Funktionalisierte Latexpartikel

In der vorliegenden Arbeit wurden unter Verwendung neuer auf der Isophthalsäure basieren-der polymerisierbaren Tensiden carboxylfunktionalisierte Latexpartikel hergestellt, charakte-risiert und funktionalisiert. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden 5-(10-Undecenyloxy)isophthalsäure (ISA-Vinyl), 5-(11-(4-Vinylphenoxy)undecyloxy)isophthal-säure (ISA-Sty), 5-(11-(2-Prop-1-enyl)phenoxy)undecyloxy)isophthalsäure (ISA-Pr), 5-(11-(1-Methacryloxy)undecylen)isophthalsäure (ISA-Met) und 5-(10-(3-Methylbut-3-enyl)oxy-1-oxydecylen)isophthalsäure (ISA-Bu) hergestellt. Die Surfmere wurden mit Styrol bzw. mit n-Butylacrylat copolymerisiert. ISA-Bu und ISA-Pr weisen während der Copolymerisation mit Styrol fast ideale Verläufe der Zeit/Umsatz-Kurven auf. Bei der Copolymerisation von ISA-Bu bzw. ISA-Vinyl mit n-Butylmethacrylat wurden ähnliche Ergebnisse erhalten. Die Carboxylgruppen an der Partikeloberfläche wurden mit Halogenderivaten verestert oder mit primären Aminen amidiert. Die funktionalisierten Partikel wurden mit der Polyelektrolyt-titration und konduktometrischen Titration, der IR- und UV-Spektroskopie, der Transmissi-onselektronenmikroskopie, der Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Reaktanden kovalent an der Partikeloberfläche gebunden sind. Die Polymerpartikel wurden bei der Herstellung von Immunoassays genutzt. Die Adsorpti-onsisothermen zeigten, dass eine hohe Menge an Rinderserumalbumin an die Partikeloberflä-che physikalisch gebunden werden kann. In dieser Arbeit wurde ein einfaches Immunoassay hergestellt mit Biotin – Avidin als Modellsystem hergestellt. Die Surfmere wurden zur Stabilisierung von Miniemulsionen für die Miniemulsionspolymeri-sation genutzt. Im Laufe dieser Arbeit konnten mit dieser Methode Rylenfarbstoffe in Po-lystyrolpartikel stabilisiert werden.

Proteolyse des Amyloid-Vorläufer-Protein-verwandten APLP2 durch alpha-Sekretasen

Die im Laufe der Evolution konservierte Genfamilie des Amyloid-Vorläufer-Proteins APP beinhaltet sowohl bei der Maus als auch beim Menschen die beiden APP-ähnlichen ProteineAPLP1 und APLP2. Ziel dieser Arbeit war es, die proteolytische Prozessierung des APLP2 zu charakterisieren und die beteiligten Proteasen aufzuzeigen. Ausgehend von Stimulations- und Inhibitionsversuchen wurde die Metzincin-Familie der Metalloproteinasen als APLP2-Proteasen identifiziert. Durch Überexpression von ADAM10 und TACE (ADAM17) konnten zwei wichtige Prozessierungs-Enzyme des APLP2 charakterisiert werden. Damit wurde zum ersten Mal eine α-Sekretase-ähnliche Enzymaktivität analog zu der Spaltung des APP an APLP2 beschrieben. Untersuchungen an ADAM10-transgenen Mäusen bestätigten die proteolytische Prozessierung des APLP2 in vivo. Durch die Untersuchung neuronaler Differenzierung mit Retinsäure und Apoptose in Neuroblastoma-Zellen gelang der Nachweis einer funktionellen Koregulation von APLP2 und seiner Protease ADAM10, die zu einer erhöhten Freisetzung des neurotrophen löslichen APLP2 bei der Differenzierung und zu einer Reduktion bei Apoptose führt. In den Gehirnen von Alzheimer-Patienten gibt es sowohl Hinweise auf einen gestörten Vitamin A Metabolismus als auch auf verstärkte apoptotische Vorgänge, so dass hier erstmalig eine Verknüpfung der APLP2-Proteolyse mit zwei pathogenen Prozessen des Morbus Alzheimergezeigt werden konnten. Eine therapeutische Aktivierung der α-Sekretasen hätte die verstärkte Bildung von neurotrophem APPsα und APLP2s zur Folge. Es bestünde jedoch gleichzeitig die Gefahr von Nebenwirkungen durch die Spaltung weiterer Substrate wie der Notch-Rezeptoren oder des Prionenproteins. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Notch-1 prinzipiell ein Substrat für ADAM10 darstellt, die Auswirkungen in vivo jedoch begrenzt und altersabhängig sind. Für das Prionenprotein ergab sich keine direkte Beeinflussung durch eine Spaltung, sondern vielmehr eine Expressionsminderung durch die Überexpression von ADAM10 in Mäusen. Die Inkubationszeit bei der Prionenerkrankung hängt von der Menge des endogenen zellulären Prionenproteins ab. Daher ergibt sich aus einer Steigerung der α-Sekretase-Aktivität eine potentielle Prävention gegenüber einer Infektion mit der pathogenen Scrapie-Form des Prionenproteins.

Einfluss einer Schwerionenbestrahlung auf das Migrationsverhalten von Tumorzellen

Die Bildung von Metastasen und Rezidiven stellt ein großes Problem für eine erfolgreiche Therapie solider maligner Tumoren dar. Dabei ist die Rolle der angewendeten Therapiever-fahren in der Induktion metastasierender Zellen vor allem für eine Schwerionentherapie noch weitestgehend unklar. Die für die Metastasierung entscheidende Tumorzellmigration wurde daher unter dem Einfluss von Röntgen- und Schwerionenstrahlung untersuchen. Dazu wurden drei humane Tumorzelllinien (Gliomzelllinie U87 und kolorektale Zelllinien HCT116 und HCT116 p21-/-) unter standardisierten Bedingungen in einer Boydenkammer direkt und 24 Stunden nach Bestrahlung in vitro auf ihr Migrationsverhalten untersucht. Um mögliche Än-derungen migrationsrelevanter Proteine zu bestimmen, wurden zu denselben Zeitpunkten Zelllysate hergestellt und die Expression der Integrine b1 und b3 sowie der Proteinkinase B Isoformen Akt1 und Akt2 und deren Phosphorylierung untersucht. Gezeigt werden konnten sowohl zelllinien- als auch strahlenspezifische Unterschiede in der Migration und der Proteinexpressionen. Dabei konnten die beobachteten Migrationsänderungen nur zum Teil (vor allem nach Röntgenbestrahlung) durch die veränderte Expressionen der untersuchten Proteine erklärt werden. Daher ist zu vermuten, dass den strahleninduzierten Veränderungen der Migration der verwendeten Zelllinien verschiedene Mechanis-men zugrunde liegen, die auf der Expression unterschiedlicher Proteine beruhen. Bestrahlungen mit 12C-Ionen scheinen prinzipiell andere Expressionsmuster zu induzieren als konventionelle Strahlung und die hier untersuchten Proteine in der Migration der Zellen daher nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Auffällig waren die deutlich zelllinienspezifischen Unterschiede in der Migration nach Röntgenbestrahlung. Dort wurde ein zum Teil erhöhtes Migrationspotential nach klinisch relevanten Bestrahlungsdosen von U87 Gliomzellen festgestellt. Die Migrationsaktivität von kolorektalen Zelllinien hingegen nahm nach Bestrahlung ab. Nach Schwerionenbestrahlung wurden für alle Zelllinien signifikante Abnahmen der Migration festgestellt. Die hier erhaltenen Ergebnisse können aufgrund einer Vielzahl pro- und antimigratorischer Signale im Tumorgewebe nicht direkt in die in vivo Situation übertragen werden, doch können sie durchaus als Hinweise für die Abschätzung eines veränderten Metastasierungsrisikos dienen. Für kolorektale Zellen, unabhängig von ihrem p21-Status scheint eine Behandlung mit Röntgenstrahlen eher nicht mit einem erhöhten Migrationsrisiko einherzugehen. Anders ist dies bei den hier untersuchten Gliomzellen U87. Hier kann ein strahleninduziertes Metastasierungsrisiko aufgrund der erzielten Ergebnisse keinesfalls ausgeschlossen werden. Aus dieser Sicht scheint eine Behandlung von Gliomen mit 12C-Ionen vorteilhafter, da eine sehr gute reproduzierbare strahlenvermittelte Migrationshemmung beobachtet wurde.

Pflanzlicher Lichtsammler (LHCII) in Hybridkomplexen mit organischen Farbstoffen und anorganischen Halbleiter-Nanokristallen (Quantum dots)

Der Lichtsammelkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist eines der häufigsten Membranproteine der Welt. Er bindet 14 Chlorophylle und 4 Carotinoide nicht kovalent und fungiert in vivo als Lichtantenne des Photosystems II. Eine optimale Absorption von Licht ist auch bei Solarzellen entscheidend und es liegt nahe hier dasselbe Prinzip zu verwenden. Dafür bietet sich der Einsatz biologischer Komponenten wie des LHCII an. Dieser wurde evolutionär für eine effektive Absorption und Weiterleitung von Sonnenenergie optimiert. Zusätzlich lässt er sich in vitro in rekombinanter Form rekonstituieren. Für eine eventuelle Nutzung des LHCII in technologischen Anwendungen bedarf es der Interaktion mit anderen, vorzugsweise synthetischen Komponenten. Daher wurde die Bindung und der Energietransfer zwischen dem LHCII und organischen Fluoreszenzfarbstoffen sowie anorganischen „Quantum dots“ (QDs) untersucht. rnMit Donorfarbstoffen wurde die Grünlücke des LHCII funktionell geschlossen. Dafür wurden bis zu vier Fluoreszenzfarbstoffe kovalent an den LHCII gebunden. Diese Interaktion erfolgte sowohl mit Maleimiden an Cysteinen als auch mit N-Hydroxysuccinimidylestern an Lysinen. Die Assemblierung, Struktur und Funktion des Pigment-Protein-Komplexes wurde durch die Fluoreszenzfarbstoffe nicht gestört.rnAuf der Suche nach einem Farbstoff, der als Akzeptor die vom LHCII aufgenommene Energie übernimmt und durch Elektronenabgabe in elektrische Energie umwandelt, wurden drei Rylenfarbstoffe, ein Quaterrylen und zwei Terrylene, untersucht. Der LHCII konnte mit allen Farbstoffen erfolgreich markiert werden. Für die Nutzung der Hybridkomplexe ergaben sich allerdings Probleme. Das Quaterrylen beeinträchtigte aufgrund seiner Hydrophobizität die Rekonstitution des Proteins, während bei beiden Terrylenen der Energietransfer ineffizient war.rn Zusätzlich zu den Standard-Verknüpfungen zwischen Farbstoffen und Proteinen wurde in dieser Arbeit die „native chemische Ligation“ etabliert. Hierfür wurde eine LHCII-Mutante mit N-terminalem Cystein hergestellt, markiert und rekonstituiert. Messdaten an diesem Hybridkomplex ließen auf einen Energietransfer zwischen Farbstoff und Protein schließen. rnIn Hybridkomplexen sollen langfristig zur Ladungstrennung fähige Typ II-QDs Anwendung finden, wobei der LHCII als Lichtantenne dienen soll. Bis diese QDs verwendet werden können, wurden grundlegende Fragen der Interaktion beider Materialen an Typ I-QDs mit Energietransfer zum LHCII untersucht. Dabei zeigte sich, dass QDs in wässriger Lösung schnell aggregieren und entsprechende Kontrollen wichtig sind. Weiterführend konnte anhand der Trennung von ungebundenem und QD-gebundenem LHCII die Bindung von LHCII an QDs bestätigt werden. Dabei wurden Unterschiede in der Bindungseffizienz in Abhängigkeit der verwendeten LHCII und QDs festgestellt. Durch Herstellung von Fusionsproteinen aus LHCII und Affinitätspeptiden konnte die Bindung optimiert werden. Ein Energietransfer von QDs zu LHCII war nicht sicher nachzuweisen, da in den Hybridkomplexen zwar die QD- (Donor-) Fluoreszenz gelöscht, aber die LHCII- (Akzeptor-) Fluoreszenz nicht entsprechend stimuliert wurde.rnZusammenfassend wurden in dieser Arbeit einige Hybridkomplexe hergestellt, die in weiterführenden Ansätzen Verwendung finden können. Auf die hier gewonnenen Erkenntnisse über Interaktionen zwischen LHCII und synthetischen Materialien kann jetzt weiter aufgebaut werden.

The Effect of Metronome Pacing on Gait in Healthy Subjects

The complex process of gait is rendered partially automatic by central pattern generators (CPGs). To further our understanding of their role in gait control in healthy subjects, we applied a paradigm of anti-phase, or syncopated, movement to gait. To provide a context for our results, we reviewed the literature on in-phase, or synchronized, gait. The review results are as follows. Auditory cueing increased step/stride rate for older subjects, but not younger. Stride rate variability decreased for younger subjects, perhaps because the metronome’s cue acted as a temporal ‘anchor point’ for each step. Step width increased in half of the treadmill studies, but none of the overground ones, suggesting a cumulative effect of the attentional demands of synchronizing gait while on a treadmill. Time series analysis revealed that the α exponent was the most sensitive parameter reported, decreasing toward anti-persistence in almost all cued-gait studies. This project compares in-phase (IN) and anti-phase gait (ANTI) in young and old healthy subjects. We expected gait to be less disrupted during ANTI trials at preferred speed, when the facilitating effect of CPGs would be strongest. The measures step time variability, jerk index, and harmonic ratio quantified gait perturbation: none indicated that ANTI was easiest at preferred walking speed. Surprisingly, the gait of older subjects was no more perturbed than that of younger subjects. When they successfully matched the pace of the beat, they unwittingly synchronized to it. The temporal relationship of their steps to the beat was the same in the IN and ANTI conditions. Younger subjects, visibly struggling during ANTI trials, were able to walk in syncopation. This result suggests that cognitive resources available only to the younger group are required to resist synchronizing to the beat.

Liquid crystalline elastomers as stimuli-responsive microactuators

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are known to perform a reversible change of shape upon the phase transition from the semi-ordered liquid crystalline state to the chaotic isotropic state. This unique behavior of these “artificial muscles” arises from the self-organizing properties of liquid crystals (mesogens) in combination with the entropy-elasticity of the slightly crosslinked elastomer network. In this work, micrometer-sized LCE actuators are fabricated in a microfluidic setup. The microtubular shear flow provides for a uniform orientation of the mesogens during the crosslinking, a perquisite for obtaining actuating LCE samples. The scope of this work was to design different actuator geometries and to broaden the applicability of the microfluidic device for different types of liquid crystalline mesogens, ranging from side-chain to main-chain systems, as well as monomer and polymer precursors. For example, the thiol-ene “click” mechanism was used for the polymerization and crosslinking of main-chain LCE actuators. The main focus was, however, placed on acrylate monomers and polymers with LC side chains. A LC polymer precursor, comprising mesogenic and crosslinkable side-chains was synthesized. Used in combination with an LC monomer, the polymeric crosslinker promoted a stable LC phase, which allowed the mixture to be isothermally handled in the microfluidic reactor. If processed without the additional LC components, the polymer precursor yielded actuating fibers. A suitable co-flowing continuous phase facilitates the formation of a liquid jet and lowers the tendency for drop formation. By modification of the microfluidic device, it was further possible to prepare core-shell particles, comprised of an LCE shell and filled with an isotropic liquid. In analogy to the heart, a hollow muscle, the elastomer shell expels the inner liquid core upon its contraction. The feasibility of the core-shell particles as micropumps was demonstrated. In general, the synthesized LCE microactuators may be utilized as active components in micromechanical and lab-on-chip systems.

The updated European Consensus 2009 on the use of Botulinum toxin for children with cerebral palsy

An interdisciplinary European group of clinical experts in the field of movement disorders and experienced Botulinum toxin users has updated the consensus for the use of Botulinum toxin in the treatment of children with cerebral palsy (CP). A problem-orientated approach was used focussing on both published and practice-based evidence. In part I of the consensus the authors have tabulated the supporting evidence to produce a concise but comprehensive information base, pooling data and experience from 36 institutions in 9 European countries which involves more than 10,000 patients and over 45,000 treatment sessions during a period of more than 280 treatment years. In part II of the consensus the Gross Motor Function Measure (GMFM) and Gross Motor Function Classification System (GMFCS) based Motor Development Curves have been expanded to provide a graphical framework on how to treat the motor disorders in children with CP. This graph is named "CP(Graph) Treatment Modalities - Gross Motor Function" and is intended to facilitate communication between parents, therapists and medical doctors concerning (1) achievable motor function, (2) realistic goal-setting and (3) treatment perspectives for children with CP. The updated European consensus 2009 summarises the current understanding regarding an integrated, multidisciplinary treatment approach using Botulinum toxin for the treatment of children with CP.

Tailored total lymphoid irradiation in heart transplant patients: 10-years experience of one center

To assess safety and efficacy of tailored total lymphoid irradiation (tTLI) in cardiac transplant patients.

Lipopolysaccharide induces intestinal glucocorticoid synthesis in a TNFalpha-dependent manner

Stringent control of immune responses in the intestinal mucosa is critical for the maintenance of immune homeostasis and prevention of tissue damage, such as observed during inflammatory bowel disease. Intestinal epithelial cells, primarily thought to form a simple physical barrier, critically regulate intestinal immune cell functions by producing immunoregulatory glucocorticoids on T-cell activation. In this study we investigated whether stimulation of cells of the innate immune system results in the induction of intestinal glucocorticoids synthesis and what role TNF-alpha plays in this process. Stimulation of the innate immune system with lipopolysaccharide (LPS) led to an up-regulation of colonic steroidogenic enzymes and the induction of intestinal glucocorticoid synthesis. The observed induction was dependent on macrophage effector functions, as depletion of macrophages using clodronate-containing liposomes, but not absence of T and B cells, inhibited intestinal glucocorticoid synthesis. LPS-induced glucocorticoid synthesis was critically dependent on TNF-alpha as it was significantly decreased in TNF-alpha-deficient animals. Both TNF receptor-1 and -2 were found to be equally involved in LPS- and T-cell-induced intestinal GC synthesis. These results describe a novel and critical role of TNF-alpha in immune cell-induced intestinal glucocorticoid synthesis.

The design of artificial nestboxes for the study of secondary hole-nesting birds: a review of methodological inconsistencies and potential biases

The widespread use of artificial nestboxes has led to significant advances in our knowledge of the ecology, behaviour and physiology of cavity nesting birds, especially small passerines Nestboxes have made it easier to perform routine monitoring and experimental manipulation of eggs or nestlings, and also repeatedly to capture, identify and manipulate the parents However, when comparing results across study sites the use of nestboxes may also Introduce a potentially significant confounding variable in the form of differences in nestbox design amongst studies, such as their physical dimensions, placement height, and the way in which they are constructed and maintained However, the use of nestboxes may also introduce an unconsidered and potentially significant confounding variable clue to differences in nestbox design amongst studies, such as their physical dimensions, placement height, and the way in which they are constructed and maintained Here we review to what extent the characteristics of artificial nestboxes (e g size, shape, construction material, colour) are documented in the 'methods' sections of publications involving hole-nesting passerine birds using natural or excavated cavities or artificial nestboxes for reproduction and roosting Despite explicit previous recommendations that authors describe in detail the characteristics of the nestboxes used, we found that the description of nestbox characteristics in most recent publications remains poor and insufficient We therefore list the types of descriptive data that should be included in the methods sections of relevant manuscripts and justify this by discussing how variation in nestbox characteristics can affect or confound conclusions from nestbox studies We also propose several recommendations to improve the reliability and usefulness of research based on long-term studies of any secondary hole-nesting species using artificial nestboxes for breeding or roosting.

Comparative genomics of metabolic networks of free-living and parasitic eukaryotes

Background Obligate endoparasites often lack particular metabolic pathways as compared to free-living organisms. This phenomenon comprises anabolic as well as catabolic reactions. Presumably, the corresponding enzymes were lost in adaptation to parasitism. Here we compare the predicted core metabolic graphs of obligate endoparasites and non-parasites (free living organisms and facultative parasites) in order to analyze how the parasites' metabolic networks shrunk in the course of evolution. Results Core metabolic graphs comprising biochemical reactions present in the presumed ancestor of parasites and non-parasites were reconstructed from the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. While the parasites' networks had fewer nodes (metabolites) and edges (reactions), other parameters such as average connectivity, network diameter and number of isolated edges were similar in parasites and non-parasites. The parasites' networks contained a higher percentage of ATP-consuming reactions and a lower percentage of NAD-requiring reactions. Control networks, shrunk to the size of the parasites' by random deletion of edges, were scale-free but exhibited smaller diameters and more isolated edges. Conclusions The parasites' networks were smaller than those of the non-parasites regarding number of nodes or edges, but not regarding network diameters. Network integrity but not scale-freeness has acted as a selective principle during the evolutionary reduction of parasite metabolism. ATP-requiring reactions in particular have been retained in the parasites' core metabolism while NADH- or NADPH-requiring reactions were lost preferentially.

The Trypanosoma brucei MitoCarta and its regulation and splicing pattern during development

It has long been known that trypanosomes regulate mitochondrial biogenesis during the life cycle of the parasite; however, the mitochondrial protein inventory (MitoCarta) and its regulation remain unknown. We present a novel computational method for genome-wide prediction of mitochondrial proteins using a support vector machine-based classifier with approximately 90% prediction accuracy. Using this method, we predicted the mitochondrial localization of 468 proteins with high confidence and have experimentally verified the localization of a subset of these proteins. We then applied a recently developed parallel sequencing technology to determine the expression profiles and the splicing patterns of a total of 1065 predicted MitoCarta transcripts during the development of the parasite, and showed that 435 of the transcripts significantly changed their expressions while 630 remain unchanged in any of the three life stages analyzed. Furthermore, we identified 298 alternatively splicing events, a small subset of which could lead to dual localization of the corresponding proteins.