Structure and dynamics of supramolecular assemblies studied by advanced solid-state NMR spectroscopy

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Aufklärung von Struktur und Dynamik komplexer supramolekularer Systeme mittels Festkörper NMR Spektroskopie. Die Untersuchung von pi-pi Wechselwirkungen, welche einen entscheidenden Einfluss auf die strukturellen und dynamischen Eigenschaften supra- molekularer Systeme haben, hilft dabei, die Selbst- organisationsprozesse dieser komplexen Materialien besser zu verstehen. Mit dipolaren 1H-1H and 1H-13C Wiedereinkopplungs NMR Methoden unter schnellem MAS können sowohl 1H chemische Verschiebungen als auch dipolare 1H-1H und 1H-13C Kopplungen untersucht werden, ohne dass eine Isotopenmarkierung erforderlich ist. So erhält man detaillierte Informationen über die Struktur und die Beweglichkeit einzelner Molekül- segmente. In Verbindung mit sogenannten nucleus independent chemical shift (NICS) maps (berechnet mit ab-initio Methoden) lassen sich Abstände von Protonen relativ zu pi-Elektronensystemen bestimmen und so Strukturvorschläge ableiten. Mit Hilfe von homo- und heteronuklearen dipolaren Rotationsseitenbandenmustern könnenaußerdem Ordnungs- parameter für verschiedene Molekülsegmente bestimmt werden. Die auf diese Weise gewonnenen Informationen über die strukturellen und dynamischen Eigenschaften supramolekularer Systeme tragen dazu bei, strukturbestimmende Molekül- einheiten und Hauptordnungsphänomene zu identifizieren sowie lokale Wechselwirkungen zu quantifizieren, um so den Vorgang der Selbstorganisation besser zu verstehen.

Hepatobiliary diseases in small animals: a comparison of ultrasonography and multidetector-row computed tomography

Ultrasonography (US) is an essential imaging tool for identifying abnormalities of the liver parenchyma, biliary tract and vascular system. US has replaced radiography as the initial imaging procedure in screening for liver disease in small animals. There are few reports of the use of conventional and helical computed tomography (CT) to assess canine or feline parenchymal and neoplastic liver disease and biliary disorders. In human medicine the development of multidetector- row helical computed tomography (MDCT), with its superior spatial and temporal resolution, has resulted in improved detection and characterization of diffuse and focal liver lesions. The increased availability of MDCT in veterinary practice provides incentive to develop MDCT protocols for liver imaging in small animals. The purpose of this study is to assess the rule of MDCT in the characterization of hepatobiliary diseases in small animals; and to compare this method with conventional US. Candidates for this prospective study were 175 consecutive patients (dogs and cats) referred for evaluation of hepatobiliary disease. The patients underwent liver US and MDCT. Percutaneous needle biopsy was performed on all liver lesions or alterations encountered. As for gallbladder, histopatological evaluation was obtained from cholecystectomy specimens. Ultrasonographic findings in this study agreed well with those of previous reports. A protocol for dual-phase liver MDCT in small animals has been described. MDCT findings in parenchymal disorders of the liver, hepatic neoplasia and biliary disorders are here first described in dogs and cats and compared with the corresponding features in human medicine. The ability of MDCT in detection and characterization of hepatobiliary diseases in small animals is overall superior to conventional US. Ultrasonography and MDCT scanning, however, play complementary rules in the evaluation of these diseases. Many conditions have distinctive imaging features that may permit diagnosis. In most instances biopsy is required for definitive diagnosis.

Detailed study of the seismotectonic setting in the Lucanian Apennines and surrounding areas (Southern Italy)

In this research work I analyzed the instrumental seismicity of Southern Italy in the area including the Lucanian Apennines and Bradano foredeep, making use of the most recent seismological database available so far. I examined the seismicity occurred during the period between 2001 and 2006, considering 514 events with magnitudes M ≥ 2.0. In the first part of the work, P- and S-wave arrival times, recorded by the Italian National Seismic Network (RSNC) operated by the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), were re-picked along with those of the SAPTEX temporary array (2001–2004). For some events located in the Upper Val d'Agri, I also used data from the Eni-Agip oil company seismic network. I computed the VP/VS ratio obtaining a value of 1.83 and I carried out an analysis for the one-dimensional (1D) velocity model that approximates the seismic structure of the study area. After this preliminary analysis, making use of the records obtained in the SeSCAL experiment, I incremented the database by handpicking new arrival times. My final dataset consists of 15,666 P- and 9228 S-arrival times associated to 1047 earthquakes with magnitude ML ≥ 1.5. I computed 162 fault-plane solutions and composite focal mechanisms for closely located events. I investigated stress field orientation inverting focal mechanism belonging to the Lucanian Apennine and the Pollino Range, both areas characterized by more concentrated background seismicity. Moreover, I applied the double difference technique (DD) to improve the earthquake locations. Considering these results and different datasets available in the literature, I carried out a detailed analysis of single sub-areas and of a swarm (November 2008) recorded by SeSCAL array. The relocated seismicity appears more concentrated within the upper crust and it is mostly clustered along the Lucanian Apennine chain. In particular, two well-defined clusters were located in the Potentino and in the Abriola-Pietrapertosa sector (central Lucanian region). Their hypocentral depths are slightly deeper than those observed beneath the chain. I suggest that these two seismic features are representative of the transition from the inner portion of the chain with NE-SW extension to the external margin characterized by dextral strike-slip kinematics. In the easternmost part of the study area, below the Bradano foredeep and the Apulia foreland, the seismicity is generally deeper and more scattered and is associated to the Murge uplift and to the small structures present in the area. I also observed a small structure NE-SW oriented in the Abriola-Pietrapertosa area (activated with a swarm in November 2008) that could be considered to act as a barrier to the propagation of a potential rupture of an active NW-SE striking faults system. Focal mechanisms computed in this study are in large part normal and strike-slip solutions and their tensional axes (T-axes) have a generalized NE-SW orientation. Thanks to denser coverage of seismic stations and the detailed analysis, this study is a further contribution to the comprehension of the seismogenesis and state of stress of the Southern Apennines region, giving important contributions to seismotectonic zoning and seismic hazard assessment.

Analysis of human body kinematics using a hybrid markerless video acquisition and processing

A main objective of the human movement analysis is the quantitative description of joint kinematics and kinetics. This information may have great possibility to address clinical problems both in orthopaedics and motor rehabilitation. Previous studies have shown that the assessment of kinematics and kinetics from stereophotogrammetric data necessitates a setup phase, special equipment and expertise to operate. Besides, this procedure may cause feeling of uneasiness on the subjects and may hinder with their walking. The general aim of this thesis is the implementation and evaluation of new 2D markerless techniques, in order to contribute to the development of an alternative technique to the traditional stereophotogrammetric techniques. At first, the focus of the study has been the estimation of the ankle-foot complex kinematics during stance phase of the gait. Two particular cases were considered: subjects barefoot and subjects wearing ankle socks. The use of socks was investigated in view of the development of the hybrid method proposed in this work. Different algorithms were analyzed, evaluated and implemented in order to have a 2D markerless solution to estimate the kinematics for both cases. The validation of the proposed technique was done with a traditional stereophotogrammetric system. The implementation of the technique leads towards an easy to configure (and more comfortable for the subject) alternative to the traditional stereophotogrammetric system. Then, the abovementioned technique has been improved so that the measurement of knee flexion/extension could be done with a 2D markerless technique. The main changes on the implementation were on occlusion handling and background segmentation. With the additional constraints, the proposed technique was applied to the estimation of knee flexion/extension and compared with a traditional stereophotogrammetric system. Results showed that the knee flexion/extension estimation from traditional stereophotogrammetric system and the proposed markerless system were highly comparable, making the latter a potential alternative for clinical use. A contribution has also been given in the estimation of lower limb kinematics of the children with cerebral palsy (CP). For this purpose, a hybrid technique, which uses high-cut underwear and ankle socks as “segmental markers” in combination with a markerless methodology, was proposed. The proposed hybrid technique is different than the abovementioned markerless technique in terms of the algorithm chosen. Results showed that the proposed hybrid technique can become a simple and low-cost alternative to the traditional stereophotogrammetric systems.

Impact of forest fragmentation and disturbance on the endangered tropical tree Prunus africana (Rosaceae)

Anthropogene Fragmentierung und Störung von Wäldern beeinflussen ökologische Prozesse. Darüber hinaus werden genetische Drift und Inzucht verstärkt und die Fitness von Populationen beeinträchtigt. Um die Einflüsse von Fragmentierung und Störung auf die Biodiversität und Prozesse in tropischen Wäldern zu ermitteln, habe ich im „Kakamega Forest“, West-Kenia, die Baumart Prunus africana genauer untersucht. Dabei lag der Fokus auf (i) der Frugivorengemeinschaft und Samenausbreitung, (ii) der Kleinsäugergemeinschaft im Kontext der Samenprädation und (iii) der genetische Populationsstruktur von Keimlingen und adulten Bäumen. Der Vergleich von Keimlingen mit adulten Bäumen ermöglicht es, Veränderungen im Genfluss zwischen Generationen festzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass im untersuchten Waldgebiet insgesamt 49 frugivore Arten (Affen und Vögel) vorkommen. Dabei lag die Gesamtartenzahl im zusammenhängenden Wald höher als in den isoliert liegenden Fragmenten. An den Früchten von P. africana konnten insgesamt 36 Arten fressend beobachtet werden. Hier jedoch wurden in Fragmenten eine leicht erhöhte Frugivorenzahl sowie marginal signifikant erhöhte Samenausbreitungsraten nachgewiesen. Der Vergleich von stark gestörten mit weniger gestörten Flächen zeigte eine höhere Gesamtartenzahl sowie eine signifikant höhere Frugivorenzahl in P. africana in stark gestörten Flächen. Entsprechend war die Samenausbreitungsrate in stark gestörten Flächen marginal signifikant erhöht. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die quantitative Samenausbreitung in fragmentierten und gestörten Flächen etwas erhöht ist und somit eine gewisse Artenredundanz besteht, die den Verlust einzelner Arten ausgleichen könnte. Prunus africana Samen, die auf dem Boden lagen, wurden hauptsächlich von einer Nagerart (Praomys cf. jacksonii) erbeutet. Dabei war in gestörten Waldbereichen eine tendenziell höhere Prädatoraktivität zu beobachten als in weniger gestörten. Zudem waren einzelne Samen im Gegensatz zu Samengruppen in gestörten Flächen signifikant höherem Prädationsdruck ausgesetzt. Diese Ergebnisse zeigen, dass Fragmentierung sowie anthropogene Störungen auf unterschiedliche Prozesse im Lebenszyklus eines tropischen Baumes gegensätzliche Effekte haben können. Eine Extrapolation von einem auf einen anderen Prozess kann somit nicht erfolgen. Die genetische Differenzierung der adulten Baumpopulationen war gering (FST = 0.026). Der Großteil ihrer Variation (~ 97 %) lag innerhalb der Populationen, was intensiven Genfluss in der Vergangenheit widerspiegelt. Die genetische Differenzierung der Keimlinge war etwas erhöht (FST = 0.086) und ~ 91 % ihrer Variation lag innerhalb der Populationen. Im Gegensatz zu den adulten Bäumen konnte ich für Keimlinge ein „Isolation-by-distance“-Muster feststellen. Somit sind erste Hinweise auf begrenzten Genfluss im Keimlingsstadium infolge von Fragmentierung gegeben. Obwohl die Momentaufnahmen im Freiland keine Abnahme in der Frugivorenzahl und Samenausbreitung von P. africana als Folge von Fragmentierung beobachten ließen, weisen die Ergebnisse der genetischen Studie auf einen bereits reduzierten Genaustausch zwischen den Populationen hin. Somit lässt sich feststellen, dass die Faktoren Fragmentierung und Störung genetische Diversität, ökologische Prozesse und Artendiversität in Wäldern jeweils auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Um Konsequenzen derartiger Einflüsse folgerichtig abschätzen zu können, sind Studien auf unterschiedlichen Diversitätsebenen unabdingbar.

Fault delineation and stress orientations from the analysis of background, low magnitude seismicity in Southern Apennines (Italy)

The aim of this work was to show that refined analyses of background, low magnitude seismicity allow to delineate the main active faults and to accurately estimate the directions of the regional tectonic stress that characterize the Southern Apennines (Italy), a structurally complex area with high seismic potential. Thanks the presence in the area of an integrated dense and wide dynamic network, was possible to analyzed an high quality microearthquake data-set consisting of 1312 events that occurred from August 2005 to April 2011 by integrating the data recorded at 42 seismic stations of various networks. The refined seismicity location and focal mechanisms well delineate a system of NW-SE striking normal faults along the Apenninic chain and an approximately E-W oriented, strike-slip fault, transversely cutting the belt. The seismicity along the chain does not occur on a single fault but in a volume, delimited by the faults activated during the 1980 Irpinia M 6.9 earthquake, on sub-parallel predominant normal faults. Results show that the recent low magnitude earthquakes belongs to the background seismicity and they are likely generated along the major fault segments activated during the most recent earthquakes, suggesting that they are still active today thirty years after the mainshock occurrences. In this sense, this study gives a new perspective to the application of the high quality records of low magnitude background seismicity for the identification and characterization of active fault systems. The analysis of the stress tensor inversion provides two equivalent models to explain the microearthquake generation along both the NW-SE striking normal faults and the E- W oriented fault with a dominant dextral strike-slip motion, but having different geological interpretations. We suggest that the NW-SE-striking Africa-Eurasia convergence acts in the background of all these structures, playing a primary and unifying role in the seismotectonics of the whole region.

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Anatomic study of the feline bronchial and vascular structures with a 64 detector-row computed tomography

Multidetector row computed tomography over the last decade is commonly used in veterinary medicine. This new technology has an increased spatial and temporal resolution, could evaluate wider scanning range in shorter scanning time, providing an advanced imaging modality. Computed tomography angiographic studies are commonly used in veterinary medicine in order to evaluate vascular structures of the abdomen and the thorax. Pulmonary pathology in feline patients is a very common condition and usually is further evaluating with computed tomography. Up to date few references of the normal computed tomographic aspects of the feline thorax are reported. In this study a computed tomographic pulmonary angiography (CTPA) protocol is reported in normal cats and is compared with the up to date anatomical references. A CTPA protocol using a 64 MDCT in our study achieved high resolution images of the pulmonary arteries, pulmonary veins and bronchial lumen till the level of minor segmental branches. Feline pulmonary bronchial parenchyma demonstrates an architecture of mixed type with a monopedial model observed in the most anatomical parts and the dichotomic aspect is seen at the accessory lobe. The arterial and venous architecture is similar to the bronchial. Statistical analysis demonstrates the linear correlation of tracheal diameter to the felines weight. Vascular variations were noticed. The pulmonary venous system enters into the left atrium through three ostia (left cranial ostia: consisted of the anastomosis of the cranial and caudal portion of the left cranial pulmonary vein; right ostia: consisted of the anastomosis of the right cranial and middle pulmonary vein; and the caudal ostia: consisted of the anastomosis of the right and left caudal pulmonary vein). In conclusion CTPA is applicable in feline patients and provides an excellent imaging of the pulmonary arterial, venous and bronchial system till the level of minor segmental branches.

Lateral tires characterization: testing, analytical models and applications for aeronautic purpose

The lateral characteristics of tires in terms of lateral forces as a function of sideslip angle is a focal point in the prediction of ground loads and ground handling aircraft behavior. However, tests to validate such coefficients are not mandatory to obtain Aircraft Type Certification and so they are not available for ATR tires. Anyway, some analytical values are implemented in ATR calculation codes (Flight Qualities in-house numerical code and Loads in-house numerical code). Hence, the goal of my work is to further investigate and validate lateral tires characteristics by means of: exploitation and re-parameterization of existing test on NLG tires, implementation of easy-handle model based on DFDR parameters to compute sideslip angles, application of this model to compute lateral loads on existing flight tests and incident cases, analysis of results. The last part of this work is dedicated to the preliminary study of a methodology to perform a test to retrieve lateral tire loads during ground turning with minimum requirements in terms of aircraft test instrumentation. This represents the basis for future works.

From inverted pendulum to N-link chain: inertial sensors-based assessment of movement kinematics and dynamics for functional evaluation and rehabilitation

Despite several clinical tests that have been developed to qualitatively describe complex motor tasks by functional testing, these methods often depend on clinicians' interpretation, experience and training, which make the assessment results inconsistent, without the precision required to objectively assess the effect of the rehabilitative intervention. A more detailed characterization is required to fully capture the various aspects of motor control and performance during complex movements of lower and upper limbs. The need for cost-effective and clinically applicable instrumented tests would enable quantitative assessment of performance on a subject-specific basis, overcoming the limitations due to the lack of objectiveness related to individual judgment, and possibly disclosing subtle alterations that are not clearly visible to the observer. Postural motion measurements at additional locations, such as lower and upper limbs and trunk, may be necessary in order to obtain information about the inter-segmental coordination during different functional tests involved in clinical practice. With these considerations in mind, this Thesis aims: i) to suggest a novel quantitative assessment tool for the kinematics and dynamics evaluation of a multi-link kinematic chain during several functional motor tasks (i.e. squat, sit-to-stand, postural sway), using one single-axis accelerometer per segment, ii) to present a novel quantitative technique for the upper limb joint kinematics estimation, considering a 3-link kinematic chain during the Fugl-Meyer Motor Assessment and using one inertial measurement unit per segment. The suggested methods could have several positive feedbacks from clinical practice. The use of objective biomechanical measurements, provided by inertial sensor-based technique, may help clinicians to: i) objectively track changes in motor ability, ii) provide timely feedback about the effectiveness of administered rehabilitation interventions, iii) enable intervention strategies to be modified or changed if found to be ineffective, and iv) speed up the experimental sessions when several subjects are asked to perform different functional tests.

Comparative analysis of midline guidance and axon pathfinding in the chelicerates Achaearanea tepidariorum and Cupiennius salei

Die Neurogenese und axonale Wegfindung sind in den vergangenen Jahrzehnten Thema einer Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungen in den verschiedensten Organismen gewesen. Die zusammengetragenen Daten in Insekten und Crustaceen geben eine gute Übersicht darüber, wie das Nervensystem in Arthropoden aufgebaut wird. Die entwicklungsbiologischen Prozesse, die daran beteiligt sind, sind in den beiden genannten Gruppen sehr gut verstanden. In den Gruppen der Cheliceraten und Myriapoden jedoch wurden ähnliche Analysen bisher kaum durchgeführt. Das Hauptanliegen dieser Arbeit war es daher, Mechanismen in den Spinnen Achaearanea tepidariorum und Cupiennius salei, zwei Vertretern der Cheliceraten, zu untersuchen, die eine Rolle im Leitsystem der ventralen Mittellinie und bei der axonalen Wegfindung spielen. Eine Vorraussetzung hierfür sind Kenntnisse über die Architektur des Zentralnervensystems. In einem ersten Schritt beschrieb ich daher grundlegend die Morphologie des Nervensystems im Verlauf der gesamten Embryoalentwicklung. Ich konnte zeigen, dass in Spinnen ein für Arthropoden typisches Strickleiternervensystem gebildet wird. Dieses wird von segmental angelegten Neuronen geformt, wobei sowohl Gruppen von Zellen als auch einzelne Neurone daran beteiligt sind, die primären axonalen Trakte zu etablieren. Im Besonderen konnte ich eine Zelle identifizieren, die in Position, Projektionsmuster und der Expression des Markergens even-skipped vergleichbar zum PR2 Neuron in Drosophila ist, welches die posteriore Wurzel des Segmentalnervs anlegt.rnrnIn einem zweiten Ansatz untersuchte ich die ventrale Mittellinie in Spinnen im Bezug auf ihre mögliche Funktion in der axonalen Wegfindung. Es konnte gezeigt werden, dass es sich beim Epithel der Mittellinie, das die Lücke zwischen beiden Keimstreifhälften während des gesamten Prozesses der Inversion überspannt, um eine transiente Struktur handelt, die keine neuralen Zellen hervorbringt. Es ist daher vergleichbar mit der so genannten Floor plate in Vertebraten, die ebenfalls nur vorübergehend existiert. Die Untersuchung von single minded (sim) zeigte, dass es, anders als in Drosophila, wo sim ein wichtiges regulatorisches Gen für die korrekte Spezifizierung von Mittellinienzellen ist, nicht in den Zellen der Mittellinie, sondern in diesen benachbarten Zellen, exprimiert wird. Das ist vergleichbar mit Vertebraten. Zusätzlich konnte ich Expression von sim an den Basen der Gliedmassen und im Kopf nachweisen. Wie in Vertebraten könnte sim an der Musterbildung dieser Gewebe beteiligt sein. Dennoch spielt die Mittellinie in Spinnen eine wichtige Rolle als Organisator für auswachsende, kommissurale Axone. Diese Funktion teilt sie mit anderen Invertebraten und Vertebraten.rnrnDie Signaltransduktionskaskade, die an der axonalen Wegfindung an der Mittellinie beteiligt ist, ist in den verschiedensten Organismen hoch konserviert. In der vorliegenden Arbeit konnte ich sowohl in Achaearanea als auch in Cupiennius ein netrin Homolog identifizieren und eine konservierte Funktion des Wegfindungsmoleküls während der Bildung der Kommissuren aufzeigen. RNAi Experimente belegen, dass, wird die Funktion von netrin herunterreguliert, das Strickleiternervensystem nicht korrekt gebildet wird, ins Besondere die kommissuralen Faszikel. Des Weiteren konnte ich eine neue Funktion von netrin, die bisher in anderen Organsimen noch nicht beschrieben wurde, identifizieren. Neben seiner Rolle in der axonalen Wegfindung, scheint netrin auch an der epithelialen Morphogenese im zentralen Nervensystem beteiligt zu sein. In dieser Funktion scheint netrin in Gliazellen, die die epithelialen Vesikel der Invaginationsgruppen umhüllen, wichtig zu sein, um neurale Vorläuferzellen in einem undifferenzierten Zustand zu halten. Der Abbau von netrin Transkript durch RNA Interferenz führt zu einer verfrühten Segregation neuraler Vorläuferzellen aus dem epithelialen Verband der Invaginationsgruppen und zu einer Zunahme an Zellen, die den frühen Differenzierungsmarker islet exprimieren.

Treatment of knee articular cartilage defects: surgical strategies, results and analysis of factors determining the clinical outcome

Articular cartilage lesions, with their inherent limited healing potential, are hard to treat and remain a challenging problem for orthopedic surgeons. Despite the development of several treatment strategies, the real potential of each procedure in terms of clinical benefit and effects on the joint degeneration processes is not clear. Aim of this PhD project was to evaluate the results, both in terms of clinical and imaging improvement, of new promising procedures developed to address the challenging cartilage pathology. Several studies have been followed in parallel and completed over the 3-year PhD, and are reported in detail in the following pages. In particular, the studies have been focused on the evaluation of the treatment indications of a scaffold based autologous chondrocyte implantation procedure, documenting its results for the classic indication of focal traumatic lesions, as well as its use for the treatment of more challenging patients, older, with degenerative lesions, or even as salvage procedure for more advanced stages of articular degeneration. The second field of study involved the analysis of the results obtained treating lesions of the articular surface with a new biomimetic osteochondral scaffold, which showed promise for the treatment of defects where the entire osteochondral unit is involved. Finally, a new minimally invasive procedure based on the use of growth factors derived from autologous platelets has been explored, showing results and underlining indicatios for the treatment of cartilage lesions and different stages of joint degeneration. These studies shed some light on the potential of the evaluated procedures, underlining good results as well as limits, they give some indications on the most appropriate candidates for their application, and document the current knowledge on cartilage treatment procedures suggesting the limitations that need to be addressed by future studies to improve the management of cartilage lesions.

Obsessed With Work: A multi-causal and multi-rater approach to workaholism

Workaholism is defined as the combination of two underlying dimensions: working excessively and working compulsively. The present thesis aims at achieving the following purposes: 1) to test whether the interaction between environmental and personal antecedents may enhance workaholism; 2) to develop a questionnaire aimed to assess overwork climate in the workplace; 3) to contrast focal employees’ and coworkers’ perceptions of employees’ workaholism and engagement. Concerning the first purpose, the interaction between overwork climate and person characteristics (achievement motivation, perfectionism, conscientiousness, self-efficacy) was explored on a sample of 333 Dutch employees. The results of moderated regression analyses showed that the interaction between overwork climate and person characteristics is related to workaholism. The second purpose was pursued with two interrelated studies. In Study 1 the Overwork Climate Scale (OWCS) was developed and tested using a principal component analysis (N = 395) and a confirmatory factor analysis (N = 396). Two overwork climate dimensions were distinguished, overwork endorsement and lacking overwork rewards. In Study 2 the total sample (N = 791) was used to explore the association of overwork climate with two types of working hard: work engagement and workaholism. Lacking overwork rewards was negatively associated with engagement, whereas overwork endorsement showed a positive association with workaholism. Concerning the third purpose, using a sample of 73 dyads composed by focal employees and their coworkers, a multitrait-multimethod matrix and a correlated trait-correlated method model, i.e. the CT-C(M–1) model, were examined. Our results showed a considerable agreement between raters on focal employees' engagement and workaholism. In contrast, we observed a significant difference concerning the cognitive dimension of workaholism, working compulsively. Moreover, we provided further evidence for the discriminant validity between engagement and workaholism. Overall, workaholism appears as a negative work-related state that could be better explained by assuming a multi-causal and multi-rater approach.

The vulnerable carotid plaque. Identification of endothelial markers predictive of plaque weakness, rupture predisposition and neoangiogenesis

Background. Neoangiogenesis is crucial in plaque progression and instability. Previous data from our group demonstrated that intra-plaque neovessels show both a Nestin+/WT+ and a Nestin+/WT1- phenotype, the latter being correlated with complications and plaque instability. Aims. The aims of the present thesis are: (i) to confirm our previous results on Nestin/WT1 phenotype in a larger series of carotid atheromatous plaques, (ii) to evaluate the relationship between the Nestin+/WT1- neoangiogenesis phenotype and plaque morphology, (iii) to evaluate the relationship between the immunohistochemical and histopathological characteristics and the clinical instability of the plaques. Materials and Methods. Seventy-three patients (53 males, 20 females, mean age 71 years) were consecutively enrolled. Symptoms, brain CT scan, 14 histological variables, including intraplaque hemorrhage and diffuse calcifications, were collected. Immunohistochemistry for CD34, Nestin and WT1 was performed. RT-PCR was performed to evaluate Nestin and WT1 mRNA (including 5 healthy arteries as controls). Results. Diffusely calcified plaques (13 out of 73) were found predominantly in females (P=0.017), with a significantly lower incidence of symptoms (TIA/stroke) and brain focal lesions (P=0.019 and P=0.013 respectively) than not-calcified plaques, but with the same incidence of intraplaque complications (P=0.156). Accordingly, both calcified and not calcified plaques showed similar mean densities of positivity for CD34, Nestin and WT1. The density of Nestin and WT1 correlated with the occurrence of intra-plaque hemorrhage in all cases, while the density of CD34 correlated only in not-calcified plaques. Conclusions. We confirmed that the Nestin+/WT1- phenotype characterizes the neovessels of instable plaques, regardless the real amount of CD34-positive neoangiogenesis. The calcified plaques show the same incidence of histological complications, albeit they do not influence symptomatology and plaque vulnerability. Female patients show a much higher incidence of not-complicated or calcified plaques, receiving de facto a sort of protection compared to male patients.

The scintillating fiber focal plane detector for the use of Kaos as a double arm spectrometer

The upgrade of the Mainz Mikrotron (MAMI) electron accelerator facility in 2007 which raised the beam energy up to 1.5,GeV, gives the opportunity to study strangeness production channels through electromagnetic process. The Kaon Spectrometer (KAOS) managed by the A1 Collaboration, enables the efficient detection of the kaons associated with strangeness electroproduction. Used as a single arm spectrometer, it can be combined with the existing high-resolution spectrometers for exclusive measurements in the kinematic domain accessible to them.rnrnFor studying hypernuclear production in the ^A Z(e,e'K^+) _Lambda ^A(Z-1) reaction, the detection of electrons at very forward angles is needed. Therefore, the use of KAOS as a double-arm spectrometer for detection of kaons and the electrons at the same time is mandatory. Thus, the electron arm should be provided with a new detector package, with high counting rate capability and high granularity for a good spatial resolution. To this end, a new state-of-the-art scintillating fiber hodoscope has been developed as an electron detector.rnrnThe hodoscope is made of two planes with a total of 18432 scintillating double-clad fibers of 0.83 mm diameter. Each plane is formed by 72 modules. Each module is formed from a 60deg slanted multi-layer bundle, where 4 fibers of a tilted column are connected to a common read out. The read-out is made with 32 channels of linear array multianode photomultipliers. Signal processing makes use of newly developed double-threshold discriminators. The discriminated signal is sent in parallel to dead-time free time-to-digital modules and to logic modules for triggering purposes.rnrnTwo fiber modules were tested with a carbon beam at GSI, showing a time resolution of 220 ps (FWHM) and a position residual of 270 microm m (FWHM) with a detection efficiency epsilon>99%.rnrnThe characterization of the spectrometer arm has been achieved through simulations calculating the transfer matrix of track parameters from the fiber detector focal plane to the primary vertex. This transfer matrix has been calculated to first order using beam transport optics and has been checked by quasielastic scattering off a carbon target, where the full kinematics is determined by measuring the recoil proton momentum. The reconstruction accuracy for the emission parameters at the quasielastic vertex was found to be on the order of 0.3 % in first test realized.rnrnThe design, construction process, commissioning, testing and characterization of the fiber hodoscope are presented in this work which has been developed at the Institut für Kernphysik of the Johannes Gutenberg - Universität Mainz.