage stellen und die Benutzererfahrung beeinträchtigen können.
Diese Dissertation, die fünf zentrale Veröffentlichungen und fünf empirische Experimente umfasst, untersucht die Auswirkungen von Inkongruenzen in VR und VST AR, indem sie sowohl subjektive Ergebnisse als auch objektive Verhaltensmessungen untersucht. Auch wenn Nutzer diese Diskrepanzen nicht immer bewusst wahrnehmen, zeigen die empirischen Ergebnisse dieser Dissertation, dass sie einen erheblichen Einfluss auf die Tiefenwahrnehmung, die räumliche Beurteilung und die Leistung haben. Ein zentraler Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Anwendung und Weiterentwicklung des Congruence and Plausibility (CaP) Modells, das beschreibt, wie Inkongruenzen auf verschiedenen Verarbeitungsebenen wirken – von sensorischen Störungen auf niedriger Ebene bis hin zu kognitiven Inkonsistenzen höherer Ordnung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass AR-inhärente Wahrnehmungsinkongruenzen das Erlebnis auf einer unbewussten Ebene beeinflussen und damit bestehende theoretische Modelle in Frage stellen, die sich in erster Linie auf visuell kohärente VR-Erlebnisse konzentrieren. Um dieses Verständnis weiter zu vertiefen, stellt die Dissertation ein methodisches Framework zur Analyse und Vorhersage der Auswirkungen von Inkongruenzen vor, das zur Entwicklung kohärenter und immersiver XR-Anwendungen beiträgt.
Die durchgeführte Forschung bestätigt sowohl die Komplexität als auch das Potenzial von VST AR Technologien. Durch die Aufdeckung der Wechselwirkungen zwischen unbewussten Faktoren und der bewussten Wahrnehmung der Nutzer bereichert diese Dissertation das theoretische Verständnis und liefert Ansätze für die Weiterentwicklung der XR Forschung
Therapeutic drug monitoring to control antibiotic levels during continuous administration of piperacillin/tazobactam – implementation in patients with fever in aplasia following allogeneic stem cell transplantation
No full textFieber in der Neutropenie ist eine schwerwiegende Komplikation nach allogener SZT und bedarf einer frühzeitigen und effektiven antiinfektiven Therapie, um das Outcome der Patienten und Patientinnen positiv zu beeinflussen. Häufig bedingen jedoch veränderte Pharmakodynamiken kritisch kranker Patienten und Patientinnen konsekutiv subtherapeutische Plasmakonzentrationen. Um diese Einschränkungen einer standardisierten Gabe zu überwinden, wurde ein TDM eingeführt. Zwischen Oktober 2020 und März 2022 wurden Daten von 44 Patienten und Patientinnen nach allogener SZT gesammelt. Alle entwickelten Fieber in der Neutropenie und erhielten empirisch und kontinuierlich Pip/Taz mit regelmäßiger Dosisanpassung. Das pharmakologische Ziel für unbekannte Erreger wurde mit 80 mg/l (= 5 x MHK für P. aeruginosa) definiert. Das klinische Ergebnis wurde durch das Beenden als Pip/Taz-Monotherapie im Vergleich zu einer Eskalation der Antibiotikabehandlung bestimmt. Die mediane Pip/Taz-Serumkonzentration betrug 52 mg/l bei der ersten Beurteilung. 27 (59,1 %) Patienten und Patientinnen erreichten die Zielkonzentration bei der Höchstkonzentration, 9 (33,3 %) dieser Patienten und Patientinnen bei der ersten Beurteilung. 77 % (n = 34/44) der Kohorte benötigten eine Erhöhung der initialen Perfusorlaufrate. Bei 13 (29,5 %) Patienten und Patientinnen wurde eine gramnegative Bakteriämie nachgewiesen, darunter keine Infektion mit P. aeruginosa. Bei 20 (45 %) Patienten und Patientinnen wurde mit der Pip/Taz-Monotherapie ein Abklingen der Infektion erreicht. Unsere Studie zeigt, dass das Erreichen der Zielkonzentration machbar ist, aber eine engmaschige Überwachung für rechtzeitige Dosisanpassungen erfordert. Während höhere Perfusorstartraten und kürzere Überwachungsintervalle die frühe Zielerreichung begünstigen können, könnte eine Neubewertung der Zielkonzentration und die Definition weiterer Kriterien gerechtfertigt sein, um einen optimalen Nutzen für Patienten und Patientinnen mit TDM zu erzielen.Fever in neutropenia is a serious complication following allogeneic HSCT and requires early and effective anti-infective therapy to positively influence patient outcomes. However, altered pharmacodynamics in critically ill patients often result in subtherapeutic plasma concentrations. TDM was introduced to overcome these limitations of standardised administration. Between October 2020 and March 2022, data were collected from 44 patients after allogeneic SCT. All developed fever in neutropenia and received empirical and continuous Pip/Taz with regular dose adjustments. The pharmacological target for unknown pathogens was defined as 80 mg/l (= 5 x MIC for P. aeruginosa). The clinical outcome was determined by discontinuation as Pip/Taz monotherapy compared to escalation of antibiotic treatment. The median Pip/Taz serum concentration was 52 mg/l at the first assessment. 27 (59.1%) patients achieved the target concentration at the maximum concentration, 9 (33.3%) of these patients at the first assessment. 77% (n = 34/44) of the cohort required an increase in the initial perfusor flow rate. Gram-negative bacteraemia was detected in 13 (29.5%) patients, none of whom had P. aeruginosa infection. In 20 (45%) patients, Pip/Taz monotherapy resulted in resolution of the infection. Our study shows that achieving the target concentration is feasible but requires close monitoring for timely dose adjustments. While higher perfusor start rates and shorter monitoring intervals may promote early target achievement, a reassessment of the target concentration and the definition of further criteria may be justified in order to achieve optimal benefit for patients with TDM
CAR-T Cell Therapy in an Patient-derived Organoid Model of Glioblastoma
No full textGlioblastome (GBM), die durch ihr immunsuppressives Tumormikromilieu sowie die hohe inter- und intratumorale Heterogenität gekennzeichnet sind, stellen erhebliche Herausfor-derungen für traditionelle Behandlungsstrategien dar. Während personalisierte Immun-therapien wie die Chimeric antigen rezeptor (CAR)-T Zelltherapie vielversprechende Ansät-ze zur Behandlung von GBM darstellen, bleibt die Identifizierung geeigneter Zielstrukturen eine bedeutende Herausforderung. Patienten-abgeleitete Organoide (PDOs) bieten ein rea-listisches und zuverlässiges Modell zur Darstellung des Tumorverhaltens und der Behand-lungsreaktionen im Vergleich zu traditionellen Methoden und sind somit ein wertvolles Instrument für interventionelle Untersuchungen bei GBM. Diese Dissertation untersuchte den Einsatz der CAR-T Zelltherapie bei GBM, wobei der Schwerpunkt auf einem ex vivo Organoidmodell lag. Es wurden verschiedene CAR-T Zelltherapien untersucht und bewer-tet, die auf ADAM9, B7H3, GD2, ROR2 und PDPN bei GBM abzielten. Ein neuartiger dualer Ansatz unter Verwendung von PDPN/GD2-CAR-T Zellen erwies sich als erfolgreich wirksam, um Resistenz-Mechanismen des GBM zu überwinden und zeigte eine robuste T Zell-Aktivierung. Zudem wurden wichtige Behandlungsaspekte wie die Untersuchung von Effek-tor-zu-Ziel (E:T) Verhältnissen analysiert. Ein 1:4 Verhältnis, hatte das Potential, ein emp-findliches Gleichgewicht zwischen verbesserter Antigenerkennung und potenzieller Über-aktivierung zu erreichen. Darüber hinaus verglich die Studie autologe und allogene CAR-T Zellen und wies eine vergleichbare Wirksamkeit und Sicherheit allogener CAR-T Zellen nach, was die potenziellen Vorteile von gebrauchsfertigen Zellen für die GBM-Behandlung nahelegt. Des weitere wurde im Rahmen dieser Dissertation ein innovativer automatisier-ter Ansatz zur Herstellung von PDOs unter Verwendung eines Tissue Chopper entwickelt. Ein Vergleich zwischen automatisierten und manuellen PDO-Herstellungsprozessen zeigte schnellere und effektivere Abläufe durch den Tissue Chopper im Vergleich zur manuellen Methode. Insgesamt liefert diese Dissertation überzeugende Hinweise und Strategien zur Verbesserung der therapeutischen Effekte gegen GBM. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der personalisierten Immuntherapie und die Nützlichkeit von PDOs bei der Erforschung interventioneller Ansätze für GBM. Zukünftige Forschungsrichtungen sollten sich weiter auf die in vivo-Behandlung und die Optimierung der Herstellung von CAR-T Zellen für eine breitere klinische Anwendung konzentrieren.Glioblastoma (GBM), characterized by its immunosuppressive tumor microenvironment as well as the high inter- and intratumor heterogeneity, poses significant challenges for traditional treatment strategies. While personalized immunotherapies like chimeric antigen receptor (CAR)-T cell therapy hold a promise for GBM treatment, the identification of suitable targets remains a significant challenge. Patient-derived organoids (PDOs) offer a realistic and reliable model for representing tumor behavior and treatment responses compared to traditional methods, thus providing a valuable tool for interventional investigation in GBM. This thesis explored the use of CAR-T cell therapy for GBM, focusing on an ex vivo organoid model. It further investigated and evaluated various CAR-T cell therapies targeting ADAM9, B7H3, GD2, ROR2, and PDPN in GBM. A novel dual approach utilizing PDPN/GD2-CAR-T cells showed to be successfully effective to overcome GBM resistance mechanisms, showing robust T cell activation and offering promising avenues for future therapy. Additionally, it highlighted important treatment aspects like the investigation into Effector-to-Target (E:T) ratios. This revealed the potential of a 1:4 ratio to achieve a delicate balance between enhanced antigen recognition and potential overactivation. Furthermore, the study compared autologous versus allogeneic CAR-T cells, showing a comparable efficacy and safety of allogeneic CAR-T cells and suggesting the potential benefits of off-the-shelf cells for GBM treatment. Notably, this thesis introduced an innovative approach to creating PDOs using an automated machine. A comparison between automated and manual PDO manufacturing processes demonstrated faster and more effective procedures using the tissue chopper compared to the manual method. Overall, this thesis provides conclusive evidence and strategies to enhance therapeutic effects against GBM. The findings underscore the importance of personalized immunotherapy and the utility of PDOs in exploring GBM interventional approaches. Future research directions should focus further on the in vivo treatment and optimization of CAR-T cells manufacturing for wider clinical application