Untersuchungen zur biologischen Funktion der kleinen GTPase Centaurin gamma in <em>Drosophila melanogaster</em>

Bewegungsmangel und ein Überangebot an kalorienreicher Nahrung haben dazu geführt, dass die globale Ausbreitung von metabolischen Erkrankungen wie Adipositas und Typ-2-Diabetes (T2D) in westlichen Kulturgesellschaften die Dimension einer Epidemie erreicht hat. Die Aufklärung der molekularen Mechanismen von Stoffwechselfunktionen wie Energiespeicherung und -mobilisierung ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Ätiologie dieser Erkrankungen. Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster ist ein ausgezeichnetes Modellsystem zur Entschlüsselung der molekularen Grundlagen von Stoffwechselprozessen. Viele grundlegende Stoffwechselfunktionen sind zwischen Vertebraten und Drosophila konserviert. Fliegen sind in der Lage ihre Menge an zirkulierenden Zuckern in der Hämolymphe zu modellieren und sie speichern überschüssige Nährstoffreserven in Form von Glykogen und Lipiden, welche sie bei Bedarf mobilisieren können. Durch eine kalorienreiche Diät können auch in Drosophila Phänotypen induziert werden, die Ähnlichkeit zu Adipositas und T2D aufweisen. Adipositas und T2D sind im Menschen mit einer Fehlregulation des Insulin-Signalweges assoziiert. Die Insulin-Signalkaskade ist im Tierreich hoch konserviert und spielt unter anderem eine essentielle Rolle bei der Regulation des Glukose-Stoffwechsels und bei Wachstums- und Größenkontrolle. Das Drosophila ArfGEF Steppke, ein Mitglied der Cytohesin-Familie von Guanin-Nukleotid-Austauschfaktoren, konnte vor einigen Jahren als Schlüsselkomponente des Insulin-Signalwegs identifiziert werden. ArfGEF Proteine vermitteln die Ablösung von gebundenem GTP an ArfGTPasen, die wiederum intrazelluläre Transportprozesse und die Struktur von Organellen kontrollieren. Gegenspieler der ArfGEF Proteine sind die ArfGAP Proteine, die die Hydrolyse von Arf-gebundenem GTP katalysieren. In einem Zellkultur-basierten RNAi Screen konnte in Vorarbeiten centaurin gamma (centg) als putatives ArfGAP im Insulinsignalweg von Drosophila identifiziert werden. Centaurine bilden eine Familie von Multidomänenproteinen und haben sowohl in Drosophila als auch in Säugern die gleiche, einzigartige Domänenstruktur. Mitglieder der Centg Proteinfamilie besitzen eine GTPase Domäne, eine PH Domäne, eine ArfGAP Domäne und Ankyrin Wiederholungsmotive. Im Rahmen dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob das Drosophila centg Gen in vivo als Regulator des Insulin-Signalweges fungiert. Durch biochemische Untersuchungen konnte im ersten Teil der Arbeit nachgewiesen werden, dass Centg für eine funktionelle GTPase kodiert, die durch ihre interne GAP Domäne katalysiert wird. Zur Analyse der in vivo Funktion wurde mittels ends-out gene targeting eine knockout Mutante für centg generiert. centg-/- mutante Tiere sind homozygot lebensfähig. Sie zeigen jedoch im Vergleich zu anderen Regulatoren des Insulinsignalweges keinen Wachstumsphänotyp in den einzelnen Entwicklungsstadien und auch keine veränderte 4E-BP Expression. Außerdem weisen sie keine veränderte Sensitivität gegenüber Hungerbedingungen und keine Einschränkungen bei der Mobilisierung der Speicherlipide auf. Weiterhin zeigten Fütterungsexperimente mit hochkalorischem Futter, dass sich centg-/- Mutanten unter hochkalorischen Bedingungen stark verzögert entwickeln und exzessiv Speicherlipide akkumulieren, ähnlich wie dies bei T2D bzw. Adipositas vorkommt. Im Gegensatz dazu sind Centg1 knockout Mutanten der Maus, die mit hochkalorischem Futter gefüttert wurden, gegen ernährungsbedingte Adipositas und Insulinresistenz geschützt. Wenn das Drosophila centg-Gen nicht am Insulin-Signalweg beteiligt ist, welche Rolle erfüllt es dann? Expressionsstudien ergaben erste Hinweise darauf, dass centg eine wichtige Funktion im Nervensystem übernimmt. Imaging Analysen zeigen, dass centg-/- Mutanten bzw. Larven, die centg in den Körperwandmuskeln überexprimieren, Defekte an Motorneuronen beziehungsweise an Körperwandmuskeln aufweisen. In der Mutante innervieren 25 Prozent der Synapsen ihren Muskeln entweder an der falschen Stelle oder fehlen ganz. Außerdem ist die Morphologie von 25 Prozent der untersuchten Muskeln verändert. Die Überexpression in den Muskeln führt zu noch stärkeren Defekten. In 37% der Fälle führt die Überexpression zu Muskeldefekten und in 11% hat die Überexpression einen Einfluss auf die Synapse. Centg scheint somit eine Funktion in Motorneuronen und deren korrekter Interaktion mit den Muskeln zu übernehmen. Die generierten genetischen und biochemischen Werkzeuge werden es in der Zukunft ermöglichen, weitere Funktionen von centg z.B. bei Insulin-abhängigen Wachstumsprozessen im ZNS oder im Glutamatrezeptor-Signalweg zu untersuchen

von den Erkenntnissen aus der Magnetresonanztomografie zu einem neuen Ansatz in der Texturanalyse

Mit der Magnetresonanztomographie steht ein bildgebendes Verfahren zur Verfügung, welches einen hervorragenden Weichteilkontrast bietet. Zudem können mit der Texturanalyse wertvolle Zusatzinformationen aus Bilddaten extrahiert werden. Aus diesen Gründen wurde in dieser Arbeit die Magnetresonanztomographie in Verbindung mit der Texturanalyse zur verbesserten Einordnung unklarer pulmonaler Herdbefunde bei hämatologischer Grunderkrankung weiterentwickelt und klinisch erprobt. Dazu wurden drei Anforderungen definiert: 1. kurze Untersuchungsdauer, 2. unkomplizierte Auswertung und 3. hohe diagnostische Genauigkeit. Zunächst wurden 13 Patientinnen und Patienten mit hämatologischer Grunderkrankung und CT-morphologisch nachgewiesenen herdförmigen Infiltraten mittels eines standardisierten und auf Schnelligkeit optimierten 3 Tesla Protokolls untersucht (Originalarbeit 1). Analysiert wurden axiale Bilder einer T1 GRE und zweier T2 FSE Sequenzen. Im Vergleich zum CT konnten 93,2% aller Rundherde detektiert werden, bei Herden > 5 mm betrug die Rate 97,9%. Danach wurden Signalintensitätsquotienten zur Differenzierung allgemeiner infektiöser und maligner Lungenveränderungen an 29 Patientinnen und Patienten (15 infektiöse und 14 maligne Befunde) überprüft (Originalarbeit 2). Die Quotienten wurden aus der Signalintensität der Läsion und lokaler Skelettmuskulatur bzw. lokalem Fettgewebe gebildet. Die beste AUC von 83% zeigte eine Kombination der Quotienten T1-Qmean und T2-NICQ90th. Diese Methode wurde noch einmal zur Differenzierung infektiöser Veränderungen und pulmonaler Lymphommanifestationen in 45 ausschließlich hämatologischen Patientinnen und Patienten (10 bakterielle und 16 fungale Pneumonien, 19 pulmonale Lymphommanifestationen) angewandt (Originalarbeit 3). Hier zeigten der T2 NICQmean und T2-NICQ90th eine AUC von 74% bzw. 73% in der Differenzierung von pilzpneumonischen Infiltraten bzw. von jeweils 79% in der Differenzierung von bakteriellen Infiltraten gegenüber Lymphommanifestationen. Um eine mögliche Verbesserung der Diagnostik zur erreichen wurde daraufhin die Texturanalyse in 35 Patientinnen und Patienten (16 Pilzpneumonien, 19 pulmonale Lymphom-manifestationen) zu den NICQs verglichen (Originalarbeit 4). T1w Entropy, T2w Energy und T1w Uniformity erreichten dabei eine AUC von je 80%, T1w Energy von 77%. Die beste AUC für die Quotienten betrug 72% für den T2-NICQmean. Es sollte anschließend noch geprüft werden, ob eine Differenzierung auch unter ausschließlicher Verwendung von schnellen T1-Sequenzen möglich ist (Originalarbeit 5). Verglichen wurden dabei die Texturanalyse und die Quotienten sowie zusätzlich das T1-Mapping, da letzteres im Gegensatz zum Ansatz über Quotienten die T1-Relaxationszeit direkt quantifiziert. Hierzu wurden 20 Patientinnen und Patienten (10 Pilzpneumonien, 10 pulmonale Lymphommanifestationen) untersucht. Dabei zeigten die Texturmerkmale Variance, Mean Absolute Deviation, Robust Mean Absolute Deviation, Interquartile Range und Minimum eine AUC von > 80%, der T1-Qmean von 70% und das Mapping von lediglich 63%. Um die Anwendung der Texturanalyse alltagstauglich und nutzerfreundlich zu gestalten, wurde eine Vereinfachung der Methode angestrebt. Mittels des schließlich entwickelten, auf der Software PyRadiomics aufbauenden Tools können jetzt Parameterkarten erstellt werden, aus denen sich die Werte eines Texturmerkmals in einem Standardbildbetrachter direkt ablesen lassen (Originalarbeit 6). Damit entfallen die sonst üblichen Arbeitsschritte von der Segmentierung über die Extraktion hin zu mit abstrakten Zahlenwerten gefüllten Tabellen. Die aus den Karten ermittelten Werte wurden dabei zu denen der konventionellen Extraktion verglichen, wobei sich acht Texturmerkmale konkordant verhielten. Zudem folgte die Evaluation zweier beispielhafter klinischer Anwendungen, wobei die Differenzierung von pulmonalen Lymphommanifestationen und Pilzinfiltraten in Karten von Variance generiert aus T1w MR-Bildern und die Unterscheidung von benignen Rundherden und Bronchialkarzinomen in Karten von Skeweness generiert aus CT-Bildern eine AUC von 89% bzw. 83% erreichten. Die in dieser Habilitationsarbeit durchgeführten Untersuchungen bestätigen eine kurze Untersuchungsdauer der MRT der Lunge bei Patientinnen und Patienten mit hämatologischer Grunderkrankung zur Detektion pulmonaler Rundherde. Darüber hinaus kann bereits mit einer unkomplizierten Auswertung eine hohe diagnostische Genauigkeit in der differentialdiagnostischen Einordnung erreicht werden. Zudem wurde erfolgreich ein neuer voxelbasierter Ansatz der Texturanalyse entwickelt und erprobt, der eine vereinfachte Anwendung dieser komplexen Methodik erlaubt

Der metasomale Lichtsinn des Skorpions : eine immunhistologische und feinstrukturelle Untersuchung

Extraretinale Photorezeption im Bauchmark des Skorpions war seit mehr als 30 Jahren aus elektrophysiologischen und verhaltensbiologischen Untersuchungen bekannt. Von den zugehörigen Sinneszellen waren aber weder ihre Struktur und Lage noch ihre neuronale Verschaltung bekannt. Mit immunhistologischen und feinstrukturellen Untersuchungen konnten in dieser Arbeit in den letzten Abdominalganglien des Skorpions Paruroctonus mesaensis Zellgruppen identifiziert werden, die vermutlich das strukturelle Korrelat dieser extraretinalen Photorezeption, des metasomalen Lichtsinns (ML), sind. In meiner Arbeit konnten folgende Befunde erhoben werden: Immunhistologische Erkenntnisse: - In den metasomalen Ganglien des Skorpions gibt es wenige Zellen, die immunhistologisch mit Antikörpern gegen Proteine der Phototransduktionskaskade (Opsin, Transducin und Arrestin) reagieren. - Der metasomale Lichtsinn ist kein geschlossenes Sinnesorgan sondern ist aus mehreren Zellclustern mit jeweils etwa 5-7 spindelförmigen kleinen Zellen zusammengesetzt. - Diese ML-Zellgruppen sind bilateralsymmetrisch auf der Ventralseite der Ganglien jeweils an den Übergängen in die Konnektive angeordnet. - Die Zellen sind - wie alle Invertebraten-Photorezeptoren - histaminerg. Ihre kurzen afferenten Axone enden ipsilateral im gleichen Ganglion auf ebenfalls histaminergen Inteneuronen, die bis in das Unterschlundganglion reichen. Feinstrukturelle Erkenntnisse: - Nach den bisherigen Untersuchungen haben alle ML-Zellen die gleiche Feinstruktur. Das Cytoplasma ist sehr reichhaltig mit Mitochondrien und rauhem endoplasmatischen Retikulum gefüllt, was erkennen lässt, dass diese Zellen hochaktiv sind. Sie haben kein Schirmpigment. - Sie besitzen einen länglichen, häufig gelappten Zellkern mit viel Heterochromatin. - Besonders charakteristisch für die ML-Zellen sind Lysosomen, die rhabdomere Abbauprodukte beinhalten. Diese Abbauprodukte verändern sich in Abhängigkeit vom Licht und unter der Kontrolle der inneren Uhr. Es lassen sich die für Arthropodenaugen charakteristischen Abbaustufen für diese exogenen und endogenen Abbauvorgänge feststellen. - An der apikalen Seite der potentiellen Photorezeptorzellen befinden sich lange rhabdomere Mikrovilli, die sich unregelmäßig um eine Lakune winden. Gemeinsam mit Nachbarzellen bilden diese Mikrovilli eine Haube, die von einer Kapsel umschlossen wird. - Das andere Zellende setzt sich in ein kurzes Axon fort. - Efferente Fasern innervieren die afferenten Endigungen der Rezeptorzellen nahe an ihren Terminalen. - Als Besonderheit ist in den ML-Zellen eine einzelne intrazelluläre Cilie zu finden. Sie ist meist zwischen dem Zellkern und einem Golgi-Apparat lokalisiert. Eine potentielle Funktion des Metasomalen Lichtsinns im Skorpion wird insbesondere im Zusammenhang mit der Perzeption natürlicher Zeitgeberreize durch den retinalen und extraretinalen Photorezeptorkomplex

Quantifizierung des dreidimensionalen glomerulären Kapillarsystems von Schweinen mittels der Mikro– und Nano– Computertomographie

Hintergrund: Die vorliegende Arbeit präsentiert die dreidimensionale Darstellung und Quantifizierung des renalen Gefäßsystems von Schlachthausschweinen und domestizierten Minipigs mittels der Mikro- und Nano – CT. Material und Methoden: Um den renalen porcinen Gefäßbaum dreidimensional darzustellen und zu quantifizieren, werden zwei Studienkollektive aus fünf Schlachthausschweinen (Studienpopulation: 1, Alter: 6 Monate; Gewicht: 120 kg) und sieben domestizierten Minipigs (Studienpopulation: 2, Alter: 25 Wochen, Gewicht: 45 – 55 kg) gebildet. Die Nieren werden entweder mit einer Mischung aus BaSO4 und Gelantine (SP 1) oder mit Microfil® (SP 2) perfundiert. Anschließend werden aus den Nieren Stanzen gewonnen, diese fixiert und mittels der Mikro- und Nano – CT gescannt. Mit der Mikro – CT und Nano – CT werden der glomeruläre Durchmesser (mm), Fläche (mm2), Volumen (mm3) und die Gesamtanzahl der Glomeruli pro Fläche (n/mm2) bestimmt. Mit der Nano – CT wird zusätzlich zu den genannten Parametern das intraglomeruläre Kapillarvolumen (mm3) quantifiziert. Die gewonnenen Daten werden mit der Histologie verglichen. Ergebnisse: In der Analyse der Daten des Studienkollektivs 1 stellt sich eine signifikante Zunahme der Messwerte ausgehend von der histomorphometrischen Untersuchung über die NCT zu der &#956;CT – Untersuchung (0,231 &#61617;&#61472;0,03 mm, 0,033 &#61617;&#61472;0,01 mm²; 0,252 &#61617;&#61472;0,028 mm, 0,041 &#61617;&#61472;0,01 mm², 0,0057 &#61617;&#61472;0,0025 mm3; 0,269 &#61617;&#61472;0,037 mm, 0,047 &#61617;&#61472;0,01mm², 0,0067 &#61617;&#61472;0,0025 mm3, p < 0,001). Die quantitative Analyse des glomerulären und kapillären Volumens (SK 1) und Fläche (SK 2) zeigt eine signifikante Korrelation der Parameter zueinander (r2 = 0,97, r2 = 0,19 ). Die Nano – CT – Untersuchungen der Studien-population 2 ergeben ebenfalls signifikant höhere Resultate als deren histologischen Korrelate (0,139 &#61617;&#61472;0,019 mm, 0,016 &#61617;&#61472;0,004 mm2, 0,12 &#61617;&#61472;0,02 mm, 0,011 &#61617;&#61472;0,003 mm2, p < 0,001). Schlussfolgerung Die Ergebnisse weisen auf einen potentiellen Nutzen der 3D – Visualisierung und Quantifikation mittels der Mikro- und Nano - CT zur Evaluierung glomerulärer und vaskulärer Anteile der Niere und könnten somit für die Erforschung renaler und hypertensiver Erkrankungen von Nutzen sein.Background: This study is designed to evaluate the feasibility for analysis of the kidney glomeruli capillary unit in adult and domestic pics using micro- and nano – CT imaging. Methods: Kidneys were harvested from five healthy hybrid pics (study population 1, 6 months of age; weight 120 kg) at a local slaughterhouse and seven kidneys from healthy domestic minipigs (study population 2, 25 weeks of age, weight 45 – 55 kg). They were infused either with a mixture of BaSO4 and gelatine (SP 1) or Microfil® (SP 2). Kidney samples were punched out, harvested and scanned with micro – CT and nano – CT. Diameter (mm) and cross-sectional area (mm2) of glomeruli were measured using micro – CT, nano – CT and histology. The capillary vessel volume (mm³) within single glomeruli was quantitated using nano – CT. Results were complemented by colocalized histology. Results: Within the study population 1 glomeruli diameter, crosssectional area and glomerulary volume increased significantly as measured by histology, nano – CT and micro – CT (0.231 &#61617;&#61472;0.03 mm, 0.033 &#61617;&#61472;0.01 mm²; 0.252 &#61617;&#61472;0.028 mm, 0.041 &#61617;&#61472;0.01 mm², 0.0057 &#61617;&#61472;0.0025 mm3; 0.269 &#61617;&#61472;0.037 mm, 0.047 &#61617;&#61472;0.01mm², 0.0067 &#61617;&#61472;0.0025 mm3, p < 0.001; respectively). Quantitative nano – CT analysis demonstrated a strong linear relationship of the volume of glomeruli and the capillary volume (r² = 0.97). In study population 2 the analysis shows comparable results relating to study population1. Nano – CT measurements demonstrate significant higher values as in histological analysis (0.139 &#61617;&#61472;0.019 mm, 0.016 &#61617;&#61472;0.004 mm2, 0.12 &#61617;&#61472;0.02 mm, 0.011 &#61617;&#61472;0.003 mm2, p < 0.001). The capillary surface area relates strongly to the glomerulary surface area (r2 = 0.19). Conclusion: These results demonstrate potential use of quantitative 3D micro- and nano – CT imaging to obtain information about glomeruli dimensions´ and vascularisation, which could be useful in animal models of kidney alterations

Die Beeinflussung der hyperakuten Abstossungsreaktion der xenogen perfundierten Rattenleber durch den GP IIb/IIIa-Rezeptorblocker GPI 562 und den Thrombin-Inhibitor Hirudin

Störungen in der Mikrozirkulation werden als Ursprung für die Organdysfunktion und letztlich für die Abstoßung von xenogenen Transplantaten angesehen. Nach Evaluierung eines eigens zu diesem Zweck entwickelten Perfusionssystems gelang es, die Mikrozirkulation der Rattenleber ex vivo mittels Intravital-Fluoreszenz-Mikroskopie (IVM) zu beobachten. Um den Einfluss des Gerinnungssystems auf die Mikrozirkulationsstörungen zu untersuchen, wurden die Rattenlebern mit Ratten- (isogen) oder Humanblut (xenogen) perfundiert, die jeweils mit GPI 562, einem GP IIb/IIIa-Antagonist, oder Hirudin behandelt wurden, quantifiziert werden16. Hierdurch konnte nachgewiesen werden, dass für die Mikrozikulationsstörungen der Leber, die nach Hemmung des Gerinnungssystems fortbestehen, die Akkumulation von Leukozyten, als auch die Aggregation von Thrombozyten verantwortlich sind

Herstellung von Insertions- und Deletionsmutanten des murinen Zytomegalievirus und deren Untersuchung in vitro und in vivo

Das humane Zytomegalievirus (HCMV) ist ein speziesspezifisches, humanpathogenes Herpesvirus. Ein etabliertes System zur Untersuchung der CMV-Infektion in vivo ist das murine Zytomegalievirus (MCMV). Das 230 kb große Genom von MCMV liegt seit kurzem als bakterielles artifizielles Chromosom (BAC) kloniert vor. Damit eröffnen sich neue Strategien für gentechnologische Untersuchungen, die Gegenstand dieser Dissertation sind: Mit homologer Rekombination in E. coli und mit Transposonmutagenese wurden Insertionsmutanten und Deletionsmutanten des MCMV hergestellt und in NIH 3T3 Fibroblasten in vitro sowie BALB/c Mäusen in vivo charakterisiert. Insertionsmutanten: Zwei verschiedene sezernierbare und quantitativ nachweisbare Markergene (HBsAg; SEAP) wurden jeweils so in das MCMV-Genom inseriert, dass sie im Rahmen einer Infektion in vitro wie auch in vivo zur Expression kommen. Im Versuchstier korrelierte die Menge der in das Serum sezernierten Marker hochgradig mit mit den Virustitern in Milz und Leber. Die Markersekrtetion wurde mit einer hierfür neu etablierten quantitativen PCR-Methode (TaqMan™) bezüglich der Sensitivität verglichen. Bei immunkompetenten Mäusen war SEAP – vor der PCR und der Virusbestimmung - das empfindlichste Nachweisverfahren. Die entwickelten Methoden erlauben erstmals die longitudinale Beobachtung einer MCMV-Infektion in ein- und- demselben Versuchstier. Deletionsmutanten: Das Wachstumsverhalten von 576 MCMV-Transposon-Mutanten in Fibroblasten wurde analysiert. Identifiziert wurden 19 Mutanten mit wachstumsdefizitären Phänotypen, denen Veränderungen von sechs offenen Leserahmen (ORF) zugrunde lagen. Eine Trunkierung eines dieser bisher nicht näher definierten, offensichtlich nicht essentielle Gene, bewirkt ein signifikantes, quantifizierbares Wachstumsdefizit. Mit Hilfe von elektronen-mikroskopischen Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass bei MCMV die Destruktion des Leserahmens M76 ein Exportdefizit aus dem Zellkern zur Folge hat

Prävention von frühen Ischämie- / Reperfusionsschäden in Fettlebern durch Ischämische Präkonditionierung

Der hohe Anteil verfetteter Lebern bei Patienten in der Leberchirurgie und unter potentiellen Spenderorganen für die Lebertransplantation unterstreicht die klinische Relevanz, protektive Mechanismen gegen Ischämie-/ Reperfusionsschäden (IRS) in vorgeschädigten Lebern zu entwickeln. Da zwischen dem Grad der Verfettung einer Leber und dem Ausmaß des IRS ein direkter Zusammenhang gesehen wird, sollte in dieser experimentellen Arbeit zunächst die Auswirkung des IRS auf die moderat verfettete Leber im Vergleich zur normalen Leber untersucht werden. Anschließend galt es, den Effekt der Ischämischen Präkonditionierung (IPC) als protektive Strategie gegen den IRS an beiden Modellen einander gegenüberzustellen. Modell: Hierzu wurden Zuckerratten verwendet, welche im heterozygoten Phänotyp normale Lebern aufweisen, im homozygoten Phänotyp eine moderate Fettleber entwickeln. Sowohl für normale als auch verfettete Lebern gab es drei Untergruppen mit je 6 Tieren. Neben scheinoperierten Tieren (Sham-Gruppe), gab es eine Kontrollgruppe mit 60 Minuten selektiver Ischämie des linken Leberlappens und 120 Minuten Reperfusion. In der IPC-Gruppe wurde noch eine jeweils 10-minütige Ischämie- und Reperfusionsphase vorangeschaltet. Untersucht wurde die Mikrozirkulation unter Verwendung eines Intravitalmikroskops zur Beurteilung der Sinusoidweiten und –perfusionsraten, sinusoidales und venoläres Verhalten von Leukozyten und die Aktivität von Kupffer-Zellen. Des weiteren erfolgte die Enzymdiagnostik zur Bestimmung der hepatozellulären Integrität, die Messung von GSH-/ GSSG-Spiegeln zur Beurteilung des Redoxstatus, die Kollektion von Galle zur Beurteilung der hepatozellulären Funktionalität. Zum Versuchsende wurden Leberproben für licht- und elektronenmikroskopische Aufnahmen und die Bestimmung des intrazellulären GSH-Gehaltes entnommen. Ergebnisse: Der Vergleich normaler Lebern mit moderat verfetteten Lebern zeigte in allen Parametern eine deutliche Aggravation des hepatozellulären Schadens nach I/R. Das Prinzip der Ischämischen Präkonditionierung zeigte sich in beiden Modellen als wirksame Strategie zur Reduktion des durch Ischämie und Reperfusion verursachten hepatozellulären Schadens. Lediglich in Bezug auf die hepatozelluläre Funktionalität konnte die IPC in verfetteten Lebern keine schützende Wirkung ausüben. Die Auswertung bezüglich des Redoxstatus ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen. Schlussfolgerung: IPC erwies sich als geeignete protektive Strategie gegen die Entwicklung von IRS in moderat verfetteten Lebern. Der Wirkungsmechanismus bleibt weiterhin unklar, ein protektiver Einfluss des Redoxsystem konnte nicht beobachtet werden

Optimierung einer Gefrierschliffmethode und Machbarkeitsstudie eines „Tissue Printing“-Verfahrens zur Beurteilung der cochleären Feinstruktur humaner Felsenbeinpräparate

Ziel der Arbeit war die Optimierung der Evaluation von Gewebeschäden nach experimenteller Insertion von CI-Elektroden am Felsenbeinpräparat. Hierfür wurden die Präparate mittels einer schonenden Gefrierschlifftechnik aufgearbeitet. Von jeder Kryoschliffebene wurden „Tissue Prints“ angefertigt und das Verfahren derart optimiert, dass ein Proteintransfer auch unter kontinuierlichen Kryofixierung erfolgen konnte. Mittels indirekter Immunfluoreszenz konnten Kollagen Typ IV und Connexin 26 nachgewiesen, und somit eine spezifische Beurteilung von cochleären Strukturen ermöglicht werden

Dreidimensionale virtuelle Organismen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Generierung virtueller Organismen respektive mit der dreidimensionalen Nachbildung anatomischer Strukturen von Pflanzen, Tieren, Menschen und imaginärer Wesen per Computer. Berücksichtigt werden dabei sowohl die verschiedenen Aspekte der Visualisierung, der Modellierung, der Animation sowie der Wachstums-, Deformations- und Bewegungssimulation. Dazu wird zuerst eine umfassende State-of-the-Art-Analyse konventioneller Methoden zur Organismengenerierung durchgeführt. Im Laufe dieser Analyse werden die Defizite herkömmlicher Verfahren aufgezeigt und damit eine gezielte Anforderungsanalyse für neue Verfahren erstellt. Mit Hilfe dieser Anforderungsanalyse wurde nach neuen Lösungsansätzen gesucht. Besonders hilfreich hat sich in diesem Zusammenhang die Frankfurter Organismus- und Evolutionstheorie erwiesen. Gemäß dieser Theorie stellen Organismen aus biomechanischer Sicht komplexe hydropneumatische Konstruktionen dar. Ihre Körperformen und Bewegungen werden weitgehend durch stabilisierende, kräfteerzeugende und kräfteübertragende Strukturen generiert, die den Gesetzen der klassischen Hydropneumatik folgen. So entstand die Idee, Organismen auf der anatomischen Ebene als eine komplexe Hierarchie unterschiedlicher hydropneumatischer Einheiten anzusehen, welche mechanisch miteinander interagieren. Diese Sichtweise liefert die Grundlage für ein neues biologisches Simulationsmodell. Es erlaubt der Computergraphik, sowohl die Form eines Organismus zu beschreiben als auch sein Verhalten bezüglich seiner Bewegungsabläufe, seiner evolutionären Formveränderungen, seiner Wachstumsprozesse und seiner Reaktion auf externe mechanische Krafteinwirkungen numerisch zu simulieren. Aufbauend auf diesem biologischen Simulationsmodell wurde ein neues Verfahren (Quaoaring) entwickelt und implementiert, das es erlaubt, beliebige organische Einheiten interaktiv in Echtzeit zu modellieren. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren die Animation von Bewegungen, Wachstumsprozessen und sogar evolutionären Entwicklungen. Die Animation verhält sich dabei im Wesentlichen biologisch stringent, z.B. wird das interne Volumen während komplexer Bewegungsabläufe konstant gehalten. Die größte Stärke der neuen Modellierungs- und Animationstechnik ist die holistische Verschmelzung des biologischen Simulationsmodells mit einem computergraphischen Geometriemodell. Dieses erlaubt dem Modellierer, biologische Konzepte für die Beschreibung der Form und anderer Attribute einer organischen Einheit zu verwenden. Darüber hinaus ermöglicht es die Animation des geometrischen Modells durch einfache Parameterspezifikation auf einer hohen Abstraktionsebene. Dazu wird ein utorenprozess beschrieben, wie Quaoaring für Modellierungs- und Animationszwecke verwendet werden kann. Es werden Aspekte der prototypischen Implementierung der Quaoaringtechnologie behandelt und über die Ergebnisse berichtet, die bei der Implementierung und der Anwendung dieses Softwareframeworks gewonnen wurden. Schließlich wird die Quaoaringtechnologie in ihrem technologischen Kontext beleuchtet, um ihr Zukunftspotential einzuschätzen