Entwicklung von verbesserten AAV Vektoren für den gezielten Gentransfer in Endothelzellen und glatte Muskelzellenr

Die verschiedenen Serotypen der AAVs weisen einen natürlichen Gewebetropismus auf, der durch ihre spezifische Kapsidstruktur bedingt ist und es ihnen ermöglicht, an unterschiedliche Rezeptoren binden und so in die Zelle aufgenommen zu werden. Diese Bindungsstellen stellen ein Ziel für genetische Modifikationen dar, durch die die Kapsidoberfläche verändert und ein alternativer Gewebetropsimus vermittelt werden kann. Dadurch könnte ein Vektor verstärkt in dem gewünschten Gewebe Transgen-Expression vermitteln, was durch natürlich vorkommende Serotypen nicht erreicht werden könnte. In dieser Arbeit wurden durch Heptamer-Insertionen in spezifische Regionen des Kapsid-Gens hochdiverse Bibliotheken aus zahlreichen Kapsidvarianten erstellt, die ein willkürliches Peptid an der Oberfläche exprimieren. Diese Bibliotheken wurden für Selektionen in vitro, sowie auf murinen Aorten. Vektoren, die die Zellen oder das Gewebe transduziert haben, wurden isoliert, um eine neue ‚selektierte‘ Kapsid-Bibliothek zu erstellen, die für weitere Selektionsrunden verwendet wurde. Durch diesen Selektionsprozess wurden neue Kapsid-Varianten der Serotypen 5 und 9 identifiziert, die eine verstärkte Transduktion von Endothelzellen und glatten Muskelzellen gezeigt haben. Die Barcodierung der Vektoren in Kombination mit einer NGS-basierten Auswertung ermöglichte umfangreiche Screenings der Vektoren. Erstmalig wurde eine Selektion von Kapsid-Bibliotheken, sowie das Screening von barcodierten AAV Bibliotheken durch eine lokale Applikation mittels Hydrofilmen in der Maus und im Schwein durgeführt. Als Höhepunkt gelang es, mit zwei der AAV9-Varianten einen erfolgreichen Gentransfer in humanem Aorten Gewebe ex vivo durchzuführen. Dies stellt eine vielversprechende Grundlage für zukünftige klinische Anwendungen der Vektoren dar

Schnelle Verfahren für BEM-Probleme mit Hilfe von H-Matrix-Techniken: Effizientes Aufstellen von Randintegraloperatoren kombiniert mit shared-memory-Parallelisierung der H-Arithmetik für schnelle Vorkonditionierer

Die Randelementmethode (BEM) wird zur Berechnung von linearen, homogenen, partiellen Differentialgleichungen verwendet, um Lösungen auch im Außenraum der Geometrie effizient auswerten zu können. Hierbei sind die auftretenden Systemmatrizen üblicherweise vollbesetzt. Für große Probleme wird dieses Verfahren daher aufgrund des hohen Rechen- und Speicheraufwands schnell unattraktiv. Zur Lösung beider Probleme führen wir die H-Matrizen ein, die an geeigneten Stellen Berechnungen durch Approximationen ersetzen und dadurch die Effizienz massiv steigern. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich damit, wie die Randintegraloperatoren mithilfe moderner CPUs und deren Technologien, wie Multithreading und Vektorisierung, effizient im Kontext der H-Matrizen aufgestellt werden können. Als Lösungsverfahren nutzen wir das GMRES bzw. des CG-Verfahrens für positiv definite, symmetrische Matrizen. Es zeigt sich, dass bei wachsender Problemgröße diese Verfahren immer mehr Iterationsschritte benötigen und somit in ihrer Anwendung immer teurer werden. Vorkonditionierer helfen dabei, diesen Nachteil deutlich zu reduzieren. Die H-Matrizen bieten ein sehr mächtiges Werkzeug, um Vorkonditionierer mithilfe von approximativen Dreieckszerlegungen bzw. approximativen Inversen zu konstruieren. Leider sind diese Verfahren schwierig zu parallelisieren. Daher wird ein großer Teil dieser Arbeit der Frage gewidmet, wie eine sinnvolle Verteilung der Arbeitslast auf mehrere Rechenkerne erreicht werden kann. Wir stellen ein Konzept vor, dass auf Tasks basiert und während einer rein symbolischen Ausführung der oben genannten Operationen Verknüpfungen zwischen diesen Teilaufgaben herstellt, sodass sie später gleichmäßig auf die verfügbare Hardware verteilt werden können

Change of size and morphology of microparticles in a plasma

Single particles in contact with a plasma interact with the plasma species (ions, electron, neutrals), thus they usually charge negatively and undergo, dependent on their material, a so-called etching process. The charging of the particles is used in the field of dusty plasmas to create and investigate strongly coupled systems, while the etching processes lead to a reduction in particle size and a modification of the particle morphology. The particle size is a key feature for describing and modeling dusty plasmas, because the charge and thus the particle interaction forces directly depend on it. Although the etching processes are similar to those used in technical applications, such as the functionalization of surfaces or single atomic layer etching, they are sparsely investigated in the context of dusty plasmas. This thesis concentrates on the time resolved in-situ measurement of size and optical properties of single particles in the plasma based on Mie-theory. The evaluation of the particle size enables a systematic investigation of the etching processes, the modelling of the underlying mechanism and to link both to the condition of the particle surface. The optical properties allow to directly access the morphology of the particle, connect it to the particle motion and its charging process and thus allows to access fundamental aspects of the plasma-particle-interaction.In Kontakt mit einem Plasma wechselwirken einzelne Partikel mit den Plasmaspezies (Ionen, Elektronen und Neutralen), laden sich in der Regel negativ auf und unterliegen abhängig von ihrem Material sog. Ätzprozessen. Während die Aufladung der Partikel im Feld der staubigen Plasmen genutzt wird, um stark gekoppelte Vielteilchensysteme zu bilden und zu untersuchen, führen die Ätzprozesse oft zu einer Reduzierung der Partikelgröße und einer Modifizierung der Morphologie der Partikeloberfläche. Die Ätzprozesse ähneln dabei grundsätzlich denen aus technologischen Anwendungen, wie der Funktionalisierung von Oberflächen oder dem Ätzen einzelner atomarer Schichten von Oberflächen, sind im Kontext von staubigen Plasmen aber nur spärlich untersucht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der zeitlich aufgelösten in situ Messung der Größe und optischen Eigenschaften einzelner Partikel im Plasma auf Grundlage der Mie-Theorie. Die Auswertung der Partikelgröße ermöglicht es, die ablaufenden Ätzprozesse systematisch zu untersuchen, die Mechanismen zu modellieren und mit den Eigenschaften der Partikeloberfläche zu verknüpfen. Die Auswertung der optischen Eigenschaften ermöglicht es darüber hinaus, die Änderung der Morphologie der Partikel im Experiment zugänglich zu machen und mit der Bewegung der Partikel und ihrem Aufladeprozess zu verknüpfen und so Grundlagen der Plasma-Partikel-Wechselwirkung zu untersuchen

Eckpunkte einer realistischen Einwanderungspolitik: Die Perspektive der Regierungslehre

Probleme, die politisch länger nicht gelöst werden, wie in diesem Fall dasjenige der ungeplanten, ungehinderten und ungesteuerten Zuwanderung, suchen sich früher oder später ihre Lösungen selbst. Um das zu verhindern, bedarf es statt einem nach wie vor herrschenden Schwarz-Weiß-Denken in der politischen Debatte einer differenzierten, realistischen und pragmatischen Lösungssuche. Vor diesem Hintergrund formuliert der Autor in diesem Beitrag 20. Eckpunkte, die zu einer Verständigung auf das nationale Interesse in der Einwanderungs- und Integrationspolitik beitragen können, woraus im Anschluss geeignete Strategien abgeleitet und effektive Maßnahmen ergriffen werden könnten

Multiport Converter in the Application Field of Fast Charging Stations

The concept of multiport converter as a building block for the DC/DC stage enables a fast charging station with multiple charging spots. The magnetic coupling of the output ports allows to reduce the required number of components in the DC/DC stage. However, the magnetic coupling between the output ports and the resulting mutual influence on the output characteristics, referred to as cross-coupling effects, impacts the converter’s performance. Particularly when confronted with substantial load variations among the output ports, the cross-coupling effects can deteriorate the efficiency of the multiport converter. The root cause for the cross-coupling effects is derived and it is shown that choosing an appropriate inductance ratio between the output ports and the input port is an effective way to reduce the cross-coupling effects. By reducing cross-coupling effects the full potential of multiport converters as a building block in fast charging stations can be exploited. Different strategies in transformer design process are illustrated to achieve the necessary inductance ratio. Apart from the usage as a building block for providing charging spots, the multiport converter can be used to integrate battery storage in fast charging stations. For an efficient integration of the battery storage, the concept of a multiport converter based on partial power processing is proposed. Compared to conventional full power processing converters, with partial power processing only a part of the power is transferred through the converter. This increases the efficiency of the converter and at the same time leads to a cost reduction. The special requirements for the design of partial power processing based multiport converters are evaluated

Massenspektrometrie-basierte N- und C-Terminomik für die Identifikation von Proteintermini in Modellorganismen und klinischen Proben

Proteins are highly complex biopolymers that fulfill crucial functions in biological systems. They are synthesized at ribosomes, which translate mRNA information into an amino acid sequence. Upon synthesis, proteins present both an N‑ and C‑terminus, which flank the peptide backbone at both ends. Yet, proteins in vivo are only insufficiently described by this transfer of information. Commonly, proteins are highly modified, which can fundamentally change their structure and function. This includes the proteolytic processing, resulting in novel protein termini. The entirety of proteins within a cell is defined by the term proteome, while the entirety of protein termini is described as the terminome. The presented thesis developed and utilized mass spectrometry-based protein analytics methods for proteomics and terminomics, to study proteins and their termini in a biological model system and within clinical context. In the first chapter, a novel C‑terminomics workflow is established, which utilized SCX chromatography coupled with peptide‑level charge‑reversal derivatization to map the cellular C‑terminome. The workflow enabled a thorough analysis of the cellular terminome and further tested the application of enzymatic 18O labelling for the detection of protein C‑termini in complex proteome samples. In the second chapter, quantitative proteomics and terminomics methods were utilized to study clinical biopsy specimens from atopic dermatitis (AD) patients. Samples from four patients and five healthy controls were collected, both by invasive punch biopsies and minimally invasive tape‑stripping. The comparison of patient lesion, non-lesion and control specimens revealed multiple proteins with significant abundance differences, both novel and previously reported. Further, an N‑terminomics study was performed on tape-stripped specimens, enabling the first reported proteome-wide study of protein N‑termini within AD skin

Essays on the Explanatory Power of Parallel Process Models: Application to Online Services, Brand Heritage and Unethical Corporate Behavior

This cumulative dissertation seeks to understand consumer reactions towards various stimuli, such as online services (online service environments, virtual conversational agents [VCA ]), brand heritage and corporate transgressions. A total of eight empirical research papers employ mixed methods to help both researchers and marketers improve their understanding of consumers’ parallel process channels and boundary conditions of these effects. The two parallel process models that were examined are the stereotype content model (SCM) and the moral decoupling framework

Repertoire-based mapping and time-tracking of T helper cell subsets in scRNA-Seq

This approach accurately positions the Th1, Th1-17, Th17, Th22, Th2a, Th2, T follicular helper (Tfh), and regulatory T-cell (Treg) subsets, outperforming mapping based on CITE-Seq. Remarkably, the mapping is tightly focused on specific scRNA-Seq clusters, despite 4-year interval between subset sorting and the effector CD4+ scRNA-Seq experiment. These findings highlight the intrinsic program stability of Th clones circulating in peripheral blood. Repertoire overlap analysis at the scRNA-Seq level confirms that the circulating Th1, Th2, Th2a, Th17, Th22, and Treg subsets are clonally independent. However, a significant clonal overlap between the Th1 and cytotoxic CD4+ T-cell clusters suggests that cytotoxic CD4+ T cells differentiate from Th1 clones. In addition, this study resolves a longstanding ambiguity: we demonstrate that, while CCR10+ Th cells align with a specific Th22 scRNA-Seq cluster, CCR10-CCR6+CXCR3-CCR4+ cells, typically classified as Th17, represent a mixture of bona fide Th17 cells and clonally unrelated CCR10low Th22 cells. The clear distinction between the Th17 and Th22 subsets should influence the development of vaccine- and T-cell-based therapies. Furthermore, we show that severe acute SARS-CoV-2 infection induces systemic type 1 interferon (IFN) activation of naive Th cells. An increased proportion of effector IFN-induced Th cells is associated with a moderate course of the disease but remains low in critical COVID-19 cases. Using integrated scRNA-Seq, TCR-Track, and CITE-Seq data from 122 donors, we provide a comprehensive Th scRNA-Seq reference that should facilitate further investigation of Th subsets in fundamental and clinical studies

Die Umsetzung des Mehrstufenmodells der DaZ-Sprachbildung für neu zugewanderte Schüler:innen an Schulen in Schleswig-Holstein: Ergebnisse einer Online-Befragung mit Lehrkräften

An allgemein bildenden Schulen in Schleswig-Holstein werden neu zugewanderte Schüler:innen im Rahmen des "Mehrstufenmodells der DaZ-Sprachbildung" beschult. Ziel der vorliegenden Studie war es, Erkenntnisse über Stärken und Optimierungspotenziale dieses Modells aus Perspektive von DaZ-Lehrkräften zu generieren. An der Studie, die in Form einer Online-Umfrage mit geschlossenen und offenen Fragen durchgeführt wurde, nahmen insgesamt 146 Lehrkräfte teil. Im Ergebnis zeigt sich, dass das Mehrstufenmodell an den Schulen sehr unterschiedlich umgesetzt und von den Lehrkräften auch unterschiedlich bewertet wird. Die Grundidee des Mehrstufenmodells, den Schüler:innen einen schrittweisen Einstieg in die deutsche Sprache und das deutsche Schulsystem zu ermöglichen, wird von vielen Lehrkräften grundsätzlich als sinnvoll eingeschätzt. Allerdings unterscheiden sich die Rahmenbedingungen für den DaZ-Unterricht und seine Umsetzung laut den Lehrkräften an den Schulen stark; dies wirkt sich teilweise nachteilig für die Schüler:innen aus. Auf Grundlage der Ergebnisse wird an erster Stelle die Empfehlung ausgesprochen, mehr Ressourcen für den DaZ-Unterricht zur Verfügung zu stellen. Daneben sollten verbindlichere Standards eingeführt werden, z.B. was die möglichst frühe soziale Integration der Schüler:innen betrifft. Gleichzeitig ist es wichtig, dass Mehrstufenmodell weiterhin flexibel an die Gegebenheiten der jeweiligen Schule und die Bedarfe der Schüler:innen anpassen zu können. Abschließend wird dafür plädiert, anzuerkennen, dass der Unterricht mit neu zugewanderten Schüler:innen eine gleichermaßen höchst bedeutsame wie auch anspruchsvolle Aufgabe ist, die nur von Lehrkräften mit einer fundierten akademischen Ausbildung geleistet werden kann

High-throughput numerical modeling of the tunable synaptic behavior in 2D MoS2 memristive devices

Memristive devices based on two-dimensional (2D) materials have emerged as potential synaptic candidates for next-generation neuromorphic computing hardware. Here, we introduce a numerical modeling framework that facilitates efficient exploration of the large parameter space for 2D memristive synaptic devices. High-throughput charge-transport simulations are performed to investigate the voltage pulse characteristics for lateral 2D memristors and synaptic device metrics are studied for different weight-update schemes. We show that the same switching mechanism can lead to fundamentally different pulse characteristics influencing not only the device metrics but also the weight-update direction. A thorough analysis of the parameter space allows simultaneous optimization of the linearity, symmetry, and drift in the synaptic behavior that are related through tradeoffs. The presented modeling framework can serve as a tool for designing 2D memristive devices in practical neuromorphic circuits by providing guidelines for materials properties, device functionality, and system performance for target applications