Einfluss der Verarbeitungstechnologie und Werkstoffzusammensetzung auf die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffen

Die Einarbeitung von nanoskaligen Füllstoffen zur Steigerung von polymeren Eigenschaftsprofilen ist sehr viel versprechend und stößt daher heutzutage sowohl in der Forschung als auch in der Industrie auf großes Interesse. Bedingt durch ausgeprägte Oberflächen und hohe Anziehungskräfte, liegen Nanopartikel allerdings nicht singulär sondern als Partikelanhäufungen, so genannten Agglomeraten oder Aggregaten, vor. Zur Erzielung der gewünschten Materialverbesserungen gilt es, diese aufzuspalten und homogen in der polymeren Matrix zu verteilen. Bei thermoplastischen Kunststoffen ist die gleichläufige Doppelschneckenextrusion eines der gängigsten Verfahren zur Einarbeitung von Additiven und Füllstoffen. Aus diesem Grund war es Ziel dieser Arbeit, mittels dieses Verfahrens verbesserte Verbundwerkstoffe mit Polyamid 66- und Polyetheretherketon-Matrix, durch Einarbeitung von nanoskaligem Titandioxid (15 und 300 nm), zu generieren. In einem ersten Schritt wurden die verfahrenstechnischen Parameter, wie Drehzahl und Durchsatz, sowie die Prozessführung und damit deren Einfluss auf die Materialeigenschaften beleuchtet. Der spezifische Energieeintrag ist ausschlaggebend zur Deagglomeration der Nanopartikel. Dieser zeigte leichte Abhängigkeiten von der Drehzahl und dem Durchsatz und verursachte bei der Einarbeitung der Partikel keine wesentlichen Unterschiede in der Aufspaltung der Partikel sowie gar keine in den resultierenden mechanischen Eigenschaften. Die Prozessführung wurde unterteilt in Mehrfach- und Einfachextrusion. Die Herstellung eines hochgefüllten Masterbatches, dessen mehrfaches Extrudieren und anschließendes Verdünnen, führte zu einer sehr guten Deagglomeration und stark verbesserten Materialeigenschaften. Mittels Simulation des Extrusionsprozesses konnte festgestellt werden, dass das Vorhandensein von ungeschmolzenem Granulat in der Verfahrenszone zu einer Schmelze/Nanopartikel/ Feststoffreibung führt, die die Ursache für eine sehr gute Aufspaltung der Partikel zu sein scheint. Durch Modifikation des Extrusionsprozesses erreichte die Einfachextrusion annähernd den Grad an Deagglomeration bei Mehrfachextrusion, wobei die Materialien bei letzterem Verfahren die besten Eigenschaftsprofile aufwiesen. In einem zweiten Schritt wurde ein Vergleich der Einflüsse von unterschiedlichen Partikelgrößen und –gehalten auf die polymeren Matrizes vollzogen. Die 15 nm Partikel zeigten signifikant bessere mechanische Ergebnisse auf als die 300 nm Partikel, und die Wirkungsweise des 15 nm Partikels auf Polyetheretherketon war stärker als auf Polyamid 66. Es konnten Steigerungen in Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit erzielt werden. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigten diese Ergebnisse. Eine Berechnung der Plan-Selbstkosten von einem Kilogramm PEEK-Nanoverbundwerkstoff im Vergleich zu einem Kilogramm unverstärktem PEEK verdeutlichte, dass ein Material kreiert wurde, welches deutlich verbesserte Eigenschaften bei gleichem Preis aufweist. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein tieferes Verständnis des Extrusionsvorganges zur Herstellung von kostengünstigen und verbesserten Thermoplasten durch das Einbringen von Nanopartikeln gewonnen werden

Clinicopathologic Features and Molecular Characteristics of Glucose Metabolism Contributing to ¹⁸F-fluorodeoxyglucose Uptake in Gastrointestinal Stromal Tumors

<div><p>Fluorine-18 fluorodeoxyglucose (¹⁸F-FDG) positron emission tomography–computed tomography (PET/CT) is useful in the preoperative diagnosis of gastrointestinal stromal tumors (GISTs); however, the molecular characteristics of glucose metabolism of GIST are unknown. We evaluated ¹⁸F-FDG uptake on preoperative PET/CT of 40 patients and analyzed the expression of glycolytic enzymes in resected GIST tissues by qRT-PCR, western blotting, and immunohistochemistry. Results of receiver operating characteristic curve analysis showed that the maximum standardized uptake value (SUVmax) cut-off value of 4.99 had a sensitivity of 89.5%, specificity was 76.2%, and accuracy of 82.5% for identifying tumors with a high risk of malignancy. We found that ¹⁸F-FDG uptake correlated positively with tumor size, risk grade, and expression levels of glucose transporter 1 (GLUT1), hexokinase 1 (HK1), and lactate dehydrogenase A (LDHA). Elevated HK and LDH activity was found in high-risk tumors. Among the isoforms of GLUT and HK, GLUT1 and HK1 expression increased with higher tumor risk grade. In addition, overexpression of glycolytic enzymes M2 isoform of pyruvate kinase (PKM2) and LDHA was observed in GISTs, especially in high-risk tumors. These results suggest that upregulation of GLUT1, HK1, PKM2, and LDHA may play an important role in GIST tumorigenesis and may be useful in the preoperative prediction of malignant potential.</p></div

Histologic features of GISTs and Representative cases showing ¹⁸F-FDG uptake intensity according to tumor risk grade.

<p>(A) Low-risk GIST showing proliferation of bland-looking spindle cells with infrequent mitoses (1/50 HPFs) (left panel). Intermediate-risk GIST showing mild nuclear pleomorphism (dashed line) with occasional mitosis (10/50 HPFs; black arrows) (middle panel). High-risk GIST showing proliferation of spindle cells with hyperchromatic nuclei (white arrows), moderate pleomorphism, and frequent mitoses (13/50 HPFs) (right panel). Scale bar, 100μm; ×200. (B) Low-risk GIST: 58-year-old man with mild ¹⁸F-FDG uptake (SUVmax = 2.2) in the proximal jejunum (left panel). Intermediate-risk GIST: 73-year-old woman with moderate ¹⁸F-FDG uptake (SUVmax = 4.9) (middle panel). High-risk GIST: 65-year-old woman with intense ¹⁸F-FDG uptake (SUVmax = 19.2) (right panel).</p

SUVmax correlated with LDHA expression.

<p>(A) Immunohistochemical analysis of PKM2 and LDHA expression in representative tumor tissues. (B) Correlation between ¹⁸F-FDG uptake and PKM2 and LDHA protein expression (<i>r</i>_<i>s</i> = Spearman’s correlation coefficient). (C) Western blotting and densitometric analysis of PKM2 and LDHA expression in representative tissues. The densitometric data are normalized to β-actin and shown as arbitrary units. *<i>P</i> < .05; **<i>P</i> < .01 based on the Student’s <i>t</i>-test.</p

SUVmax correlated with GLUT1 and HK1 expression.

<p>(A) Immunohistochemical analysis of GLUT1 and HK1 expression in representative tumor tissues (×200). (B) Correlation between ¹⁸F-FDG uptake and GLUT1 and HK1 expression (<i>r</i>_<i>s</i> = Spearman’s correlation coefficient). (C) Western blotting and densitometric analysis of GLUT1 and HK1 expression in representative tissues. The densitometric data are normalized to GAPDH and shown as arbitrary units. L = low risk; I = intermediate risk; H = high risk. *<i>P</i> < .05; **<i>P</i> < .01 based on the Student’s <i>t</i>-test.</p

<i>GLUT1</i>, <i>HK1</i>, <i>PKM2</i>, and <i>LDHA</i> expression according to GIST risk grade, as assessed by quantitative RT-PCR.

<p>(A) (B). <i>GLUT1</i>, <i>HK1</i>, <i>PKM2</i>, and <i>LDHA</i> mRNA levels increased with higher tumor risk grade. L = low risk; I = intermediate risk; H = high risk. *<i>P</i> < .05; **<i>P</i> < .01 based on the Student’s <i>t</i>-test.</p

Distinct Protein Expression Profiles of Solid-Pseudopapillary Neoplasms of the Pancreas

Solid-pseudopapillary neoplasm (SPN) is an uncommon pancreatic tumor with mutation in <i>CTNNB1</i> and distinct clinical and pathological features. We compared the proteomic profiles of SPN to mRNA expression. Pooled SPNs and pooled non-neoplastic pancreatic tissues were examined with high-resolution mass spectrometry. We identified 329 (150 up-regulated and 179 down-regulated) differentially expressed proteins in SPN. We identified 191 proteins (58.1% of the 329 dysregulated proteins) with the same expression tendencies in SPN based on mRNA data. Many overexpressed proteins were related to signaling pathways known to be activated in SPNs. We found that several proteins involved in Wnt signaling, including DKK4 and β-catenin, and proteins that bind β-catenin, such as FUS and NONO, were up-regulated in SPNs. Molecules involved in glycolysis, including PKM2, ENO2, and HK1, were overexpressed in accordance to their mRNA levels. In summary, SPN showed (1) distinct protein expression changes that correlated with mRNA expression, (2) overexpression of Wnt signaling proteins and proteins that bind directly to β-catenin, and (3) overexpression of proteins involved in metabolism. These findings may help develop early diagnostic biomarkers and molecular targets

Additional file 1: of Coordinated regulation of acid resistance in Escherichia coli

Supplementary text and materials of additional information presented in the paper. (DOCX 1478 kb

Additional file 4: of Coordinated regulation of acid resistance in Escherichia coli

Peaks called for NtrC. (XLSX 11.1 kb