Modulation of cellular pathology by rho kinase inhibition and short-chain fatty acids in models of Parkinson’s disease

Die Parkinson-Krankheit (PD) ist pathophysiologisch durch eine multifaktorielle zelluläre Dysfunktion gekennzeichnet, die sich klinisch im Parkinson-Syndrom manifestiert. Im Fokus aktueller Forschungsansätze zur Entwicklung verlaufsmodifizierender Therapien stehen kurzkettige Fettsäuren wie Propionat (PA) und Butyrat (BA) sowie der Rho-Kinase-Hemmer Fasudil. In dieser Arbeit wurde das neuroprotektive Potential von PA, BA und Fasudil in zellbasierten Modellen der PD untersucht. Fasudil und PA zeigten in der morphologischen Analyse signifikante Verbesserungen der Zellviabilität und Neuritenlänge. Die funktionelle Analyse der mitochondrialen Respiration ergab keine signifikanten Effekte. Der freie Fettsäurerezeptor 2 wurde als potenziell vermittelnder Rezeptor für die Wirkung von PA identifiziert. Zudem wurde ein Verfahren zur automatisierten Hochdurchsatzanalyse immunzytochemischer Bilddatensätze etabliert. Die Ergebnisse zeigen das therapeutische Potential von Fasudil und PA bei PD

Modeling spatial navigation and learning with spiking neural networks

Räumliche Navigation ist eine zentrale kognitive Fähigkeit, die auf räumlichen Repräsentationen und zielgerichteten Entscheidungen beruht. Diese Dissertation untersucht den Beitrag von Ortszellen zur Navigation mithilfe biologisch plausibler Simulationen gepulster neuronaler Netzwerke. In der ersten Arbeit werden computergestützte Modelle der räumlichen Navigation bei Säugetieren analysiert und klassifiziert. Ein Fokus liegt auf Generalisierung für robuste Navigation. Die zweite Arbeit zeigt mit CoBeL-spike, dass Fisher-Information als Maß für räumliche Kodierung entscheidend das Lernen einer Navigationsaufgabe beeinflusst. Die dritte Arbeit erweitert CoBeL-spike zur Untersuchung von Verhaltensflexibilität in Umkehrlerntests. Die Ergebnisse zeigen, dass synaptische Plastizität allein nicht ausreicht - externe Kontrollmechanismen sind nötig. Die Arbeiten liefern Einblicke in flexible Navigation und bieten Impulse für translationale Neurowissenschaft, KI und Robotik

Effect of cladribine on neurite recovery in a human ex-vivo model of Multiple Sclerosis patient-specific primary neurons

Für Multiple Sklerose (MS) fehlen spezifische Therapien in Bezug auf neurodegenerative Prozesse. Diese Arbeit untersucht Cladribins potenziell neuroprotektive Wirkung in einem ex-vivo Modell mit patientenspezifischen primären Neuronen. Aus renalen Epithelzellen wurden induzierte primäre Neurone differenziert. Cladribintherapie steigerte die Viabilität und das Wachstum der Neuriten sowie die mitochondriale Beweglichkeit und ATP-Produktion. Nach experimenteller Schädigung verbesserte Cladribin die Regeneration. Genanalysen zeigten eine Aktivierung von Signalwegen wie oxidativer Phosphorylierung, mTOR und eIF2. Proteomanalysen erbrachten keine signifikanten Unterschiede. Die Ergebnisse deuten auf direkte Effekte Cladribins auf Neuronen hin und liefern eine Grundlage für weitere Forschung zu neuroprotektiven Eigenschaften

Hybrid kinetic/driftkinetic semi-Lagrangian simulations of the ion temperature gradient instability

Die Ionentemperaturgradienten-Instabilität (ITG) ist eine zentrale Herausforderung in modernen magnetischen Fusionsexperimenten, da sie Turbulenz antreibt, die die Effizienz des Plasmaeinschlusses begrenzt. Vereinfachte Modelle wie gyrokinetische oder driftkinetische Näherungen werden häufig verwendet, um die Rechenkosten zu reduzieren, sind jedoch nur unter bestimmten Ordnungsannahmen gültig und erfassen weder physikalische Effekte auf Skalen unterhalb des Larmor-Radius noch Frequenzen oberhalb der Gyrofrequenz. Um dieses Problem zu umgehen, werden in dieser Arbeit vollständig kinetische Ionensimulationen mit driftkinetischen Elektronen unter Verwendung des semi-Lagrangeschen Codes ssV durchgeführt. Es werden die dabei gefundenen Herausforderungen, Ansätze zur Überwindung einiger dieser Probleme, erzielte Ergebnisse sowie Vorschläge zur Verbesserung des Modells und zur Erweiterung seiner Anwendbarkeit vorgestellt

Innovative plasma sprayed thermal barrier coatings for enhanced flexibility in gas turbine operation

Wärmedämmschichtsysteme (WDS) in Kraftwerksturbinen sorgen für eine hohe thermische Effizienz dieser. Künftig benötigen diese Turbinen aber auch mehr Flexibilität, um schwankende Einspeisungen durch Erneuerbare Energien auszugleichen. Dies erfordert schnelle An- und Abfahrvorgänge, was Spannungen im WDS, durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der verwendeten Materialien, erzeugt. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines optimierten WDS, das solchen Belastungen standhält. Untersucht wurden Bond Coats sowie keramische Deckschichten mit verschiedenen Mikrostrukturen. Es wurden Digitale Bildkorrelation und Laser-Schock-Adhäsionstests verwendet, welche neue Erkenntnisse zu Dehnungen und Versagensmechanismen in den Schichtsystemen lieferten. Insgesamt konnte die Lebensdauer der optimierten Schichtsysteme gegenüber Referenzsystemen, unter thermischer Wechselbelastung, mehr als verdoppelt werden. Zudem wurden weitere Optimierungspotenziale aufgezeigt

Recognition, interpretation and diagenetic evolution of aragonite-cemented seafloor carbonates

Hartgründe (engl. "hardgrounds"), sind partiell bis stark lithifizierte Sedimentlagen am Boden eines Gewässers. Diese stratigraphische Horizonte zeichnen während Hiatus-Perioden wichtige geologische Informationen am oder in der Nähe des Meeresbodens auf. Durch die Interpretation der darin enthaltenen geologischen Informationen kann die vollständige stratigraphische Abfolge rekonstruiert werden, die in der stratigraphischen Lücke verloren ging. Diese Arbeit konzentriert sich auf aktuelle Aragonit-zementierte Hartgründe in Abu Dhabi und bietet detaillierte Einblicke in den Lithifikationsprozess im Zusammenhang mit einer ganzen Reihe von umweltgeobiologischen Kontrollen. Die Arbeit bildet ein ganzheitliches Best-Practice-Modell für die Erkennung und Interpretation von Karbonatdiagenese, das pristine Zemente mit zeitlich aufgelöster (transgressiver) Stratigraphie und der räumlichen Verteilung von Meerwassereigenschaften kombiniert.Hardgrounds (layers of the sea or lake floor sediment that underwent early diagenetic lithification) are stratigraphic horizons that record significant geological information at or near the seafloor during hiatal periods. The geological information therein would help reconstruct the complete stratigraphic sequence lost in the hiatus. In light of the scientific significance of the hardground, this research focuses on actualistic aragonite-cemented hardgrounds in Abu Dhabi, offering detailed insight into the lithification process in context with a set of environmental-biological controls. Specifically, this thesis proposes a holistic model that combines non-altered cements with time-resolution (transgressive) stratigraphy and spatial distribution of seawater property. In that sense, this work has provided illuminating insights into carbonate diagenesis and represents a crucial interdisciplinary interface with implications for biogeology and crystallography