Nanoparticle-cell interactions in a dynamic in vitro lung model

The effects of engineered nanomaterials on human health are intensively studied in order to facilitate their safe application. However, relatively little is known how me-chanical strain (stretching), as induced in alveolar epithelial cells by breathing dynam-ics, modifies biological responses to nanoparticles. In this study, A549 cells as a model for human type II alveolar epithelial cells were exposed to 25 nm amorphous colloidal silica nanoparticles (Si25) under dynamic or static culture conditions. Gene array data, qPCR, and ELISA revealed that stretching, in order to mimic breathing, can amplify the inflammatory responses to nanoparticle exposure. Treatment of cells with either stretching or nanoparticles alone led to minor changes in gene expression or cytokine secretion. The amplifying effect from stretching was not influenced by nanoparticle size or an intensified stretching, but by varying fetal bovine sera for medium supple-mentation. The type of fetal bovine serum used as medium supplement determined the occurrence of the amplifying effect, affecting both baseline cytokine production, as well as cellular response to nanoparticles. Gene expression alterations induced by combined exposure to nanoparticles plus stretching showed a high similarity to those known to be induced by TNF and mediated by NFkB. However, translocation of NFkB-p65, NF-κB2-p100/p52, and NF-κB1-p105/p50 subunits upon Si25, stretch, or a combined treatment could not be observed. Confocal microscopy revealed that stretching did not lead to an increased internalization of nanoparticles in this simplified lung model, indicating that the observed response amplification was not caused secondary to an elevated intracellular nanoparticle accumulation. This study suggests that mechanical strain, which constantly affects lung epithe-lial cells in vivo, significantly determines cell response and should therefore be imple-mented in all in vitro models for pulmonary toxicity tests.Die Auswirkungen menschengemachter Nanopartikel sind im Fokus vieler wissenschaftlicher Studien, um zukünftig deren sichere Handhabung und Anwendung zu gewährleisten. Wenig ist bisher darüber bekannt, wie sich mechanische Belastung, die beispielsweise während der Atmung in unseren Lungen stattfindet, auf die zelluläre Reaktion gegenüber inhalierter Nanopartikel auswirkt. In dieser Arbeit wurden A549 Zellen als Modell für humane alveoläre Typ II Epithelzellen mit kolloidalen amorphen Siliziumdioxid-Nanopartikeln behandelt und währenddessen entweder mit oder ohne mechanische Dehnung kultiviert. Genexpressionsanalysen mittels Microarrays und quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) sowie Sekretionsanalysen durch Enzymimmunoassays (ELISA) zeigten, dass atmungssimulierende mechanische Dehnung in vitro die inflammatorische Zellantwort auf Nanopartikelexposition verstärken kann. Die Behandlung der Zellen mit entweder mechanischer Dehnung oder Nanopartikeln allein verursachte nur schwache Veränderungen der Genexpression und Sekretion bestimmter Zytokine. Der beobachtete verstärkende Effekt der mechanischen Dehnung auf die Zytokinexpression schien unabhängig von der Größe der eingesetzten Nanopartikel zu sein. Auch das Steigern der mechanischen Dehnung von 15% auf 25% Flächenexpansion veränderte den verstärkenden Effekt nicht. Jedoch führte die Verwendung eines anderen fötalen Kälberserums (FBS) in der Zellkultur zum Ausbleiben dieses Effekts von mechanischer Dehnung. Sowohl die grundlegende Zytokinproduktion, als auch die Reaktion auf die Nanopartikel waren vom Einfluss des FBS betroffen. Das durch Siliziumdioxid-Nanopartikel plus mechanische Dehnung veränderte Genexpressionsmuster der Zellen wies Ähnlichkeit mit der Zellantwort auf, die NFkB-abhängig durch den Tumornekrosefaktor (TNF) induziert wird. Mithilfe von Konfokalmikroskopie konnte die Translokation der NFkB-p65, NF-κB2-p100/p52 und NF-κB1-p105/p50 Untereinheiten durch Behandlung mit Nanopartikeln, Dehnung oder einer Kombination aus beidem nicht nachgewiesen werden. Die Vermutung, dass mechanische Dehnung die zelluläre Aufnahme von Siliziumdioxid-Nanopartikeln steigert und damit indirekt zu einer stärkeren inflammatorischen Reaktion führt, konnte für dieses Lungenmodell mithilfe von Konfokalmikroskopie widerlegt werden. Diese Arbeit bestätigt, dass mechanische Belastung ein integraler Bestandteil der in vivo Situation von alveolaren Epithelzellen ist und deren Zellantwort auf Nanopartikel signifikant beeinflusst. Mechanische Belastung sollte daher in allen in vitro-Modellen für Pneumotoxizitätstests implementiert werden

Forschungsschiff METEOR Reise Nr. 61 (2004) - Nordost-Atlantik

R/V METEOR Cruise No. 61 was divided into three different legs, which all focused on the NEAtlantic to the west of Ireland from the Porcupine Seabight towards the Rockall Bank. Legs 1 and 3 concentrated on geo-biological studies on the carbonate mounds in this region, which are covered by a unique cold water coral fauna. Leg 2 dealt with seismic investigations in order to investigate the extension processes that led to the development of the Porcupine rift basin. The foci of the individual legs were on the following themes. M61-1 was a multidisciplinary cruise addressing biological, paleo-geological and hydrographical scientific objectives in the carbonate mound provinces west of Ireland in the eastern Porcupine Seabight and on the Rockall Bank. The cruise started in Lisbon (Portugal) and ended in Cork (Ireland). M61-1 activities were embedded within the ESF-DFG MOUNDFORCE project of the EUROMARGINS Programme. Together with the succeeding M61-3 cruise, these Meteor activities document Germany´s strong scientific and logistic support for the success of this challenging programme. Investigations are also designed as a preparatory cruise for the EUproject HERMES (Hotspot Ecosystem Research on the Margins of European Seas; start April 2005). All institutions participating in M61-1 are partners in HERMES Work package 2 "Coral Reef and Carbonate Mound Systems". M 61-2 was directed at researching the earth's crust in the vicinity of the Porcupine rift basin. During this leg, seismic research has been undertaken in the Porcupine Basin west of Ireland, an area that represents a natural laboratory for the investigation of extensional processes. Firstly, both sides of a rift basin occurring in close proximity to each other could have been studied here, allowing questions about the symmetry of extension to be addressed by several east-west profiles parallel to the direction of extension. Secondly, the amount of extension increases from north to south, so a series of east-west cross sections on different latitudes has provided information on crustal structure during variable extension. The spatial changes between these sections also represent the temporal development of the rift through continued extension. In order to achieve these research goals, a series of east-west oriented wide angle reflection profiles in the Porcupine Basin has been acquired. These profiles aid in the explanation of extensional processes and their development through continued extension. They also address insufficiently explained questions about the initiation of large scale magmatism and intrusion, the onset of mantle serpentinisation and the development of detachment faults. M61-3 During this leg, the only recently discovered 'carbonate mounds' on the NWEuropean continental margin have been investigated, which represent unique geo- and ecosystems for European waters. The broad scientific interest that is directed at these mounds is reflected in three EU-projects, which until recently almost exclusively concentrated their efforts on the mounds, as well as the currently operating ESF-EUROMARGINS project MOUNDFORCE M 61-3 focused on the use of a 'Remotely Operated Vehicle' (ROV) for the investigation of the carbonate mounds. The primary tasks of Bremen's QUEST ROV were a detailed characterization of individual mound structures, selective sample collection and the retrieval of sensor systems placed at the seafloor one year before. These ROV tasks have been supplemented by hydro-acoustic measurements and conventional sediment sampling in order to work - in close collaboration with M61-1 - on the main research focuses of the MOUNDFORCE project: (a) analysis of the environmental factors that drive the development of the 'carbonate mounds', (b) surveying the benthic communities in dependence of changing environmental factors and (c) investigations to the stabilization and lithification of the mound sediments

Untersuchungen von Beugesehnennähten mittels Bildsequenzanalyse im Experiment

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ergebnisse aus Zugversuchen an Schweinesehnen, die mit verschiedenen Nahtmaterialien und den gängigen Nahttechniken für Beugesehnen der Hand genäht wurden, vorgestellt. Schwerpunkt der Untersuchungen ist die Ermittlung und Dokumentation der Reißfestigkeit der Naht und die Spaltbildung an der Kontaktstelle der genähten Sehnenstümpfe mittels biomechanischer Versuche. Das Eintreten der Spaltbildung und des Nahtrisses wird durch videotechnische Aufzeichnungen, die den eigentlichen Messvorgang an der Universalprüfmaschine begleiten, exakt dokumentiert (Bildsequenzanalyse). Die Bildsequenzanalyse stellt gegenüber den in der Literatur dokumentierten Methoden eine wesentliche Fort- bzw. Neuentwicklung zur Ermittlung der Spaltstabilität und der Reißfestigkeit von genähten Sehnen dar. Die Auswertung der Versuche mittels Bildsequenzanalyse wurde für 12 verschiedene Nahttechnik/Nahtmaterial-Kombinationen durchgeführt. Nach Entwicklung und Anfertigung einer neuen Einspannvorrichtung für die Sehnen, die eine optimale Festhaltung der Sehnenstümpfe gewährleistete, erfolgte die systematische Durchführung von Bildsequenzanalysen für gängige Sehnennaht-Techniken mit verschiedenen Fäden. Auf Grundlage der biomechanischen Versuche und der Weiterentwicklung bisheriger Kenntnisse zur Beugesehnennaht konnte im Rahmen dieser Arbeit eine optimierte bzw. eine neue Nahttechnik entwickelt werden (Marburger Sehnennaht I und II), die eine frühe postoperative Mobilisierung durch entsprechende Nahtfestigkeiten ermöglicht, eine gute Gleitfunktion aufweist sowie durch Erhaltung der Gefäßversorgung der Sehne einen sicheren Heilungsprozess gewährleistet. Die Ergebnisse der biomechanischen Versuche mit der Marburger Sehnennaht I und II sind in dieser Arbeit detailliert dokumentiert. Der Vergleich mit den gängigen Sehnennaht-Techniken zeigt, dass die Marburger Sehnennaht eine hohe Reißfestigkeit und die beste Spaltstabilität besitzt

Untersuchungen von Beugesehnennähten mittels Bildsequenzanalyse im Experiment

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ergebnisse aus Zugversuchen an Schweinesehnen, die mit verschiedenen Nahtmaterialien und den gängigen Nahttechniken für Beugesehnen der Hand genäht wurden, vorgestellt. Schwerpunkt der Untersuchungen ist die Ermittlung und Dokumentation der Reißfestigkeit der Naht und die Spaltbildung an der Kontaktstelle der genähten Sehnenstümpfe mittels biomechanischer Versuche. Das Eintreten der Spaltbildung und des Nahtrisses wird durch videotechnische Aufzeichnungen, die den eigentlichen Messvorgang an der Universalprüfmaschine begleiten, exakt dokumentiert (Bildsequenzanalyse). Die Bildsequenzanalyse stellt gegenüber den in der Literatur dokumentierten Methoden eine wesentliche Fort- bzw. Neuentwicklung zur Ermittlung der Spaltstabilität und der Reißfestigkeit von genähten Sehnen dar. Die Auswertung der Versuche mittels Bildsequenzanalyse wurde für 12 verschiedene Nahttechnik/Nahtmaterial-Kombinationen durchgeführt. Nach Entwicklung und Anfertigung einer neuen Einspannvorrichtung für die Sehnen, die eine optimale Festhaltung der Sehnenstümpfe gewährleistete, erfolgte die systematische Durchführung von Bildsequenzanalysen für gängige Sehnennaht-Techniken mit verschiedenen Fäden. Auf Grundlage der biomechanischen Versuche und der Weiterentwicklung bisheriger Kenntnisse zur Beugesehnennaht konnte im Rahmen dieser Arbeit eine optimierte bzw. eine neue Nahttechnik entwickelt werden (Marburger Sehnennaht I und II), die eine frühe postoperative Mobilisierung durch entsprechende Nahtfestigkeiten ermöglicht, eine gute Gleitfunktion aufweist sowie durch Erhaltung der Gefäßversorgung der Sehne einen sicheren Heilungsprozess gewährleistet. Die Ergebnisse der biomechanischen Versuche mit der Marburger Sehnennaht I und II sind in dieser Arbeit detailliert dokumentiert. Der Vergleich mit den gängigen Sehnennaht-Techniken zeigt, dass die Marburger Sehnennaht eine hohe Reißfestigkeit und die beste Spaltstabilität besitzt

Kristallmechanik in Vielkristallen - Crystal Mechanics in Polycrystals

Bei der plastischen Verformung von Polykristallen ändern die Kristallite zumeist ihre Orientierung. Auch bei homogener gradientenfreier äußerer Krafteinwirkung kommt es aufgrund des anisotropen Verhaltens des Materials und aufgrund von Reibung zumeist zu Orientierungsänderungen und Kornfragmentierungen. Heterogenitäten bezüglich Spannung, Dehnung und kristallographischer Orientierung auf Kornebene sind die Folge. Neben dem grundlegenden Erkenntnisgewinn bei der Untersuchung lokaler Kornmechanik ist die Aufklärung des Auftretens und die Systematik solcher Heterogenitäten aus verschiedenen Gründen von Interesse: Erstens, strukturelle und funktionelle Bauelemente werden zunehmend miniaturisiert. Mit der Verkleinerung solcher metallischen Bauteile verringert sich das homogenisierende Zusammenwirken mehrerer Kristalle und somit die Möglichkeit zur gezielten Einstellung einer texturbedingten Quasi–Isotropie. Bei kleinen Abmessungen wird der einkristalline Anisotropieeinfluss dominant und somit auch Gradienten innerhalb einzelner Kristallite. Zweitens, in Bauteilen sehr geringer Abmessungen zumindest in einer Richtung, wie beispielsweise Drähte und dünne Folien, können solche Heterogenitäten zu Schädigungsoder Versagensursachen werden. Drittens, die Quantifizierung der elastisch-plastischen Kornwechselwirkung bei der Polykristallverformung ist ein wichtiger Baustein zur Verbesserung und Verifizierung von kristallplastischen Homogenisierungstheorien. Solche Theorien dienen zur statistischen Vorhersage der plastischen Anisotropie (Fließort-Theorie) und von Verformungstexturen nach der Taylor-Bishop-Hill-Theorie. Viertens, mikromechanische Untersuchungsmethoden, wie die Nano-Härteprüfung, werden zunehmend zur Charakterisierung von mikromechanischer Effekte verwendet. Solche Untersuchungsverfahren werden allerdings derzeit in der Regel ohne Berücksichtigung der Kristallkinematik des betroffenen Korns durchgeführt. Die Orientierungsabhängigkeit dieser Messung bleibt dabei unberücksichtigt. Allein der kinematische Anteil an der Einzelkristallhärte kann aber durchaus einen Faktor zwei ausmachen (z.B. durch Variation des Taylorfaktors) und verdient daher nähere Berücksichtigung. Ähnliche Argumente gelten für alle Werkstoffprüfungen, bei denen Mikrostrukturelemente in einer ähnlichen Größenordnung wie die Probenabmessungen vorliegen. Fünftens, Bereiche lokaler Heterogenitäten bezüglich Spannung und Dehnung sind stets auch Gebiete hoher Keimdichte bei homogenen und heterogenen Phasenumwandlungen

Mechanotransduktion in Osteoblasten

Niertransplantatie is de beste behandeling voor nierfalen, maar sommige patiënten doen het beter dan anderen. Als we wisten waarom, zouden we misschien kunnen helpen als het minder goed gaat. Twee studies keken naar de invloed van individuele kenmerken op de patiëntenbeoordeling van gezondheid en welzijn. Eén omvatte patiënten tot 15 jaar na niertransplantatie, de ander volgde patiënten van vóór tot een jaar na transplantatie. Vele jaren met een getransplanteerde nier gaan samen met meer bijkomende aandoeningen en meer symptomen vanwege nierziekte en medicatie.Desalniettemin beoordeelden patiënten hun gezondheid even hoog dan kort na transplantatie. In sommige gevallen rapporteerden patiënten echter een verslechtering van hun gezondheid na transplantatie. Hoewel het niet mogelijk bleek deze verslechtering vooraf te voorspellen, waren deze patiënten vaak vrouwen met meer bijkomende aandoeningen en complicaties. Alhoewel de kwaliteit van leven na transplantatie vaak lager was dan patiënten hadden verwacht, waren daaruit voortvloeiende psychische klachten slechts van korte duur. Een slechte gezondheid leidde echter tot meer psychische klachten, omdat het de beoordeling van de gezondheid alsmede gevoelens van controle, optimisme en zelfrespect verlaagde. Omgekeerd resulteerden verhoogde gevoelens van controle en minder obstructie van belangrijke doelen na transplantatie in minder psychische klachten. Regelmatige controles van de patiëntenbeoordeling van gezondheid en welzijn zouden degenen kunnen identificeren die het minder goed doen. Daarna kan een beter beheer van symptomen en bijkomende aandoeningen, evenals interventies ter verbetering van het gevoel van controle, zelfrespect en het vermogen om met geblokkeerde doelen om te gaan, de gezondheidsbeoodeling en het welzijn van patiënten helpen verbeteren.Kidney transplantation is the best treatment for kidney failure, but some patients fare better than others. If we knew why, we might be able to help those who fare less well. Two studies were conducted to investigate the influence of individual characteristics on patient ratings of health and well-being. One included patients up to 15 years after kidney transplantation, the other followed patients from before to one year after transplantation. Patients who lived with a transplanted kidney for many years had more additional conditions and more symptoms because of their kidney disease and medication. Nevertheless, they rated their health equally high than those who lived shorter periods with a transplanted kidney. In some cases, however, patients reported a deterioration of their health after transplantation. While it was not possible to predict this deterioration beforehand, these patients were often women with more additional conditions and complications. Although quality of life after transplantation was often lower than patients had expected, any resulting distress was short-lived. Poor health, however, led to higher distress, because it lowered health ratings and feelings of control, optimism, and self-esteem. Conversely, increased feelings of control and less obstruction of important goals after transplantation resulted in less distress. Regular checks of patients’ health ratings and well-being could identify those who fare less well. Thereafter, enhanced management of symptoms and additional conditions, as well as interventions to improve feelings of control, self-esteem, and the ability to cope with obstructed goals might help to boost patients’ health ratings and well-being

FFS - ELASTISCHE VERSTEIFUNGEN AM BEISPIEL EINER RUMPFKLAPPE

Im Rahmen des Projekts FFS wird eine Bauweise für flexible Rumpfklappenstrukturen an einem Luftfahrzeugrumpf entwickelt. Das als Nurflügler ausgelegte Flugzeug nimmt die Tragflächenschwingungen über Dehnungen im Rumpf auf. Dabei sollen die Spalte zwischen Rumpfstruktur und den Klappen minimal bleiben. Die Klappenstrukturen müssen sich im geschlossenen Zustand mit dem Rumpf dehnen, aber gleichzeitig beim Öffnen biegesteif bleiben. Im ersten Arbeitsschritt wurden verschiedenste vereinfachte parametrisierte versteifte Geometrien aufgebaut und in einer numerischen Parameterstudie auf ihre Dehnbarkeit in der Ebene bei gleichzeitiger guter Biegesteifigkeit überprüft. Mittels dimensionslosen Lasten und homogenen Materialeigenschaften wurden die Modelle verglichen und in Richtung der o.g. Ziele optimiert. Für die optimierten Varianten wurde überprüft, wo die Schwachpunkte liegen und wie sich diese effizient beseitigen lassen. Eine der dahingehend optimierte Struktur besteht aus einer GFK-Grundplatte, auf die CFK-Stringer mit Hilfe eines Silikonkautschuks aufgeklebt werden. Der Kautschuk entkoppelt die Plattendehnung von den Stringern, überträgt jedoch die Biegelasten und lässt somit eine flexible Versteifung zu. Zudem wurde die Anordnung der Stringer modifiziert, um bei gleichbleibender Steifigkeit auf Kreuzungspunkte verzichten zu können. Zur Qualifizierung wurde ein Probenprogramm entworfen und getestet. Anschließend wurden die Simulationen mit den dabei gewonnenen Erkenntnissen erweitert. Dabei wurde die Fertigung auf Schwachpunkte überprüft und optimiert