Efeitos da Prostaglandina E1 na gênese de capilares sanguíneos em músculo esquelético isquêmico de ratos: estudo histológico e ultra-estrutural

Objetivo: o objetivo deste trabalho foi estudar os aspectos morfológicos e ultra-estruturais na gênese de capilares sanguíneos em músculo esquelético do membro caudal de ratos submetidos à isquemia sob a ação da Prostaglandina E1 (PGE1), administrada por via intramuscular ou endovenosa. Métodos: foram utilizados 60 ratos (Rattus norvegicus albinus), linhagem Wistar-UEM, distribuídos aleatoriamente em três grupos de 20, redistribuídos igualmente em dois subgrupos, observados no 7o e 14o dias, sendo um grupo controle onde apenas foi provocada a isquemia no membro, outro com a isquemia e a injeção da PGE1 via intramuscular (IM), e outro com a isquemia e a injeção da PGE1 endovenosa (EV). Para análise dos resultados, foram realizadas a coloração com hematoxilina & eosina (HE), a imuno-histoquímica e a microscopia eletrônica de transmissão (MET). Resultados: constatou-se um aumento estatisticamente significante no número de capilares nos subgrupos com o uso da PGE1 IM e EV, através da contagem nos cortes corados com HE. Houve marcação de capilares e vasos de maior calibre nestes mesmos subgrupos, porém, esta reação não foi eficiente para a quantificação dos capilares. Na MET encontraram-se evidências de formação de novos capilares. Conclusões: a PGE1, administrada por via IM ou EV, promoveu, após 14 dias de observação, um aumento no número de capilares no músculo esquelético de ratos submetido à isquemia, identificáveis histologicamente com a coloração em HE. Na análise ultra-estrutural encontraram-se alterações que sugerem, nos animais sob a ação da PGE1, que a neoformação vascular possa ter ocorrido por angiogênese e vasculogênese. A imuno-coloração, apesar da marcação de capilares e vasos maiores, não permitiu estabelecer uma correlação com o aumento de vasos encontrados na coloração com HE.

Synthese von modifizierten anorganischen Nanopartikeln für polymere Nanokomposite

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Hydrophobisierung anorganischer Nanopartikel für die Herstellung von Nanokompositen. Aufgrund der großen, reaktiven Oberfläche neigen Nanopartikel zur Aggregation, besonders in hydrophoben Medien. Literaturbekannte Verfahren der nachträglichen Modifizierung bereits existierender Partikeln führen nur teilweise zu gut redispergierbaren Partikeln in hydrophoben Medien. Da die Hülle erst nach der Partikelbildung erzeugt wird, läßt sich die Entstehung von Primäraggregaten nicht vermeiden. Die Neuheit der in dieser Arbeit angewandten Methode ist die Bildung der Partikelhülle vor der Entstehung der Partikel. Die Fällung der Nanopartikel innerhalb wäßriger Emulsionströpfchen schließt eine vorzeitige Aggregation der Partikel aus. Eine große Anzahl unterschiedlicher anorganischer Nanopartikel wurde hergestellt, deren Größe durch Variation der Syntheseparameter beeinflußt werden konnte. Ferner war es möglich, eine breite Variationsmöglichkeit der Art der Partikelhülle darzustellen, die sich als maßgeblich für die Kompatibilität zu einer Polymermatrix herausstellte. Die Kompatibilität zur Matrix ermöglichte eine einwandfreie Dispergierung von unterschiedlichen anorganischen Nanopartikeln im Kompositmaterial. Je nach Auswahl des anorganischen Materials können verschiedene Kompositeigenschaften, wie beispielsweise optische, elektrische, magnetische oder mechanische, beeinflußt werden. In dieser Arbeit wurde der Schwerpunkt auf eine erhöhte UV-Absorption gelegt, wobei sich auch eine verbesserte Schlagzähigkeit der Nanokomposite zeigte. Durch die hervorragende Dispergierung der Nanopartikel in der Matrix waren diese Nanokomposite hochtransparent.

Massenspektrometrische Untersuchungen und Nachweise von organischen Hydroperoxiden und höhermolekularen Verbindungen im biogenen sekundären organischen Aerosol

Atmosphärische Aerosole beeinflussen den Strahlungshaushalt und damit das Klima der Erde. Dies geschieht sowohl direkt (Streuung und Absorption), als auch indirekt (Wolkenkondensationskeime). Das sekundäre organische Aerosol (SOA) bildet einen wichtigen Bestandteil des atmosphärischen Aerosols. Seine Bildung erfolgt durch Reaktionen von Kohlenwasserstoffen mit atmosphärischen Oxidationsmitteln (z.B. Ozon, OH-Radikalen). Eine Klasse dieser Kohlenwasserstoffe sind die Terpene. Sie werden in großen Mengen durch die Vegetation emittiert und gelten als wichtige Vorläufersubstanzen des biogenen SOAs. In den Reaktionen von Monoterpenen und Sesquiterpenen mit atmosphärischen Reaktionspartnern wird eine große Vielfalt an multifunktionellen Reaktionsprodukten gebildet, von denen bis heute nur ein Bruchteil identifiziert werden konnte. In der vorliegenden Arbeit soll im Speziellen die Bildung von organischen Peroxiden und oligomeren Verbindungen im biogenen SOA untersucht und Nachweise einzelner Moleküle erbracht werden.rnFür eine Identifizierung von organischen Peroxiden aus der Oxidation einzelner Monoterpene und Sesquiterpene mit Ozon wurden die Reaktionsprodukte direkt in eine bei Atmosphärendruck arbeitende chemische Ionisationsquelle überführt und massenspektrometrisch untersucht (online-APCI-MS). Hierdurch konnten organische Hydroperoxide in der Partikelphase nachgewiesen werden, welche sich durch eine signifikante Abspaltung von H2O2 im Tandem-Massenspektrum (MS/MS) auszeichneten. Des Weiteren sollte die Bildung von höhermolekularen Verbindungen („Dimere“) im SOA des α-Pinens untersucht werden. Hierfür wurden zunächst die Reaktionsprodukte des Cyclohexens, das als einfache Modellverbindung des α-Pinens dient, mittels online-APCI-MS und offline durch Flüssigkeitschromatographie und Elektrospray-Ionenfallenmassenspektrometrie (HPLC/ESI-MS) untersucht. Verschiedene Produkte der Cyclohexen-Ozonolyse konnten hierbei als Esterverbindungen identifiziert werden, wobei eigens synthetisierte Referenzsubstanzen für die Identifizierung verwendet wurden. In einem weiteren Experiment, indem gleichzeitig Cyclohexen und α-Pinen mit Ozon umgesetzt wurden, konnten ebenfalls eine Bildung von höhermolekularen Estern nachgewiesen werden. Es handelte sich hierbei um „Mischester“, deren Struktur aus Reaktionsprodukten der beiden VOC-Vorläufermoleküle aufgebaut war. Durch diese neuen Erkenntnisse, über die Bildung von Estern im SOA des Cyclohexens, wurden die Dimer-Bildung einer reinen α-Pinen/Ozon-Reaktion online und offline massenspektrometrisch untersucht. Hier stellten sich als Hauptprodukte die Verbindungen mit m/z 357 und m/z 367 ([M-H]--Ionen) heraus, welche zudem erstmals auf einem Filter einer Realprobe aus Hyytiälä, Finnland nachgewiesen werden konnten. Aufgrund ihrer Fragmentierung in MS/MS-Untersuchungen sowie den exakten Summenformeln aus FT-MS Messungen konnte für die Struktur der höhermolekularen Verbindung mit m/z 367 ebenfalls ein Ester und für m/z 357 ein Peroxyhemiacetal vorgeschlagen werden. Die vorgeschlagene Struktur der Verbindung m/z 367 konnte im Anschluss über eine Reaktion aus Hydroxypinonsäure mit Pinsäure bestätigt werden. Die Identifizierung der Esterverbindung des α-Pinen-SOA erfolgte ebenfalls mit Hilfe von LC-MSn-Messungen.rnDie bisher diskutierten Ergebnisse, sowie die meisten in der Literatur beschriebenen Studien befassen sich jedoch mit einzelnen Vorläuferverbindungen, im Gegensatz zu den komplexen SOA-Proben aus den Emissionen der Vegetation. Im Rahmen einer Messkampagne am Forschungszentrum Jülich erfolgte eine massenspektrometrische Charakterisierung (online-APCI-MS) des SOAs aus direkten VOC-Emissionen von Pflanzen. Durch einen Vergleich der Produktverteilung dieser erhalten online-Massenspektren mit denen aus den Reaktionen einzelner VOCs, konnten Aussagen über die in den Reaktionen umgesetzten VOCs gemacht werden. Es konnte gezeigt werden, dass in stressbedingten Situationen die untersuchten Exemplare der Betula pendula (Birke) hauptsächlich Sesquiterpene, Picea abies (Fichte) eher Monoterpene und Eucalyptus (Eukalyptus) sowohl Sesquiterpene als auch Monoterpene emittieren. Um die atmosphärischen Prozesse, die zur Bildung der Produkte im SOA führen vollständig zu verstehen, müssen jedoch noch weitere Anstrengungen unternommen werden.rn

Bestimmung der fehlenden transversalen Energie auf der ersten Triggerstufe beim ATLAS-Experiment und Optimierung der Triggerselektion von supersymmetrischen Ereignissen

Das Standardmodell der Teilchenphysik, das drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen beschreibt, stimmt bisher sehr gut mit den Messergebnissen der Experimente am CERN, dem Fermilab und anderen Forschungseinrichtungen überein. rnAllerdings können im Rahmen dieses Modells nicht alle Fragen der Teilchenphysik beantwortet werden. So lässt sich z.B. die vierte fundamentale Kraft, die Gravitation, nicht in das Standardmodell einbauen.rnDarüber hinaus hat das Standardmodell auch keinen Kandidaten für dunkle Materie, die nach kosmologischen Messungen etwa 25 % unseres Universum ausmacht.rnAls eine der vielversprechendsten Lösungen für diese offenen Fragen wird die Supersymmetrie angesehen, die eine Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen einführt. rnAus diesem Modell ergeben sich sogenannte supersymmetrische Teilchen, denen jeweils ein Standardmodell-Teilchen als Partner zugeordnet sind.rnEin mögliches Modell dieser Symmetrie ist das R-Paritätserhaltende mSUGRA-Modell, falls Supersymmetrie in der Natur realisiert ist.rnIn diesem Modell ist das leichteste supersymmetrische Teilchen (LSP) neutral und schwach wechselwirkend, sodass es nicht direkt im Detektor nachgewiesen werden kann, sondern indirekt über die vom LSP fortgetragene Energie, die fehlende transversale Energie (etmiss), nachgewiesen werden muss.rnrnDas ATLAS-Experiment wird 2010 mit Hilfe des pp-Beschleunigers LHC mit einer Schwerpunktenergie von sqrt(s)=7-10 TeV mit einer Luminosität von 10^32 #/(cm^2*s) mit der Suche nach neuer Physik starten.rnDurch die sehr hohe Datenrate, resultierend aus den etwa 10^8 Auslesekanälen des ATLAS-Detektors bei einer Bunchcrossingrate von 40 MHz, wird ein Triggersystem benötigt, um die zu speichernde Datenmenge zu reduzieren.rnDabei muss ein Kompromiss zwischen der verfügbaren Triggerrate und einer sehr hohen Triggereffizienz für die interessanten Ereignisse geschlossen werden, da etwa nur jedes 10^8-te Ereignisse für die Suche nach neuer Physik interessant ist.rnZur Erfüllung der Anforderungen an das Triggersystem wird im Experiment ein dreistufiges System verwendet, bei dem auf der ersten Triggerstufe mit Abstand die höchste Datenreduktion stattfindet.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit rn%, die vollständig auf Monte-Carlo-Simulationen basiert, rnist zum einen ein wesentlicher Beitrag zum grundlegenden Verständnis der Eigenschaft der fehlenden transversalen Energie auf der ersten Triggerstufe geleistet worden.rnZum anderen werden Methoden vorgestellt, mit denen es möglich ist, die etmiss-Triggereffizienz für Standardmodellprozesse und mögliche mSUGRA-Szenarien aus Daten zu bestimmen. rnBei der Optimierung der etmiss-Triggerschwellen für die erste Triggerstufe ist die Triggerrate bei einer Luminosität von 10^33 #/(cm^2*s) auf 100 Hz festgelegt worden.rnFür die Triggeroptimierung wurden verschiedene Simulationen benötigt, bei denen eigene Entwicklungsarbeit eingeflossen ist.rnMit Hilfe dieser Simulationen und den entwickelten Optimierungsalgorithmen wird gezeigt, dass trotz der niedrigen Triggerrate das Entdeckungspotential (für eine Signalsignifikanz von mindestens 5 sigma) durch Kombinationen der etmiss-Schwelle mit Lepton bzw. Jet-Triggerschwellen gegenüber dem bestehenden ATLAS-Triggermenü auf der ersten Triggerstufe um bis zu 66 % erhöht wird.

Integrated analysis and design of optimization and up-scaling of inductively coupled plasma synthesis of nanoparticles

This study is focused on radio-frequency inductively coupled thermal plasma (ICP) synthesis of nanoparticles, combining experimental and modelling approaches towards process optimization and industrial scale-up, in the framework of the FP7-NMP SIMBA European project (Scaling-up of ICP technology for continuous production of Metallic nanopowders for Battery Applications). First the state of the art of nanoparticle production through conventional and plasma routes is summarized, then results for the characterization of the plasma source and on the investigation of the nanoparticle synthesis phenomenon, aiming at highlighting fundamental process parameters while adopting a design oriented modelling approach, are presented. In particular, an energy balance of the torch and of the reaction chamber, employing a calorimetric method, is presented, while results for three- and two-dimensional modelling of an ICP system are compared with calorimetric and enthalpy probe measurements to validate the temperature field predicted by the model and used to characterize the ICP system under powder-free conditions. Moreover, results from the modeling of critical phases of ICP synthesis process, such as precursor evaporation, vapour conversion in nanoparticles and nanoparticle growth, are presented, with the aim of providing useful insights both for the design and optimization of the process and on the underlying physical phenomena. Indeed, precursor evaporation, one of the phases holding the highest impact on industrial feasibility of the process, is discussed; by employing models to describe particle trajectories and thermal histories, adapted from the ones originally developed for other plasma technologies or applications, such as DC non-transferred arc torches and powder spherodization, the evaporation of micro-sized Si solid precursor in a laboratory scale ICP system is investigated. Finally, a discussion on the role of thermo-fluid dynamic fields on nano-particle formation is presented, as well as a study on the effect of the reaction chamber geometry on produced nanoparticle characteristics and process yield.

Study of novel natural compounds as potential drugs in the treatment of acute leukemias

Introduction: Among all cancer types leukemia represents the leading cause of cancer death in man younger than 40 years. Single-target drug therapy has generally been highly ineffective in treating complex diseases such as cancer. A growing interest has been directed toward multi-target drugs able to hit multiple targets. In this context, plant products, based on their intrinsic complexity, could represent an interesting and promising approach. Aim of the research followed during my PhD was to indentify and study novel natural compounds for the treatment of acute leukemias. Two potential multi-target drugs were identified in Hemidesmus indicus and piperlongumine. Methodology/Principal Findings: A variety of cellular assays and flow cytometry were performed on different cell lines. We demonstrated that Hemidesmus modulates many components of intracellular signaling pathways involved in cell viability and proliferation and alters gene and protein expression, eventually leading to tumor cell death, mediated by a loss of mitochondrial transmembrane potential, raise of [Ca2+]i, inhibition of Mcl-1, increasing Bax/Bcl-2 ratio, and ROS formation. Moreover, we proved that the decoction causes differentiation of HL-60 and regulates angiogenesis of HUVECs in hypoxia and normoxia, by the inhibition of new vessel formation and the processes of migration/invasion. Clinically relevant observations are that its cytotoxic activity was also recorded in primary cells from acute myeloid leukemia (AML) patients. Moreover, both Hemidesmus and piperlongumine showed a selective action toward leukemic stem cell (LSC). Conclusions: Our results indicate the molecular basis of the anti-leukemic effects of Hemidesmus indicus and indentify the mitochondrial pathways, [Ca2+]i, cytodifferentiation and angiogenesis inhibition as crucial actors in its anticancer activity. The ability to selectively hit LSC showed by Hemidesmus and piperlongumine enriched the knowledge of their anti-leukemic activity. On these bases, we conclude that Hemidesmus and piperlongumine can represent a valuable strategy in the anticancer pharmacology.

Design of cell adhesive and angiogenic titanium surfaces for cellular stimulation

Die Förderung der Zelladhäsion durch sogenannte biomimetische Oberflächen wird in der Medizin als vielversprechender Ansatz gesehen, um Komplikationen wie z. B. Fremdkörperreaktionen nach der Implantation entgegenzuwirken. Neben der Immobilisierung einzelner Biomoleküle wie z. B. dem RGD-Peptid, Proteinen und Wachstumsfaktoren auf verschiedenen Materialien, konzentriert man sich derzeit in der Forschung auf die Co-Immobilisierung zweier Moleküle gleichzeitig. Hierbei werden die funktionellen Gruppen z. B. von Kollagen unter Verwendung von nur einer Kopplungschemie verwendet, wodurch die Kopplungseffizienz der einzelnen Komponenten nur begrenzt kontrollierbar ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Immobilisierungsverfahrens, welches die unabhängige Kopplung zweier Faktoren kontrolliert ermöglicht. Dabei sollten exemplarisch das adhäsionsfördernde RGD-Peptid (Arginin-Glycin-Asparaginsäure) zusammen mit dem Wachstumsfaktor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) auf Titan gebunden werden. In weiteren Experimenten sollten dann die pro-adhäsiven Faktoren Fibronektin, Kollagen, Laminin und Osteopontin immobilisiert und untersucht werden. rnDie Aminofunktionalisierung von Titan durch plasma polymerisierte Allylaminschichten wurde als Grundlage für die Entwicklung des nasschemischen Co-immobilisierungsverfahren verwendet. Für eine unabhängige und getrennte Anbindung der verschiedenen Biomoleküle stand in diesem Zusammenhang die Entwicklung eines geeigneten Crosslinker Systems im Vordergrund. Die Oberflächencharakterisierung der entwickelten Oberflächen erfolgte mittels Infrarot Spektroskopie, Surface Plasmon Resonance Spektroskopie (SPR), Kontaktwinkelmessungen, Step Profiling und X-Ray Photoelectron Spektroskopie (XPS). Zur Analyse der Anbindungsprozesse in Echtzeit wurden SPR-Kinetik Messungen durchgeführt. Die biologische Funktionalität der modifizierten Oberflächen wurde in vitro an Endothelzellen (HUVECs) und Osteoblasten (HOBs) und in vivo in einem Tiermodell-System an der Tibia von Kaninchen untersucht.rnDie Ergebnisse zeigen, dass alle genannten Biomoleküle sowohl einzeln auf Titan kovalent gekoppelt als auch am Bespiel von RGD und VEGF in einem getrennten Zwei-Schritt-Verfahren co-immobilisiert werden können. Des Weiteren wurde die biologische Funktionalität der gebundenen Faktoren nachgewiesen. Im Falle der RGD modifizierten Oberflächen wurde nach 7 Tagen eine geförderte Zelladhäsion von HUVECs mit einer signifikant erhöhten Zellbesiedlungsdichte von 28,5 % (p<0,05) gezeigt, wohingegen auf reinem Titan Werte von nur 13 % beobachtet wurden. Sowohl VEGF als auch RGD/VEGF modifizierte Proben wiesen im Vergleich zu Titan schon nach 24 Stunden eine geförderte Zelladhäsion und eine signifikant erhöhte Zellbesiedlungsdichte auf. Bei einer Besiedlung von 7,4 % auf Titan, zeigten VEGF modifizierte Proben mit 32,3 % (p<0,001) eine deutlichere Wirkung auf HUVECs als RGD/VEGF modifizierte Proben mit 13,2 % (p<0,01). Die pro-adhäsiven Faktoren zeigten eine deutliche Stimulation der Zelladhäsion von HUVECs und HOBs im Vergleich zu reinem Titan. Die deutlich höchsten Besiedlungsdichten von HUVECs konnten auf Fibronektin mit 44,6 % (p<0,001) und Kollagen mit 39,9 % (p<0,001) nach 24 Stunden beobachtet werden. Laminin zeigte keine und Osteopontin nur eine sehr geringe Wirkung auf HUVECs. Bei Osteoblasten konnten signifikant erhöhte Besiedlungsdichten im Falle aller pro-adhäsiven Faktoren beobachtet werden, jedoch wurden die höchsten Werte nach 7 Tagen auf Kollagen mit 90,6 % (p<0,001) und Laminin mit 86,5 % (p<0,001) im Vergleich zu Titan mit 32,3 % beobachtet. Die Auswertung der Tierexperimente ergab, dass die VEGF modifizierten Osteosyntheseplatten, im Vergleich zu den reinen Titankontrollen, eine gesteigerte Knochenneubildung auslösten. Eine solche Wirkung konnte für RGD/VEGF modifizierte Implantate nicht beobachtet werden. rnInsgesamt konnte gezeigt werden, dass mittels plasmapolymerisierten Allylamin Schichten die genannten Biomoleküle sowohl einzeln gebunden als auch getrennt und kontrolliert co-immobilisiert werden können. Des Weiteren konnte eine biologische Funktionalität für alle Faktoren nach erfolgter Kopplung in vitro gezeigt werden. Wider Erwarten konnte jedoch kein zusätzlicher biologischer Effekt durch die Co-immobilisierung von RGD und VEGF im Vergleich zu den einzeln immobilisierten Faktoren gezeigt werden. Um zu einer klinischen Anwendung zu gelangen, ist es nun notwendig, das entwickelte Verfahren in Bezug auf die immobilisierten Mengen der verschiedenen Faktoren hin zu optimieren. rn

Analyse der intrazellulären Freisetzung von Wirkstoffmodellen via konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie

In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, wie man das Potential nanopartikulärer Systeme, die vorwiegend via Miniemulsion hergestellt wurden, im Hinblick auf „Drug Delivery“ ausnutzen könnte, indem ein Wirkstoffmodell auf unterschiedliche Art und Weise intrazellulär freigesetzt wurde. Dies wurde hauptsächlich mittels konfokaler Laser-Raster-Mikrokopie (CLSM) in Kombination mit dem Bildbearbeitungsprogramm Volocity® analysiert.rnPBCA-Nanokapseln eigneten sich besonders, um hydrophile Substanzen wie etwa Oligonukleotide zu verkapseln und sie so auf ihrem Transportweg in die Zellen vor einem etwaigen Abbau zu schützen. Es konnte eine Freisetzung der Oligonukleotide in den Zellen aufgrund der elektrostatischen Anziehung des mitochondrialen Membranpotentials nachgewiesen werden. Dabei war die Kombination aus Oligonukleotid und angebundenem Cyanin-Farbstoff (Cy5) an der 5‘-Position der Oligonukleotid-Sequenz ausschlaggebend. Durch quantitative Analysen mittels Volocity® konnte die vollständige Kolokalisation der freigesetzten Oligonukleotide an Mitochondrien bewiesen werden, was anhand der Kolokalisationskoeffizienten „Manders‘ Coefficients“ M1 und M2 diskutiert wurde. Es konnte ebenfalls aufgrund von FRET-Studien doppelt markierter Oligos gezeigt werden, dass die Oligonukleotide weder beim Transport noch bei der Freisetzung abgebaut wurden. Außerdem wurde aufgeklärt, dass nur der Inhalt der Nanokapseln, d. h. die Oligonukleotide, an Mitochondrien akkumulierte, das Kapselmaterial selbst jedoch in anderen intrazellulären Bereichen aufzufinden war. Eine Kombination aus Cyanin-Farbstoffen wie Cy5 mit einer Nukleotidsequenz oder einem Wirkstoff könnte also die Basis für einen gezielten Wirkstofftransport zu Mitochondrien liefern bzw. die Grundlage schaffen, eine Freisetzung aus Kapseln ins Zytoplasma zu gewährleisten.rnDer vielseitige Einsatz der Miniemulsion gestattete es, nicht nur Kapseln sondern auch Nanopartikel herzustellen, in welchen hydrophobe Substanzen im Partikelkern eingeschlossen werden konnten. Diese auf hydrophobe Wechselwirkungen beruhende „Verkapselung“ eines Wirkstoffmodells, in diesem Fall PMI, wurde bei PDLLA- bzw. PS-Nanopartikeln ausgenutzt, welche durch ein HPMA-basiertes Block-Copolymer stabilisiert wurden. Dabei konnte gezeigt werden, dass das hydrophobe Wirkstoffmodell PMI innerhalb kürzester Zeit in die Zellen freigesetzt wurde und sich in sogenannte „Lipid Droplets“ einlagerte, ohne dass die Nanopartikel selbst aufgenommen werden mussten. Daneben war ein intrazelluläres Ablösen des stabilisierenden Block-Copolymers zu verzeichnen, welches rn8 h nach Partikelaufnahme erfolgte und ebenfalls durch Analysen mittels Volocity® untermauert wurde. Dies hatte jedoch keinen Einfluss auf die eigentliche Partikelaufnahme oder die Freisetzung des Wirkstoffmodells. Ein großer Vorteil in der Verwendung des HPMA-basierten Block-Copolymers liegt darin begründet, dass auf zeitaufwendige Waschschritte wie etwa Dialyse nach der Partikelherstellung verzichtet werden konnte, da P(HPMA) ein biokompatibles Polymer ist. Auf der anderen Seite hat man aufgrund der Syntheseroute dieses Block-Copolymers vielfältige Möglichkeiten, Funktionalitäten wie etwa Fluoreszenzmarker einzubringen. Eine kovalente Anbindung eines Wirkstoffs ist ebenfalls denkbar, welcher intrazellulär z. B. aufgrund von enzymatischen Abbauprozessen langsam freigesetzt werden könnte. Somit bietet sich die Möglichkeit mit Nanopartikeln, die durch HPMA-basierte Block-Copolymere stabilisiert wurden, gleichzeitig zwei unterschiedliche Wirkstoffe in die Zellen zu bringen, wobei der eine schnell und der zweite über einen längeren Zeitraum hinweg (kontrolliert) freigesetzt werden könnte.rnNeben Nanokapseln sowie –partikeln, die durch inverse bzw. direkte Miniemulsion dargestellt wurden, sind auch Nanohydrogelpartikel untersucht worden, die sich aufgrund von Selbstorganisation eines amphiphilen Bock-Copolymers bildeten. Diese Nanohydrogelpartikel dienten der Komplexierung von siRNA und wurden hinsichtlich ihrer Anreicherung in Lysosomen untersucht. Aufgrund der Knockdown-Studien von Lutz Nuhn konnte ein Unterschied in der Knockdown-Effizienz festgestellt werden, je nach dem, ob 100 nm oder 40 nm große Nanohydrogelpartikel verwendet wurden. Es sollte festgestellt werden, ob eine größenbedingte, unterschiedlich schnelle Anreicherung dieser beiden Partikel in Lysosomen erfolgte, was die unterschiedliche Knockdown-Effizienz erklären könnte. CLSM-Studien und quantitative Kolokalisationsstudien gaben einen ersten Hinweis auf diese Größenabhängigkeit. rnBei allen verwendeten nanopartikulären Systemen konnte eine Freisetzung ihres Inhalts gezeigt werden. Somit bieten sie ein großes Potential als Wirkstoffträger für biomedizinische Anwendungen.rn

Divergence patterns in Fucus seaweeds (Phaeophyceae) in the northern Baltic Sea and in the Tjongspollen area

To be able to interpret patterns of biodiversity it is important to understand the processes by which new species evolve and how closely related species remain reproductively isolated and ecologically differentiated. Divergence and differentiation can vary during speciation and it can be seen in different stages. Groups of closely related taxa constitute important case studies to understand species and new biodiversity formation. However, it is important to assess the divergence among them at different organismal levels and from an integrative perspective. For this purpose, this study used the brown seaweeds genus Fucus as a model to study speciation, as they constitute a good opportunity to study divergence at different stages. We investigated the divergence patterns in Fucus species from two marginal areas (northern Baltic Sea and the Tjongspollen area), based on phenetic, phylogenetic and biological taxonomical criteria that are respectively characterised by algal morphology, allele frequencies of five microsatellite loci and levels of secondary polyphenolic compounds called phlorotannins. The results from this study showed divergence at morphological and genetic levels to certain extent but complete lack of divergence at biochemical level (i.e. constitutive phlorotannin production) in the Baltic Sea or Norway. Morphological divergence was clearly evident in Tjongspollen (Norway) among putative taxa as they were identified in the field and this divergence corresponds with their neutral genetic divergence. In the Baltic, there are some distinguishable patterns in the morphology of the swedish and finnish individuals according to locality to certain extent but not among putative taxa within localities. Likewise, these morphological patterns have genetic correspondence among localities but not within each locality. At the biochemical level, measured by the phlorotannin contents there were neither evidence of divergence in Norway or the Baltic Sea nor any discernable aggregation pattern among or within localities. Our study have contributed with further understanding of the Baltic Sea Fucus system and its intriguingly rapid and recent divergence as well as of the Tjongspollen area systems where formally undescribed individuals have been observed for the first time; in fact they appear largely differentiated and they may well warrant a new species status. In current times, climate change threatens, peripheral ecosystems, biodiversity, and increased knowledge of processes generating and maintaining biodiversity in those ecosystems seem particularly important and needed.

Clinical and histologic evaluation of granular Beta-tricalcium phosphate for the treatment of human intrabony periodontal defects: a report on five cases

BACKGROUND: The aim of the study is to clinically and histologically evaluate the healing of advanced intrabony defects treated with open flap debridement and the adjunct implantation of granular beta tricalcium phosphate (beta-TCP). METHODS: Five patients, each displaying advanced combined 1- and 2-wall intrabony defects around teeth scheduled for extraction or root resection, were recruited. Approximately 6 months after surgery, the teeth or roots were removed together with a portion of their surrounding soft and hard tissues and processed for histologic evaluation. RESULTS: The mean probing depth (PD) was reduced from 10.8 +/- 2.3 mm presurgically to 4.6 +/- 2.1 mm, whereas a mean clinical attachment level (CAL) gain of 5.0 +/- 0.7 mm was observed. The increase in gingival recession was 1.2 +/- 3.2 mm. The histologic evaluation indicated the formation of new cellular cementum with inserting collagen fibers to a varying extent (mean: 1.9 +/- 0.7 mm; range: 1.2 to 3.03 mm) coronal to the most apical extent of the root instrumentation. The mean new bone formation was 1.0 +/- 0.7 mm (range: 0.0 to 1.9 mm). In most specimens, beta-TCP particles were embedded in the connective tissue, whereas the formation of a mineralized bone-like or cementum-like tissue around the particles was only occasionally observed. CONCLUSION: The present data indicates that treatment of intrabony periodontal defects with this beta-TCP may result in substantial clinical improvements such as PD reduction and CAL gain, but this beta-TCP does not seem to enhance the regeneration of cementum, periodontal ligament, and bone.

Lateral ridge augmentation using equine- and bovine-derived cancellous bone blocks: a feasibility study in dogs

OBJECTIVES: The aim of the present study was to histologically evaluate and compare a new prototype collagen type I/III-containing equine- (EB) and a bovine- (BB) derived cancellous bone block in a dog model. MATERIALS AND METHODS: Four standardized box-shaped defects were bilaterally created at the buccal aspect of the alveolar ridge in the lower jaws of five beagle dogs and randomly allocated to either EB or BB. Each experimental site was covered by a native (non-crosslinked) collagen membrane and left to heal in a submerged position for 12 weeks. Dissected blocks were processed for semi-/and quantitative analyses. RESULTS: Both groups had no adverse clinical or histopathological events (i.e. inflammatory/foreign body reactions). BB specimens revealed no signs of biodegradation and were commonly embedded in a fibrous connective tissue. New bone formation and bony graft integration were minimal. In contrast, EB specimens were characterized by a significantly increased cell (i.e. osteoclasts and multinucleated giant cells)-mediated degradation of the graft material (P<0.001). The amount and extent of bone ingrowth was consistently higher in all EB specimens, but failed to reach statistical significance in comparison with the BB group (P>0.05). CONCLUSIONS: It was concluded that the application of EB may not be associated with an improved bone formation than BB.

Premature Osteoblast Clustering by Enamel Matrix Proteins Induces Osteoblast Differentiation through Up-Regulation of Connexin 43 and N-Cadherin

In recent years, enamel matrix derivative (EMD) has garnered much interest in the dental field for its apparent bioactivity that stimulates regeneration of periodontal tissues including periodontal ligament, cementum and alveolar bone. Despite its widespread use, the underlying cellular mechanisms remain unclear and an understanding of its biological interactions could identify new strategies for tissue engineering. Previous in vitro research has demonstrated that EMD promotes premature osteoblast clustering at early time points. The aim of the present study was to evaluate the influence of cell clustering on vital osteoblast cell-cell communication and adhesion molecules, connexin 43 (cx43) and N-cadherin (N-cad) as assessed by immunofluorescence imaging, real-time PCR and Western blot analysis. In addition, differentiation markers of osteoblasts were quantified using alkaline phosphatase, osteocalcin and von Kossa staining. EMD significantly increased the expression of connexin 43 and N-cadherin at early time points ranging from 2 to 5 days. Protein expression was localized to cell membranes when compared to control groups. Alkaline phosphatase activity was also significantly increased on EMD-coated samples at 3, 5 and 7 days post seeding. Interestingly, higher activity was localized to cell cluster regions. There was a 3 fold increase in osteocalcin and bone sialoprotein mRNA levels for osteoblasts cultured on EMD-coated culture dishes. Moreover, EMD significantly increased extracellular mineral deposition in cell clusters as assessed through von Kossa staining at 5, 7, 10 and 14 days post seeding. We conclude that EMD up-regulates the expression of vital osteoblast cell-cell communication and adhesion molecules, which enhances the differentiation and mineralization activity of osteoblasts. These findings provide further support for the clinical evidence that EMD increases the speed and quality of new bone formation in vivo.

Periosteal Distraction Osteogenesis and Barrier Membrane Application: An Experimental Study in the Rat Calvaria

Background: Distraction of the periosteum results in the formation of new bone in the gap between the periosteum and the original bone. We postulate that the use of a barrier membrane would be beneficial for new bone formation in periosteal distraction. Methods: To selectively influence the contribution of the periosteum, a distraction plate with perforations was used alone or covered by a collagen barrier membrane. All animals were subjected to a 7-day latency period and a 10-day distraction period with a rate of 0.1 mm/day. Four animals per group with or without a barrier membrane were sacrificed at 2, 4, and 6 weeks after the end of the distraction. The height of new bone generated relative to the areas bound by the parent bone and the periosteum was determined by histomorphometric methods. Results: New bone was found in all groups. At the periphery of the distraction plate, significant differences in bone height were found between the hinge and the distraction screw for the group without barrier membrane at 2 weeks (0.39 ± 0.19 mm) compared to 4 weeks (0.84 ± 0.44 mm; P = 0.002) and 6 weeks (1.06 ± 0.39 mm; P = 0.004). Differences in maximum bone height with and without a barrier membrane were observed laterally to the distraction plate at 2 weeks (1.22 ± 0.64 versus 0.55 ± 0.14 mm; P = 0.019) and 6 weeks (1.61 ± 0.56 versus 0.73 ± 0.33 mm; P = 0.003) of the consolidation period. Conclusion: Within the limitations of the present study, the application of a barrier membrane may be considered beneficial for new bone formation induced by periosteal distraction.

Intraobserver and interobserver agreement for results of low-field magnetic resonance imaging in dogs with and without clinical signs of disk-associated wobbler syndrome

OBJECTIVE: To determine interobserver and intraobserver agreement for results of low-field magnetic resonance imaging (MRI) in dogs with and without disk-associated wobbler syndrome (DAWS). DESIGN: Validation study. ANIMALS: 21 dogs with and 23 dogs without clinical signs of DAWS. PROCEDURES: For each dog, MRI of the cervical vertebral column was performed. The MRI studies were presented in a randomized sequence to 4 board-certified radiologists blinded to clinical status. Observers assessed degree of disk degeneration, disk-associated and dorsal compression, alterations in intraspinal signal intensity (ISI), vertebral body abnormalities, and new bone formation and categorized each study as originating from a clinically affected or clinically normal dog. Interobserver agreement was calculated for 44 initial measurements for each observer. Intraobserver agreement was calculated for 11 replicate measurements for each observer. RESULTS: There was good interobserver agreement for ratings of disk degeneration and vertebral body abnormalities and moderate interobserver agreement for ratings of disk-associated compression, dorsal compression, alterations in ISI, new bone formation, and suspected clinical status. There was very good intraobserver agreement for ratings of disk degeneration, disk-associated compression, alterations in ISI, vertebral body abnormalities, and suspected clinical status. There was good intraobserver agreement for ratings of dorsal compression and new bone formation. Two of 21 clinically affected dogs were erroneously categorized as clinically normal, and 4 of 23 clinically normal dogs were erroneously categorized as clinically affected. CONCLUSIONS AND CLINICAL RELEVANCE: Results suggested that variability exists among observers with regard to results of MRI in dogs with DAWS and that MRI could lead to false-positive and false-negative assessments.

Catastrophic Flooding In North-Central Pennsylvania: Geomorphic Findings From The September 2011 Event And Their Significance To

Tropical Storm Lee produced 25-36 cm of rainfall in north-central Pennsylvania on September 4th through 8th of 2011. Loyalsock Creek, Muncy Creek, and Fishing Creek experienced catastrophic flooding resulting in new channel formation, bank erosion, scour of chutes, deposition/reworking of point bars and chute bars, and reactivation of the floodplain. This study was created to investigate aspects of both geomorphology and sedimentology by studying the well-exposed gravel deposits left by the flood, before these features are removed by humans or covered by vegetation. By recording the composition of gravel bars in the study area and creating lithofacies models, it is possible to understand the 2011 flooding. Surficial clasts on gravel bars are imbricated, but the lack of imbrication and high matrix content of sediments at depth suggests that surface imbrication of the largest clasts took place during hyperconcentrated flow (40-70% sediment concentration). The imbricated clasts on the surface are the largest observed within the bars. The lithofacies recorded are atypical for mixed-load stream lithofacies and more similar to glacial outburst flood lithofacies. This paper suggests that the accepted lithofacies model for mixed-load streams with gravel bedload may not always be useful for interpreting depositional systems. A flume study, which attempted to duplicate the stratigraphy recorded in the field, was run in order to better understand hyperconcentrated flows in the study area. Results from the study in the Bucknell Geology Flume Laboratory indicate that surficial imbrication is possible in hyperconcentrated conditions. After flooding the flume to entrain large amounts of sand and gravel, deposition of surficially imbricated gravel with massive or upward coarsening sedimentology occurred. Imbrication was not observed at depth. These experimental flume deposits support our interpretation of the lithofacies discovered in the field. The sizes of surficial gravel bar clasts show clear differences between chute and point bars. On point bars, gravels fine with increasing distance from the channel. Fining also occurs at the downstream end of point bars. In chute deposits, dramatic fining occurs down the axis of the chute, and lateral grain sizes are nearly uniform. Measuring the largest grain size of sandstone clasts at 8-11 kilometer intervals on each river reveals anomalies in the downstream fining trends. Gravel inputs from bedrock outcrops, tributaries, and erosion of Pleistocene outwash terraces may explain observed variations in grain size along streams either incised into the Appalachian Plateau or located near the Wisconsinan glacial boundary. Atomic Mass Spectrometry (AMS) radiocarbon dating of sediment from recently scoured features on Muncy Creek and Loyalsock Creek returned respective ages of 500 BP and 2490 BP. These dates suggest that the recurrence interval of the 2011 flooding may be several hundred to several thousand years. This geomorphic interval of recurrence is much longer then the 120 year interval calculated by the USGS using historical stream gauge records.