Environmental influences on childhood allergies and asthma - The Farm effect.

Asthma and allergies are major health problems and exert an enormous socioeconomic burden. Besides genetic predisposition, environmental factors play a crucial role in the development of these diseases in childhood. Multiple worldwide epidemiological studies have shown that children growing up on farms are immune to allergic diseases and asthma. Farm-related exposures shape children's immune homeostasis, via mediators such as N-glycolylneuraminic acid or arabinogalactan, or by diverse environmental microbes. Moreover, nutritional factors, such as breastfeeding or farm milk and food diversity, inducing short-chain fatty acids-producing bacteria in the intestine, contribute to farm-related effects. All farm-related exposures induce an anti-inflammatory response of the innate immunity and increase the differentiation of regulatory T cells and T helper cell type 1. A better understanding of the components of the farm environment, that are protective to the development of allergy and asthma, and their underlying mechanisms, will help to develop new strategies for the prevention of allergy and asthma

MATLAB/Octave function to evaluate time-domain signals according to the measurement bandwidth and average/peak detector of EMI test receivers

Electromagnetic emissions are often measured with EMI (electromagnetic emissions) test receivers or spectrum analyzers [1] that must be specifically set up regarding their measurement bandwidth, frequency step size and measurement time (e.g. [2] for automobiles). Additionally, the emissions must be evaluated by different measurement detectors (e.g. average or peak) that may all have individual limit lines like in [2]. EMI measurements can be done in frequency or in time domain [1]. Frequency-domain measurement devices sequentially apply the superheterodyne principle to the frequencies of interest [3]. Since the measurement time for each frequency may take up to several seconds, the total measurement time can become long and cumbersome [4]. To overcome this problem, the time-domain signal can be processed by using, e.g., fast Fourier transforms (FFTs) and further methods [4]. This principle can also be applied to evaluate time-domain simulation results according to EMC standards. There are numerous publications on this topic including, e.g., [4] and [5]. In this contribution, a MATLAB/Octave function is presented that evaluates time-domain signals according to EMC standards. This “virtual EMI test receiver” mimics actual EMI test receivers regarding their measurement bandwidth, frequency step and average/peak detection. Potential use cases include the EMC evaluation of oscilloscope measurements or simulation results. The developed function can be found in the MATLAB Central (https://mathworks.com/matlabcentral/) under the title “Virtual EMI test receiver” by Andreas Bendicks [6]. In the following section, the superheterodyne measurement principle is described that is mimicked by the virtual EMI test receiver. Afterward, the corresponding signal processing of the MATLAB/Octave function is explained. The precision of the MATLAB/Octave function is verified by comparing its results to the ones of an actual EMI test receiver. The work is closed by a conclusion and an outlook

Verbesserung des EMV-Verhaltens getakteter MOSFETs mithilfe synthetisierter Ansteuerungssignale auf Grundlage einer Netzwerkanalyse und des EKV-Modells

Aufgrund der Elektromobilität steigt die Anzahl leistungselektronischer Systeme in Kraftfahrzeugen (Kfz) stark an. Durch die funktionsbedingten Schaltvorgänge können diese erhebliche Störquellen für andere im Kfz befindliche Systeme darstellen. Um die Störungen zu reduzieren, sind unterschiedliche Ansätze zur Störunterdrückung bekannt. Eine häufig eingesetzte Lösung sind passive Filter. Diese dämpfen die entstandenen Störungen, um die elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten. Eine Alternative ist es, die Entstehung von elektromagnetischen Störungen direkt an der Quelle ihrer Entstehung zu verhindern oder zu reduzieren. In leistungselektronischen Systemen stellen die schaltenden Transistoren die Quellen der Störungen dar. Da es sich hierbei um gut steuerbare Elemente handelt, kann die elektromagnetische Verträglichkeit durch gezielte Ansteuerungssignale verbessert werden. Ziel ist, das EMV-Verhalten des betrachteten Systems zu verbessern. Gleichzeitig soll die Effizienz des Schaltvorgangs erhalten bleiben. Dies stellt einen Zielkonflikt dar. Wird das Spektrum eines Trapezsignals in Bild 1 (in Gelb) betrachtet, treten auch bei hohen Frequenzen noch relativ hohe Schwingungsamplituden auf. Wird die Flankensteilheit des Trapezsignals reduziert, werden die Amplituden hochfrequenter Signalanteile reduziert (Bild 1 in Blau). Nachteil ist jedoch, dass sich die Schaltzeit erhöht und damit einhergehend die Schaltverluste. Die Effizienz des Schaltvorgangs sinkt hierdurch. Einen verbesserten Kompromiss stellen s-förmige Signale dar [1]. Ein Beispiel hierfür sind Pulse mit gaußförmigen Flanken. Das Spektrum dieses Pulses ist ebenso in Bild 1 (in Grün) dargestellt. Bei gleicher Anstiegs- und Abfallzeit wie bei dem Trapezsignal mit steilen Schaltflanken (in Gelb) weisen hochfrequente Signalanteile eine geringere Amplitude auf, sodass ein verbesserter Kompromiss zwischen EMV und Effizienz gegeben ist. Die Methode dieses Beitrags hat das Ziel, das notwendige Ansteuerungssignal für einen zuvor definierten Ausgangsstromverlauf zu bestimmen. Wie in Bild 2 dargestellt, kann der Ausgangsstromverlauf im Zeit- oder Frequenzbereich vorgegeben werden. Durch Modifikation und Anwendung einer Netzwerkanalyse auf das betrachtete leistungselektronische System wird das erforderliche Ansteuerungssignal bestimmt. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren ist den Methoden der aktiven Gate-Ansteuerung (engl. active gate control) zuzuordnen. Einen Überblick über bereits bekannte Methoden der aktiven Gate-Ansteuerung wird in Abschnitt 2 gegeben. Die entwickelte Methode umfasst die Berechnung des Gate-Signals eines MOSFETs zur Steuerung des Ausgangssignals und wird im Detail in Abschnitt 3 beschrieben. Im Folgenden wird eine Source-Schaltung betrachtet, die in Abschnitt 4 modelliert wird. In Abschnitt 5 wird diese Methode in einem Anwendungsbeispiel auf eine Source-Schaltung angewendet. Darauffolgend wird die Güte der Methode anhand von Berechnungen unter Verwendung des Modells des Testsystems verifiziert. Abschließend werden die Ergebnisse in Abschnitt 6 zusammengefasst. In Abschnitt 7 werden Erweiterungsmöglichkeiten und Potentiale dieser Methode diskutiert

Nichtlineare EMV-Optimierung von periodischen Gate-Ansteuerungssignalen im Frequenzbereich mit dem Newton-Verfahren

Leistungselektronische Systeme stellen mögliche Quellen elektromagnetischer Störungen dar. Schnellschaltende Transistoren werden zunehmend in modernen leistungselektronischen Systemen verwendet, die die Ursache der Störungen sind. Durch den Einsatz von Wide-Bandgap- Transistoren sind immer schnellere periodische Schaltvorgänge möglich, wodurch die Verlustleistung reduziert werden kann. Aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) hat dies den Nachteil, dass breitbandigere Störspektren durch steilere Schaltflanken entstehen. Eine häufig verwendete Methode zur Dämpfung der Störungen sind passive Filter. Passive Filterschaltungen sind insbesondere bei hohen Transferleistungen jedoch häufig groß, schwer und teuer. Der Aufwand kann beispielsweise durch aktive Entstörmaßnahmen reduziert werden, welche auf Halbleiterschaltungen beruhen. Eine Möglichkeit der Realisierung einer aktiven Entstörung stellen aktive Filter dar, bei welchen die Störungen durch geeignete Gegenstörsignale im Sinne einer destruktiven Interferenz ausgelöscht werden. In [1] und [2] werden diese Gegenstörsignale mithilfe von adaptiven Kerbfiltern auf FPGA-Systemen (field programmable gate array) erzeugt. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, die Entstehung der Störungen direkt an der Quelle zu beeinflussen. Die Transistoren können als Quellen der Störungen gesehen werden. Es ist gängige Praxis, durch gezielte Ansteuerung des Gates der Transistoren die Störemission zu reduzieren. Oft werden hierfür zusätzliche Gate-Widerstände verwendet. Dies führt zu einer Abflachung der Flankensteilheit des Ansteuerungssignals und damit zu einem verlangsamten Schaltvorgang mit geringerem Überschwingen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Schaltverluste erhöht werden und die Effizienz des Schaltvorgangs reduziert wird. Um diesen Zielkonflikt zu minimieren, d.h. die Störungen zu reduzieren und gleichzeitig die Verlustleistung des Schaltvorgangs nur geringfügig zu erhöhen, wird in diesem Beitrag eine Methode zur aktiven Gate-Ansteuerung angewendet. Typischerweise werden bei der aktiven Gate-Ansteuerung zusätzliche variable Gate-Widerstände, variable Gate-Kapazitäten, eine Ansteuerung mit einem variablen Strom oder einer variablen Spannung verwendet ([3]). Zur Bestimmung der Ansteuerungssignale für diese variablen Komponenten sind verschiedene Ansätze bekannt. Unterschieden werden kann hier beispielsweise zwischen einer empirischen Bestimmung des Ansteuerungssignals ([4]) oder einer Regelung des Ansteuerungssignals mithilfe analoger Schaltungstechnik ([5]). Auch werden Partikel-Schwarm-Algorithmen ([6]), Simulated Annealing ([7]) oder heuristische Suchverfahren wie in [8] und [9] verwendet. Für die erwähnten Optimierungsverfahren ist die Konvergenz nicht sichergestellt und die Konvergenzgeschwindigkeit im Allgemeinen gering. In dieser Arbeit wird ein schneller und hochauflösender Signalgenerator verwendet, um das Gate des Transistors anzusteuern. Es wird von einem periodischen Betrieb des Transistors ausgegangen und die Berechnung des Ansteuerungssignals erfolgt im Frequenzbereich. Daher wird in Anlehnung an das Schaltungssimulationsverfahren „Harmonic Balance – Harmonic Newton“ ([10]) ein Verfahren verwendet, bei dem auf Basis eines Newton-Verfahrens das Gate-Ansteuerungssignal optimiert wird. Hierbei werden die Funktionswerte gemessen und die Ableitung wird numerisch berechnet. Hierdurch kann eine höhere Konvergenzgeschwindigkeit erreicht werden. Bei ungeeigneten Startwerten ist jedoch auch bei dem Newton-Verfahren keine Konvergenz garantiert. Daher wird in dieser Arbeit vor der Anwendung des Newton-Verfahrens ein Residuen-Verfahren ([10]) genutzt, durch das geeignete Startwerte bestimmt werden. Diese Arbeit ist wie folgt strukturiert. Das detaillierte Vorgehen zur Bestimmung eines Zielsignals wird in Kapitel 2 beschrieben. In diesem Kapitel wird darüber hinaus die Methode zur Optimierung des Gate-Ansteuerungssignals auf Basis des Newton-Verfahrens beschrieben. Weiter wird im Kapitel 3 der verwendete Testaufbau eines DC-DC-Aufwärtswandlers erläutert und die Anwendung der allgemeinen Theorie der präsentierten Methode auf das Testsystem beschrieben. Darüber hinaus werden Messergebnisse diskutiert. Abgeschlossen wird diese Arbeit mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick

Detection Efficacy of 68Ga-PSMA-11 PET/CT in Biochemical Recurrence of Prostate Cancer with Very Low PSA Levels : A 7-Year, Two-Center “Real-World” Experience

In biochemical recurrence of prostate cancer (BCR), prompt tumor localization guides early treatment, potentially improving patient outcomes. Gallium-68 prostate-specific membrane antigen11 positron emission tomography/computed tomography (68Ga-PSMA-11 PET/CT) detection rates of lesions suspicious for prostate cancer are well known to rise along with prostate-specific antigen (PSA) concentration. However, published data are limited regarding very low values (≤0.2 ng/mL). We retrospectively analyzed ~7-year “real-world” experience in this setting in a large post-prostatectomy cohort (N = 115) from two academic clinics. Altogether 44 lesions were detected in 29/115 men (25.2%) (median [minimum–maximum] 1 [1–4]/positive scan). The apparent oligometastatic disease was found in nine patients (7.8%) at PSA as low as 0.03 ng/mL. Scan positivity rates were highest when PSA was >0.15 ng/mL, PSA doubling time was ≤12 months, or the Gleason score was ≥7b (in 83 and 107 patients, respectively, with available data); these findings were statistically significant (p ≤ 0.04), except regarding PSA level (p = 0.07). Given the benefits of promptly localizing recurrence, our observations suggest the potential value of 68Ga-PSMA-11 PET/CT in the very low PSA BCR setting, especially in cases with more rapid PSA doubling time or with high-risk histology

Electrical impedance spectroscopy detects skin barrier dysfunction in childhood atopic dermatitis

Background Skin barrier dysfunction is associated with the development of atopic dermatitis (AD), however methods to assess skin barrier function are limited. We investigated the use of electrical impedance spectroscopy (EIS) to detect skin barrier dysfunction in children with AD of the CARE (Childhood AlleRgy, nutrition, and Environment) cohort. Methods EIS measurements taken at multiple time points from 4 months to 3‐year‐old children, who developed AD (n = 66) and those who did not (n = 49) were investigated. Using only the EIS measurement and the AD status, we developed a machine learning algorithm that produces a score (EIS/AD score) which reflects the probability that a given measurement is from a child with active AD. We investigated the diagnostic ability of this score and its association with clinical characteristics and age. Results Based on the EIS/AD score, the EIS algorithm was able to clearly discriminate between healthy skin and clinically unaffected skin of children with active AD (area under the curve 0.92, 95% CI 0.85–0.99). It was also able to detect a difference between healthy skin and AD skin when the child did not have active AD. There was no clear association between the EIS/AD score and the severity of AD or sensitisation to the tested allergens. The performance of the algorithm was not affected by age. Conclusions This study shows that EIS can detect skin barrier dysfunction and differentiate skin of children with AD from healthy skin and suggests that EIS may have the ability to predict future AD development

Electrical impedance spectroscopy detects skin barrier dysfunction in childhood atopic dermatitis.

BACKGROUND Skin barrier dysfunction is associated with the development of atopic dermatitis (AD), however methods to assess skin barrier function are limited. We investigated the use of electrical impedance spectroscopy (EIS) to detect skin barrier dysfunction in children with AD of the CARE (Childhood AlleRgy, nutrition, and Environment) cohort. METHODS EIS measurements taken at multiple time points from 4 months to 3-year-old children, who developed AD (n = 66) and those who did not (n = 49) were investigated. Using only the EIS measurement and the AD status, we developed a machine learning algorithm that produces a score (EIS/AD score) which reflects the probability that a given measurement is from a child with active AD. We investigated the diagnostic ability of this score and its association with clinical characteristics and age. RESULTS Based on the EIS/AD score, the EIS algorithm was able to clearly discriminate between healthy skin and clinically unaffected skin of children with active AD (area under the curve 0.92, 95% CI 0.85-0.99). It was also able to detect a difference between healthy skin and AD skin when the child did not have active AD. There was no clear association between the EIS/AD score and the severity of AD or sensitisation to the tested allergens. The performance of the algorithm was not affected by age. CONCLUSIONS This study shows that EIS can detect skin barrier dysfunction and differentiate skin of children with AD from healthy skin and suggests that EIS may have the ability to predict future AD development

Association between antibiotic treatment during pregnancy and infancy and the development of allergic diseases

Background: Allergies are a serious public health issue, and prevalences are rising worldwide. The role of antibiotics in the development of allergies has repeatedly been discussed, as results remain inconsistent. The aim of this study was to investigate the association between pre-and post-natal antibiotic exposure and subsequent development of allergies (atopic dermatitis, food allergy, asthma, atopic sensitization and allergic rhinitis). Methods: A total of 1080 children who participated in a European birth cohort study (PASTURE) were included in this analysis. Data on antibiotic exposure during pregnancy and/or first year of life and allergic diseases were collected by questionnaires from pregnancy up to 6 years of age and analysed by performing logistic regressions. To take into account reverse causation, we included models, where children with diagnosis or symptoms of the respective disease in the first year of life were excluded. Results: Antibiotic exposure in utero was significantly and positively associated with atopic dermatitis and food allergy. The strongest effect was on diseases with onset within the first year of life (for atopic dermatitis: aOR 1.66, 95% CI 1.11-2.48 and for food allergy: aOR 3.01, 95% CI 1.22-7.47). Antibiotics in the first year of life were positively associated with atopic dermatitis up to 4 years (aOR 2.73, 95% CI 1.66-4.49) and also suggested a dose-response relationship. A tendency was observed with asthma between 3 and 6 years (aOR 1.65, 95% CI 0.95-2.86). Conclusions: Our findings show positive associations between exposure to antibiotics and allergies, mainly atopic dermatitis and food allergy within the first year of life, after prenatal exposure, and atopic dermatitis and asthma after post-natal exposure to antibiotics in children born in rural settings.Peer reviewe

Systematic review of the association between short chain fatty acids and allergic diseases.

We performed a systematic review to investigate the current evidence on the association between allergic diseases and short chain fatty acids (SCFAs), which are microbially produced and suggested as one mechanism on how gut microbiome affects the risk of allergic diseases. Medline, Embase and Web of Science were searched from data inception until September 2022. We identified 37 papers, of which 17 investigated prenatal or early childhood SCFAs and the development of allergic diseases in childhood, and 20 assessed SCFAs in patients with pre-existing allergic diseases. Study design, study populations, outcome definition, analysis method and reporting of the results varied between papers. Overall, there was some evidence showing that the three main SCFAs (acetate, propionate and butyrate) in the first few years of life had a protective effect against allergic diseases, especially for atopic dermatitis, wheeze or asthma and IgE-mediated food allergy in childhood. The association between each SCFA and allergic disease appeared to be different by disease and the age of assessment. Further research that can determine the potentially timing specific effect of each SCFA will be useful to investigate how SCFAs can be used in treatment or in prevention against allergic diseases

MHC Class II Molecules Enhance Toll-Like Receptor Mediated Innate Immune Responses

BACKGROUND: Major histocompatibility complex (MHC) class II molecules play crucial roles in immune activation by presenting foreign peptides to antigen-specific T helper cells and thereby inducing adaptive immune responses. Although adaptive immunity is a highly effective defense system, it takes several days to become fully operational and needs to be triggered by danger-signals generated during the preceding innate immune response. Here we show that MHC class II molecules synergize with Toll-like receptor (TLR) 2 and TLR4 in inducing an innate immune response. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We found that co-expression of MHC class II molecules and TLR2 or TLR4 in human embryonic kidney (HEK) cells 293 leads to enhanced production of the anti-microbial peptide human-beta-defensin (hBD) 2 after treatment with TLR2 stimulus bacterial lipoprotein (BLP) or TLR4 ligand lipopolysaccharide (LPS), respectively. Furthermore, we found that peritoneal macrophages of MHC class II knock-out mice show a decreased responsiveness to TLR2 and TLR4 stimuli compared to macrophages of wild-type mice. Finally, we show that MHC class II molecules are physically and functionally associated with TLR2 in lipid raft domains of the cell membrane. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: These results demonstrate that MHC class II molecules are, in addition to their central role in adaptive immunity, also implicated in generating optimal innate immune responses