Apparative and methodical developments

Die Menge der technisch produzierten Nanopartikel wächst ebenso wie die Zahl ihrer Anwendungen in Materialien mit innovativen Eigenschaften stetig an. Hierdurch geht eine Exposition von Mensch und Umwelt und damit die potentielle Schädigung von Gesundheit und Ökosystemen einher. Nanopartikel finden in vielen alltäglichen Produkten wie zum Beispiel Sonnencremes, Oberflächenveredelungen und Kosmetika ihre Anwendungen. Bedingt durch ihre geringe Größe besitzen diese Partikel eine erhöhte Reaktivität, mit der eine erhöhte Toxizität einhergehen kann. Allerdings sind die verfügbaren Methoden zum Nachweis von Nanopartikeln in wässrigen Medien hinsichtlich ihrer Nachweisgrenze und Spezifität mit erheblichen Einschränkungen verbunden. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit methodische und apparative Entwicklungen durchgeführt, um das Verhalten und somit das Vorkommen sowie die möglichen Expositionsrouten von Nanopartikeln in aquatischen Systemen zu quantifizieren und zu charakterisieren. Hierzu wurde eine Apparatur zur Messung der dynamischen Lichtstreuung (DLS) entwickelt und aufgebaut und mit einem ebenfalls selbst entwickelten Brownian-Motion-Nanoparticle-Sizers (BMNS), welcher Partikelgrößen anhand der thermischen Trajektionspfade bestimmt, kombiniert. Diese vollkommen neuartige Apparatur wurde Dynamic Particle Sizer (DPS) benannt. Mit dem DPS lassen sich nun erstmalig reale Partikelverteilungsbreiten, wie sie auch in Umweltproben zu beobachten sind, zuverlässig untersuchen. Des Weiteren wurde der DPS erfolgreich validiert und es konnte gezeigt werden, dass sowohl die benutzte Laserleistung als auch die beobachtete Partikelkonzentration eine Rolle bei der Charakterisierung von Nanopartikeln spielen. Mit den entwickelten Systemen wurden Wechselwirkungen von ladungsstabilisierten Silbernanopartikeln in verschiedenen wässrigen Medien mit unterschiedlichen Elektrolyten untersucht. Hierbei bestätigte sich, dass die repulsive Barriere ladungsstabilisierter Partikel durch ionische Komponenten geschwächt oder zerstört wird, wodurch die Bildung von Agglomeraten begünstigt wird. Es konnte zudem gezeigt werden, dass die Ladung des Anions der ionische Komponente einen signifikanten Einfluss auf die Zerstörung der repulsiven Barriere hat. Die untersuchten Systeme zeigten zudem gute Übereinstimmungen mit durchgeführten Simulationen auf Basis der DLVO-Theorie. Da sich im Brauchwasser üblicherweise nicht nur ionische Komponenten sondern auch Biomoleküle wie Proteine oder Huminstoffe befinden, wurde in einer weiteren Messreihe das Verhalten von citrat-stabilisierten Silbernanopartikeln bezüglich dieser Moleküle untersucht. Hier konnte exemplarisch gezeigt werden, dass Proteine in der Lage sind, auf Partikeloberflächen zu absorbieren, wobei sich eine sterische oder elektrosterische Stabilisierung auf der Nanopartikeloberfläche bildet. Zudem konnte gezeigt werden, dass das gut bekannte Protein Humanes-Serum-Albumin (HSA) Monolagen auf dem untersuchten Kolloid bildet und dieses somit aufgrund der entstehenden sterischen oder elektosterischen Stabilisierung gegen ionische Komponenten stabilisiert. Ebenfalls konnte eine neue Methode entwickelt werden, um Bindungsaffinitäten von Proteinen auf nanopartikulären Oberflächen anhand der Hemmung der detektierten Agglomerationsgeschwindigkeit präzise zu bestimmen. Um den Verlauf einer solchen Liganden-Austausch-Reaktion besser charakterisieren zu können, wurde exemplarisch der auf der nanopartikulären Oberfläche stattfindende Austausch von Citrat und TPPTS mit der Methode der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie untersucht. Nachdem die möglichen Wechselwirkungen von Nanopartikeln mit aquatischen Systemen genau bestimmt wurden, wurde das Verhalten und das Vorkommen von Nanopartikeln in Brauch- und Umweltgewässern untersucht. Hierzu wurde eine neue Methode entwickelt, um die absolute Nanopartikelkonzentration pro Volumeneinheit anhand der Anzahl der detektierten Nanopartikel in der Beobachtungsebene zu bestimmen. Da Schwimmbäder aufgrund des Abwaschens von Sonnencremes eine erhöhte Partikelkonzentration besitzen sollten, wurden zur Testung der Methode drei exemplarisch gewählte Schwimmbäder auf partikuläre Komponenten untersucht. Hier konnten tatsächlich Partikel in einem Größenbereich von 100 nm beobachtet werden. Allerdings konnte aufgrund der geringen Konzentration das Material nicht identifiziert werden. Somit konnten keine Aussagen darüber gemacht werden, ob die beobachteten Partikel natürlichen oder anthropogenen Ursprungs waren. Es konnte allerdings gezeigt werden, dass die entwickelte Methode auch in sehr schwach konzentrierten partikulären Suspensionen zur Charakterisierung von Nanopartikeln angewandt werden kann und somit eine niedrigere Detektionsgrenze als herkömmliche Analysemethoden, wie zum Beispiel ICP-MS/-OES, besitzt. Abschließend wurde das Verhalten in realen Gewässerproben untersucht und es konnte ein Verfahren entwickelt werden, welches es ermöglicht, das Verhalten von bekannten ladungsstabilisierten partikulären Suspensionen in realen Gewässern anhand der vorkommenden Ionen-Konzentrationen mit den aus der DLVO-Theorie resultierenden Annahmen abzuschätzen

Pro-angiogenic Activity Discriminates Human Adipose-Derived Stromal Cells From Retinal Pericytes: Considerations for Cell-Based Therapy of Diabetic Retinopathy

Diabetic retinopathy (DR) is a frequent diabetes-associated complication. Pericyte dropout can cause increased vascular permeability and contribute to vascular occlusion. Adipose-derived stromal cells (ASC) have been suggested to replace pericytes and restore microvascular support as potential therapy of DR. In models of DR, ASC not only generated a cytoprotective and reparative environment by the secretion of trophic factors but also engrafted and integrated into the retina in a pericyte-like fashion. The aim of this study was to compare the pro-angiogenic features of human ASC and human retinal microvascular pericytes (HRMVPC) in vitro. The proliferation and the expression of ASC and HRMVPC markers were compared. Adhesion to high glucose-conditioned endothelial extracellular matrix, mimicking the diabetic microenvironment, was measured. The angiogenesis-promoting features of both cell types and their conditioned media on human retinal endothelial cells (EC) were assessed. To identify a molecular basis for the observed differences, gene expression profiling was performed using whole-genome microarrays, and data were validated using PCR arrays and flow cytometry. Based on multiplex cytokine results, functional studies on selected growth factors were performed to assess their role in angiogenic support. Despite a distinct heterogeneity in ASC and HRMVPC cultures with an overlap of expressed markers, ASC differed functionally from HRMVPC. Most importantly, the pro-angiogenic activity was solely featured by ASC, whereas HRMVPC actively suppressed vascular network formation. HRMVPC, in contrast to ASC, showed impaired adhesion and proliferation on the high glucose-conditioned endothelial extracellular matrix. These data were supported by gene expression profiles with differentially expressed genes. The vessel-stabilizing factors were more highly expressed in HRMVPC, and the angiogenesis-promoting factors were more highly expressed in ASC. The vascular endothelial growth factor receptor-2 inhibition efficiently abolished the ASC angiogenic supportive capacities, whereas the addition of angiopoietin-1 and angiopoietin-2 did not alter these effects. Our results clearly show that ASC are pro-angiogenic, whereas HRMVPC are marked by anti-angiogenic/EC-stabilizing features. These data support ASC as pericyte replacement in DR but also suggest a careful risk-to-benefit analysis to take full advantage of the ASC therapeutic features

Pro-angiogenic Activity Discriminates Human Adipose-Derived Stromal Cells From Retinal Pericytes: Considerations for Cell-Based Therapy of Diabetic Retinopathy

Diabetic retinopathy (DR) is a frequent diabetes-associated complication. Pericyte dropout can cause increased vascular permeability and contribute to vascular occlusion. Adipose-derived stromal cells (ASC) have been suggested to replace pericytes and restore microvascular support as potential therapy of DR. In models of DR, ASC not only generated a cytoprotective and reparative environment by the secretion of trophic factors but also engrafted and integrated into the retina in a pericyte-like fashion. The aim of this study was to compare the pro-angiogenic features of human ASC and human retinal microvascular pericytes (HRMVPC) in vitro. The proliferation and the expression of ASC and HRMVPC markers were compared. Adhesion to high glucose-conditioned endothelial extracellular matrix, mimicking the diabetic microenvironment, was measured. The angiogenesis-promoting features of both cell types and their conditioned media on human retinal endothelial cells (EC) were assessed. To identify a molecular basis for the observed differences, gene expression profiling was performed using whole-genome microarrays, and data were validated using PCR arrays and flow cytometry. Based on multiplex cytokine results, functional studies on selected growth factors were performed to assess their role in angiogenic support. Despite a distinct heterogeneity in ASC and HRMVPC cultures with an overlap of expressed markers, ASC differed functionally from HRMVPC. Most importantly, the pro-angiogenic activity was solely featured by ASC, whereas HRMVPC actively suppressed vascular network formation. HRMVPC, in contrast to ASC, showed impaired adhesion and proliferation on the high glucose-conditioned endothelial extracellular matrix. These data were supported by gene expression profiles with differentially expressed genes. The vessel-stabilizing factors were more highly expressed in HRMVPC, and the angiogenesis-promoting factors were more highly expressed in ASC. The vascular endothelial growth factor receptor-2 inhibition efficiently abolished the ASC angiogenic supportive capacities, whereas the addition of angiopoietin-1 and angiopoietin-2 did not alter these effects. Our results clearly show that ASC are pro-angiogenic, whereas HRMVPC are marked by anti-angiogenic/EC-stabilizing features. These data support ASC as pericyte replacement in DR but also suggest a careful risk-to-benefit analysis to take full advantage of the ASC therapeutic features

COVID-19 symptoms at hospital admission vary with age and sex: results from the ISARIC prospective multinational observational study

Background: The ISARIC prospective multinational observational study is the largest cohort of hospitalized patients with COVID-19. We present relationships of age, sex, and nationality to presenting symptoms. Methods: International, prospective observational study of 60 109 hospitalized symptomatic patients with laboratory-confirmed COVID-19 recruited from 43 countries between 30 January and 3 August 2020. Logistic regression was performed to evaluate relationships of age and sex to published COVID-19 case definitions and the most commonly reported symptoms. Results: ‘Typical’ symptoms of fever (69%), cough (68%) and shortness of breath (66%) were the most commonly reported. 92% of patients experienced at least one of these. Prevalence of typical symptoms was greatest in 30- to 60-year-olds (respectively 80, 79, 69%; at least one 95%). They were reported less frequently in children (≤ 18 years: 69, 48, 23; 85%), older adults (≥ 70 years: 61, 62, 65; 90%), and women (66, 66, 64; 90%; vs. men 71, 70, 67; 93%, each P < 0.001). The most common atypical presentations under 60 years of age were nausea and vomiting and abdominal pain, and over 60 years was confusion. Regression models showed significant differences in symptoms with sex, age and country. Interpretation: This international collaboration has allowed us to report reliable symptom data from the largest cohort of patients admitted to hospital with COVID-19. Adults over 60 and children admitted to hospital with COVID-19 are less likely to present with typical symptoms. Nausea and vomiting are common atypical presentations under 30 years. Confusion is a frequent atypical presentation of COVID-19 in adults over 60 years. Women are less likely to experience typical symptoms than men

Situated learning in in-service teacher training

Bisherige Forschungsergebnisse zur Wirksamkeit von Lehrerfortbildungen zeigen, dass die Nutzung der Fortbildungsinhalte in der Unterrichtspraxis fragwürdig bleibt. Konzepte, die auf Ansätzen des situierten Lernens basieren, erscheinen hier erfolgversprechend. Im Rahmen einer von der DFG geförderten Studie wurde untersucht, inwiefern sich mittels unterschiedlicher Situierungsqualitäten von Lernsituationen förderdiagnostische Kompetenzen von Lehrkräften im Schriftspracherwerb erhöhen lassen. Die Ergebnisse weisen deutliche Vorzüge der beiden situiert konzipierten Experimentalgruppen gegenüber einer traditionell-textbasierten Kontrollgruppe auf. Diese Vorzüge betreffen eine Kompetenzsteigerung im anwendungsbezogenen Wissen in einer eher moderat situierten Experimentalgruppe ("konstruiert-situiert"), eine höhere intrinsische Motivation sowie tendenziell bessere Schülerleistungen in einer "voll-situierten" Experimentalgruppe. In der Zusammenfassung und Diskussion werden mögliche Ursachen für die Unterschiede erörtert. (DIPF/Orig.)Previous research about the effectiveness of in-service teacher training tends to reveal a deficient effectiveness of traditional forms of in-service teacher training. Especially the transfer of knowledge into practice is questioned. However, concepts based on the principles of situated learning seem to be promising. In the context of an empirical study, funded by the DFG, it was investigated to what extent the diagnostic competence of teachers of literacy can be increased by situated learning. For that purpose training programmes that provided different degrees of situated learning opportunities were compared. The results show that the two experimental groups that were based on situated concepts have clear advantages over the traditional control group that was mainly taught on a textual basis. These advantages relate to increased competencies in the field of knowledge application in the moderately situated experimental group, a higher level of intrinsic motivation and better pupil achievements in the completely situated experimental group. In the article it is tried to analyse possible reasons for these results. (DIPF/Orig.