From information flow to transport investigations in fusion: Revealing the nature of transitions to core-electron-root-confinement in Wendelstein 7-X

In course of the recent results from Wendelstein 7-X, stellarators are on the brink for assessing their maturity as a fusion reactor. To this end, stellarator specific transport regimes need detailed exploration both with appropriate systematic experimental investigations and models. A way to enhance the efficiency of this process is seen in an systematic evaluation of existing experimental data. We propose appropriate tools developed in information theory for examining large datasets. Information entropy calculations, that have proven to assist the systematic assessment of datasets in many other scientific fields, are used for novelty detection. Potentially, as a first use-case of this holistic process, this thesis attempts to link and to develop approaches to examine the stellarator specific core-electron-root-confinement (CERC) regime. The specific interest for CERC emerges from the behavior of the radial electric field. While ion-root conditions exhibit negative radial electric fields, CERC’s positive field in the very core of fusion grade plasmas adds an outward thermodynamic force to high-Z impurities and could add to potential actuators to control impurity influx as to be examined for full-metal wall operation in large stellarators. Recently, this feature received revived intent for reactor scale stellarators. Also, in this work, parameter regions close to the transition from ion-root to CERC are examined. At lower rotational transform (a characteristic feature of the magnetic field confining fusion grade plasmas), transitions were detected when the plasma current evolved. As in smaller stellarators, it is concluded that low-order rationals and magnetic islands are related to the transitions. This is widely supported by extensive MHD simulations which finally provide indications for the role of zonal flow oscillations. As one of the outcomes, gyrokinetic instabilities are seen interacting for the first time with the neoclassical mechanisms in experiments. In order to cope with the vast number of highly sampled spatio-temporal plasma data, new techniques for novelty detection are required. Fundamental prerequisites for the detailed physics investigations were the feasibility study of entropy-based data analysis techniques, and their adaptation to detect previously unrevealed transition mechanisms. These tools were applied to multivariate bulk plasma emissivity data, which allowed the exploration of large parameter spaces and provided insights in the spatio-temporal dynamics of CERC transitions. In this manner, this research highlights the feasibility of information flow measure analysis in fusion studies. Applications of different entropy-based complexity measures are explored and this work sheds light on the capabilities, added value and limitations of these techniques. This investigation presents the integration of information flow measures to gain deeper understanding of plasma transport phenomena, by providing an approach to fast systematic data mining suited for real-time analysis. This work paves the way for further development and implementation of information-theoretic methods for plasma data analysis. In summary, this research highlights the gained insight on CERC transitions, while showcasing the feasibility, added values and limitations of information flow measure analysis for fusion studies, to induce theory based analysis revealing new insights in fundamental, stellarator-specific transport mechanisms

Optimierte Bildgebung der Multiplen Sklerose Einfluß von Spulen- und Sequenztechnologien

Der Nachweis von demyelinisierenden Läsionen in T2-gewichteten Aufnahmen ist entsprechend der aktuellen Empfehlungen entscheidender diagnostischer Bestandteil für den Nachweis der örtlichen und zeitlichen Dissemination der Erkrankung Multiple Sklerose in der MRT. Hierfür sind ein möglichst optimales SNR und CNR der demyelinisierenden Läsionen in T2-gewichteten Aufnahmen notwendig. Die SPACE-Sequenz stellt im Bereich der Hochfeld-MRT eine alternative Sequenztechnologie dar, welche die SAR-Limitationen der etablierten TSE-Sequenzen umgeht. Ziel der Studie war es, zu zeigen, dass die Darstellung demyelinisierender Läsionen in T2-gewichteten Aufnahmen bei Patienten mit Multipler Sklerose durch die SPACE-Sequenz und die 32-Kanal-Spule sowohl hinsichtlich der objektiven wie auch der subjektiven Bildqualität in der MRT optimiert werden kann. Die statistische Auswertung mittels Wilcoxon Rangsummentest ergab einen signifikanten Zugewinn an SNR und CNR (p< 0,001) sowohl für die Space Sequenz gegenüber der TSE Sequenz unabhängig mit welcher Spulenkombination als auch für die 32-Kanalspule gegenüber der 12-Kanalspule, unabhängig von der Sequenzwahl sowie einen signifikanten Mehrgewinn für die Kombination aus Space-Sequenz und 32-Kanal-Spule. Die qualitative Bewertung durch zwei erfahrene Neuroradiologen und einen MS-kundigen Neurologen auf einer 4-Punkte Skala ergab eine signifikant verbesserte Bildqualität für die 32- Kanal-Spule unabhängig von der Sequenz und keinen signifikanten Unterschied zwischen den Sequenzen Space und TS. In Kombination mit einer 32-Kanal-Kopfspule ermöglicht die SPACE-Sequenz eine Verbesserung der subjektiven Bildqualität sowie von SNR und CNR der demyelinisierenden Läsionen bei Patienten mit Multipler Sklerose

Methanogenic microbiomes in rewetted temperate fens, with emphasis on methylotrophic Methanomassiliicoccales

For centuries, peatlands have received little attention or recognition due to their perceived insignificance, invisibility, and negative associations. However, they are now receiving increasing attention due to the ecosystem services they provide as carbon and water reservoirs, as well as their rich biodiversity of rare and endangered animals and plants. In the discussion of greenhouse gas (GHG) emissions and their impact on the climate, peatlands are also recognized as being of significant importance. To comprehend the source of these GHG, it is necessary to examine the microbiome of peatlands and the effects of lowering (draining) and raising (rewetting) the water level. Peatlands store large amounts of soil organic carbon (SOC) in form of peat. Dead plant material is preserved in the water-saturated soils and the carbon dioxide (CO2) absorbed from the atmosphere through photosynthesis is stored as peat. However, when the water table in peatlands is lowered, atmospheric oxygen enters the soil, and the soil microbiome changes, leading to the microbial decomposition of SOC and the release of large quantities of CO2. Rewetting can halt aerobic decomposition processes by blocking oxygen. Anaerobic conditions are not conducive to aerobic organisms. Complex plant polymers, such as lignin, can no longer be broken down, preserving the peat body and allowing the peatland to once again serve as a long-term carbon sink. Under these anaerobic conditions, methanogenic archaea produce methane from metabolic products of fermentation processes. Methane is emitted in much smaller quantities, but has about 30 times the warming potential of CO2, making it the second most important GHG after CO2. To gain a better understanding of the processes involved in methanogenesis, it is essential to conduct a detailed investigation of the individual groups of archaea involved. The metabolic pathways of hydrogenotrophic methanogenesis from CO2 and hydrogen, as well as acetoclastic methanogenesis from acetate cleavage, have already been extensively researched and are considered the most significant pathways of methanogenesis. In recent years, additional organisms have been discovered that carry out methylotrophic methanogenesis from methanol and methylated compounds. The methylotrophic order of Methanomassiliicoccales was first described in 2012, but only one pure culture, Methanomassiliicoccus luminyensis, has been isolated. Further research into Methanomassiliicoccales, commonly found in mires, can enhance our understanding of methanogenesis not only in mires but also in other habitats, such as the gastrointestinal tracts (GIT) of animals or water body sediments. This study investigates the peat soil microbiomes, with a focus on methanogenic Archaea of the order Methanomassiliicoccales, at the six study sites of the WETSCAPES project. The sites are located in the three important fen types of Mecklenburg-Western Pomerania (alder forest, percolation fen, and coastal flooded fen), each in drained and rewetted areas. The first article investigates the microbial composition of prokaryotes and eukaryotes in the sites using Illumina MiSeq Amplicon sequencing of 16S rRNA and 18S rRNA genes. The aerobic microorganisms responsible for decomposing plant biomass are present in drained peatlands. In rewetted sites, the relative abundance of these organisms was significantly lower, while other groups, such as fermenting bacteria and methanogenic archaea, occurred in greater numbers. Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) was used to determine the number of methanogenic archaea per gram soil. The results indicate that methanogens are at least 10 times more abundant in rewetted peatlands than in drained sites, suggesting increased methanogenesis in rewetted peatlands. These findings were confirmed by GHG measurements. The second article presents an overview of the interactions between water transport, soil chemistry, primary production, peat formation, material conversion and transport, microorganisms, and GHG exchange. The findings are based on state-of-the-art methods in the relevant research areas and combine initial results from all project partners of the WETSCAPES project. The third article focuses on an application-oriented approach and tests different rewetting strategies. The objective of this study was to decrease methane emissions by removing the topsoil and additional planting of peat mosses. The results of the study, which included measurements of GHG emissions and qPCR analyses of methanogenic archaea, showed a significant reduction in methane emissions after the top 30 cm of soil were removed compared to the untreated area. The fourth article deals with the methylotrophic order Methanomassiliicoccales, which belongs to the group of methanogenic archaea. Over a period of 2.5 years, at 12 time points, at three soil depths, 16S rRNA gene sequencing was used to produce a seasonal and spatial analysis of the Methanomassiliicoccales phylotypes present. The results revealed a distribution of the phylotypes based on soil depth, redox potential, and season, which were related to their physiological characteristics. In the fifth article, the 1.52 Mbp genome of "Ca. Methanogranum gryphiswaldense U3.2.1", a Methanomassiliicoccales strain, enriched to > 80% from peat soil of the rewetted percolation fen, was presented. The sixth article presented the microscopic, physiological, and genomic studies of Ca. Methanogranum gryphiswaldense U3.2.1. This hydrogen-dependent, methylotrophic strain from the family Methanomethylophilaceae, uses methanol and trimethylamine as electron acceptors. Despite various attempts, a pure culture has not yet been achieved. The study demonstrates the impact of rewetting on the soil microbiome, revealing its complexity. The development of the microbiome was influenced by various biotic and abiotic factors, depending on the location and water level. The abundance of methanogenic archaea was significantly higher in the rewetted sites compared to the drained ones. The Methanomassiliicoccales were found to be a significant contributor to the methanogenic archaea in the investigated sites. It remains to be examinated whether they also significantly contribute to methane formation. Enrichment cultures and genome analyses were used to investigate the substrate spectrum of Ca. Methanogranum gryphiswaldense U3.2.1 obtained from peat soil. The extraction of a pure culture from peat soils has not yet been successful and therefore remains a goal of future investigations.Moorgebiete haben jahrhundertelang wegen ihrer vermeintlichen Bedeutungslosigkeit, ihrer Unsichtbarkeit, und der negativen Assoziationen, die sie hervorrufen, nur wenig Beachtung und Anerkennung gefunden. In den letzten Jahren erfahren sie jedoch aufgrund ihrer Ökosystemleistungen, die sie als Kohlenstoff- und Wasserspeicher erbringen und ihrem großen Artenreichtum an (seltenen/bedrohten) Tieren und Pflanzen zunehmend Beachtung. In der Debatte um Treibhausgasemissionen und deren Auswirkungen auf das Klima wird Mooren ebenfalls eine große Bedeutung zugeschrieben. Um die Entstehung dieser Treibhausgase zu verstehen, ist es notwendig das Moormikrobiom und dessen Veränderungen durch Absenken (Trockenlegen) und Anheben (wieder Vernässen) des Wasserstandes zu erforschen. Moore speichern große Mengen an Kohlenstoff in Form von Torf. In den wassergesättigten Böden wird abgestorbenes Pflanzenmaterial konserviert und so das durch Photosynthese aus der Atmosphäre fixierte Kohlenstoffdioxid (CO2) als Torf gespeichert. Bei Absenkung des Wasserspiegels in Mooren gelangt Sauerstoff in den Boden und das Bodenmikrobiom verändert sich. Torf wird mikrobiell zersetzt und große Mengen an CO2 werden freigesetzt. Wiedervernässung kann diese aeroben Abbauprozesse durch Wasserabschluss und damit Ausschluss von Sauerstoff stoppen. Unter anaeroben Bedingungen können aerob lebende Organismen nicht überleben. Komplexe Pflanzenpolymere wie z.B. Lignin können nicht mehr abgebaut werden, der Torfkörper wird konserviert und das Moor kann langfristig wieder als Kohlenstoffsenke dienen. Unter diesen anaeroben Bedingungen bilden methanogene Archaeen das Treibhausgas Methan aus Stoffwechselprodukten von Fermentationsprozessen. Das gebildete Methan hat die ca. 30-fache Treibhausgaswirkung von CO2, wird aber in deutlich geringeren Mengen emittiert, was Methan zum zweitwichtigsten Treibhausgas nach CO2 macht. Um die Prozesse in der Methanbildung besser zu verstehen, ist es erforderlich die einzelnen an der Methanbildung beteiligten Gruppen der Archaeen genauer zu untersuchen. Hydrogenotrophe Methanogenese aus CO2 und Wasserstoff und acetoklastische Methanogenese aus Acetatspaltung sind in ihren Stoffwechselwegen schon gut erforscht und werden als die wichtigsten Wege der Methanbildung betrachtet. In den letzten Jahren wurden jedoch vermehrt Organismen entdeckt, welche auch methylotrophe Methanogenese, aus Methanol und methylierten Verbindungen, betreiben. Die methylotrophe Ordnung der Methanomassiliicoccales wurde 2012 erstmals beschrieben. Bisher liegt nur eine Reinkultur, Methanomassiliicoccus luminyensis, als Isolat vor. Eine weitere Erforschung dieser auch in Mooren häufig vorkommenden Ordnung trägt zum besseren Verständnis der Methanbildung in Mooren, aber auch in anderen Lebensräumen wie Gastro-Intestinal-Trakten (GIT) von Tieren oder Sedimenten von Gewässern bei. In dieser Arbeit werden die Mikrobiome, mit Schwerpunkt auf den methanogenen Archaea, an den sechs Untersuchungsstandorten des Projekts WETSCAPES, untersucht. Die Standorte befinden sich in den drei wichtigen Niedermoortypen Mecklenburg-Vorpommerns (Erlenbruchwald, Durchströmungsmoor und Küstenüberflutungsmoor), jeweils in entwässerten und wiedervernässten Bereichen. Im ersten Artikel wurde, basierend auf Illumina MiSeq Amplicon Sequenzierung der 16S rRNA und 18S rRNA Gene, die mikrobielle Zusammensetzung der Prokaryoten und Eukaryoten in den Standorten untersucht. Die in trockengelegten Mooren vorkommenden Mikroorganismen sind verantwortlich für den Abbau der pflanzlichen Biomasse. In wiedervernässten Standorten war die relative Abundanz dieser Organsimen deutlich geringer, andere Gruppen wie fermentierende Bakterien und Methan bildende Archaea traten in größerer Zahl auf. Die Zahl an methanbildenden Mikroorganismen pro Gramm Boden wurden mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) bestimmt. Hier zeigte sich, dass Methanogene in wiedervernässten Mooren mindestens um einen Faktor zehn häufiger vorkommen als in trockengelegten Standorten, was auf eine erhöhte Methanproduktion in wiedervernässten Mooren schließen lässt. Durch Treibhausgasmessungen wurden diese Annahmen bestätigt. Der zweite Artikel verknüpft erste Erkenntnisse aus allen Fachgebieten des Projekts WETSCAPES. Das Ergebnis ist ein Überblick über die Interaktionen zwischen Wassertransport, Bodenchemie, Primärproduktion, Torfbildung, Stoffumwandlung und -transport, Mikroorganismen und Treibhausgasaustausch unter Anwendung modernster Methoden in den relevanten Forschungsbereichen. Der dritte Artikel untersucht einen anwendungsbezogenen Ansatz, in dem verschiedene Wiedervernässungsstrategien getestet wurden. Mit Hilfe von Abtragung des Oberbodens und Besiedlung mit Torfmoosen, sollte der Methanausstoß nach der Wiedervernässung verringert werden. Messungen der Treibhausgasemission kombiniert mit qPCR der methanbildenden Archaea ergaben, dass sich der Methanausstoß nach Abtragung der oberen 30 cm Boden gegenüber der unbehandelten Fläche deutlich verringerte. Im vierten Artikel wurde die methylotrophe Ordnung der Methanomassiliicoccales, aus der Gruppe der methanbildenden Archaea, näher untersucht. Über einen Zeitraum von zweieinhalb Jahren wurde an zwölf Zeitpunkten, in drei Bodentiefen mit 16S rRNA Gen Sequenzierung eine jahreszeitliche und räumliche Analyse der vorkommenden Methanomassiliicoccales Phylotypen erstellt. Es zeigte sich eine Verteilung nach Bodentiefe, Redoxpotential und Jahreszeit in Abhängigkeit von den physiologischen Eigenschaften der Phylotypen. Im fünften Artikel wurde das 1,52 Mbp große Genom des Methanomassiliicoccales Stamms „Ca. Methanogranum gryphiswaldense U3.2.1“ vorgestellt. Dieser wurde aus Torfproben des wiedervernässten Durchströmungsmoors mittels anaeroben Kultivierungstechniken bis auf > 80% angereichert. Die mikroskopischen, physiologischen und Genom- Untersuchungen dieser Anreicherungskultur wurden im sechsten Artikel dargestellt. Der anaerob wachsende, wasserstoffabhängige methylotrophe Ca. Methanogranum gryphiswaldense U3.2.1 aus der Familie Methanomethylophilaceae nutzt Methanol und Trimethylamin als Elektronenakzeptor. Bisher gelang es trotz verschiedener Ansätze nicht, eine Reinkultur zu isolieren. Die Ergebnisse zeigen, wie komplex die Veränderungen im Bodenmikrobiom durch Wiedervernässung sind. Abhängig von Standort und Höhe des Wasserstandes hatten viele (a-)biotische Faktoren Einfluss auf die Entwicklung des Mikrobioms. Die Abundanz der methanbildenden Archaea war in den wiedervernässten Standorten signifikant höher als in den trockenen. Die Methanomassiliicoccales stellten einen substantiellen Anteil der methanogenen Archaea dar. Inwieweit sie auch einen wichtigen Anteil zur Methanbildung beitragen, bleibt zu untersuchen. In Anreicherungskulturen und Genomanalysen konnte das Substratspektrum des aus Moorboden gewonnenen Ca. Methanogranum gryphiswaldense U3.2.1 erforscht werden. Die Gewinnung einer Reinkultur aus Moorböden gelang bisher nicht und bleibt somit Ziel zukünftiger Untersuchungen

Intrazellulärer Transport lysosomaler Hydrolasen und deren Veränderung in der akuten Pankreatitis

Die akute Pankreatitis ist einer der häufigsten gastroenterologischen Erkrankungen, wobei deren Pathogenese auf zellulärer Ebene noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Bekannt ist, dass beginnend mit einer hohen cytosolischen Ca2+-Konzentration eine intrazelluläre Aktivierung von Trypsin eintritt, was zu einer Proteasenaktivierung in den pankreatischen Azinuszellen führt. Dies resultiert letztendlich im Tod dieser Zellen und in der Aktivierung des Immunsystems. Wie Trypsin, welches im sekretorischen Kompartiment lokalisiert ist, über das überwiegend lysosomal lokalisierte Cathepsin B aktiviert wird, bleibt jedoch ungeklärt. Um diese Fragestellung zu untersuchen, wurde über einen pankreasspezifischen Knockout von Rab7 die Fusion von sekretorischen Vesikeln und Lysosomen inhibiert und nachfolgend die subzelluläre Verteilung der Enzyme vor und nach Stimulation der Mäuse mit Caerulein untersucht. Dabei fiel auf, dass bei Fehlen von Rab7 alle untersuchten Cathepsine erhöht exprimiert und verstärkt im sekretorischen Kompartiment lokalisiert vorlagen. Dies hatte jedoch keinen Einfluss auf die Trypsinaktivität oder den Beginn der Erkrankung, was sowohl in isolierten Azinuszellen als auch in vivo gezeigt werden konnte. Zu einem späteren Zeitpunkt nahm die Schwere der akuten Pankreatitis in den knockout Mäusen zu. In einem weiteren Modell erfolgte eine Vorbehandlung von Wildtyp (C57BL/6) Mäusen mit der lysosomotropen Substanz Glycyl-L-Phenylalanin 2-Naphthylamid (GPN). Dabei konnte gezeigt werden, dass auch nach Permeabilisierung der Lysosomen durch Caerulein eine intrazelluläre Trypsinaktivierung und akute Pankreatitis induziert wurde und der pankreatische Schaden im Wesentlichen unverändert zu den Kontrollen war. Ein zweiter Ansatz fokussierte sich auf den intrazellulären Transport der Cathepsine. Mithilfe eines knockout Mausmodells für CLN8 sollte der Export von lysosomalen Proteinen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum in das cis-Golgi Netzwerk inhibiert und Cathepsin B weder das Lysosom noch das sekretorische Kompartiment erreichen und somit nicht für die Aktivierung von Trypsinogen zur Verfügung stehen. In dieser Arbeit konnte allerdings gezeigt werden, dass trotz Deletion von CLN8 Cathepsine im lysosomalen und imsekretorischen Kompartiment lokalisiert sind, Trypsinogen nach Cholecystokinin- bzw. Caerulein-Stimulation intrazellulär aktivierbar sind und eine akute Pankreatitis initiiert werden kann. Das Fehlen von CLN8 führte im Pankreas zu einer vermehrten Bildung von Autophagosomen, zu dysmorphen und dysfunktionalen Mitochondrien und einem erhöhten ER-Stress, wie anhand von elektronenmikroskopischen Aufnahmen, Messung des maximalen mitochondrialen Membranpotentials und der ATP-Synthese sowie Expressionsanalysen der ER-Stress Proteine BIP, ATF6 und CHOP nachgewiesen werden konnte. Expressionsanalysen und Co-Immunopräzipitationen von LC3B sowie dem ER-Phagie regulierenden Rezeptor FAM134B zeigten eine stärkere Expression beider Proteine in CLN8 knockout Mäusen, die sich während der akuten Pankreatitis weiter erhöhte, was darauf hindeutet, dass die ER-Phagie eine wichtige Rolle für die Pathogenese der akuten Pankreatitis bei Defizienz von CLN8 darstellt. Deletion von CLN8 mittels CRISPR/Cas9 in 266-6 Zellen, einer murinen Azinuszelllinie, bestätigte, dass das Fehlen von CLN8 mit einem erhöhten ER-Stress verbunden ist. Gleichzeitig waren eine verminderte Zellproliferation und Veränderungen der Zellmorphologie in CLN8-defizienten 266-6 nachweisbar. Zusammengefasst verdeutlichen die Ergebnisse, dass die Initiation der akuten Pankreatitis ohne Lysosomen stattfinden kann. Weder eine Inhibition der Fusion von Zymogengranula und Lysosomen, noch eine Störung der Membranintegrität, hervorgerufen durch die lysosomotrophe Substanz GPN, oder eine Störung des Exports von Cathepsinen aus dem ER verhinderten die Induzierbarkeit der akuten Pankreatitis. Diese Beobachtungen stellen die Notwendigkeit der Fusion von Lysosomen mit Zymogengranula als essenzielle Vorraussetzung für den Beginn der akuten Pankreatitis in Frage. Unsere Beobachtungen lassen im Gegenteil sogar die Vermutung zu, dass Lysosomen in der akuten Pankreatitis eine krankheitsmildernde Funktion haben könnten.Acute pancreatitis is one of the most common gastrointestinal diseases, but its pathophysiology is still unknown. The pathogenesis starts with an increase of the cytosolic Ca2+ concentration leading to an intracellular trypsinogen activation and a cascade-like activation of digestive proteases that finally results in organ injury and cellular death. Several previous studies demonstrate, that the lysosomal enzyme cathepsin B (CTSB) is able to proteolytically activate trypsinogen. However, the underlying mechanisms of the CTSB-mediated trypsinogen activation are still not entirely understood. To answer this question, we have induced acute pancreatitis by caerulein injections in mice with a pancreas-specific knockout of Rab7, a small GTPase that is implicated in the intracellular transport and fusion of lysosomes with secretory vesicles. Deficiency of Rab7 in the pancreas prevented a subcellular distribution of CTSB from the lysosomal to the secretory compartment but still enabled an intracellular activation of CTSB and trypsinogen followed by the onset of acute pancreatitis. These effects were observed both in isolated acinar cells and in vivo. Loss of pancreatic Rab7 expression even increased the severity of acute pancreatitis during later disease stages (8 hours). In a separate experimental setup, the proper lysosomal function was impaired using the lysosomotropic substance glycyl-L-phenylalanine 2-naphthylamid (GPN) in wild-type (C57BL/6) mice. Despite lysosomal membrane permeabilization trypsinogen activation and acute pancreatitis still occurred and disease severity was similar to control mice. In a third model, we investigated the effect of a blocked export of cathepsins from the endoplasmatic reticulum to the cis-Golgi network by a knockout model of CLN8 in mice, in isolated acinar cells and 266-6 cells. Upon CCK- or caerulein-stimulation CLN8-deficient acinar cells and mice still developed acute pancreatitis which was transiently milder in the early phase but turned to be more severe at later disease stages. Loss of CLN8 increased autophagosome formation and led to dysmorphic mitochondria with impaired function and ER stress which could be demonstrated by electron microscopy, measurement of the maximal mitochondrial membrane potential, and ATP-synthesis as well as the expression of ER stress markers BIP, ATF6, and CHOP. Analysis of expression and co-immunoprecipitation of LC4B with the ER-phagy regulating receptor FAM134B showed an increased expression of both proteins in CLN8 knockout mice which was further enhanced during acute pancreatitis indicating an important role of ER-phagy in the pathogenesis of acute pancreatitis. Deletion of CLN8 by CRISPR/Cas9 in 266-6 cells confirmed the association of CLN8 deficiency with higher ER stress, accompanied by reduced cell proliferation and altered cellular morphology. In summary, our results clearly indicate that the onset of acute pancreatitis seems to be independent of lysosomes. Neither an inhibition of a fusion of lysosomes with secretory vesicles, a distortion of lysosomal membrane integrity by the lysosomotropic substance GPN, nor an impaired transport of cathepsins from the ER to the Golgi prevented the induction of acute pancreatitis. These observations challenge the existing hypothesis that a fusion of lysosomes and zymogen granules is indispensable for the initiation of acute pancreatitis. They rather lead to the assumption that lysosomes are more likely to exert a protective role during acute pancreatitis

Treatment success of carious primary molars with marginal breakdown: Comparison of three treatment approaches in a real-world clinical setting (using decision tree analysis)

Ziel: Wenn kavitierte kariöse Läsionen nicht zu reinigen sind, ist eine restaurative Behandlung angezeigt. Bisher gibt es keine klare Richtlinie, um okkluso-proximale kariöse Milchmolaren zu restaurieren. Diese prospektive klinische Beobachtungsstudie zielte darauf ab, die Wirksamkeit von drei restaurativen Techniken zur Behandlung von ICDAS-5-Klasse-II-Läsionen bei Milchmolaren zu bewerten: Compomerfüllungen [CF], vorgeformte Stahlkronen [PMC], Pulpotomie und vorgeformte Stahlkronen [PMC+P]. Darüber hinaus wurde der Einfluss verwandter Cofaktoren für den Behandlungserfolg mithilfe einer Entscheidungsbaumanalyse bewertet. Insgesamt wurden 92 Kinder (weiblich 54,3 %; 2–9 Jahre alt; Durchschnittsalter 5,9 ± 1,9) mit 166 behandelten Zähnen eingeschlossen. Der d3mft der gesamten Probe betrug 8,0 ± 3,4. Die Zahnverteilung der Stichprobe nach Art der Behandlung betrug CF= 53 (31,9 %), PMC= 64 (38,6 %) und PMC+P= 49 (29,5 %). Als Grundlage für die Statistik wurde der gepaarte t-Test, der nichtparametrische Friedman-Anova-Test und die Entscheidungsbaumanalyse verwendet. Ergebnisse: Nach 12 Monaten lagen Daten von 78,2 % (72/92) der behandelten Patienten vor, und so standen entsprechend 62 % (103/166) der behandelten Zähne (CF=42/53, 79,2 %; PMC= 38/64, 59,3 %; PMC+P = 23/49, 46,9 %) für die Analyse zur Verfügung. Die PMC- und PMC+P-Arme zeigten im Vergleich zum CF-Arm (61,9 %; p91 %). Gemäß Entscheidungsbaumanalyse zeigten PMC und PMC+P die höchsten Erfolgsraten (99 %), während CF nur eine Erfolgsquote von 69 % erreichte. Einige Cofaktoren wie die Behandlungsentscheidung durch Zahnärzte, der Plaque-Index (API) und der Zahnnummer hatten einen größeren Einfluss auf den Erfolg, insbesondere wenn die Behandlungsauswahl auf CF fiel. Schlussfolgerung: Bei der Behandlung von Klasse-II-Läsionen mit marginaler Zerstörung der Milchmolaren können Zahnärzte nach entsprechender Diagnose und Vorbehandlung vorgeformte Metallkronen ohne Pulpotomie anstelle von vorgeformten Metallkronen mit Pulpotomie wählen, da die Erfolgsraten konstant hoch sind und die Vitalität der Pulpa erhalten bleibt. Während Compomer-Füllungen bei Patienten mit hohem Kariesrisiko in einer realen klinischen Umgebung statistisch signifikant geringere Erfolgsraten aufwiesen.Aim: When cavitated carious lesions are non-cleansable, restorative treatment is indicated. Up to now, there is not a single option to restore occluso-proximal carious primary molars. This prospective observational clinical study is aimed to assess the efficacy of three restorative techniques to treat ICDAS 5 class II lesions in primary molars: Compomer fillings [CF], preformed metal crowns [PMC], Pulpotomy and conventional preformed metal crowns [PMC+P]. In addition, the impact of related treatment success cofactors was evaluated using decision tree analysis. Overall, 92 children (female 54.3%; 2–9 years old; mean age= 5.9±1.9) with 166 treated teeth were included. The d3mft of the whole sample was 8.0± 3.4. The teeth distribution of the sample according to type of treatment was CF= 53 (31.9%), PMC= 64 (38.6%) and PMC+P= 49 (29.5%). Paired t-test, non-parametric Friedman's Anova test, and decision tree analysis were used as the basis for the statistics. Results: After 12 months, data from 78.2% (72/92) treated patients, corresponding to 62% (103/166) of the treated teeth (CF=42/53, 79.2 %; PMC= 38/64, 59.3%; PMC+P= 23/49, 46.9%) were available for analysis. PMC and PMC+P arms showed the highest success rates (>91%) as compared to the CF arm (61.9 %; p<0.0001). According to the decision tree analysis, PMC and PMC+P showed the highest success rates (99%), whereas CF reached only 69% success rate. Some cofactors such treatment decision by dentists, plaque index (API), and tooth type had higher impact on success, especially when treatment selection was CF. Conclusion: When treating class II lesions with marginal breakdown in primary molars, after adequate diagnosis and pre-treatment, dentists can select preformed metal crowns without pulpotomy instead preformed metal crowns with pulpotomy, due to consistently high success rates and preservation of pulp vitality. While compomer fillings showed statistically significant lower success rates, in patients presenting with high caries-risk in a real-world clinical setting

Polyvascular atherosclerosis and renal dysfunction increase the odds of cognitive impairment in vascular disease: findings of the LipidCardio study

Introduction Growing evidence suggests a causal role for atherosclerotic vascular disease in cognitive impairment and dementia. Atherosclerosis may present as monovascular disease (monoVD) or as widespread polyvascular atherosclerotic disease (polyVD). Evidence on the relationship between monoVD or polyVD and cognitive impairment is limited. Methods We conducted a cross-sectional analysis of baseline data from the LipidCardio Study. The main outcome measure was the presence of cognitive impairment, defined as a Mini-Mental State Examination (MMSE) score &lt; 26. Results The mean age was 71.5 years, 30.3% were female, 17.3% had no evidence of large-vessel atherosclerosis, 71.1% had monoVD, and 11.7% had polyVD, defined as the presence of atherosclerosis in ≥ 2 vascular territories (coronary, cerebral, aortic, or lower extremity). A total of 21.6% had cognitive impairment according to the prespecified cutoff (MMSE &lt; 26). Overall, the odds of cognitive impairment increased for each additional vascular territory affected by atherosclerosis [adjusted odds ratio 1.76, 95% confidence interval (CI) 1.21–2.57, p = 0.003]. Furthermore, there was evidence for an interaction between vascular disease and chronic kidney disease (CKD). The odds of cognitive impairment were not greater in the monoVD subgroup compared to those without any atherosclerosis, if CKD was absent (OR 0.98, 95% CI 0.48–2.10; p = 0.095), while the odds ratio (OR) of cognitive impairment with polyVD compared to no atherosclerosis was 2.71 (95% CI 1.10–6.92; p = 0.031). In contrast, in patients with CKD, both monoVD and polyVD were associated with significantly higher odds of cognitive impairment than no atherosclerosis. Conclusions PolyVD is associated with increased odds of cognitive impairment. MonoVD is associated with cognitive impairment only in the presence of CKD

Active afforestation of drained peatlands is not a viable option under the EU Nature Restoration Law

The EU Nature Restoration Law (NRL) is critical for the restoration of degraded ecosystems and active afforestation of degraded peatlands has been suggested as a restoration measure under the NRL. Here, we discuss the current state of scientific evidence on the climate mitigation effects of peatlands under forestry. Afforestation of drained peatlands without restoring their hydrology does not fully restore ecosystem functions. Evidence on long-term climate benefits is lacking and it is unclear whether CO2 sequestration of forest on drained peatland can offset the carbon loss from the peat over the long-term. While afforestation may offer short-term gains in certain cases, it compromises the sustainability of peatland carbon storage. Thus, active afforestation of drained peatlands is not a viable option for climate mitigation under the EU Nature Restoration Law and might even impede future rewetting/restoration efforts. Instead, restoring hydrological conditions through rewetting is crucial for effective peatland restoration

Effects of occlusal wear on 16‐year progression of non‐carious cervical lesions–Results of the study of health in Pomerania (SHIP‐START)

Background It is still discussed whether occlusal wear (OW) affects the formation of non‐carious cervical lesions (NCCLs). Objective To estimate effects of OW on the presence and development of NCCLs, using 16‐year follow‐up data from a cohort study. Methods Occlusal and cervical defects were measured in 728 cast models (one from the upper jaw and one from the lower jaw) of 364 participants. Adjusted mixed‐effects ordinal logistic models analysing estimated cross‐sectional (N = 1308 teeth/291 subjects) and longitudinal (N = 718 teeth/226 subjects) associations of OW with NCCLs using tooth level data. Results OW size was cross‐sectionally (OR = 1.74; 95% CI: 1.27–2.38 for OW size; OR = 0.97; 95% CI: 0.94–0.99 for squared OW size), but not longitudinally (OR = 1.14; 95% CI: 0.99–1.30) associated with odds of higher NCCL sizes. For cross‐sectional analyses, predicted probabilities of an NCCL size of 0 decreased from about 0.996 to 0.010 for OW sizes of 0 to 25. Conclusion Results suggest an association between OW and NCCL size. However, as longitudinal results were non‐significant, while consistent in direction, large‐scaled cohort studies are demanded to more precisely estimate effect strength

About the quantum‐kinetic derivation of boundary conditions for quasiparticle Boltzmann equations at interfaces

Quite a many electron transport problems in condensed matter physics are analyzed with a quasiparticle Boltzmann equation. For sufficiently slowly varying weak external potentials it can be derived from the basic equations of quantum kinetics, provided quasiparticles can be defined and lead to a pole in the quantum‐mechanical propagators. The derivation breaks down, however, in the vicinity of an interface which constitutes an abrupt strong perturbation of the system. In this contribution we discuss in a tutorial manner a particular technique to systematically derive, for a planar, nonideal interface, matching conditions for the quasi‐particle Boltzmann equation. The technique is based on pseudizing the transport problem by two auxiliary interface‐free systems and matching Green functions at the interface. Provided quasiparticles exist in the auxiliary systems, the framework can be put onto the semiclassical level and the desired boundary conditions result. For ideal interfaces, the conditions can be guessed from flux conservation, but for complex interfaces this is no longer the case. The technique presented in this work is geared toward such interfaces

The role of fatigue in patients with complex regional pain syndrome

Background and Purpose Fatigue affects patients across a variety of neurological diseases, including chronic pain syndromes such as complex regional pain syndrome (CRPS). In CRPS, fatigue is often underestimated, as the focus lies in the assessment and managing of pain and sensorimotor deficits. This study aimed to investigate the prevalence, characteristics, and influence of fatigue on CRPS severity and quality of life in these patients. Such insights could enhance the clinical management of this challenging condition. Methods In this prospective study, 181 CRPS patients and 141 age and gender-matched individuals with injury but without chronic pain were interviewed using the Fatigue Scale for Motor and Cognitive Function to assess fatigue. Depressive symptoms and quality of life (QoL) were also evaluated as additional outcome measures. Statistical analysis was performed to examine differences in fatigue prevalence between the groups, as well as associations with CRPS severity, pain levels, and clinical phenotype. In addition, best subsets regression was used to identify the primary factors influencing QoL. Fatigue was tested in a mediation analysis as a mediator between pain and depression. Results CRPS patients showed significantly higher fatigue levels compared to controls (CRPS: 75 [IQR: 57–85] vs. controls: 39 [IQR: 25–57]). Based on the FSMC, 44.2% in the control group experienced fatigue, while 85% of patients with CRPS experienced fatigue (p<0.001), of which 6% were mild, 15% moderate, and 67% severe. In CRPS severe fatigue was associated with higher pain intensities compared to no fatigue (pain at rest: p = 0.003; pain during movement: p = 0.007) or moderate fatigue (pain during movement: p = 0.03). QoL in our cohort was mainly influenced by pain (pain during movement: adj.R2 = 0.38; p<0.001, pain at rest: Δadj.R2 = 0.02, p = 0.007) and depressive symptoms (Δadj.R2 = 0.12, p<0.001). Subsequent analyses indicated that pain and depressive symptoms primarily impact QoL in CPRS whereas fatigue may exert an indirect influence by mediating the connection between pain and depression (p<0.001). Conclusions This pioneering study investigates the prevalence of fatigue in CRPS patients and its relation to disease characteristics. Our results indicate a high prevalence of severe fatigue, strongly correlated with pain intensity, and its importance in the interaction between pain and depression in CRPS. These findings underscore the significant role of fatigue as a disease factor in CRPS. Therefore, the evaluation of CRPS-related disability should include a standardized assessment of fatigue for comprehensive clinical management