Modulation der Aktivität des nikotinischen Acetylcholinrezeptors in transgenen Tiermodellen

Mutationen in den Untereinheiten des nikotinischen Acetylcholinrezeptors (AChR) der neuromuskulären Synapse (NMJ) können zu Veränderungen der Rezeptoreigenschaften, wie der Ligandenbindung und/oder der Kanalöffnung führen. Die daraus resultierenden Veränderungen des Endplattenpotentials können zu congenitalen myasthenischen Syndromen (CMS) führen, die als Slow-Channel bzw. Fast-Channel Congenital Myasthenic Syndrome (SCCMS bzw. FCCMS) bezeichnet werden. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei transgene Knock-In-Mauslinien etabliert. An der ersten Mauslinie (g/eFC) wurde der Einfluss untersucht, den die Aktivität des AChR auf die Etablierung der NMJ während der Embryonalentwicklung hat. In diesen Tieren trägt eine nur embryonal exprimierte Untereinheit des AChR eine Punktmutation, die den Austausch einer Aminosäure (P121L) bewirkt. Diese Mutation wurde in myasthenischen Patienten gefunden in denen sie das FCCMS auslöst. Elektrophysiologische Untersuchungen zeigten, dass die Aktivität des AChR durch Einbau dieser mutierten Untereinheit drastisch reduziert wurde. Homozygote g/eFC-Tiere sterben bei der Geburt, die Etablierung und Lokalisierung der NMJ in der Muskelfaser sind gestört und das gerichtete Wachstum der Motorneurone ist nicht vorhanden. Diese Feststellungen belegen, dass die Aktivität des AChR für die korrekte Etablierung der postsynaptischen Seite der NMJ und das gerichtete Wachstum der Motoraxone verantwortlich ist. In einer zweiten Knock-In-Mauslinie (eSC) wurde eine Punktmutation in die postnatal exprimierte e-Untereinheit eingeführt, die ebenfalls den Austausch einer Aminosäure (L269F) bewirkt und im Menschen zum SCCMS führt. Homozygote eSC-Mäuse zeigen ab der zweiten Lebenswoche progressive myasthenische Symptome, wie reduzierte Kraft, reduziertes Körpergewicht und Veränderungen der Körperhaltung und Lautgebung. In diesen Tieren konnten massive degenerative Veränderungen der postsynaptischen Seite der NMJ und Muskelfaser festgestellt werden. Dazu gehören das Verschwinden postsynaptischer Einfaltungen, die Vergrößerung der Mitochondrien, subsynaptische Ansammlungen von Vesikeln und Vakuolen und Anzeichen degenerativer Prozesse der subsynaptischen Nuklei. Diese Veränderungen werden zusammengenommen als Endplattenmyopathie bezeichnet und konnten auch in Gewebe von SCCMS-Patienten festgestellt werden. Vermutlich werden sie durch massiv erhöhte Ca2+-Konzentrationen in der Muskelfaser ausgelöst. Neben der Endplattenmyopathie zeigten homozygote eSC-Mäusen, wie SCCMS-Patienten, eine Reduktion der AChR in der NMJ. Das SCCMS ist im Menschen eine dominant vererbte Krankheit, konnte dagegen aber nur in homozygoten eSC-Mäusen festgestellt werden. Die Gründe für die Unterschiede in der Vererbung konnten durch Kreuzungsexperimente geklärt werden. Dabei wurden eSC-Tiere mit Tieren einer anderen transgenen Mauslinie (eTet-Linie) gekreuzt, die nur eine reduzierte Expression der e-Untereinheit besitzt. Die Nachkommen aus diesen Kreuzungen zeigten myasthenische Symptome. Daraus folgt, dass die Unterschiede in der Vererbung mit der Expression des eSC-Allels zusammenhängt, das in heterozygoten eSC-Tieren schwächer exprimiert wird als das WT-Allel. Die Tiere der eSC-Linie können als Modellorganismus für SCCMS dienen. Mit ihrer Hilfe wird es möglich sein, in vivo neue Erkenntnisse über die physiologischen und genetischen Vorgänge, die bei der Entstehung von SCCMS eine Rolle spielen, zu sammeln. Möglicherweise ist auch eine Übertragung der Erkenntnisse auf neurodegenerative Krankheiten wie Epilepsie oder Schlaganfall möglich. Außerdem können sie durch genetische und morphologische Vergleiche mit anderen Mauslinien, in denen die Kanaleigenschaften des AChR verändert wurden, Aufschlüsse darüber geben, welchen Einfluss die Rezeptoraktivität auf die strukturelle und funktionelle Aufrechterhaltung der NMJ hat

Berechnung von Lichtbogenkurzschlußströmen im Elektroenergieversorgungssystem mit Flüssigmetallstrombegrenzer

Abstract Title: Calculation of the short-circuit currents caused by arcing fault in electrical power systems with liquid metal current limiters Author: Dipl.-Ing. Huaren Wu 128 pages; 88 figures; 55 references Department of Electrical Engineering and Information Technology, Ilmenau Technical University This dissertation presents the calculation of the short-circuit currents caused by arcing fault in electrical power systems with liquid metal current limiters. An algorithm is derived for formulating state equation for the electrical power systems. This algorithm includes the formulation of a modified proper tree, the formulation of an incidence matrix, the formulation of a cutset matrix and the formulation of state equation. A mathematical model based of arc voltages is derived. This model reflects the relations among arc voltages and short-circuit currents. It can be used to calculate minimal short-circuit currents caused by arcing fault. The temperature fields of two liquid metal current limiters with different structures were calculated separately in order to describe the dependence of operating behaviour of the current limiters on the temperature of the liquid metal in the current limiters. The different principles of the current limit of the two structures are explained by analysing the temperature of the liquid metal and the short-circuit current flowing through the current limiters. The calculation of pinch effect with a new model is described in detail. The influence of the wall of the canal on the flow of the liquid metal was considered in calculation. The measured short-circuit currents were used to simulate the magnetic force. The ANSYS commands in the program calculating the pinch effect are explained. The fields calculated are given. A resistance model of the liquid metal current limiter is derived. The parameters of the model were determined according to the results of the calculations and experiments. A comparison between results of simulations and experiments is made to prove the precision of the model. A program was written with VC++. It can calculate the short-circuit currents in any electrical power system consisting of capacitors, filters, lines, cables, reactors, loads, network supply, transformers, synchronous machines and asynchronous machines.Die vorliegende Arbeit trägt zur Berechnung von Lichtbogenkurzschlußströmen im Elektroenergieversorgungssystem mit Flüssigmetallstrombegrenzer bei. Zur Aufstellung der Zustandsgleichungen des Elektroenergieversorgungssystems wird ein Algorithmus abgeleitet. Dieser enthält die Formulierung des Normalbaums, die Bildung der Inzidenzmatrix, die Ableitung der Schnittmatrix und die Formulierung der Zustandsgleichungen. Ein mathematisches Modell wird bezüglich der dreipoligen Lichtbogenspannungen abgeleitet. Dieses Modell beschreibt die logische Beziehung zwischen Lichtbogenspannungen und Leiterströmen. Für zwei bestehende Strukturen von Flüssigmetallstrombegrenzern wird das jeweilige Temperaturfeld berechnet, um die Abhängigkeit des Betriebsverhaltens des Begrenzers von der Temperatur des Flüssigmetalls beschreiben zu können. Durch die Analyse der Änderung der Temperatur und des Stromverlaufs wurden die verschiedenen Strombegrenzungsprinzipien der zwei Strukturen ermittelt. Die Berechnung des Pinch-Effekts mit einem neuen Modell wird ausführlich beschrieben. Die Wandeffekte des Kanals werden berücksichtigt. Zur Berechnung der magnetischen Kraftdichte werden gemessenen Ströme herangezogen. Die im numerischen Berechnungsmodell verwendeten wesentlichen Programmbefehle werden benannt und erklärt. Die Feldverteilungen und die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetalls werden beschrieben. Ein Widerstands-Modell des Flüssigmetallstrombegrenzers wird aufgestellt. Die Parameter werden auf der Grundlage experimentell ermittelter Werte und mittels der Feldberechnung bestimmt. Das Modell an sich beschreibt den nichtlinearen Widerstand des Flüssigmetallstrombegrenzers. Zum Nachweis der Genauigkeit des Modells wurden die simulativ ermittelten Ströme mit denen, die gemessenen wurden, verglichen. Das Programm LBKSTools wurde auf der Basis von VC++ erstellt. Es ist in der Lage, die Ströme sowohl bei metallischen Kurzschlüssen als auch bei Lichtbogenkurzschlüssen im Energieversorgungssystem zu berechnen. Das System besteht aus Kondensatoren, Filter, Leitungen, Kabel, Drosseln, Belastungen, Netzeinspeisungen, Transformatoren, Synchronmaschinen and Asynchronmaschinen. Das Programm kann Systeme mit beliebig komplizierten Strukturen analysieren

Entwicklungsarbeiten für Niedertemperatur-Brennstoffzellen im Institut für Technische Physik der TU Braunschweig

Am Anfang seines 1955 in der Öffentlichen Sitzung der Akademie der Wissenschaften und der Literatur zu Mainz gehaltenen Festvortrages verweist E. Justi auf das Buch "Die nächste Million Jahre" von Sir Charles Darwin und den darin prognostizierten wirtschaftlichen, sozialen und politischen Niedergang der Menschheit nach Verbrauch der Vorräte an fossilen Brennstoffen infolge des gegenwärtigen Raubbaus an diesen Energie-Ersparnissen vergangener geologischer Epochen. In diesem Vortrag schreibt E. Justi weiter: "Diese Zukunft hat schon jetzt begonnen, denn selbst wenn der gegenwärtige Kohleverbrauch nicht weiter steigt, werden die Steinkohlen des Ruhrreviers und Oberschlesiens bis 1900m Tiefe in etwa 350 Jahren verbraucht sein, und schon in weniger als 50 Jahren werden die Braunkohlevorräte des Helmstedter Reviers ... erschöpft sein ... Diesem allmählichen Niedergang können wir nur entweichen, wenn es uns gelingt, neue Methoden der Erzeugung elektrischer Energie für die zukünftige Epoche vorzubereiten ... ; andererseits müssen wir rechtzeitig neue wissenschaftlich-technische Prozesse ersinnen und entwickeln, um ohne Einschränkung der gegenwärtigen Energieerzeugung unsere Vorräte an fossilen Brennstoffen ökonomischer auszunutzen". Diese Problematik, deren Aktualität spätestens seit den sogenannten Ölkrisen uns allen bewußt ist, hat E. Justi schon sehr früh beschäftigt und nicht mehr losgelassen, wie die zahlreichen Veröffentlichungen, Vorträge und Vorlesungen über die verschiedenen Methoden der Energiedirektumwandlung und deren praktisch-technische Durchführung zeigen

Funktion der muskelspezifischen Kinase MuSK : Analyse im transgenen Tiermodell

In der Entwicklung der neuromuskulären Synapse (NMJ) spielt die muskelspezifische Kinase (MuSK) eine zentrale Rolle. Die Expression der Acetylcholinrezeptoren (AChR) ist in den Muskelfasern während der Embryonalphase von MuSK abhängig, so dass MuSK-defiziente Tiere keine NMJ entwickelt haben und bei der Geburt sterben. Diese Ergebnisse erlauben jedoch keine Aussage darüber, welchen Einfluss MuSK auf die etablierte NMJ besitzt. Zur Klärung dieser Fragestellung wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Mauslinie (MuSK/Cre) etabliert und analysiert, in der mit Hilfe des Cre-loxP-Systems eine postnatale Inaktivierung von MuSK erreicht wird. Diese Tiere sind bei Geburt lebensfähig und besitzen normal etablierte NMJ. Ab der dritten Woche entwickeln sie jedoch eine progressive Muskelschwäche, die vor Erreichen des 30. Lebenstags (P30) zum Tode führt. Histologische Untersuchungen zeigen, dass es in diesen Tieren zu einem Auflösen der etablierten NMJ kommt, da die Inaktivierung von MuSK zu einem Verlust von AChR und zum Verschwinden der subsynaptischen Kerne führt. Darüber hinaus zeigen die innervierenden Motoneurone ein extensives Wachstum und verstärktes Verzweigen, sowie atypische Innervierungen der Synapsen. Eine daraus resultierende gestörte Transmission konnte durch elektrophysiologische Analysen belegt werden. Als Reaktion auf diese gestörte Verbindung zwischen Neuron und Muskel ändert sich in den MuSK/Cre-Tieren die Faserzusammensetzung der Muskeln. Neben dem Auflösen der etablierten NMJ kann in den MuSK/Cre-Tieren auch eine Neubildung von NMJ beobachtet werden. Da es in der Entwicklung der NMJ zu einem Untereinheitenaustausch in den AChR kommt, wurde die Expressionen der fötalen γ- als auch der adulten εAChR-Untereinheit und von MuSK gemessen. Die Expression der γAChR-Untereinheit ist ebenso wie die Expression von MuSK signifikant verstärkt, während die Expression der εAChR leicht reduziert ist. Durch die Generierung und Analyse der Mauslinie MuSK/Cre:γGFP konnte eine Synthese der γAChR-Untereinheit festgestellt werden, doch war es histologisch und elektrophysiologisch nicht möglich deren Einbau in die NMJ nachzuweisen. Neben der Generation der MuSK/Cre-Tiere wurde in der vorliegenden Arbeit auch eine Methode etabliert, in Muskelfasern einen Knock-Down von synapsenspezifischen Proteinen mit Hilfe der Einzelfaserinjektion von siRNA-codierenden Plasmiden zu erreichen. So konnte eine Beteiligung von Dvl und PAK an der Erhaltung der Struktur der NMJ bewiesen werden. Zusammengefasst konnte mit den MuSK/Cre-Tieren die essentielle Funktion von MuSK für der Struktur- und Funktionserhaltung der NMJ nachgewiesen werden. Da es in diesen Tieren zu einem gleichzeitigem Auflösen und Neuetablierung von NMJ kommt, können diese Tiere in Zukunft auch weitere Einblicke in die molekularen und zellulären Mechanismen dieser Prozesse geben. Auch könnte das extensive Wachstum der Motoneurone eine genauere Analyse der dazu notwendigen Faktoren und Bedingungen erlauben. Darüber hinaus ist es möglich, die MuSK/Cre-Maus als ein Modell für einige myasthenische Syndrome zu verwenden, da gefundene Fälle von Myasthenie in Menschen auf eine Reduktion von MuSK durch Autoimmun-Antikörper beruhen. Zusätzlich konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass mit einer Einzelfaserinjektion von siRNA-codierenden Plasmiden die Untersuchung synapsenspezifischer Proteinen gezielt untersucht werden können

Ueber die Einwirkung der Becquerel- und der Röntgenstrahlen auf das Auge

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Entwicklung und Charakterisierung von Elektroden für die Sauerstoffentwicklung in der alkalischen Wasserelektrolyse

Die alkalische Wasserelektrolyse (AEL) zur elektrochemischen Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff wird im industriellen Maßstab seit über 100 Jahren verwendet. Insbesondere im letzten Jahrzehnt ist die Wasserelektrolyse aufgrund des steigenden Anteils erneuerbarer Energien und der damit verbundenen Suche nach geeigneten Technologien zur Speicherung von großen Energiemengen wieder in den Fokus der Forschung gerückt. Ebenfalls von Bedeutung für die Renaissance der Wasserelektrolyse ist die vielfach diskutierte Dekarbonisierung der Wirtschaft und die damit verbundene Suche nach alternativen Energieträgern wie regenerativ erzeugtem Wasserstoff. Um die AEL für die zukünftigen Anwendungen im Bereich der Wasserstoffwirtschaft weiterzuentwickeln, sollten insbesondere die Geometrie der Elektrodenträger und Elektrodenherstellungsmethoden zur Vergrößerung der elektrochemisch aktiven Oberfläche sowie neuartige Elektrolyseurkonzepte untersucht und optimiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden daher unterschiedliche Methoden zur Herstellung von Elektroden entwickelt und deren Einflüsse auf die elektrochemischen Widerstände in der AEL analysiert. Im Fokus der Entwicklung stand insbesondere die Untersuchung des An- und Abtransports des Elektrolyten und der Gasabfuhr sowie der Einfluss von Betriebsbedingungen für sauerstoffentwickelnde Elektroden. Die Untersuchung und Optimierung der Makrostrukturierung von Elektrodenträgermaterialien erfolgte durch Variation der Maschenweiten von beschichteten Netz-Elektroden. Um die aktive Elektrodenoberfläche zu vergrößern wurde ein neuartiges Laserablationsverfahren verwendet. Mithilfe dieses Verfahrens konnte erfolgreich eine definierten Mikro- undNanostrukturierung auf der Elektrodenoberfläche erzeugt werden und die Katalysatorzusammensetzung gezielt beeinflusst werden. Eine weitere Steigerung der aktiven Elektrodenoberfläche erfolgte durch die Verwendung von Elektroden mit dreidimensionalen makro-, mikro- und nanostrukturierten Porensystemen. Hierzu wurde ein neuartiges Verfahrenskonzept (Hybrid-AEL) unter Verwendung einer Gasdiffusionselektrode als Anode entwickelt. Durch den veränderten An- und Abtransport der Edukte und Produkte sowie der vergrößerten Elektrodenoberfläche konnten die elektrochemischen Widerstände verringert werden. Zudem bilden sich auf der Anodenseite lediglich Sauerstoff und Wasser, wodurch der Anolytkreislauf entfällt und entsprechend das Verfahrenskonzept vereinfacht werden konnte.The alkaline water electrolysis (AEL) for the electrochemical production of hydrogen and oxygen has been used on an industrial scale for over 100 years. Especially in the last decade, water electrolysis has gained more and more research attention due to the increasing share of renewable energies and the related search for suitable technologies for the storage of large amounts of energy. Important also for the renaissance of water electrolysis is the widely discussed decarbonization of the economy and the associated search for alternative energy sources such as regeneratively produced hydrogen. In order to develop AEL for future applications in the hydrogen economy, the electrodes geometry and electrode manufacturing methods for increasing the electrochemically active surface area as well as new electrolyser concepts should be investigated and optimized. In the present work different methods for the production of electrodes were developed and their influences on the electrochemical resistances in the AEL were analyzed. In particular, the development focused on the investigation of electrodes geometry and removal of the electrolyte and the gas as well as the influence of operating conditions for oxygen developing electrodes. The investigation and optimization of the macro structuring of electrodes geometry was carried out by varying the mesh sizes of coated mesh electrodes. A novel laser ablation technique was used to increase the active electrode surface. By means of this method, a defined micro- and nanostructuring on the electrode surface could be successfully created and the catalyst composition could be specifically adjusted. The active electrode surface was further increased by using electrodes with three-dimensional macro-, micro- and nanostructured pore system. For this purpose, a novel process concept (hybrid AEL) was developed using a gas diffusion electrode as anode. Due to the modified transport of the educts and products as well as the increased electrode surface, the electrochemical resistances could be reduced. In addition, only oxygen and water are formed on the anode side, thus eliminating necessity of an anolyte cycle and simplifying the process concept accordingly

Elektrochemie: Ein neues Konzept zur schulischen Behandlung des Themas Elektrochemie

Eine umfangreiche, aktuelle Studie zu den Lernschwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern im Bereich der Elektrochemie im deutschen Schulsystem deckte zahlreiche Schüler-Fehlvorstellungen und Lernschwierigkeiten auf. Auf Grundlage dieser Studienergebnisse wurde ein ausführliches Unterrichtskonzept für die Elektrochemie der gymnasialen Oberstufe in vier Konzeptbausteinen erarbeitet, für das unter anderem spezielle Schulexperimente, Computeranimationen und Unterrichtsmittel entwickelt wurden

Etablierung und Charakterisierung eines artifiziellen Endothels in 3D-Mikrokanälen

Kein Abstrac

Entwicklung eines Multisensoradapters zum Einsatz in disposable Bioreaktoren

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