Studien zur Interphasekernstruktur in Lymphozyten und anderen Geweben mit Hilfe der 3D-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung unter besonderer Berücksichtigung der X-Inaktivierung

Die Persistenz der Chromosomen in ihrer Struktur bis hin zu ihrer Bandenabfolge während der Interphase, darstellbar mittels eines Fluorsezenz in situ Hybridisierungs- (FISH) basierenden Bänderungsverfahrens, dem sog. Multicolor Banding (MCB) gilt als erwiesen. Auf der Basis eines neuen Verfahrens (Suspension- FISH, „S“-FISH-Technik) lag erstmalig eine Methode zur Analyse der Gesamtarchitektur der chromosomalen Strukturen am sphärischen, dreidimensional erhaltenen Interphasekern vor. Die Lyon-Hypothese zur Inaktivierung eines der beiden X-Chromosomen gilt als erwiesen, die Rolle von Chromosomengröße und -position wird diskutiert. Spermien, Knochenmark und Hirngewebe gelten als Gewebe, bei denen die Kernarchitektur von großem Interesse für die epigenetische Regulation der Genexpression ist. Orientiert an diesen Voraussetzungen konnten in dieser Arbeit folgende Resultate erzielt werden: Die S-FISH-Methodik kombiniert mit MCB sowie die kombinierte DNA/RNA-S-FISH konnten etabliert und optimiert werden für einen routinemäßigen Einsatz in der Forschung. Lage und Struktur der menschlichen X-Chromsomen in peripheren Blutlymphozyten konnten an zwei- wie an dreidimensional erhaltenen Interphasekernen erfasst werden. Unterschiede in Größe und Ausdehnung der Chromosomen ließen sich nachweisen, welche in Übereinstimmung mit der Lyon-Hypothese stehen. In der Frage der Interphasekernstruktur menschlicher Spermien konnten erstmalig umfassend diverse Parameter die chromosomale Lage im Kern betreffend untersucht und erfasst werden. Es zeigte sich dabei, dass sowohl die Größe als auch die Gendichte der Chromosomen diese Parameter mitbestimmten. Es ließen sich deutliche Analogien zu Lymphozyten und anderen Geweben herstellen. Gewebe wie maligne Lymphozyten, Gehirn und Knochenmark konnten prinzipiell mittels MCB-S-FISH analysiert werden. Zur grundlegenden Frage nach der Beschaffenheit der Interphasekernstruktur menschlicher Zellen konnten in dieser Arbeit wichtige Anhaltspunkte gewonnen werden. Es gelang unter anderem die Bestätigung der Ideen, nach denen transkriptorisch aktive Chromosomen in Lymphozyten eher im Kernmittelpunkt vorzufinden sein sollen

Konzeption, Ansteuerung und Eigenschaften schneller piezoelektrischer Trägheitsmotoren

Piezoelektrische Trägheitsmotoren nutzen die Trägheit einer bewegten Masse, um diese über einen ununterbrochenen Reibkontakt schrittweise zu bewegen. Wegen ihres einfachen Aufbaus und ihrer guten Miniaturisierbarkeit werden diese Motoren zunehmend in Konsumgütern eingesetzt. Die Geschwindigkeit ist eine wichtige Motorkenngröße, eine allgemeingültige Analyse des Motorprinzips existiert jedoch bisher nicht.Nach einer Definition von Trägheitsmotoren werden anhand eines Modells eines translatorischen piezoelektrischen Trägheitsmotors verschiedene idealisierte Anregungssignale hergeleitet. Eine Analyse des Motorverhaltens zeigt, dass der verbreitete Betrieb von Trägheitsmotoren mit Haft- und Gleitphasen für das Erreichen hoher Geschwindigkeiten ungeeignet ist. Aus den idealisierten Signalen für den schnellen dauergleitenden Betrieb werden frequenzbeschränkte Signale für den Betrieb mit realen Aktoren abgeleitet. Das Verhalten bei Anregung mit diesen Signalen wird bezüglich Geschwindigkeit, Effizienz, Haltbarkeit und Kraft verglichen. Zudem wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die Bewegung hochfrequent angeregter Trägheitsmotoren periodenweise berechnet und wichtige Motorkenngrößen direkt berechnet werden können. Zur Validierung der theoretischen Ergebnisse wird ein Versuchsmotor aufgebaut und mit unterschiedlichen Signalen angeregt, es zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Modell. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben wertvolle Einblicke in die Funktion schneller Trägheitsmotoren und sind nützlich für ihre weitere Entwicklung und die Erweiterung ihres Einsatzbereichs.Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 201

Accelerating the analysis of optical quantum systems using the Koopman operator

The prediction of photon echoes is an important technique for gaining an understanding of optical quantum systems. However, this requires a large number of simulations with varying parameters and/or input pulses, which renders numerical studies expensive. This article investigates how we can use data-driven surrogate models based on the Koopman operator to accelerate this process. In order to be successful, we require a model that is accurate over a large number of time steps. To this end, we employ a bilinear Koopman model using extended dynamic mode decomposition and simulate the optical Bloch equations for an ensemble of inhomogeneously broadened two-level systems. Such systems are well suited to describe the excitation of excitonic resonances in semiconductor nanostructures, for example, ensembles of semiconductor quantum dots. We perform a detailed study on the required number of system simulations such that the resulting data-driven Koopman model is sufficiently accurate for a wide range of parameter settings. We analyze the L2 error and the relative error of the photon echo peak and investigate how the control positions relate to the stabilization. After proper training, the dynamics of the quantum ensemble can be predicted accurately and numerically very efficiently by our methods

Position of chromosomes 18, 19, 21 and 22 in 3D-preserved interphase nuclei of human and gorilla and white hand gibbon

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Even though comparative nuclear architecture studies in hominoids are sparse, nuclear chromosome architecture was shown to be conserved during hominoid evolution. Thus, it is suspected that yet unknown biological mechanisms must underlie this observation.</p> <p>Results</p> <p>Here for the first time a combination of multicolor banding (MCB) and three-dimensional analysis of interphase cells was used to characterize the position and orientation of human chromosomes #18, #19, #21 and #22 and their homologues in primate B-lymphocytic cells. In general, our data is in concordance with previous studies. The position of the four studied human chromosomes and their homologues were conserved during primate evolution. However, comparison of interphase architecture in human B-lymphocytic cells and sperm revealed differences of localization of acrocentric chromosomes. The latter might be related to the fact that the nucleolus organizing region is not active in sperm.</p> <p>Conclusion</p> <p>Studies in different tissue types may characterize more – potentially biologically relevant differences in nuclear architecture.</p

Chromosome distribution in human sperm – a 3D multicolor banding-study

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Nuclear architecture studies in human sperm are sparse. By now performed ones were practically all done on flattened nuclei. Thus, studies close at the <it>in vivo </it>state of sperm, i.e. on three-dimensionally conserved interphase cells, are lacking by now. Only the position of 14 chromosomes in human sperm was studied.</p> <p>Results</p> <p>Here for the first time a combination of multicolor banding (MCB) and three-dimensional analysis of interphase cells was used to characterize the position and orientation of all human chromosomes in sperm cells of a healthy donor. The interphase nuclei of human sperm are organized in a non-random way, driven by the gene density and chromosome size.</p> <p>Conclusion</p> <p>Here we present the first comprehensive results on the nuclear architecture of normal human sperm. Future studies in this tissue type, e.g. also in male patients with unexplained fertility problems, may characterize yet unknown mechanisms of infertility.</p

Ion Energy Measurements in Plasma Immersion Ion Implantation

This thesis investigates ion energy distributions (IEDs) during plasma immersion ion implantation (PIII). PIII is a surface modification technique where an object is placed in a plasma and pulse biased with large negative voltages. The energy distribution of implanted ions is important in determining the extent of surface modifications. IED measurements were made during PIII using a pulse biased retarding field energy analyser (RFEA) in a capacitive RF plasma. Experimental results were compared with those obtained from a two dimensional numerical simulation to help explain the origins of features in the IEDs. Time resolved IED measurements were made during PIII of metal and insulator materials and investigated the effects of the use of a metal mesh over the surface and the effects of insulator surface charging. When the pulse was applied to the RFEA, the ion flux rapidly increased above the pulse-off value and then slowly decreased during the pulse. The ion density during the pulse decreased below values measured when no pulse was applied to the RFEA. This indicates that the depletion of ions by the pulsed RFEA is greater than the generation of ions in the plasma. IEDs measured during pulse biasing showed a peak close to the maximum sheath potential energy and a spread of ions with energies between zero and the maximum ion energy. Simulations showed that the peak is produced by ions from the sheath edge directly above the RFEA inlet and that the spread of ions is produced by ions which collide in the sheath and/or arrive at the RFEA with trajectories not perpendicular to the RFEA front surface. The RFEA discriminates ions based only on the component of their velocity perpendicular to the RFEA front surface. To minimise the effects of surface charging during PIII of an insulator, a metal mesh can be placed over the insulator and pulse biased together with the object. Measurements were made with metal mesh cylinders fixed to the metal RFEA front surface. The use of a mesh gave a larger ion flux compared to the use of no mesh. The larger ion flux is attributed to the larger plasma-sheath surface area around the mesh. The measured IEDs showed a low, medium and high energy peak. Simulation results show that the high energy peak is produced by ions from the sheath above the mesh top. The low energy peak is produced by ions trapped by the space charge potential hump which forms inside the mesh. The medium energy peak is produced by ions from the sheath above the mesh corners. Simulations showed that the IED is dependent on measurement position under the mesh. To investigate the effects of insulator surface charging during PIII, IED measurements were made through an orifice cut into a Mylar insulator on the RFEA front surface. With no mesh, during the pulse, an increasing number of lower energy ions were measured. Simulation results show that this is due to the increase in the curvature of the sheath over the orifice region as the insulator potential increases due to surface charging. The surface charging observed at the insulator would reduce the average energy of ions implanted into the insulator during the pulse. Compared to the case with no mesh, the use of a mesh increases the total ion flux and the ion flux during the early stages of the pulse but does not eliminate surface charging. During the pulse, compared to the no mesh case, a larger number of lower energy ions are measured. Simulation results show that this is caused by the potential in the mesh region which affects the trajectories of ions from the sheaths above the mesh top and corners and results in more ions being measured with trajectories less than ninety degrees to the RFEA front surface

In Vivo Emergence of UL56 C325Y Cytomegalovirus Resistance to Letermovir in a Patient with Acute Myeloid Leukemia after Hematopoietic Cell Transplantation

CMV associated tissue-invasive disease is associated with a considerable risk of morbidity and mortality after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). Recently, the terminase inhibitor letermovir (LMV) has been approved for prophylaxis of CMV infection in HSCT. We hereby report a 60-year-old female experiencing CMV reactivation after HSCT in a CMV seronegative donor-constellation. Due to ongoing elevated CMV viral load and drug-associated myelosuppression, which prevented ganciclovir therapy, treatment was replaced by foscarnet. Due to nephrotoxicity, foscarnet was switched to LMV. The patient developed skin GvHD and prednisolone was started. Subsequently, CMV viremia worsened despite LMV therapy. Genotyping revealed the mutation C325Y of the CMV UL56 terminase being associated with high-level resistance against LMV. Prolonged uncontrolled low-level viremia due to prednisolone treatment may have favored the selection of drug-resistant CMV. Despite the excellent toxicity profile of LMV, physicians should be aware of risk factors for the emergence of resistance

Piezoelectric Inertia Motors—A Critical Review of History, Concepts, Design, Applications, and Perspectives

Piezoelectric inertia motors—also known as stick-slip motors or (smooth) impact drives—use the inertia of a body to drive it in small steps by means of an uninterrupted friction contact. In addition to the typical advantages of piezoelectric motors, they are especially suited for miniaturisation due to their simple structure and inherent fine-positioning capability. Originally developed for positioning in microscopy in the 1980s, they have nowadays also found application in mass-produced consumer goods. Recent research results are likely to enable more applications of piezoelectric inertia motors in the future. This contribution gives a critical overview of their historical development, functional principles, and related terminology. The most relevant aspects regarding their design—i.e., friction contact, solid state actuator, and electrical excitation—are discussed, including aspects of control and simulation. The article closes with an outlook on possible future developments and research perspectives

Mehrzieloptimierung und Verhaltensanpassung am Bondautomaten

Der Drahtbondprozess reagiert sehr empfindlich auf Veränderungen der Prozessparameter, der Umgebungsbedingungen und der Kontaktpartner. Während Prozessparameter bekannt und deterministisch sind, sind Umgebungsbedingungen nur schwierig zu bestimmen und Eigenschaftsschwankungen der Kontaktpartner sogar völlig unbekannt. Alle Veränderungen wirken sich auf die Qualität der fertigen Verbindung aus. Derartige Schwankungen sind in der Fertigung von Leistungshalbleitermodulen unerwünscht. Das aktuelle Vorgehen zur Sicherstellung der Qualität von Bondverbindungen für Leistungshalbleitermodule basiert auf der empirischen Bestimmung eines Parametersatzes. Dieser muss robust gegenüber deterministischen Störgrößen sein. Da der Bondprozess für Kupferdraht wesentlich sensitiver reagiert als der für Aluminiumdraht, ist die Wahl eines Parametersatzes immer ein Kompromiss. Eine auf vorab formulierten Zielen basierte Auswahl des aktuellen Parametersatzes während des Betriebs verspricht daher große Vorteile. Dazu wird eine modellbasierte Mehrzieloptimierung genutzt, die in diesem Kapitel im Detail beschrieben wird