Breath analysis as a diagnostic tool in breast cancer patients

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse von volatile organic compounds (VOCs), und ihrer veränderten Konzentrationen im Körper von Mammakarzinompatientinnen. Das Ziel dieser Pilotstudie war der Nachweis eines veränderten VOC-Spektrums im Atem von Patientinnen mit neu diagnostiziertem, primär nicht metastasiertem Mammakarzinom. Dazu wurde ein System zur Atemanalyse entwickelt und die Atemproben standardisiert entnommen. Laborchemisch gelang die Probenaufgabe schonend und reproduzierbar mittels Thermodesorption und Kryofokussierung. Die Trennung und der Nachweis der Analyte erfolgten per Gaschromatographie und Massenspektrometrie, einer zuverlässigen, nachweisstarken und reproduzierbaren Methode, die bereits in der Forschung mit Atemanalysen etabliert wurde. Erstmalig wurde der Einsatz der VOC Atemanalyse im klinischen Setting evaluiert. Die Ergebnisse unserer Studie zeigen, dass die exspiratorische Atemluft eine Vielzahl leichtflüchtiger, organischer Verbindungen im Spurenbereich enthält. Es konnten insgesamt zwischen 83 und 100 verschiedene Analyten pro Studienteilnehmerin identifiziert werden, zu denen Alkane, Alkene, Ketone, Halogenkohlenwasserstoffe, Ester, Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Terpene, Siloxane, Alkohole, Aldehyde und Aromaten gehören. Für jede Substanz wurde der alveoläre Gradient durch Subtraktion der Raumluftkonzentration von der Atemluftkonzentration gebildet. Bei den flüchtigen organischen Substanzen konnten nach qualitativer und quantitativer statistischer Analyse folgende Abhängigkeiten nachgewiesen werden: Einen deutlichen Unterschied zwischen Patientinnen der Kontroll- und Mammakarzinomgruppe zeigten einzelne Alkane, Alkene, Terpene, Halogenkohlenwasserstoffe und aromatische Verbindungen. Ein signifikanter Konzentrationsunterschied wurde für 3-Methylhexan, Decen, Caryophyllen, Naphthalin und Trichlorethylen gemessen. Die Konzentration von 3-Methylhexan, Decen, Caryophyllen und Naphthalin war im Atem von gesunden Probandinnen signifikant höher als im Atem der erkrankten Frauen. Hingegen war die Konzentration von Trichlorethylen im Atem der erkrankten Frauen signifikant höher. Die Bedeutung dieser Ergebnisse liegt zunächst im Bereich der medizinischen Grundlagenforschung und der Entwicklung einer Referenz- Methodik zur weiteren Untersuchung exhalierter VOCs. Ein Teil der Befunde bleibt deskriptiv, solange die pathophysiologische Rolle spezifischer VOCs ungeklärt ist. Es ist anzunehmen, dass Veränderungen im Atem von Mammakarzinompatientinnen schon sehr frühzeitig zu detektieren sind, da sich bei malignen Veränderungen auf der Molekularebene schon früh ganze Zellprozesse ändern: Es kommt zur Induktion des Cytochrom-P450-Systems und nachfolgend zu veränderten Stoffwechselprozessen. Diese Veränderungen führen zu einem signifikant differenten VOC-Spektrum im Atem. Daher könnte man die Methode besonders bei frühen Karzinomen, die in der Bildgebung noch nicht zu detektieren sind, heranziehen. Bei größeren Tumoren werden im Atem auch höhere VOC-Spektren gemessen, da es im Verlauf auch zur Produktion der VOCs kommt. Diese Arbeit lässt den Schluss zu, dass chemische Analysen der Exhalationsluft auf flüchtige organische Substanzen im klinischen Alltag durchführbar sind und ein hohes Potential in der Diagnose des Mammakarzinoms besitzen. Somit stellen VOCs potentielle Marker für Brustkrebs dar. Ihre diesbezügliche Eignung wurde in dieser Studie mit der Quantifizierung organischer Spurenkomponenten unter Einsatz der hochsensitiven Methoden der Gaschromatographie und der Massenspektrometrie bestätigt. Validierte Messungen exhalierter VOCs könnten zukünftig für ein Bio-Monitoring auch außerhalb wissenschaftlicher Untersuchungen zur Verfügung stehen. Der Aufforderung des Arztes: „Bitte tief durchatmen!“ käme eine neue Bedeutung zu.Background: Carcinogenic products in the exhaled breath of cancer patients are of growing medical interest as they can serve as noninvasive disease markers. Breath analysis can be used as an alternative or complementary diagnostic tool in breast cancer patients which have a different pattern of chemical composition in their breath. This study aims to verify the existence of specific volatile organic compounds (VOCs) in the breath of breast cancer patients. Methods: In this prospective study we included ten patients suffering from breast cancer and ten healthy pair-matched women. Breath samples were taken of each member of the two respective groups and scanned by gas chromatography/mass spectometry for contained volatile organic compounds such as alkanes, ketones, halogenated hydrocarbon, aldehydes, and esters. Results: The spectrum of VOCs did significantly differ within the two groups. Five specific VOCs could be identified as typical discriminatory markers in the breath samples. Four VOCs were elevated in the healthy controls, one specific VOC was found to be elevated in women affected by breast cancer. Conclusions: This pilot study shows a specific VOC pattern using the gas chromatography in the breath of breast cancer patients. Five specific breast cancer- VOCs could be identified. At relatively low expenses the identification of VOCs may be used to detect breast cancer

Are Explanatory Videos an Effective Tool for Learning in the Undergraduate Laboratory? Evaluation of Video Scaffolding for Experimental Problem Solving on the Basis of Self-Concept of Ability

Erkenntnisgewinnung ist in der universitären Lehrkräftebildung noch nicht entsprechend ihrer hohen Bedeutung als zentraler Kompetenzbereich der Naturwissenschaften in der Schule repräsentiert. In der Chemielehrkräftebildung an der Technischen Universität Braunschweig erfolgte daher ihre explizite Vermittlung und Förderung mit experimentellen Problemlöseaufgaben in einem fachwissenschaftlichen, organisch-chemischen Laborpraktikum. Zusätzlich wurden Erklärvideos zu Erkenntnisgewinnung bzw. labormethodischen Techniken als kognitives Scaffolding in der Vorbereitungszeit der Studierenden eingesetzt. Im Beitrag werden die Erklärvideos als Lerntool vorgestellt und anhand ihres Einflusses auf die Fähigkeitsselbsteinschätzungen der Studierenden evaluiert. Während signifikante Zuwächse in den Fähigkeitsselbsteinschätzungen durch die Teilnahme am Praktikum gefunden wurden, zeigten sich keine Interaktionseffekte durch den Einsatz der Erklärvideos. Die Erkenntnisse zum Einsatz von Erklärvideos im universitären Laborpraktikum werden diskutiert.  Given its high importance as a central competence in the natural sciences in schools, scientific inquiry is not yet adequately represented in preservice science teacher education at university level. In preservice chemistry teacher education at Technische Universität Braunschweig, scientific inquiry is taught explicitly and promoted with experimental problem solving in an organic chemistry laboratory. In addition, cognitive scaffolding is provided by explanatory videos on scientific reasoning and practical skills for students’ prelaboratory preparation. In the article, the explanatory videos are introduced as a tool for learning and evaluated regarding their influence on students’ self-concept of ability. While significant gains were found in the students’ self-concept of ability due to participation in the laboratory, there was no interaction of the exposure to the videos. The insights on explanatory videos for the undergraduate laboratory are discussed

Measuring and Fostering Preservice Chemistry Teachers’ Scientific Reasoning Competency

Developing scientific reasoning (SR) is a central goal of science-teacher education worldwide. On a fine-grained level, SR competency can be subdivided into at least six skills: formulating research questions, generating hypotheses, planning experiments, observing and measuring, preparing data for analysis, and drawing conclusions. In a study focusing on preservice chemistry teachers, an organic chemistry lab course was redesigned using problem-solving experiments and SR video lessons to foster SR skills. To evaluate the intervention, a self-assessment questionnaire was developed, and a performance-based instrument involving an experimental problem-solving task was adapted to the target group of undergraduates. The treatment was evaluated in a pre-post design with control group (cook-book experiments, no SR video lessons) and alternative treatment group (problem-solving experiments, unrelated video lessons). Interrater reliability was excellent (ρ from 0.915 to 1.000; ICC (A1)). Data analysis shows that the adapted instrument is suitable for university students. First insights from the pilot study indicate that the cook-book lab (control group) only fosters students’ skill in observing and measuring, while both treatment groups show an increase in generating hypotheses and planning experiments. No pretest-posttest differences were found in self-assessed SR skills in the treatment groups. Instruments and data are presented and discussed

Non−viral cellular substrates for human immunodeficiency virus type 1 protease

A Computer search revealed 10 proteins with homology to the sequence we originally identified in vimentin as the site of cleavage by human immunodeficiency virus type 1 (HIV−1) protease. Of these 10 proteins (actin, α−actinin, spectrin, tropomyosins, vinculin, dystrophin, MAP−2, villin, TRK−1 and lg μ−chain), we show that 4 of the first 5 were cleaved in vitro by this protease, as arc MAP−1 and −2 [(1990) J. Gen. Virol. 71, 1985−1991]. In these proteins, cleavage is not restricted to a single motif, but occurs at many sites. However, cleavage is not random, since 9 other proteins including the cytoskeletal proteins filamin and band 4.1 are not cleaved in the in vitro assay. Thus, the ability of HIV−1 protease to cleave specific components or the cytoskeleton may be an important, although as yet unevaluated aspect of the life cycle of this retrovirus and/or may directly contribute to the pathogenesis observed during infectio