The use of shear stress for targeted drug delivery

Stenosed segments of arteries significantly alter the blood flow known from healthy vessels. In particular, the wall shear stress at critically stenosed arteries is at least an order of magnitude higher than in healthy situations. This alteration represents a change in physical force and might be used as a trigger signal for drug delivery. Mechano-sensitive drug delivery systems that preferentially release their payload under increased shear stress are discussed. Therefore, besides biological or chemical markers, physical triggers are a further principle approach for targeted drug delivery. We hypothesize that such a physical trigger is much more powerful to release drugs for vasodilation, plaque stabilization, or clot lysis at stenosed arteries than any known biological or chemical one

How political conflict affects the communication strategies of EU commissioners

Members of the European Commission often give media statements about Commission proposals. But what dictates the strategies used by commissioners when engaging with the media? Drawing on a new study, Moritz Müller, Caelesta Braun and Bert Fraussen show that the level of political conflict associated with a proposal has a significant impact on the way commissioners choose to discuss it

Untersuchungen zur Eignung von Interferon-gamma release assays zum Nachweis von M. tuberculosis-reaktiven T-Lymphozyten

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung zellulärer Testsysteme bei Patienten mit Verdacht auf latente Infektion mit M. tuberculosis. Eine latente Tuberkulose kann unter Immunsuppression zu einer aktiven Tuberkulose werden. Deshalb wird bei immunsuppressiven Therapien insbesondere mit TNF-alpha-Blockern eine Chemoprävention empfohlen. Daher ist es sehr wichtig, latente Infektionen zu erkennen. Ist ein Patient mit M. tuberculosis infiziert, reagieren seine T-Zellen auf Stimulation mit Antigenen wie ESAT-6 und CFP-10. Diese Immunantwort ist die Grundlage der modernen IFN-γ release Assays (IGRA). ESAT-6 und CFP-10 fehlen bei allen BCG-Stämmen und bei den meisten nicht-tuberkulösen Mykobakterien mit Ausnahme von M. kansasii, M. szulgai und M. marinum (Andersen et al. 2000; Behr et al, 1999; Lalvani 2003). Im Gegensatz dazu haben Personen, die mit M. tuberculosis-Komplex-Organismen infiziert sind, in der Regel T-Zellen im Blut, die diese und andere mykobakterielle Antigene erkennen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Nutzung von IGRA in der medizinischen Labordiagnostik dahingehend zu analysieren, ob es Unterschiede zwischen ELISPOT-basierten Tests und Röhrchen-Tests als Testformat gibt, inwieweit diese Tests im klinischen Alltag verlässlich sind und ob sich mit einem anderen Auswertealgorithmus eine sicherere Aussage zum Vorliegen einer latenten Tuberkulose treffen lässt. Im Einzelnen wurden dabei drei Ansätze verfolgt: 1. In einer retrospektiven Studie wurden die Ergebnisse von 2686 Patienten ausgewertet, die im Labor des Instituts für Klinische Immunologie des Universitätsklinikums Leipzig von 2013 bis 2016 als Routineuntersuchungen erhoben wurden. Bei klinisch unplausiblen Ergebnissen wurden bei einem Teil der Patienten eine Wiederholungsuntersuchungen durchgeführt. Die analytische Sensitivität und Spezifität sowie den positiven und negativen prädiktiven Wert konnten wir nur unter der Annahme abschätzen, dass der Ausfall in der Wiederholungsuntersuchung einen Hinweis auf falsch- oder richtig-positive oder -negative Werte zulässt. Wir kommen damit zu einer Sensitivität von nur 28 %, einer Spezifität von immerhin 91 %, einem positiven prädiktiven Wert von 32 % und einem negativen prädiktiven Wert von 90 %. Damit sind 68 % der positiven Werte falsch positiv und 10 % der negativen Werte falsch negativ. Unsere Untersuchungen zur Wiederholbarkeit der ELISPOT-Tests im eigenen Labor bestätigen, dass negative Ergebnisse meist wiederholbar sind, positive Werte jedoch skeptisch betrachtet werden müssen. 2. Seit 2012 sendet Instand e.V. zweimal jährlich Ringversuchsproben für den IGRA aus (Ringversuch 650, https://www.instand-ev.de/). Wir analysierten, wie viele Labors bei Teilnahme an der externen Qualitätssicherung (sogenannten Ringversuchen) für IGRA ein korrektes Ergebnis erzielt hatten und ob Unterschiede zwischen ELISPOT-Assay und Röhrchen-Test bestehen. Im Ringversuch waren die Ergebnisse von ELISPOT (z.B. TB-Spot, Oxford Immunotec) und Röhrchentest (Quantiferon Gold bzw. Gold-Plus, Qiagen oder Diasorin) bis auf den 2. Ringversuch 2019 vergleichbar und unterschieden sich nicht. 3. Obwohl die meisten Labore an den Ringversuchen erfolgreich teilnehmen, ist die recht häufige Anzahl vor allem falsch positiver Ergebnisse im diagnostischen Alltag problematisch. Wir haben daher in einem dritten Untersuchungsschritt die Validierungsdaten eines Labors detailliert untersucht, um ein definiertes Verfahren zur Ermittlung positiver Testergebnisse vorzuschlagen. Zwischen 2011 und 2013 erfolgte im Labor Ettlingen eine umfangreiche Qualitätssicherung des ELISPOT unter Nutzung von 70 Proben in Doppelbestimmung. Dabei wurden jeweils die Messungen für die Positiv- und die Negativkontrolle sowie die Werte nach Stimulation mit ESAT-6 und CFP-10 analysiert. Um relevante Unterschiede zwischen Negativkontrolle und der eigentlichen Messung zu bewerten, wurden die Unterschiede mit der Wiederholpräzision in Beziehung gesetzt: Die Unterschiede sollten größer sein als die daraus abgeleitete Ungenauigkeit (Impräzision) der Messungen. Daraus wurde ein Cut-off-Wert kalkuliert, der unmittelbar auf den Daten des Labors beruht. Hierzu ist die Homogenität der Standardabweichungen über alle Proben erforderlich. Sie wird durch die Wurzeltransformation aller Daten erreicht. Für die verwendeten Daten ist sie anwendbar (Altman 1991, Bland 2000). Dies bedeutete bei den untersuchten Daten, dass bei Doppelbestimmungen die Unterschiede zwischen dem Testergebnis immer um den Faktor 0,76 größer sein muss als die Negativkontrolle. Dazu sind allerdings zwei Voraussetzungen zu erfüllen: 1. die Werte müssen vor Analyse wurzeltransformiert werden. 2. benötigt werden mindestens Doppelbestimmungen. Da keine Doppelbestimmungen vorliegen, konnte das Verfahren nicht an einem eigenen Datensatz verifiziert werden. Wir schlussfolgern daraus zusammenfassend: 1. in der Praxis gibt es keine wesentlichen Unterschiede zwischen ELISPOT und Röhrchen-Test als Testformat, was Sensitivität und Spezifität anbelangt 2. IGRAs sind ein verlässliches Werkzeug im klinischen Alltag, insbesondere wenn es um den Ausschluss einer latenten Tuberkulose geht 3. die Auswertung von ELISPOT-Daten lässt sich über Mehrfachbestimmung und quadratwurzeltransformierte Auswertung optimieren (wobei das noch in einer Folgearbeit zu beweisen ist).:Inhalt Abkürzungsverzeichnis 3 1 EINFÜHRUNG 5 1.1 Epidemiologie der Tuberkulose 5 1.2 Pathogenese der Tuberkulose 8 1.3 Prävention der Tuberkulose 10 1.4 Diagnostik der Tuberkulose 11 1.4.1 Radiologische Untersuchungen 12 1.4.2 Mikrobiologische Untersuchungen 12 1.4.3 Molekularbiologischer Nachweis 13 1.5 Nachweis der Immunreaktion gegenüber M. tuberculosis 14 1.5.1 Tuberkulin-Hauttest 14 1.5.2 Serologische Tests auf M. tuberculosis-Infektion 16 1.5.3 Zelluläre Labortests auf M. tuberculosis-Reaktivität 18 2 AUFGABENSTELLUNG 22 3 MATERIAL UND METHODEN 23 3.1 Patienten 23 3.2 Blutentnahme und Zellpräparation 23 3.3 ELISPOT 25 3.4 Ringversuch zur externen Qualitätssicherung 26 3.5 Retrospektive Analyse der Daten des eigenen Labors und der Ringversuchsdaten 26 3.6 Analyse der Validierungsdaten aus Ettlingen 27 4 ERGEBNISSE 29 4.1 Analyse der ELISPOT-Daten des eigenen Labors 29 4.2 Ergebnisse des Instand-Ringversuchs 33 4.3 Analyse der ELISPOT-Wiederholungsmessungen 35 5 DISKUSSION 41 6 Zusammenfassung 48 Literaturverzeichnis 52 Lebenslauf 63 Danksagung 64 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 6

Tailoring surface nanostructures on polyaryletherketones for load-bearing implants

High-performance thermoplastics including polyetheretherketone (PEEK) are key biomaterials for load-bearing implants. Plasma treatment of implants surfaces has been shown to chemically activate its surface, which is a prerequisite to achieve proper cell attachment. Oxygen plasma treatment of PEEK films results in very reproducible surface nanostructures and has been reported in the literature. Our goal is to apply the plasma treatment to another promising polymer, polyetherketoneketone (PEKK), and compare its characteristics to the ones of PEEK. Oxygen plasma treatments of plasma powers between 25 and 150 W were applied on 60 μm-thick PEKK and 100 μm-thick PEEK films. Analysis of the nanostructures by atomic force microscopy showed that the roughness increased and island density decreased with plasma power for both PEKK and PEEK films correlating with contact angle values without affecting bulk properties of the used films. Thermal analysis of the plasma-treated films shows that the plasma treatment does not change the bulk properties of the PEKK and PEEK film

Tailoring Selective Laser Melting Process Parameters for NiTi Implants

Complex-shaped NiTi constructions become more and more essential for biomedical applications especially for dental or cranio-maxillofacial implants. The additive manufacturing method of selective laser melting allows realizing complex-shaped elements with predefined porosity and three-dimensional micro-architecture directly out of the design data. We demonstrate that the intentional modification of the applied energy during the SLM-process allows tailoring the transformation temperatures of NiTi entities within the entire construction. Differential scanning calorimetry, x-ray diffraction, and metallographic analysis were employed for the thermal and structural characterizations. In particular, the phase transformation temperatures, the related crystallographic phases, and the formed microstructures of SLM constructions were determined for a series of SLM-processing parameters. The SLM-NiTi exhibits pseudoelastic behavior. In this manner, the properties of NiTi implants can be tailored to build smart implants with pre-defined micro-architecture and advanced performanc

Nanostructuring polyetheretherketone for medical implants

Surface roughness is a vital factor for medical implants since the cells of the surrounding tissue interact with the underlying substrate on the micro- and nanometer scales. In order to improve the surface morphology of implants, appropriate large-area micro- and nanostructuring techniques have to be identified being applicable to irregularly shaped structures. We demonstrate that plasma treatments of polyetheretherketone (PEEK) thin films produce nanostructured surfaces in a reproducible manner. They are easily tailored by varying plasma intensity using oxygen and ammonia as process gases. It was observed that roughness and nanostructure density linearly depend on plasma intensity. Oxygen plasma turned out to exhibit a stronger effect compared to ammonia plasma at the same processing conditions. For cell interaction studies, the mean size of the nanostructures was intentionally varied between 10 nm and 100 nm. In vitro experiments revealed that human mesenchymal stem cells (hMSC) adhere inhomogenously on untreated PEEK films, but the plasma treatment with oxygen or ammonia allows the hMSC to adhere and proliferate. Fluorescence microscopy of the cells on the PEEK films turned out to be difficult because of the strong auto-fluorescence of the PEEK substrate. Stains including the whole cell vital stain Calcein-AM allowed cell morphology studies on plasma-treated PEEK films. In the case of the analysis of cell compartments such as the actin cytoskeleton, confocal laser scanning microscopy (CLSM) was successfully applie

Anthelmintic tolerance in free-living and facultative parasitic isolates of Halicephalobus (Panagrolaimidae)

Studies on anthelmintic resistance in equine parasites do not include facultative parasites. Halicephalobus gingivalis is a free-living bacteriovorous nematode and a known facultative parasite of horses with a strong indication of some form of tolerance to common anthelmintic drugs. This research presents the results of an in vitro study on the anthelmintic tolerance of several isolates of Halicephalobus to thiabendazole and ivermectin using an adaptation of the Micro-Agar Larval Development Test hereby focusing on egg hatching and larval development. Panagrellus redivivus and Panagrolaimus superbus were included as a positive control. The results generally show that the anthelmintic tolerance of Halicephalobus to both thiabendazole and ivermectin was considerably higher than that of the closely related Panagrolaimidae and, comparing to other studies, than that of obligatory equine parasites. Our results further reveal a remarkable trend of increasing tolerance from fully free-living isolates towards horse-associated isolates. In vitro anthelmintic testing with free-living and facultative parasitic nematodes offers the advantage of observing drug effect on the complete lifecycle as opposed to obligatory parasites which can only be followed until the third larval stage. We therefore propose Halicephalobus gingivalis as an experimental tool to deepen our understanding of the biology of anthelmintic tolerance

Synthesis, Structure and Crystallization Behavior of Amphiphilic Hetero-arm Molecular Brushes with Crystallizable Poly(ethylene oxide) and N-Alkyl Side Chains

Unformatted post-print version of the accepted articleA series of hetero-arm amphiphilic molecular brushes (AMBs) with poly(ethylene glycol) (PEG) and long chain n-alkyl side chains were synthesized via conventional free radical polymerization (FRP) of mainly 4-vinyl benzyl-PEG methyl ether and N-alkylmaleimide macromonomers. By varying PEG side chain degree of polymerization (D.P. = 12, 16 and 20) and n-alkyl chain lengths (C16 and C20), AMBs with varying combinations of side chain lengths were produced. This enabled the elucidation of the effect of side chain length on AMB phase behavior, semicrystalline morphologies and crystallization kinetics, via differential scanning calorimetry, polarized light optical microscopy and x-ray diffraction experiments. Calculations of segregation strength together with SAXS measurements indicate that all materials are probably phase segregated structure in the melt. Most of the AMB materials prepared were double crystalline, i.e., contained crystals from alkyl and PEG chains. AMB crystallization was constrained by AMB architecture, the frustration being most evident in AMBs with combinations of either low D.P.PEG, or short alkyl chain lengths. Large, well-developed spherulites, implying break-out crystallization from a weakly segregated melt, were only observed for the AMBs with the combination of the longest PEG chain (D.P. = 20) and longest alkyl chain length (C20). A peculiar behavior was found when spherulitic growth rates and overall crystallization rates of the PEG chains, within this particular AMB sample, were determined as a function of crystallization temperature. In both cases, a distinct minimum with decreasing temperature was observed, probably caused by the challenges encountered in crystal packing of the PEG side chains, tethered to an amorphous backbone, which also contained already crystallized C20 chains. This minimum is analogous to that observed in the crystallization of long chain n-alkanes, or high molar mass polyethylenes with bromine pendant groups that has been attributed to a self-poisoning effect; this is the first observation of this phenomenon in AMBs.This work is based on the research supported by the South African Research Chairs Initiative of the Department of Science and Technology (DST) and National Research Foundation (NRF) of South Africa (Grant No 46855). J.M. acknowledges support from the Provincial Council of Gipuzkoa under the program Fellow Gipuzkoa and “Fomento San Sebastián” in the framework program “Retorno del Talento Local” Donostia up! 2016. This work has received funding from the European Union´s Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 778092, from MINECO, project: MAT2017-83014-C2-1-P and from the Basque Government through grant IT1309-19. We also thank ALBA Synchrotron facility for providing funding and beam time (proposal number: 2018082953)

Biomimetic nanostructures for the silicone-biosystem interface: tuning oxygen-plasma treatments of polydimethylsiloxane

Polydimethylsiloxanes (PDMS) have drawn attention because of their applicability in medical implants, soft robotics and microfluidic devices. This article examines the formation of dedicated nanostructures on liquid submicrometer PDMS films when exposed to oxygen-plasma treatment. We show that by using a vinyl-terminated PDMS prepolymer with a molecular weight of 800 g/mol, one can bypass the need of solvent, copolymer, or catalyst to fabricate wrinkled films. The amplitude and periodicity of the wrinkles is tuned varying the thickness of the PDMS film between 150 and 600 nm. The duration of the plasma treatment and the oxygen pressure determine the surface morphology. The amplitude was found between 30 and 300 nm with periodicities ranging from 500 to 2800 nm. Atomic force microscopy was used to measure film thickness, amplitude and wrinkle periodicity. The hydrophobic recovery of the nanostructured PDMS surface, as assessed by dynamic contact angle measurements, scales with nanostructure’s fineness, associated with an improved biocompatibility. The mechanical properties were extracted out of 10,000 nanoindentations on 50×50-μm2 spots. The mechanical mapping with sub-micrometer resolution reveals elastic properties according to the film morphology. Finally, we tailored the mechanical properties of a 590±120-nm-thin silicone film to the elastic modulus of several MPa, as required for dielectric elastomer actuators, to be used as artificial muscles for incontinence treatments