Einfluss von Erythropoietin auf die Frakturheilung im Alter

Frakturen bei älteren Menschen heilen aufgrund des reduzierten Heilungspotenzials deutlich schlechter. Unter anderen wird dies durch eine verzögerte Angiogenese während des Heilungsprozesses verursacht. Erythropoietin (EPO) wirkt angiogen und es konnte gezeigt werden, dass EPO die Frakturheilung in jungen Mäusen verbessert. Ziel dieser Arbeit war es daher, zu untersuchen, ob EPO auch in alten Mäusen die Frakturheilung verbessert. Untersucht wurde die Frakturheilung in einem Femurfrakturmodell der Maus. Die alten Mäuse erhielten täglich eine Dosis von 500 U/kg KG EPO intraperitoneal. Die Kontrollgruppe erhielt eine äquivalente Menge NaCl-Lösung. Die Knochen wurden radiologisch, biomechanisch, histomorphometrisch und mittels Western Blot untersucht. Die Blutanalysen zeigten sowohl 14 als auch 35 Tage postoperativ höhere Hämoglobin-konzentrationen und höhere Hämatokritwerte bei den EPO-behandelten Tieren. In der Mikro-Computertomographie zeigte sich kein Unterschied bzgl. der knöchernen Volumenanteile im Kallusgewebe zwischen beiden Gruppen. Es konnte jedoch eine dreifach höhere Knochendichte des Kallus bei den EPO-behandelten Tieren im Vergleich zu den Kontrollen nachgewiesen werden. Zudem war bei den EPO-behandelten Tieren die Knochendichte des Kallus verglichen mit der Knochendichte des unfrakturierten kontralateralen Femurs nahezu verdoppelt. Interessanterweise war die Biegesteifigkeit der Femora der EPO-behandelten Tiere signifikant geringer. Die histomorphometrischen Untersuchungen bzgl. der Kallusgröße und Kalluszusammensetzung waren in beiden Gruppen vergleichbar. Die Western Blot Analyse zeigte eine vermehrte Expression von Osteoprotegrin (OPG) und Receptor Activator of NF-κb Ligand (RANKL) im Kallus der EPO-behandelten Tiere, was auf einen erhöhten Knochenumsatz hinweist. Die histologischen Untersuchungen hinsichtlich der Angiogenese zeigten eine höhere Gefäßdichte nach Behandlung mit EPO. Zudem war die Anzahl an tartrate-resistente acid phosphatase (TRAP) positiven Zellen erhöht. Wahrscheinlich wird durch die Verschlechterung der Mikrozirkulation sowie durch den erhöhten Knochenumsatz die Frakturheilung bei alten Mäusen negativ beeinflusst. Eine Behandlung mit EPO sollte daher bei älteren Patienten nur zurückhaltend angewendet werden. Fracture healing in the elderly is associated with a declined healing potential caused by multiple factors including a delay of vascularization. Erythropoietin (EPO) has been demonstrated to improve vascularization and fracture healing in adult mice. We, therefore, hypothesized that EPO in aged mice also improves fracture healing. For this purpose, EPO was given daily in a femoral fracture model in aged mice and compared to vehicle-treated controls using radiological, biomechanical, histomorphometric and Western blot techniques. Blood analyses revealed significantly higher concentrations of hemoglobin and a higher hematocrit in EPO-treated animals at 14 and 35 days after fracture. Micro-computed tomography (μCT) indicated that the fraction of bone volume/tissue volume within the callus did not differ between the two groups. However, μCT showed a 3-fold increased tissue mineral density (TMD) in the callus of EPO-treated animals compared to controls. The callus TMD of the EPO-treated animals was also 2-fold higher when compared to the TMD of the unfractured contralateral femur. Interestingly, biomechanical analyses revealed a reduced bending stiffness in femurs of EPO-treated animals at day 35. The histomorphometrically analyzed callus size and callus composition did not show significant differences between the study groups. However, Western blot analyses exhibited an increased expression of osteoprotegerin (OPG), but in particular of receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) in the callus of the EPO-treated animals. Further histological analyses of the callus tissue showed that this was associated with an increased number of newly formed blood vessels and a higher number of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)+ cells. Conclusion: In fracture healing of aged mice EPO treatment increases callus TMD as well as OPG and RANKL expression, indicating an accelerated bone turnover when compared to controls. However, EPO does not improve fracture healing in aged mice. The process of fracture healing may be altered by EPO due to a deterioration of the microcirculation caused by the worsened rheological properties of the blood and due to an increased bone fragility caused by the accelerated bone turnover. Thus, EPO may not be used to improve fracture healing in the elderly

Epigenetic Mechanisms Are Involved in Sex-Specific Trans-Generational Immune Priming in the Lepidopteran Model Host Manduca sexta

Parents invest in their offspring by transmitting acquired resistance against pathogens that only the parents have encountered, a phenomenon known as trans-generational immune priming (TGIP). Examples of TGIP are widespread in the animal kingdom. Female vertebrates achieve TGIP by passing antibodies to their offspring, but the mechanisms of sex-specific TGIP in invertebrates are unclear despite increasing evidence suggesting that both male-specific and female-specific TGIP occurs in insects. We used the tobacco hornworm (Manduca sexta) to investigate sex-specific TGIP in insects because it is a model host for the analysis of insect immunity and the complete genome sequence is available. We found that feeding larvae with non-pathogenic Escherichia coli or the entomopathogen Serratia entomophila triggered immune responses in the infected host associated with shifts in both DNA methylation and histone acetylation. Maternal TGIP was mediated by the translocation of bacterial structures from the gut lumen to the eggs, resulting in the microbe-specific transcriptional reprogramming of genes encoding immunity-related effector molecules and enzymes involved in the regulation of histone acetylation as well as DNA methylation in larvae of the F1 generation. The third-instar F1 larvae displayed sex-specific differences in the expression profiles of immunity-related genes and DNA methylation. We observed crosstalk between histone acetylation and DNA methylation, which mediated sex-specific immune responses in the F1 generation derived from parents exposed to a bacterial challenge. Multiple routes for TGIP seem to exist in M. sexta and – partially sex-specific – effects in the offspring depend on the microbial exposure history of their parents. Crucially, the entomopathogen S. entomophila appears to be capable of interfering with TGIP in the host

Multiphoton excitation of surface plasmon-polaritons and scaling of nanoripple formation in large bandgap materials

We report studies of multiphoton mechanisms of plasmon excitation and their influence on the femtosecond-laser induced subwavelength ripple generation in large-bandgap dielectric and semiconducting transparent materials. An extended Drude Sipe formalism is applied to quantitatively estimate the real part of the dielectric function which is dependent on the carrier density. The theory is able to predict the ripple periods for selected materials in good agreement with the experimental observations. Possible limitations at very small spatial periods are also discussed

Оценка устойчивости системы аварийного водоснабжения на предприятии ООО «ВОДСНАБ»

Целью данной работы, является: разработка комплекса мер по повышению устойчивости функционирования предприятия ООО "ВОДСНАБ" в случае аварии. В ходе выполнения работы был проанализирован уровень развития систем водоснабжения. Были выявлены проблемы связанные с износом оборудования. Был произведен расчет и разработка схемы насосной станции первого подъема.The purpose of this work is: development of a set of measures to improve the sustainability of the operation of the enterprise LLC "VODSNAB" in the event of an accident. In the course of the work, the level of development of water supply systems was analyzed. Problems related to equipment wear were identified. The calculation and development of the scheme of the first lift pumping station was carried out

Analyse der infolge von Plasma-Wand-Wechselwirkungen entstehenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen

Der Einsatz von Kohlenstoffmaterialien z.B. in ITER ist damit verbunden, dass es durch physikalische und chemische Zerstäubung zur Bildung von Kohlenwasserstoffen kommt, die im Randschichtplasma zersetzt werden und sich in Form tritiumreicher amorpher Kohlenwasserstoffschichten auf den Wänden ablagern. Deshalb ist ein besseres Verständnis der Bildung, der Zersetzung, des Transports und der Haftung von Kohlenwasserstoffen infolge der Plasma-Wand-Wechselwirkung von großem Interesse. Die genannten Prozesse wurden am linearen Plasmagenerator PSI-2 mit Hilfe verschiedener Diagnostiken für unterschiedliche Plasmen systematisch untersucht. Die Analyse der ablaufenden Reaktionen mittels einfacher Bilanzgleichungen machte es möglich, wichtige Zerfalls- und Bildungskanäle für die verschiedenen Kohlenwasserstoffe und deren Abhängigkeiten von bestimmten Parametern zu ermitteln. Es zeigte sich, dass die starke Zersetzung und Umwandlung von Methan in Wasserstoffplasmen auf die dominierenden Ladungsaustauschreaktionen im Niedertemperaturbereich zurückzuführen ist. Weiterhin wurden Zersetzungslängen für Methan und Ethen gefunden, die im Bereich einiger Zentimeter liegen. Die Untersuchungen der CH-Band-Emission und der Wachstumsprozesse von a-C:H-Schichten ermöglichten die Detektion von globalen und lokalen Zersetzungsprozessen in unterschiedlichen Plasmen, die je nach Plasmadichte (und Gasart) erklärt werden können. Bisher fehlte in allen Modellierungen die atomare Wasserstoffdichte, die hier mit zwei unterschiedlichen Methoden bestimmt wurde. Durch Depositionsexperimente mit und ohne direkten Plasmaeinfluss konnte der durch Stickstoffeinlass verursachte Scavenger Effekt und die damit verbundene Reduktion der Depositionsrate eindeutig nachgewiesen werden. Die Auswertung der QMS-Daten mit Hilfe der Bayesschen Statistik ermöglichte erstmals die Spezifikation der beteiligten Volumenreaktionen.The materials envisaged for the thermally heavily burdened divertor plates of the international fusion device ITER are CFC materials. As a result of physical and chemical sputtering of these materials many different hydrocarbons are formed which are decomposed at the plasma edge and lead to the deposition of tritium- rich amorphous hydrocarbon films on the vessel walls. Consequently a better understanding of hydrocarbon formation, fragmentation, transport and sticking is an important issue in fusion research. The aforementioned processes are studied systematically at the linear plasma generator PSI-2 using various diagnostics in a range of plasmas. By means of simple balance equations the ongoing reactions could be analysed making it possible to identify important decomposition and formation channels for the various hydrocarbons and their dependence on certain parameters. The strong decomposition and transformation of methane in hydrogen plasmas can be traced back to dominant charge exchange reactions in the low temperature range. In addition, decomposition lengths for methane and ethylene in the range of a few centimetres were found. Spatially resolved measurements of CH band emission and investigations of the growth processes of a-C:H layers enabled the detection of global and local decomposition processes of injected hydrocarbons in different plasmas which can be explained according to the plasma density (and gas type). So far all simulations have lacked information on the density of atomic hydrogen, which in this work has been determined using two different methods. In addition, by means of deposition experiments with and without direct plasma influence, the scavenger effect induced by nitrogen injection and the associated reduction in the deposition rate has been clearly demonstrated. The analysis of the QMS data using Bayesian statistics enabled verification of the volume reactions involved for the first time

Materialbearbeitung schwachabsorbierender Polymere mit NIR-Femtosekunden-Laserpulsen

Die Bearbeitung von unterschiedlichsten Materialien nimmt seit langem einen wichtigen Platz im industriellen Bereich ein. Dabei ist besonders das berührungslose Arbeiten ohne mechanischen Werkzeugverschleiß hervorzuheben neben einer sehr hohen räumlichen Auflösung der erreichbaren Strukturen. Wurden bisher im technologischen Bereich im wesentlichen Nanosekunden-Laser ver­wendet, so steht nun die Femtosekunden-Technologie auch hier kurz vor ihrem breitgefächerten Einsatz. Polymere stellen eine wichtige Materialklasse dar, die in vielen Bereichen von der Medizin­technik über die optische Industrie bis hin zu Gebäudekonstruktionen Anwendung findet. In be­stimmten Fällen ist eine Modifikation oder auch Strukturierung der Polymere erforderlich. Da die Verwendung von ns-Lasern eine hohe Absorption bei der verwendeten Wellenlänge voraussetzt, um eine definierte und reproduzierbare Bearbeitung hoher Auflösung zu erreichen, so ist sein Ein­satz auf wenige Polymere beschränkt bzw. muß das Polymer durch Additive modifiziert werden, um eine hohe Absorption zu erhalten. Die fs-Lasermaterialbearbeitung stellt hier eine Alternative dar. Besonders bei thermische empfindlichen (z.B. in der Biosensorik) oder mechanisch widerstandsfä­higen Materialien birgt der Femtosekunden-Laser ein großes Potential. Es wird hier an unterschied­lichen Polymeren (PI, PET, PC, PMMA) gezeigt, daß mit ultrakurzen Pulsen selbst im nahen In­fraroten bei fast vollständiger Transparenz des Materials eine reproduzierbare Bearbeitung aufgrund von nichtlinearen Prozessen erfolgen kann. Bei der Bestrahlung mit fs-Laserpulsen werden bei kleinen Laserfluenzen zunächst Modifika­tionen beobachtet wie z.B. Aufwölbungen, Verfärbungen und periodische Strukturbildung an der Oberfläche (Ripples). Deutlicher makroskopischer Materialabtrag tritt bei höheren Fluenzen auf, wobei auch in diesen Fällen Ripples-Strukturen im PI auftreten. Wesentliches Merkmal sämtlicher irreversibler Materialmodifikationen ist das Auftreten einer Fluenzschwelle, unterhalb der mit den verwendeten Methoden keine Veränderungen nachweisbar sind. Die Schwelle ist abhängig von der Zahl der pro Loch applizierten Laserpulse und läßt sich mit einem empirischen Akkumulationsmo­dell beschreiben. Für die Schwellbestimmung wurde eine mathematische Auswertung der erzielten Lochdurchmesser unter Annahme eines räumlich gaußförmigen Strahlprofils verwendet. Das ge­messene Strahlprofil im Fokus wurde durch ein berechnetes Profil, basierend auf einer numerischen Lösung des Fresnel-Kirchhoff-Integrals, verifiziert, was eine hohe Genauigkeit der Fluenzangaben gewährleistet. Mit Hilfe einer XPS-Analyse der bestrahlten und unbestrahlten Polymere wurden Hinweise auf die Degenerationsprozesse in den Polymerstrukturen aufgezeigt, die zur Ablation beitragen kön­nen. Einschränkungen müssen allerdings im Hinblick auf Verunreinigungen der kommerziellen Polymere gemacht werden. Wesentliche Erkenntnis ist hier die Bildung gasförmiger Produkte wie CO und CO2 über den Abbau der Ester-Gruppe. Im Fall des PI findet die Degeneration über die Imid-Gruppe statt unter Bildung einer neuen Stickstoffspezies im Material