Lichtsammler hinter Glas : Stabilisierung und Funktionalisierung des pflanzlichen Hauptlichtsammelkomplexes (LHCII) durch biomineralische Einbettung in Nanopartikel

Der Haupt-Lichtsammelkomplex des Fotosystems II (LHCII) setzt sich aus einem Proteinanteil und nicht-kovalent gebundenen Pigmenten – 8 Chlorophyll a, 6 Chlorophyll b und 4 Carotinoide - zusammen. Er assembliert in vivo zu einem Trimer, in dem die Monomereinheiten ebenfalls nicht-kovalent miteinander wechselwirken. Die ausgesprochen hohe Farbstoffdichte und die Tatsache, dass der Komplex rekombinant hergestellt werden kann, machen den LHCII zu einem interessanten Kandidaten für technische Anwendungen wie einer Farbstoffsolarzelle. Allerdings muss hierzu seine thermische Stabilität drastisch erhöht werden.rnDer Einschluss von Proteinen/Enzymen in Silikat erhöht deren Stabilität gegenüber Hitze signifikant. LHCII sollte als erster rekombinanter Membranproteinkomplex mittels kovalent verbundener, polykationischen Sequenzen in Silikat eingeschlossen werden. Hierzu wurde der Komplex auf zwei Weisen polykationisch modifiziert: Auf Genebene wurde die Sequenz des R5-Peptids in den N-terminalen Bereich des LHCP-Gens eingeführt und ein Protokoll zur Überexpression, Rekonstitution und Trimerisierung etabliert. Außerdem wurde eine kovalente Modifikation des trimeren LHCII mit dem Arginin-reichen Protamin über heterobifunktionelle Crosslinker entwickelt. Beide resultierenden LHCII-Derivate waren in der Lage, Silikat autogen zu fällen. Die Stabilisierung der so in Silikat präzipitierten Komplexe war jedoch deutlich geringer als bei nicht-modifizierten Komplexen, die durch eine Spermin-induzierte Copräzipitation eingeschlossenen wurden. Dabei zeigte sich, dass für den Anteil der eingebauten Komplexe und das Ausmaß an Stabilisierung die Größe und klare partikuläre Struktur des Silikats entscheidend ist. Kleine Partikel mit einem Durchmesser von etwa 20 nm führten zu einem Einbau von rund 75 % der Komplexe, und mehr als 80 % des Energietransfers innerhalb des Komplexes blieben erhalten, wenn für 24 Stunden bei 50°C inkubiert wurde. Nicht in Silikat eingeschlossene Komplexe verloren bei 50°C ihren Komplex-internen Energietransfer binnen weniger Minuten. Es war dabei unerheblich, ob die Partikelgröße durch die Wahl des Puffers und des entsprechenden pH-Wertes, oder aber durch Variation des Spermin-zu-Kieselsäure-Verhältnisses erreicht wurde. Wurden die polykationisch veränderten Komplexe in solchen Copräzipitationen verwendet, so erhöhte sich der Anteil an eingebauten Komplexen auf über 90 %, jedoch wurde nur bei der R5-modifizierten Variante vergleichbare Ausmaße an Stabilisierung erreicht. Ein noch höherer Anteil an Komplexen wurde in das Silikatpellet eingebaut, wenn LHCII kovalent mit Silanolgruppen modifiziert wurde (95 %); jedoch war das Ausmaß der Stabilisierung wiederum geringer als bei einer Copräzipitation. Die analysierten Fällungssysteme waren außerdem in der Lage, Titandioxid zu fällen, wobei der Komplex in dieses eingebaut wurde. Allerdings muss das Stabilisierungspotential hier noch untersucht werden. Innerhalb eines Silikatpräzipitats aggregierten die Komplexe nicht, zeigten aber einen inter-trimeren Energietransfer, der sehr wahrscheinlich auf einem Förster Resonanz Mechanismus basiert. rnDies und das hohe Maß an Stabilisierung eröffnen neue Möglichkeiten, rekombinanten LHCII in technischen Applikationen als Lichtsammelkomponente zu verwenden.rn

Proteomic analysis of ocular surface components by use of HPLC based mass spectrometric strategies

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Top Down (TD) und zwei Bottom Up (BU) MALDI/ESI Massenspektrometrie/HPLC-Methoden entwickelt mit dem Ziel Augenoberfächenkomponenten, d.h. Tränenfilm und Konjunktivalzellen zu analysieren. Dabei wurde ein detaillierter Einblick in die Entwicklungsschritte gegeben und die Ansätze auf Eignung und methodische Grenzen untersucht. Während der TD Ansatz vorwiegend Eignung zur Analyse von rohen, weitgehend unbearbeiteten Zellproben fand, konnten mittels des BU Ansatzes bearbeitete konjunktivale Zellen, aber auch Tränenfilm mit hoher Sensitivität und Genauigkeit proteomisch analysiert werden. Dabei konnten mittels LC MALDI BU-Methode mehr als 200 Tränenproteine und mittels der LC ESI Methode mehr als 1000 Tränen- sowie konjunktivale Zellproteine gelistet werden. Dabei unterschieden sich ESI- and MALDI- Methoden deutlich bezüglich der Quantität und Qualität der Ergebnisse, weshalb differente proteomische Anwendungsgebiete der beiden Methoden vorgeschlagen wurden. Weiterhin konnten mittels der entwickelten LC MALDI/ESI BU Plattform, basierend auf den Vorteilen gegenüber dem TD Ansatz, therapeutische Einflüsse auf die Augenoberfläche mit Fokus auf die topische Anwendung von Taurin sowie Taflotan® sine, untersucht werden. Für Taurin konnten entzündungshemmende Effekte, belegt durch dynamische Veränderungen des Tränenfilms, dokumentiert werden. Außerdem konnten vorteilhafte, konzentrationsabhängige Wirkweisen auch in Studien an konjunktival Zellen gezeigt werden. Für die Anwendung von konservierungsmittelfreien Taflotan® sine, konnte mittels LC ESI BU Analyse eine Regenerierung der Augenoberfläche in Patienten mit Primärem Offenwinkel Glaukom (POWG), welche unter einem “Trockenem Auge“ litten nach einem therapeutischen Wechsel von Xalatan® basierend auf dynamischen Tränenproteomveränderungen gezeigt werden. Die Ergebnisse konnten mittels Microarray (MA) Analysen bestätigt werden. Sowohl in den Taurin Studien, als auch in der Taflotan® sine Studie, konnten charakteristische Proteine der Augenoberfläche dokumentiert werden, welche eine objektive Bewertung des Gesundheitszustandes der Augenoberfläche ermöglichen. Eine Kombination von Taflotan® sine und Taurin wurde als mögliche Strategie zur Therapie des Trockenen Auges bei POWG Patienten vorgeschlagen und diskutiert.

Optische Experimente zur Untersuchung der Nichtgleichgewichtsdynamik kolloidaler Suspensionen

In der vorliegenden Forschungsarbeit wird die Konkurrenz von Kristallisation und Verglasung in metastabilen kolloidalen Hart-Kugel(HK)-Modellsystemen mit dynamischer und zeitaufgelöster statischer Lichtstreuung untersucht. Durch gleichzeitige Messungen mit beiden Methoden an derselben Probe gelang es, mit hoher Genauigkeit und aussagekräftiger Statistik nachzuweisen, dass in beiden Systemklassen eine starke Korrelation der strukturellen und dynamischen Eigenschaften vorliegt und diese Korrelation zu quantifizieren. Ein zentraler Teil der Arbeit bestand in dem Aufbau einer geeigneten Lichtstreuanlage mit der erstmalig Messungen der Dynamik und der Struktur simultan an derselben nicht-ergodischen Probe durchgeführt werden konnten. Für die dynamische Lichtstreuung wurde ein Flächendetektor (CCD-Kamera) verwendet. In Kombination mit einer speziellen Detektionsoptik ermöglicht dies, die gleichzeitige Detektion von Streulicht aus unterschiedlichen Probenbereichen (Subensembles). Damit kann gleichzeitig die Dynamik in unterschiedlichen Subensembles mit einer Auflösung von 15,8x15,8µm2 untersucht werden. Die Lichtstreuanlage wurde ausführlich charakterisiert und ihre korrekte Funktionsweise mithilfe von Vergleichsmessungen an etablierten Lichtstreuanlagen bestätigt. Die zeitliche Entwicklung der Dynamik und der Struktur von metastabilen Proben wurde unterhalb, am und oberhalb des Glasübergangs quantifiziert. Dabei zeigte das untersuchte kolloidale HK-Modellsystem alle typischen Eigenschaften eines HK-Systems. Die kristallisierenden Proben zeigten das etablierte zweistufige Kristallisationsszenario mit entsprechender Kristallisationskinetik und die Glasproben zeigten das erwartete Alterungsverhalten. Bei dem zweistufigen Kristallisationsszenario kommt es zuerst zur Nukleation einer metastabilen Zwischenphase von sogenannten Precursorn. In einer zweiten Stufe bilden sich Kristallite innerhalb dieser Precursor. Durch Vergleich zwischen kristallisierenden und verglasenden Proben konnte auch während der Verglasung die Bildung von Precursorn beobachtet werden. Die Korrelation zwischen der Anzahl an Precursorn und der Partikeldynamik legt die Vermutung nahe, dass das immer noch unverstandene Phänomen der Alterung von Gläsern mit der Bildung von Precursorn zusammenhängt. Verhinderte Kristallisation führt zu einer starken Verlangsamung der Partikeldynamik. Die Partikeldynamik einer Probe am Glasübergang zeigt, dass die Probe vor Einsetzen der Kristallisation eine glasartige Dynamik aufwies. Dies legt die Vermutung nahe, dass einkomponentige kolloidale HK-Gläser den Gleichgewichtszustand (Kristall) auf langen Zeitskalen erreichen können. Durch die Untersuchung der Partikeldynamik von metastabilen Proben in einzelnen Subensembles konnte eine heterogene Verteilung der Partikeldynamik nachgewiesen werden. Es existieren Bereiche, in denen die Partikeldynamik schneller oder langsamer ist als in anderen Bereichen. Gleichzeitig zeigen die Messungen der strukturellen Eigenschaften, dass metastabile Proben auch heterogen bezüglich ihrer Struktur sind. Mithilfe dieser Messungen konnte die zeitliche Entwicklung des Anteils an langsamen Partikeln und des Anteils an Partikeln innerhalb von Objekten höherer Ordnung (Precursor/Kristallite) bestimmt werden. Es zeigte sich eine direkte Korrelation zwischen dem Anteil an langsamen Partikeln und dem Anteil an Partikeln in Objekten höherer Ordnung. Die Untersuchung der Dynamik und der Struktur in einzelnen Subensembles lieferte einen weiteren Hinweis darauf, dass Subensembles, in denen eine stärker ausgeprägte strukturelle Ordnung vorliegt, auch bevorzugt eine langsamere Partikeldynamik aufweisen.

Ranibizumab (Lucentis) in neovascular age-related macular degeneration: evidence from clinical trials

BACKGROUND: Neovascular age-related macular degeneration (AMD) has a poor prognosis if left untreated, frequently resulting in legal blindness. Ranibizumab is approved for treating neovascular AMD. However, further guidance is needed to assist ophthalmologists in clinical practice to optimise treatment outcomes. METHODS: An international retina expert panel assessed evidence available from prospective, multicentre studies evaluating different ranibizumab treatment schedules (ANCHOR, MARINA, PIER, SAILOR, SUSTAIN and EXCITE) and a literature search to generate evidence-based and consensus recommendations for treatment indication and assessment, retreatment and monitoring. RESULTS: Ranibizumab is indicated for choroidal neovascular lesions with active disease, the clinical parameters of which are outlined. Treatment initiation with three consecutive monthly injections, followed by continued monthly injections, has provided the best visual-acuity outcomes in pivotal clinical trials. If continued monthly injections are not feasible after initiation, a flexible strategy appears viable, with monthly monitoring of lesion activity recommended. Initiation regimens of fewer than three injections have not been assessed. Continuous careful monitoring with flexible retreatment may help avoid vision loss recurring. Standardised biomarkers need to be determined. CONCLUSION: Evidence-based guidelines will help to optimise treatment outcomes with ranibizumab in neovascular AMD.

White matter integrity associated with volitional motor activity

Variations of white matter integrity have been associated with interindividual differences in brain function. Still, little is known about the impact of white matter integrity on quantitative motor behaviour. Diffusion tensor imaging and continuous wrist actigraphy were measured on the same day in 12 individuals. Fractional anisotropy as measure of white matter integrity was correlated with the motor activity level. Positive correlations of fractional anisotropy and activity level were detected in the cingulum and the right superior longitudinal fasciculus underneath the precentral gyrus. Negative correlations were found in the left corticobulbar tract, in the right posterior corpus callosum and in the left superior longitudinal fasciculus. Volitional motor activity was associated with white matter integrity in motor relevant fiber tracts.

Resistive-Polymer Versus Forced-Air Warming: Comparable Efficacy in Orthopedic Patients

BACKGROUND: Several adverse consequences are caused by mild perioperative hypothermia. Maintaining normothermia with patient warming systems, today mostly with forced air (FA), has thus become a standard procedure during anesthesia. Recently, a polymer-based resistive patient warming system was developed. We compared the efficacy of a widely distributed FA system with the resistive-polymer (RP) system in a prospective, randomized clinical study. METHODS: Eighty patients scheduled for orthopedic surgery were randomized to either FA warming (Bair Hugger warming blanket #522 and blower #750, Arizant, Eden Prairie, MN) or RP warming (Hot Dog Multi-Position Blanket and Hot Dog controller, Augustine Biomedical, Eden Prairie, MN). Core temperature, skin temperature (head, upper and lower arm, chest, abdomen, back, thigh, and calf), and room temperature (general and near the patient) were recorded continuously. RESULTS: After an initial decrease, core temperatures increased in both groups at comparable rates (FA: 0.33 degrees C/h +/- 0.34 degrees C/h; RP: 0.29 degrees C/h +/- 0.35 degrees C/h; P = 0.6). There was also no difference in the course of mean skin and mean body (core) temperature. FA warming increased the environment close to the patient (the workplace of anesthesiologists and surgeons) more than RP warming (24.4 degrees C +/- 5.2 degrees C for FA vs 22.6 degrees C +/- 1.9 degrees C for RP at 30 minutes; P(AUC) <0.01). CONCLUSION: RP warming performed as efficiently as FA warming in patients undergoing orthopedic surgery.

Reproducibility and validity of video screen measurements of gait in children with spastic cerebral palsy

PURPOSE: To determine the reproducibility and validity of video screen measurement (VSM) of sagittal plane joint angles during gait. METHODS: 17 children with spastic cerebral palsy walked on a 10m walkway. Videos were recorded and 3d-instrumented gait analysis was performed. Two investigators measured six sagittal joint/segment angles (shank, ankle, knee, hip, pelvis, and trunk) using a custom-made software package. The intra- and interrater reproducibility were expressed by the intraclass correlation coefficient (ICC), standard error of measurements (SEM) and smallest detectable difference (SDD). The agreement between VSM and 3d joint angles was illustrated by Bland-Altman plots and limits of agreement (LoA). RESULTS: Regarding the intrarater reproducibility of VSM, the ICC ranged from 0.99 (shank) to 0.58 (trunk), the SEM from 0.81 degrees (shank) to 5.97 degrees (trunk) and the SDD from 1.80 degrees (shank) to 16.55 degrees (trunk). Regarding the interrater reproducibility, the ICC ranged from 0.99 (shank) to 0.48 (trunk), the SEM from 0.70 degrees (shank) to 6.78 degrees (trunk) and the SDD from 1.95 degrees (shank) to 18.8 degrees (trunk). The LoA between VSM and 3d data ranged from 0.4+/-13.4 degrees (knee extension stance) to 12.0+/-14.6 degrees (ankle dorsiflexion swing). CONCLUSION: When performed by the same observer, VSM mostly allows the detection of relevant changes after an intervention. However, VSM angles differ from 3d-IGA and do not reflect the real sagittal joint position, probably due to the additional movements in the other planes.

Preoperative MRI findings and functional outcome after selective dorsal rhizotomy in children with bilateral spasticity

PURPOSE: To identify MRI characteristics that may predict the functional effect of selective dorsal rhizotomy (SDR) in children with bilateral spastic paresis. METHODS: We performed SDR in a group of 36 patients. The gross motor functioning measure-66 (GMFM-66) was applied before and after SDR. Available cerebral MRIs were retrospectively classified into three diagnostic groups: periventricular leucomalacia (PVL; n = 10), hydrocephalus (n = 2), and normal (n = 6). In patients with PVL, we scored the severity of the MR abnormalities. We compared the changes in the GMFM-66 after SDR in the diagnostic groups. In patients with PVL, we correlated the severity of the MR abnormalities with the changes in the GMFM-66. RESULTS: The mean follow-up period was 5 years and 4 months (range, 1 year and 1 month to 9 years). The best improvement in gross motor function was observed in patients with normal MRI, and the slightest improvement was observed in patients with hydrocephalus. The severity of the PVL did correlate with the GMFM-66 score before SDR but not with the functional effect of SDR. CONCLUSION: We conclude that with respect to gross motor skills, the improvements after SDR are good in patients with no MRI abnormalities. In the patients with hydrocephalus, the improvements after SDR were insignificant. In patients with PVL, the improvements were intermediate and did not correlate with the degree of PVL.

Expression, regulation and clinical significance of soluble and membrane CD14 receptors in pediatric inflammatory lung diseases

BACKGROUND: Inflammatory lung diseases are a major morbidity factor in children. Therefore, novel strategies for early detection of inflammatory lung diseases are of high interest. Bacterial lipopolysaccharide (LPS) is recognized via Toll-like receptors and CD14. CD14 exists as a soluble (sCD14) and membrane-associated (mCD14) protein, present on the surface of leukocytes. Previous studies suggest sCD14 as potential marker for inflammatory diseases, but their potential role in pediatric lung diseases remained elusive. Therefore, we examined the expression, regulation and significance of sCD14 and mCD14 in pediatric lung diseases. METHODS: sCD14 levels were quantified in serum and bronchoalveolar lavage fluid (BALF) of children with infective (pneumonia, cystic fibrosis, CF) and non-infective (asthma) inflammatory lung diseases and healthy control subjects by ELISA. Membrane CD14 expression levels on monocytes in peripheral blood and on alveolar macrophages in BALF were quantified by flow cytometry. In vitro studies were performed to investigate which factors regulate sCD14 release and mCD14 expression. RESULTS: sCD14 serum levels were specifically increased in serum of children with pneumonia compared to CF, asthma and control subjects. In vitro, CpG induced the release of sCD14 levels in a protease-independent manner, whereas LPS-mediated mCD14 shedding was prevented by serine protease inhibition. CONCLUSIONS: This study demonstrates for the first time the expression, regulation and clinical significance of soluble and membrane CD14 receptors in pediatric inflammatory lung diseases and suggests sCD14 as potential marker for pneumonia in children.

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.

In the human urothelium and suburothelium, intradetrusor botulinum neurotoxin type A does not induce apoptosis: preliminary results

Intradetrusor injections of botulinum neurotoxin type A (BoNTA) are emerging as the preferred second-line treatment for neurogenic and idiopathic overactive bladder (OAB). In animal experiments, intradetrusor BoNTA injections have been shown to cause apoptosis in the bladder urothelium and suburothelium but not the detrusor.

Effects of combination therapy with verteporfin photodynamic therapy and ranibizumab in patients with age-related macular degeneration

This open-label, prospective, small-scale study investigated the benefits of same-day verteporfin and intravitreal ranibizumab in patients with predominantly classic, minimally classic or occult subfoveal choroidal neovascularization (CNV) secondary to age-related macular degeneration.

Gray matter volume differences specific to formal thought disorder in schizophrenia

Formal thought disorder (FTD) is one of the main symptoms of schizophrenia. To date there are no whole brain volumetric studies investigating gray matter (GM) differences specifically associated with FTD. Here, we studied 20 right-handed schizophrenia patients that differed in the severity of formal thought disorder and 20 matched healthy controls, using voxel-based morphometry (VBM). The severity of FTD was measured with the Scale for the Assessment of Thought, Language, and Communication. The severity was negatively correlated with the GM volume of the left superior temporal sulcus, the left temporal pole, the right middle orbital gyrus and the right cuneus/lingual gyrus. Structural abnormalities specific for FTD were found to be unrelated to GM differences associated with schizophrenia in general. The specific GM abnormalities within the left temporal lobe may help to explain language disturbances included in FTD.

Relationship between psychological distress and endogenous anticoagulants in patients with a previous venous thromboembolic event

Psychological distress, particularly anxiety and depression, has been associated with a prothrombotic state. However, the relationship between psychosocial factors and endogenous anticoagulants protein S (PS) and protein C (PC) has not previously been investigated. We explored the association between psychological distress, PS, and PC in patients with an objectively diagnosed venous thromboembolic event (VTE).

Dual-energy computed-tomography cholangiography in potential donors for living-related liver transplantation: initial experience

To report our initial experience with dual-energy computed-tomography (CT) cholangiography in potential donors for living-related liver transplantation.