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Einflussfaktoren auf die Muttermilchernährung bei Frühgeborenen mit einem Gestationsalter von 25 bis 30 Wochen (2010)

Stefanie Enderle

Diese retrospektive Aktenstudie hatte die Zielsetzung, diejenigen Mütter von frühgeborenen Kindern mit einem Gestationsalter von 25 bis einschließlich 30 Wochen zu identifizieren, die bezüglich der Muttermilchernährung und des Stillen, sowie der Entwicklung des Trinkverhaltens besondere Unterstützung während des stationären Aufenthalts benötigen. Insgesamt werden in den Jahren 2003 bis 2005 an der Universitätskinderklinik 143 Kinder im Alter von 24 bis 30 Schwangerschaftswochen behandelt. Auf 72 dieser Kinder trafen die Einschlusskriterien der Studie zu: Geburtsalter von 25 bis 30 Schwangerschaftswochen, ein Geburtsgewicht von größer 600g, keine Fehlbildungen, sowie geboren in der Universitätsklinik Frankfurt am Main und gesund nach Hause entlassen, keine mütterlichen oder kindlichen Kontraindikationen zum Stillen, mütterliche Bereitschaft zum Stillen. Bei diesen Kindern wurden nun anhand der Krankenakten verschiedene Charakteristika notiert und analysiert. Sie wurden zum einen bezüglich der Muttermilchernährung, sowie zum anderen aufgrund der Entwicklung des Trinkverhaltens in Gruppen eingeteilt. Anschliessend wurden die Gruppen miteinander verglichen und die signifikanten Unterschiede herausgearbeitet. Zunächst wurde ein Vergleich zwischen den Mutter-Kind-Paaren mit einer erfolgreichen und denjenigen mit einer nicht-erfolgreichen Muttermilchernährung durchgeführt. Wir definierten die erfolgreiche oder nicht erfolgreiche Muttermilch-Ernährung über den Anteil der Muttermilch an der Ernährung am Entlassungstag. Bei den erfolgreichen Mutter-Kind-Paaren war dieser Anteil größer gleich 80% der Nahrung, bei den nicht erfolgreichen kleiner gleich 20%. Von den 72 auswertbaren Kindern konnten 43% (n=31) der erfolgreichen und 39% (n=28) der nicht-erfolgreichen Gruppe zugeordnet werden. 18% (n=13) der Kinder waren nicht-klassifizierbar, da ihr Muttermilchanteil am Entlassungstag zwischen 20% und 80% lag. Es zeigten sich insbesondere signifikante Unterschiede bei den mütterlichen Charakteristika. Die erfolgreichen Mütter waren älter, kamen an mehr Tagen zu Besuch und führten mehr Känguruhpflege durch. Bei der Herkunft der Mütter zeigte sich, dass in der Gruppe der erfolgreichen Mutter-Kind-Paare weniger Mütter mit einem anderen ethnischen Hintergrund waren, als in der nicht-erfolgreichen Gruppe. Bezüglich der kindlichen Charakteristika konnte festgestellt werden, dass in der erfolgreichen Gruppe weniger Kinder an einer nekrotisierenden Enterokolitis erkrankten, als in der nichterfolgreichen Gruppe. Die beiden Gruppen unterschieden sich nicht in den kindlichen Charakteristika Gestationsalter, Geburtsgewicht und der initialen Erkrankungsschwere. Bei der Entwicklung des Trinkverhaltens wurde die Gruppe der 72 Kinder bezogen auf den Zeitpunkt „gesamte Nahrungsmenge getrunken“ unterteilt. Es wurden zwei Gruppen gebildet: die erste beinhaltete die Kinder, die die gesamte Nahrungsmenge zu einem frühen Zeitpunkt getrunken haben, mit einem Alter von weniger als 36 Wochen, dies waren 22 Kinder (31%). Die zweite Gruppe enthielt die Kinder die diesen Zeitpunkt später erreichten, in einem Alter größer 36 Wochen, diese Gruppe bestand aus 34 Kindern (47%). Die übrigen 16 Kinder (22%) erreichten diesen Zeitpunkt mit einem Alter von genau 36 Wochen. Hier wurden ebenfalls die kindlichen und mütterlichen Charakteristika beider Gruppen miteinander verglichen und die signifikanten Unterschiede herausgearbeitet. Es zeigte sich, dass die Erkrankungsschwere in der späten Gruppe deutlich höher war, als in der frühen Gruppe. So verbrachten die Kinder die früh die gesamte Nahrungsmenge getrunken haben, deutlich weniger Tage auf der Intensivstation, wurden an weniger Tagen beatmet und hatten einen niedrigeren CRIB-Score. Zudem erkrankte in der frühen Gruppe kein Kind an einer Bronchopulmonalen Dysplasie, während dies in der späten Gruppe neun der Kinder betraf. Weitere Auffälligkeiten zeigten sich bei den mütterlichen Merkmalen, die Mütter in der frühen Gruppe führten an deutlich weniger Tagen die Känguruhpflege durch und wurden seltener per Kaiserschnitt entbunden als die Mütter der späten Gruppe. Bezüglich der Charakteristika Gestationsalter, Geschlechtsverteilung, Alter der Mutter, Herkunft der Mutter, Erstschwangerschaft, Besuchstage, sowie erfolgreiche Muttermilchernährung zeigte sich kein signifikanter Unterschied. In dieser Studie zeigt sich also, dass sowohl die jüngeren als auch ausländischen Mütter mehr Unterstützung bei der Durchführung einer erfolgreichen Muttermilchernährung benötigen. Zudem wurde deutlich, dass es bei kranken Kindern schwieriger ist, diese aufrechtzuerhalten als bei gesunden Kindern. Hier bedarf es ebenfalls einer besonderen Unterstützung der Mütter durch das Fachpersonal auf der Station. Die Känguruhpflege hat einen positiven Einfluss auf die Muttermilchernährung und die Wichtigkeit dieser Pflege sollte den Eltern nochmals verdeutlicht werden. Zudem sollten Eltern, die diese Methode bisher weniger durchgeführt haben, davon überzeugt und bei der Durchführung verstärkt unterstützt werden. Es ist außerdem wichtig den Müttern eine Möglichkeit zu geben ihre Sorgen und Ängste insbesondere bezüglich des Stillens und der Känguruhpflege zu äußern, so dass diesen, wenn möglich, entgegengewirkt werden kann. Ein Ansatzpunkt wäre beispielsweise mehr Privatssphäre, gerade für die Mütter, die aus Scham oder kulturell-religiösem Hintergrund in der Öffentlichkeit der Station die Känguruhpflege oder das Stillen nicht durchführen. Dabei sollte jedoch nie die Sicherheit der kleinen Patienten vernachlässigt werden. Bei der Entwicklung des Trinkverhaltens spielen vor allem kindlichen Faktoren eine Rolle welche durch das Personal kaum zu beeinflussen sind. Daher besteht eine der wenigen Möglichkeiten darin, Mütter mit besonders kranken Kindern, verstärkt bei den Trinkversuchen ihres Kindes anzuleiten, um den Übergang von der Sondenernährung zum Trinken eventuell zu erleichtern. Hier könnte den Müttern gezeigt werden, wie sie während des Känguruhens durch Stimulationen ihres Kindes die Koordination von Atmen, Saugen und Schlucken fördern und damit das Trinkverhalten verbessern. Zudem werden Mütter, deren Kinder später trinken, häufig per Kaiserschnitt entbunden. Auch hier gilt es, Überlegungen anzustellen, wie ein möglichst früher Kontakt hergestellt werden kann. Die Muttermilchernährung trägt zu einer gesunden Entwicklung der Kinder bei und sollte das angestrebte Ziel sein. Deswegen sollte immer versucht werden sie im Rahmen der Möglichkeiten zu fördern.

Signaling by the matrix-proteoglycan decorin : effects on inflammation and apoptosis in cancer and diabetes (2011)

Rosetta Merline

Decorin, a small leucine rich proteoglycan (SLRP) of the extracellular matrix (ECM) is a biologically active molecule with signaling capabilities modulating diverse cellular functions 1. In this report, we explore the role of the matrix proteoglycan decorin in the regulation of inflammation and apoptosis and the resultant biological significance in cancer and diabetic nephropathy. The mechanisms linking immunity and inflammation with tumor development are not well defined. Here we report a novel finding that the soluble form of decorin could autonomously trigger the synthesis of TNFα and IL-12 in macrophages through TLR2 and TLR4 in a p44/42- and p38-dependent manner. In the presence of LPS, decorin enhanced the effects of LPS by signaling additionally via TLR2. Further, decorin could enhance PDCD4 protein expression with subsequent inhibition of LPS-mediated IL-10 protein synthesis by two mechanisms: i) by TLR2/TLR4-dependent stimulation of PDCD4 synthesis and ii) by inhibition of the TGFβ1-induced increase of miR-21, a posttranscriptional suppressor of PDCD4 protein synthesis. Enhanced PDCD4, a translational inhibitor of IL-10, downregulated this anti-inflammatory cytokine, thereby further driving the cytokine profile towards a proinflammatory phenotype. Importantly, these mechanisms appear to operate in a broad biological context linking pathogen-mediated with sterile inflammation as shown here for sepsis and growth retardation of established tumor xenografts. In sepsis, decorin is an early response gene evoked by inflammation and is markedly elevated in plasma of septic human patients and in plasma and tissues of septic mice. Our findings suggested that in vivo decorin alone mimics the effects of LPS by enhancing the plasma and tissue levels of pro-inflammatory TNFα, IL-12 and PDCD4 but when administered together with LPS, it potentiated the proinflammatory response of this PAMP by inhibiting active TGFβ1, miR-21 and hence the LPS mediated IL-10 production. In vivo, overexpression of decorin in tumor xenografts resulted in decorin/TLR2/4-driven synthesis of PDCD4, TNFα, IL-12 and decorin/TGFβ1/miR-21-mediated inhibition of PDCD4 suppression shifting the immune response to a pro-apoptotic and proinflammatory axis with strong anti-tumorigenic effects resulting in increased apoptosis and growth retardation of solid tumor. Thus, decorin signaling boosts inflammatory activity in sepsis and tumor. In contrast to the proinflammatory and proapoptotic role of decorin in tumor, decorin deficiency in diabetic kidneys led to enhanced apoptosis and increased mononuclear cell infiltration indicating that decorin might give rise to distinct biological outcomes depending on the cell type and biological context. Accordingly, in this study, we used a model of streptozotocin-induced diabetes type 1 in wild-type (Dcn+/+) and decorin-deficient- (Dcn-/-) mice to further elucidate the role of decorin in diabetic nephropathy. In this model, decorin was overexpressed in the mesangial matrix of the glomerulus and in the tubulointerstitium both at the mRNA and protein level in early stages of diabetic nephropathy which declined as the disease further progressed supporting the concept that decorin might act as a part of a natural response to hyperglycemia and to damage caused there from. These observations correlate with the data obtained in renal biopsies from patients at various stages of diabetic nephropathy 15, suggesting clinical relevance of our findings for the human disease. In the diabetic kidney, decorin deficiency was associated with: i) glomerular and tubular overexpression of p27Kip1 and enhanced proteinuria, ii) enhanced expression of TGFβ1 and CTGF resulting in increased accumulation of ECM, iii) overexpression of biglycan and elevated infiltration of mononuclear cells, iv) enhanced apoptosis of tubular epithelial cells despite overexpression of tubular IGF-IR. We further discovered that decorin binds to the IGF-IR in tubular epithelial cells and conveys protection against high glucose-mediated apoptosis providing evidence for a protective role of decorin during diabetic nephropathy development. Thus, future therapeutic approaches that would either enhance the endogenous production of decorin or deliver exogenous decorin to the diseased solid tumors and/or diabetic kidney might improve the prognosis of these chronic diseases.

Spatial and temporal fluctuations in bird communities along a forest-farmland gradient in western Kenya (2012)

Ronald K. Mulwa

The impacts of human activities, notably the conversion of tropical forests into farmland habitat, has profound impacts on biological diversity and ecosystem functions (Millennium Ecosystem Assessment 2005). It is widely debated to what extent human modified landscapes can maintain tropical biodiversity and their ecosystem functionality (e.g. Waltert et al. 2004, Sekercioglu et al. 2007). In this thesis, I have used a huge and temporarily replicated dataset to assess the value of different habitat types differing in land-use intensities for bird communities in tropical East Africa. I investigated bird abundance and species richness along a forest-farmland habitat gradient and assessed spatial and temporal fluctuations of bird assemblages and their food resources. I could show that forest and farmland habitats harbor distinct bird communities. Moreover, the protection of natural forests merits the highest priority for conserving the high diversity of forest-dependent bird species. My study, however, also shows that farmland habitats in the proximity of natural forest can support a high bird diversity. High bird diversity in tropical farmlands depends on a high structural complexity, such as in small-scale subsistence farmlands. From my findings, I conclude that the conversion of forest to farmland leads to substantial losses in bird diversity, in particular in specialized feeding guilds such as insectivores, while the conversion of structurally heterogeneous subsistence farmlands to sugarcane plantation causes erosion of bird diversity in agricultural ecosystems. Both findings are important for conservation planning in times when tropical forests and agroecosystems are under constantly high pressure due to increasing human population numbers and global demands for biofuel crops (Gibbs et al. 2008). From an ecosystem function perspective, my study demonstrates the potential of agroecosystems in supporting important ecosystem functions, such as seed dispersal by frugivorous birds and pest control by insectivorous birds. I could show that bird abundances in both frugivorous and insectivorous guilds were strongly predicted by their respective food resources, implying that seasonal shifts in fruit and invertebrate abundance at Kakamega forest and surrounding farmlands affect community dynamics and appear to influence local movement patterns of birds. The most interesting finding of this study was that feeding guilds responded idiosyncratically to resource fluctuations. Frugivore richness fluctuated asynchronously in forest and farmland habitats, suggesting foraging movements and fruit tracking across habitat borders. In contrast, I found that insectivores fluctuated synchronously in the two habitat types, suggesting a lack of inter-habitat movements. I therefore predict that insectivorous bird communities in this forest-farmland landscape may be more susceptible to the combined effects of land-use and climate change, due to their narrow habitat niche and limited capacity to track their resources. The fact that a number of bird species regularly moved across the landscape mosaic in my study system implies that birds are able to provide long-distance seed dispersal across habitat borders. Thus, birds may enhance forest regeneration in human-modified landscapes, such as those in most parts of tropical Africa, given that forest remnants are protected within an agricultural habitat matrix. In order to effectively conserve tropical biodiversity within forest-farmland mosaics, this study advocates for conservation strategies that go beyond forest protection and explicitly integrate farmlands into forest management plans and policies. This should emphasize the retention of keystone habitat elements within tropical farmland landscapes, such as indigenous trees, forest galleries and hedgerows, whose presence enhance species diversity. Such grassroot-level approaches can be operationalized for instance through providing incentives to farmers to maintain their traditional subsistence land-use practices and through community-based livelihood projects aiming at enhancing local habitat heterogeneity and inter-habitat connectivity.

Allergische Rhinitis: Analyse der Forschungstätigkeit (Bibliometrische Untersuchung) (2012)

Iris Wende

Die allergische Rhinitis hat sich in den letzten Jahrzehnten durch Anstieg der Prävalenz und Zunahme von Symptomhäufigkeit und -schwere zu einem global bedeutsamen und kostenintensiven Gesundheitsproblem entwickelt. Mit Hilfe der derzeit geltenden Behandlungsoptionen kann eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität erzielt werden, eine langfristige Heilung ist bislang eher selten und eine Prophylaxe von Neuerkrankungen kaum möglich. Aufgrund des hohen Forschungsaufkommens zur AR existieren weltweit eine Vielzahl an Publikationen, welche z. B. Untersuchungen zur Entschlüsselung der Pathomechanismen dieser multifaktoriellen Erkrankung, Studien für effektive pharmakologische Therapien und Forschungen auf dem Gebiet der Immunmodulation beinhalten. In dieser Arbeit wurde eine quantitative Analyse dieser wissenschaftlichen Arbeiten unter Zuhilfenahme von szientometrische Verfahren durchgeführt, wobei auf die Daten der Datenbank des "ISI Web of Science" zurückgegriffen wurde. Nach Festlegung eines komplexen Suchbegriffes, der alle relevanten Arbeiten zum Thema der AR einschließt, wurden die 11.951 im ISI WoS veröffentlichten Publikationen (Zeitraum von 1900-2007) im Rahmen von unterschiedlichsten Fragestellungen untersucht und die Ergebnisse kritisch begutachtet. Für die Darstellung der Fakten mit der höchsten Relevanz wurden verschiedene Diagrammarten zur grafischen Präsentation gewählt. Globale Sachverhalte wurden überwiegend anhand von Diffusionskartenanamorphoten veranschaulicht. Seit Beginn der 90er-Jahre ist ein sprunghafter Anstieg von wissenschaftlichen Veröffentlichungen zum Thema der AR zu konstatieren. Die höchste Zahl an Veröffentlichungen konnte für das letzte Jahr der Analyse mit 923 Artikeln festgestellt werden. Anhand der seit 1991 stark zunehmenden Anzahl an Veröffentlichungen und den bereits seit Mitte der 80er-Jahre anhaltend hohen Zitationszahlen kann spätestens mit Beginn der 90er-Jahre ein großes wissenschaftliches Interesse an der AR insbesondere in den Industrienationen abgelesen werden, welches scheinbar bis zum letzten Analysejahr fortbestand. Fast 50% aller veröffentlichten Artikel stammen aus nur 4 Industrienationen. Dazu zählen die USA, das UK, Deutschland und Japan, wovon allein die USA fast ein Viertel der gesamten Publikationen auf sich vereint. Mehr als 90% der analysierten wissenschaftlichen Artikel aus über 110 Herkunftsländern wurden in englischer Sprache veröffentlicht. Etwas über 4% aller Artikel wurden in deutscher und ca. 2% in französischer Sprache publiziert. Bei den Zeitschriftenanalysen hatten vor allem auf Allergie und Immunologie spezialisierte Zeitschriften die größte Anzahl an Veröffentlichungen zu verzeichnen, wobei die Journale "Journal of Allergy and Clinical Immunology" und "Allergy" die meisten Artikel (jeweils über 1.000 Publikationen) veröffentlicht haben. Die Fachzeitschrift "Journal of Allergy and Clinical Immunology" wurde mit Abstand am häufigsten zitiert (35.572 Zitate). Die höchsten Zitationsraten wurden für die weltweit bekannten und renommierten Fachjournale "The New England Journal of Medicine" und "The Lancet" ermittelt. Nach Ländern gewichtet, wurden vor allem Publikationen aus den USA, dem UK und Deutschland äußerst häufig zitiert. Auch die ermittelten H-Indices dieser 3 Länder waren die höchsten, was bei den Untersuchungen jedoch in direktem Zusammenhang mit der großen Zahl an von diesen Ländern hervorgebrachten wissenschaftlichen Artikel gesehen werden muss. Bei Betrachtung der Zitationsraten liegen beispielsweise andere Länder, wie z. B. Neuseeland, Indien, Norwegen und Finnland, an der Spitze, obwohl dort deutlich weniger Artikel veröffentlicht wurden. Im Rahmen der Analysen dieser Arbeit konnte aufgezeigt werden, dass die Zahl der Kooperationen zwischen Autoren und Ländern in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Als Gründe können z. B. die verbesserten internationalen Beziehungen, die Globalisierung, sowie die sich ständig weiterentwickelnden technischen Kommunikationsmöglichkeiten hervorgehoben werden. Sehr intensive wissenschaftliche Beziehungen konnten zwischen den USA und dem UK, sowie den USA und Kanada, aber auch innerhalb Europas, z. B. zwischen dem UK und Schweden, festgestellt werden. Die Analysen dieser Arbeit geben für die Datenbank "ISI WoS" in dem untersuchten Zeitraum ein v. a. in den Industrienationen bestehendes, aber tendenziell weltweit zunehmendes Forschungsinteresse zum Thema der AR wieder, wobei v. a. in den letzten Jahren ein Anstieg von nationalen und internationalen Kooperationsbeziehungen zu beobachten war. In den nächsten Jahrzehnten wird sich zeigen inwieweit sich das Publikationsverhalten entwickeln wird und ob beständige Forschung auf diesem Gebiet zu einer deutlichen Reduktion der hohen Prävalenz beitragen kann. Für die Betroffenen bleibt zu hoffen, dass in Zukunft weitere wichtige Erkenntnisse über diese Erkrankung gewonnen und daraus optimierte Behandlungsmöglichkeiten resultieren werden.

Functional characterization of the Jumonji C domain-containing protein 6 (Jmjd6) in the vascular system (2011)

Jes-Niels Boeckel

Conclusion: Proteins containing a Jumonji C (JmjC) domain appear in almost all living organisms and catalyze a variety of oxidation reactions. Therefore, they are important regulators in many biological processes such as proliferation and differentiation. They act either as protein hydroxylases, histone demethylases or by regulate mRNA splicing. Given the fact that some of the JmjC domain-containing proteins are shown to be upregulated in response to hypoxia as well as the dependency of JmjC domain catalytic activity on oxygen led to the assumption of an involvement in angiogenesis. For Jmjd6, a member of the JmjC domain-containing protein family, a regulatory involvement in mRNA splicing has been shown. The Jmjd6-/- mouse dies perinatally due to several severe organ malformations, especially in the heart. Despite the pale appearance, the growth retardation and the cardiac defects, it is unclear whether these mice exhibit defects of cells comprising the vasculature. Therefore, the involvement of Jmjd6 in angiogenesis was examined in vitro using angiogenesis assays as well as in vivo using the Jmjd6+/- mouse. An siRNA-mediated knockdown of Jmjd6 in ECs significantly impaired the formation of capillary-like networks in the tube formation assay as well as sprouting in the spheroid assay. Moreover, after siRNA-mediated knockdown of Jmjd6 in ECs cell migration was significantly reduced. These findings were confirmed in the matrigel plug assay in vivo. Implanted matrigel plugs of Jmjd6+/- mice exhibited significantly less perfused vessels compared to wildtype littermates. Furthermore, cultured lung ECs from Jmjd6+/- mice exhibited impaired network forming activity ex vivo compared to cells isolated from wildtype littermates. To elucidate the mechanisms underlying the requirement of Jmjd6 in angiogenesis, an Affymetrix exon-array was performed, which allows detection of changes in gene expression as well as splicing. The siRNA-mediated knockdown of Jmjd6 altered the expression of genes known to play a role in vascular biology. The bioinformatic assessment of alternative splice variants revealed that Jmjd6 silencing affects the splicing of the VEGF receptor 1 (Flt1). Differential splicing of Flt1 was shown to generate a short and soluble form of Flt1 (sFlt1), which sequestrates VEGF and PlGF, and thereby inhibits angiogenesis. In particular, a significant increase in sFlt1 expression was observed. Jmjd6 was recently reported to hydroxylate the splicing factor U2AF65. Therefore, we investigated whether U2AF65 might mediate Flt1 splicing and binds to Flt1 mRNA. Indeed, U2AF65 co-immunoprecipitated with Jmjd6 in ECs, while an interaction of U2AF65 with sFlt1 was demonstrated. Moreover, inhibition of Jmjd6 catalytic function by reduced oxygen concentration altered splicing of Flt1 resulted in an increase of the sFlt1 splice variant. Finally, saturating concentrations of VEGF or PlGF or neutralizing antibodies against sFlt1 significantly reduced the inhibition of sprouting caused by Jmjd6 knockdown in vitro. Collectively, our results indicate that Jmjd6 has an essential role in the oxygen-dependent regulation of angiogenesis by controlling the splicing of Flt1 mRNA, thereby adjusting the generation of the anti-angiogenic short splice variant sFlt1. Several publications demonstrated a major importance for sFlt1 as a biomarker for many severe human diseases such as preeclampsia, sepsis, cancer, myocardial infarction as well as chronic heart failure. Therefore, the identification of the molecular mechanism behind the generation of sFlt1 might enable the development of new or more precise clinical markers for the diagnosis of the corresponding diseases. Furthermore, the discovery of the enzymes involved in the generation of sFlt1 provides further possibilities to modulate sFlt1 levels and thereby may potentially gives rise to the development of new therapies.

Thermal expansion studies on low-dimensional frustrated quantum magnets: the case of Kappa-(BEDT-TTF) 2 Cu 2 (CN) 3 and azurite (2012)

Rudra Sekhar Manna

Thermal expansion measurements provide a sensitive tool for exploring a material's thermodynamic properties in condensed matter physics as they provide useful information on the electronic, magnetic and lattice properties of a material. In this thesis, thermal expansion measurements have been carried out both at ambient-pressure and under hydrostatic pressure conditions. From the materials point of view, the spin-liquid candidate Kappa-(BEDT-TTF) 2 Cu 2(CN)3 has been studied extensively as a function of temperature and magnetic field. Azurite, Cu 3 (CO 3) 2 (OH) 2 - a realization of a one-dimensional distorted Heisenberg chain is also studied both at ambient and hydrostatic pressure to demonstrate the proper functioning of the newly built setup "thermal expansion under pressure". ...

Verhalten mesenchymaler Stammzellen und endothelialer Progenitorzellen auf unterschiedlichen Knochenersatzstoffen (2010)

Judith Schultheiß

Größere Knochendefekte, Pseudarthrosen oder verzögerte Frakturheilungen erfordern die Transplantation von autologer Spongiosa mit dem Nachteil schmerzhafter Entnahmedefekte. Die biologische Wertigkeit alternativer und osteokonduktiv wirkender Knochenersatzmaterialien sollte in der vorgelegten Arbeit in vitro beurteilt werden. Hierbei sollten Adhäsion und Funktion mesenchymaler Stammzellen (MSC) und endothelialer Progenitorzellen (EPC) alleine und in Co-Kultur untersucht werden. Während die MSCs auf Scaffolds die Knochenneubildung fördern können, wird angenommen, dass die zusätzliche Verwendung von EPCs die Gefäßeinsprossung zusätzlich fördert. Zur Anwendung kamen Tutoplast® als humaner Knochenersatz, Cerabone® als boviner Knochenersatz, drei verschiedene Tricalciumphophate (ß-TCP: Chronos® und Vitoss®; -TCP BioBase®) und ein mit Silikon-beschichtetes Hydroxylapatit (Actifuse®). Hierzu wurde die Zahl der adhärenten Zellen auf den verschiedenen Matrices fluoreszenzmikroskopisch ermittelt. Außerdem wurde die metabolische Aktivität der Zellen auf den Knochenersatzstoffen mit dem MTT-Test untersucht sowie mittels RT-PCR nachgewiesen, ob sich die Zellen weiter differenzieren und ihre Fähigkeit beibehalten. Darüberhinaus wurden die einzelnen Knochenersatzstoffe in der Zusammenschau mit den adhärenten Zellen elektronenmikroskopisch bewertet. Grundsätzlich konnten erhebliche Unterschiede sowohl zwischen den einzelnen Knochenersatzstoffen als auch zwischen den untersuchten Zellpopulationen festgestellt werden. Bei alleiniger Besiedlung mit MSCs ist festgestellt worden, dass Tutoplast® die höchsten Adhäsionsraten, gekoppelt mit einer guten Stoffwechselaktivität im MTT-Test und bei der Expression der osteogenen Proteine cbfa-1 und Osteocalcin aufweist. Diese Ergebnisse wurden durch die REM bestätigt, die eine fibrillenähnliche Struktur von Tutoplast® zeigt und somit eine fast flächige Adhäsion ermöglicht. Chronos® zeigt als einziges Knochenersatzmaterial ebenfalls eine gute Adhäsion, Funktion und Morphologie, während die anderen Tricalciumphophate, Actifuse® und Cerabone® deutlich abfielen. Interessanterweise findet sich bei der reinen EPC-Gruppe ein ganz anderes Ergebnis. Hier zeigt Actifuse® eine sehr gute Zelladhäsion, gefolgt von Biobase®. Dies bestätigt sich auch im MTT-Test und bei der mRNA-Expression endothelialer Proteine, wie dem von Willebrandt Faktor und VEGF. Die Ergebnisse der Co-Kultur zeigen hingegen wiederum Tutoplast® und Chronos® mit guten Ergebnissen, interessanterweise aber auch Actifuse® und Biobase® mit deutlicher Überlegenheit gegenüber den allseits schlecht abschneidenden Produkten Cerabone® und Vitoss®. Während Tutoplast® und Chronos® in der Co-Kultur höhere Anteile an MSCs aufwiesen, konnte bei Actifuse® und Biobase® ein relativ hoher Anteil an EPCs festgestellt werden. Alleine bei Chronos® konnte ein synergistischer Effekt der Co-Kultur in Bezug auf die adhärenten Zellzahl festgestellt werden, die gegenüber der Einzelkultur über die Zeit stabil blieb. In der Summe sind die Zelladhäsionen, -funktionen und Genexpressionen bei den vier wirksamen Knochenersatzmaterialien in dieser Gruppe statistisch nicht unterschiedlich. Die Ergebnisse zeigen, dass bei der Verwendung von osteokonduktiven Knochenersatzmaterialien deren spezifische Auswirkungen auf die Zelladhäsion und Funktion berücksichtigt werden muss. Sowohl die Funktion der EPCs im Hinblick auf eine vaskulären Anschluss des neugebildeten Knochens wie auch der MSCs im Hinblick auf eine osteogene Differenzierung sollten optimal sein. Die in dieser Studie festgestellten Effekte konnten bereits in einer in vivo Studie an einem critical size Femurdefektmodell bestätigt werden, indem die kombinierte Anwendung von EPCs und MSCs auf Chronos® die beste Frakturheilung zeigte. Abschließend kann festgehalten werden, dass man bei der Verwendung des richtigen Scaffolds mit den geeigneten Zellen einen adäquaten Knochenersatz induzieren kann, der mittelfristig zu einer Vermeidung der schmerzhaften Entnahme von Spongiosa aus dem Beckenknochen führen kann.

Zweite allogene Stammzelltransplantation in der Rezidivbehandlung bei Kindern und Jugendlichen mit malignen Erkrankungen des hämatopoetischen Systems : eine Analyse der Daten des Pädiatrischen Registers für Stammzelltransplantation / vorgelegt von Jan Christoph Sörensen (2010)

Jan Sörensen

1. Analysiert werden die Daten aus dem Pädiatrischen Register für Stammzelltransplantation der Patienten, die nach einer ersten Stammzelltransplantation ein Folgerezidiv erlitten und mit einer zweiten Transplantation behandelt wurden. 2. In dem erfassten Zeitraum von 1988 bis 2007 sind im PRST 158 Patienten als Zweit-SZT nach Folgerezidiv erfasst. Letztlich konnten 106 Patienten in die Analyse aufgenommen werden. 3. Von den 106 pädiatrischen Patienten, die mit einer zweiten Transplantation wegen eines Rückfalls nach erster Transplantation bei ALL, AML und MDS behandelt wurden, haben 33 Patienten (ca. 30 %) ein ereignisfreies Langzeitüberleben erreicht. Aufgrund der vielen frühen Ereignisse fällt die Kaplan-MeierÜberlebenskurve auf errechnete 12 %. Die Nachbeobachtungszeit beträgt dabei im Mittel 27,5 Monate. Ein erneutes Rezidiv führt in der Regel zum Versterben des Patienten an einer Progression der Grunderkrankung. Lediglich 1 Patient mit ALL dieser Gruppe lebt in CR nach 3. Stammzelltransplantation. Dies entspricht einem Overall Survival von 32 %. Diese Daten sind vergleichbar mit den in der Literatur mitgeteilten. 4. Eine Analyse der in Frankfurt betreuten Patienten zeigt, dass nur 20% der Patienten mit Rezidiv nach 1.SZT zu einer 2.SZT gelangen. Auch dies entspricht den in der Literatur berichteten Ergebnissen. 5. Mädchen haben eine bessere Prognose als Jungen, insbesondere Mädchen jünger als 10 Jahre zum Zeitpunkt der Zweiten Transplantation zeigen ein ereignisfreies Überleben von 42 %. 6. Die Toxizitätsanalysen zeigen, dass die Hälfte der Ereignisse durch Transplantations-abhängige Mortalität bedingt ist. Die Verwendung eines Konditionierungsregimes mit reduzierter Intensität und erhofft reduzierter Toxizität verringert interessanterweise nicht die TRM-Rate, wohl aber die Rückfall-Rate. 7. Ein Mindestabstand von 200 Tagen zwischen den beiden Transplantationszeitpunkten führt zu einem signifikant besseren Ergebnis beim ereignisfreien Überleben, dabei kann nicht mit ausreichender Signifikanz gesagt werden, dass die Remissionsdauer nach 1. SZT in unserem Kollektiv von Bedeutung ist für das Langzeitüberleben, auch wenn ein Trend erkennbar ist. Remissionsdauern von mehr als 9 Monaten nach 1.SZT haben keinen zusätzlichen positiven Einfluß auf das Langzeitüberleben. 8. Patienten mit akuter Leukämie müssen vor einer zweiten Transplantation in einer morphologischen Remission sein, um eine realistische Chance auf Heilung zu haben. 9. Patienten, die nach 2003 einer Zweittransplantation unterzogen wurden, schneiden nicht signifikant besser ab, als die vor dem Jahr 2003 transplantierten. Dafür gibt es sicher eine Reihe von Gründen, die analysiertern Gruppen unterliegen aber einem BIAS. Unter anderem ist die Verteilung der Erkrankungen nicht gleich. Aber auch die unterschiedlich langen Remissionszeiträume deuten an, dass vor 2003 eine etwas andere Patientengruppe zweittransplantiert wurde als nach 2003. Die unterschiedlichen Mediane der Zeitintervalle zwischen den beiden Transplantationen mit einem deutlich längeren Zeitintervall in der Gruppe der nach 2003 transplantierten zeigen weiterhin an, dass insgesamt ein anderes therapeutisches Verhalten nach dem Rückfall nach erster Transplantation eingenommen wird und eine längere Intervallbehandlung in das Therapiekonzept eingeschlossen wird. 10. Die Patienten profitieren von akuter GvH bezüglich des ereignisfreien Überlebens. Höhergradige akute GvH führt aber entweder zu TRM oder mündet in ausgedehnter chronischer GvH. Auch chronische GvH bietet einen Schutz vor Rückfall. Aussagen über die Lebensqualität dieser Patienten können aus den gewonnenen Daten nicht gemacht werden. 11. Während ein Spenderwechsel bei 2. SZT offensichtlich nicht zu einem besseren Ergebnis beiträgt, zeigen Transplantationen von einem mismatch Spender und Transplantationen mit einem T-Zell-depletierten Graft ein gleichwertiges Ergebnis zu konventionellen Transplantationen. Die -allerdings sehr- kleine Gruppe der Patienten, die mit RIC konditioniert und von einem CD3/CD19 depletierten Grafteines haploidenten Familienspender transplantiert wurden, haben mit einem Overall Survival von 5/5 und einem EFS von 4/5 ein exzellentes Ergebnis. Ob dieses Behandlungskonzept zu einem besseren Outcome führen kann, muß in Zukunft aber noch an größeren Fallzahlen gezeigt werden. 12. Die in Frankfurt betreuten, lebenden Patienten zeigen durchweg eine zufriedenstellende bis gute Lebensqualität. Eine Frankfurter Patientin ist an eine ausgedehnten chronischen GvH nach langem schwerem Verlauf mit sehr eingeschränkter Lebensqualität gestorben. 13. Zweitmalignome sind ausser dem detailliert beschriebenen Frankfurter Patienten keine weiteren bisher berichtet worden. Nach den PRST- Daten ist ein Folge-Rezidiv nach erster Stammzelltransplantation bei ALL, AML und MDS therapeutisch keine ausweglose Situation und ein erneuter kurativer Behandlungswunsch der Patienten und ihrer Familien sollte unterstützt werden. Um aussagefähige Daten zu erhalten, sind allerdings prospektiv durchgeführte Studien erforderlich, die neben der Frage der optimalen SZT-Modalitäten zusätzlich auch Aussagen zur Lebensqualität treffen können müssen.

Inhibierung der leukämischen Funktion des Fusionsproteins AML1/ETO durch Interferenz mit der Oligomerisierungsdomäne (2011)

Yvonne Becker

Das onkogene Fusionsprotein AML1/ETO entsteht durch die chromosomale Translokation t(8;21), die in etwa 12 % aller primären akuten myeloischen Leukämien (AML) auftritt. Die DNA-Bindedomäne des hämatopoetischen Transkriptionsfaktors AML1 wird hierbei mit fast dem gesamten ETO-Protein fusioniert, das als transkriptioneller Repressor wirkt. In den transformierten Zellen kommt es somit zur Blockierung der myeloischen Differenzierung und zur verstärkten Proliferation. Entscheidend für das leukämische Potential von AML1/ETO ist die Fähigkeit zur Oligomerisierung, die durch die Nervy-Homologie-Region-2 (NHR2)-Domäne im ETO-Anteil vermittelt wird. Durch lentivirale Transduktion konnte bereits gezeigt werden, dass Proteine, welche die NHR2-Domäne enthalten, die Oligomerisierung von AML1/ETO inhibieren und damit den leukämischen Phänotyp AML1/ETO-exprimierender myeloischer Zellen aufheben. In der vorliegenden Arbeit sollten nun alternative Wege zur Einbringung der therapeutischen Proteine in t(8;21)-positive AML-Zellen untersucht werden. Dafür wurde sowohl die Möglichkeit der Proteintransduktion als auch die Verwendung nicht-integrierender viraler Vektoren analysiert. Im ersten Projekt wurden durch Fusion mit der HIV-1 TAT-Domäne zellpermeable NHR2-Proteine generiert. Zunächst wurde ein Protokoll zur Expression und Reinigung der rekombinanten Proteine etabliert. Durch eine ausführliche biochemische Charakterisierung konnte gezeigt werden, dass die aus Bakterien aufgereinigten NHR2-Proteine funktionell und sehr rein waren. Sie wiesen den erwarteten hohen alpha-helikalen Anteil auf und behielten ihre Fähigkeit zur Bildung von Tetrameren in vitro bei. Die TAT-NHR2-Fusionsproteine sind in der Lage, in humane Zellen einzudringen und konnten erfolgreich in den Lysaten nachgewiesen werden. Mikroskopische Studien zeigten, dass der Großteil der internalisierten Proteine in Endosomen-ähnlichen Vesikeln lokalisiert war. Die Zugabe des Endosomeninhibitors Chloroquin oder eines endosomolytischen, zellpermeablen Peptides ermöglichte eine erhöhte intrazelluläre Stabilität der zellpenetrierenden Proteine. Co-Immunpräzipitations-Experimente konnten bestätigen, dass die aufgenommenen NHR2-Proteine spezifisch an das ETO-Protein in transfizierten, adhärenten Zellen binden können. Die Proteintransduktion in die myeloische, AML1/ETO-wachstumsabhängige Zelllinie Kasumi-1 ist unter serumfreien Bedingungen ebenfalls möglich. Die konsekutive Behandlung der AML-Zellen mit den TAT-NHR2- Fusionsproteinen führte zu einer Reduktion der Expression des Stammzellmarkers c-kit (CD117) in 26 % der behandelten Zellen. Die Anwendung zellpermeabler NHR2-Proteine ist demnach prinzipiell möglich, bedarf aber weiterer Optimierung, um die notwendige hohe Bioverfügbarkeit zu erreichen. In einem zweiten Projekt wurden Adeno-assoziierte virale (AAV) Vektoren verwendet, um die NHR2-Proteine in den hämatopoetischen Zellen zu exprimieren. Mit Hilfe mehrerer Methoden konnte gezeigt werden, dass sich mit den generierten Vektoren, die auf dem AAV- Serotyp 2 basierten, erfolgreich eine transiente Genexpression induzieren ließ. Der CMV- Promoter vermittelte jedoch nur eine schwache Expression in den hämatopoetischen Zellen. Unter Verwendung des stärkeren SFFV-Promoters konnte die Expressionsstärke deutlich gesteigert werden. Die von den optimierten AAV-Vektoren vermittelte Expression der NHR2- Proteine führte in den beiden AML1/ETO-positiven Zelllinien Kasumi-1 und SKNO-1 zu den erwarteten, spezifischen Effekten. So wurde das Wachstum verlangsamt und gleichzeitig die Apoptoserate erhöht. AML1/ETO-unabhängige Zellen wurden dagegen von den AAV-NHR2- Vektoren nicht beeinflusst. Obwohl die Proteinexpression in SKNO-1 Zellen stärker war, zeigten die Kasumi-1 Zellen deutlichere Effekte. Die NHR2-Proteine bewirkten in den transduzierten t(8;21)-positiven Zellen außerdem eine Reduktion der Expression der Stammzellmarker CD34 bzw. c-kit. Dies deutet auf eine partielle Differenzierung der beiden AML1/ETO-abhängigen Zelllinien hin. Damit ließen sich durch AAV-vermittelte Transduktion in den AML-Zellen dieselbe Wirkung in Hinblick auf Wachstum, Differenzierbarkeit und Apoptoserate erzielen wie dies mit den lentiviralen Vektoren zuvor beschrieben wurde. In einem abschließenden Vergleich wurde aber deutlich, dass nicht-integrierende Vektorsysteme generell eine schwächere NHR2-Proteinexpression induzieren und demzufolge auch schwächere Effekte als integrierende Vektoren in den AML1/ETO-positiven Zellen auslösen.

Navigation in der Frakturversorgung am Beispiel der Marknagelosteosynthese des Femur (2010)

Christian Winter

In der vorliegenden Arbeit wird die Einbindung der Navigation in die operative Versorgung der Femurfrakur beschrieben und mit der konventionellen Methode verglichen. Die Marknagelung ist eine von Prof. Dr. G. B. G. Küntscher in den 40er Jahren des 20ten Jahrhunderts entwickelte Behandlung zur Bruchversorgung und Durchführung von Arthrodesen. Die Navigation ist eine Variante der computer-assistierten Chirurgie. Diese Technologien haben in den 90er Jahren des 20ten Jahrhunderts Einzug in die Operationssäle gehalten. Die Navigationssysteme erfahren eine fortwährende Entwicklung und Ausweitung des Einsatzgebietes. Sie konnten sich bis jetzt jedoch nicht, trotz der Möglichkeiten, gegenüber den bisherigen konventionellen Entwicklungen im Bereich der intramedullären Marknagelversorgung durchsetzen. Den Vorzügen der Navigation, der Reduktion der Strahlenbelastung und Erhöhung der Präzision, werden hohe Anschaffungskosten, eine lange Einarbeitungszeit, längere Vorbereitungs- und Operationszeiten und der personelle Mehraufwand gegenüber gestellt. Ein ausführlicher Vergleich der Navigation mit dem konventionellen Verfahren existiert in der Fachliteratur bis jetzt nur auf einzelne Arbeitsschritte bezogen, wie z.B. dem Vorgang der distalen Verriegelung. In unseren Untersuchungen wurden 22 Patienten mit der Navigation versorgt. Die konventionelle Methode wurde bei 12 Patienten verwendet. Alle entscheidenden Schritte der Femurmarknagelversorgung, die Nageleintrittsbestimmung, die Frakturreposition und die distale Verriegelung wurden in der Dauer und Strahlenbelastung erfasst, ebenso die Gesamtoperationszeit und Gesamtstrahlenbelastung einander gegenübergestellt und mit den vorhandenen Daten in der Fachliteratur verglichen. Die Verwendung der Navigation hat den Arbeitsschritt des Nageleintritts verlängert (23,3 min vs 14,8 min). Gegenüber der konventionellen Methode konnte eine Reduktion der Röntgenzeit um 22 % (0,39 min vs 0,5 min) bei diesem Vorgang beobachtet werden. Die navigierte Frakturreposition dauerte im Durchschnitt 25,1 min vs 16,8 min bei der konventionellen Methode. Die Strahlenbelastung konnte um 70 % auf 0,39 min vs 1,28 min gesenkt werden. Die Rate der geschlossenen Frakturrepositionen lag bei 86 % gegenüber 67 % bei dem konventionellen Vorgehen. Die distale Verriegelung mit zwei Bolzen konnte mit der Navigation in 28,9 min vs 13,9 min bei der konventionellen Methode durchgeführt werden. Die Röntgenzeit wurde mit Hilfe der Navigation um 50 % reduziert (0,39 min vs 0,78 min). Die Präzision bei der distalen Verriegelung konnte mit dem Verfahren der Navigation gegenüber der konventionellen Methode und dem strahlendurchlässigen Winkelgetriebe nur geringfügig gesteigert werden (93 % bei 44 Bolzen vs 91 % bei 23 Bolzen). Die Gesamtoperationszeit der navigierten Fälle war durchschnittlich 43,2 min länger als die konventionell behandelten Fälle (150,1 min vs 106,9 min). Die Gesamtstrahlenzeit konnte mit der Navigation gegenüber der konventionellen Methode um 37,5 % gesenkt werden (2,5 min vs 4 min). Die Vorteile der Navigation zeigten sich vorallem bei der Frakturreposition. Hier konnte die Strahlenbelastung deutlich gesenkt werden (70 %, 0,39 min vs 1,28 min). Die Rate der erfolgreichen geschlossenen Manöver wurde gegenüber der konventionellen Methode gesteigert (86 % vs 67 %). Bei der distalen Verriegelung haben wir eine Reduktion der Dauer einer Bohrung mit Navigation um 14 % gegenüber der konventionellen Methode mit dem strahlendurchlässigen Winkelgetriebe festgestellt (3,6 min vs 4,2 min, gemessen Haut-inzision und Bohrung bis Gegencorticalis). Die Gesamtstrahlenzeit für den Vorgang der distalen Verriegelung mit zwei Bolzen und sich anschließender Lagekontrolle zeigte sich mit der Navigation um 50 % redziert (0,39 min vs 0,78 min). Ein zeitlicher Mehraufwand wurde durch die Vorbereitung der Navigation bei allen Arbeitsschritten festgestellt.

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