Optimierung der Sauerstoffversorgung in dreidimensionalen Zell-Leitschienen-Kulturen für das tissue engineering von Knochen

Zielsetzung und Fragestellung: Das Vorliegen knöcherner Defekte ist ein wesentliches klinisches Problem in zahlreichen chirurgischen Disziplinen. Das tissue engineering von Knochen stellt eine innovative Methode dar, welche die Möglichkeit eröffnet, ein Knochenersatzmaterial in theoretisch unbegrenzter Menge und vorbestimmbarer Form bei minimaler oder fehlender Hebedefektmorbidität zu gewinnen. Trotz dieses immensen Potenzials konnte sich das tissue engineering in klinisch relevanten Ausmaßen noch nicht durchsetzen. Ein wesentliches Problem wird in der bei zunehmender Größe der Leitschienen inhomogenen Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen vermutet. Bisher konnte dies jedoch quantitativ für das tissue engineering von Knochen nicht belegt werden. Folglich fehlen auch Strategien zur Überwindung dieses Problems nahezu gänzlich. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung bestand daher darin, die Sauerstoffkonzentration im Zentrum besiedelter Leitschienen zunächst unter statischen Bedingungen zu messen und zu überprüfen, ob es zu Auswirkung auf das Überleben der Zellen kommt. Anschließend sollten die Bedingungen mit Hilfe eines dynamischen Zellkultursystems optimiert und wiederum der Einfluss auf die zentrale Sauerstoffkonzentration und das Zellüberleben ermittelt werden. Material und Methoden: Zylindrische Leitschienen aus demineralisierter boviner Matrix (DBM) mit einem Durchmesser von 9 mm und einer Höhe von 5 mm wurden unter Verwendung einer standardisierten Methodik mit 50.000 murinen präosteoblastären Zellen (MC3T3) besiedelt und anschließend unter statischen und dynamischen Bedingungen kultiviert. Unter statischen Bedingungen erfolgte der Mediumwechel (Mem alpha) alle 48 Stunden, während unter dynamischen Bedingungen eine kontinuierliche Mediumzufuhr mit Hilfe einer Pumpe erfolgte. Als Standardperfusionsgeschwindigkeit wurde 18 µl/min verwendet. Weitere Versuche erfolgten mit drei- (54 µl/min) und fünffacher (90 µl/min) Perfusionsgeschwindigkeit. Im Untersuchungszeitraum von sieben Tagen wurde die Sauerstoffkonzentration mit einer nadelartigen Sauerstoffsonde, die definiert ins geometrische Zentrum der Leitschiene appliziert wurde gemessen. Zusätzliche Messungen erfolgten unter statischen Bedingungen im umgebenden Medium, unter dynamischen Bedingungen im Mediumzu- und abfluss. Die Auswertung des Zellüberlebens und der Zellproliferation erfolgte mit Hilfe eines live-dead-assays sowie durch Zellzählung im Zentrum der Leitschiene. Ergebnisse: Unter statischen Zellkulturbedingungen kommt es im Zentrum der mit 50.000 Zellen besiedelten Leitschienen zu einem dramatischen Abfall der Sauerstoffkonzentration, wobei nach nur 5 Tagen die Sauerstoffkonzentration bei 0 % liegt. Konsekutiv kann im live-dead-assay ein ausgeprägtes Zellsterben, insbesondere im Zentrum der Leitschienen nachgewiesen werden. Hier konnten nach sieben Tagen keine überlebenden Zellen mehr beobachtet werden. Aus den Sauerstoffmessungen im umgebenden Medium sowie den Ergebnissen des live-dead-assay kann auf das Vorliegen eines deutlichen Sauerstoffgradienten von der Oberfläche zum Zentrum der besiedelten Leitschienen geschlossen werden. Diese Ergebnisse ließen sich bei Besiedlung mit 50.000 humanen SCP-Zellen bestätigen. Unter Verwendung dynamischer Zellkulturbedingungen konnte der Abfall der zentralen Sauerstoffkonzentration deutlich vermindert und die Fläche unter der Sauerstoffkurve (AUC) signifikant (p < 0,01) vergrößert werden. Darüber hinaus konnte eine deutliche Verbesserung des Zellüberlebens beobachtet werden, insbesondere fielen signifikant (p < 0,01) mehr überlebende Zellen im Zentrum der Leitschiene auf. Dennoch kommt es im Beobachtungszeitraum zu einem deutlichen Abfall der Sauerstoffkonzentration im Zentrum der Leitschiene. Durch eine Steigerung der Perfusionsgeschwindigkeit auf das Drei- (54 µl/min) beziehungsweise Fünffache (90 µl/min) konnte nochmals eine deutliche Verbesserung der Sauerstoffversorgung und des Zellüberlebens, insbesondere in den kritischen zentralen Arealen der Leitschiene, erreicht werden. Schlussfolgerungen: Zentrale Hypoxie stellt einen wesentlichen limitierenden Faktor für das Leitschienen-basierte tissue engineering von Knochen in klinisch relevanten Dimensionen dar. Daher sollte im Rahmen der Kultivierung von dreidimensionalen Konstrukten ein adäquates Monitoring der Sauerstoffversorgung gewährleistet sein. In der Optimierung der Sauerstoffversorgung innerhalb von dreidimensionalen Konstrukten liegt ein entscheidender Schlüssel für die Verbesserung der klinischen Einsetzbarkeit des tissue engineering von Knochen

Etablierung eines isoliert druckkonstant perfundierten Ex-vivo-Modells des equinen Larynx

Der Einsatz von Ex-vivo-Modellen ermöglicht die experimentelle Untersuchung isolierter Organe, die vom Gesamtorganismus unbeeinflusst sind. Für viele Spezies und Organe sind solche Modelle bereits beschrieben. Wird das Organ dabei perfundiert, stehen flusskonstante und druckkonstante Perfusion zur Auswahl. Für den Larynx des Pferdes existiert in der Literatur bisher nur ein einziges flusskonstant perfundiertes Modell. Im Bereich der Pferdemedizin können solche Modelle helfen, neue Behandlungsoptionen der sogenannten recurrent laryngeal neuropathy (RLN) zu entwickeln, bei der es zu einer Atrophie des Musculus cricoarytaenoideus dorsalis (CAD) kommt. Die Studie hatte zum Ziel, ein druckkonstant perfundiertes Ex-vivo-Modell des equinen Larynx zu etablieren, in dessen Fokus insbesondere die Funktionalität des CAD stand. Hierzu wurden in zwei Vorversuchsphasen verschiedene Parameter auf ihre Eignung als Marker für die Vitalität des entnommenen Kehlkopfes getestet. Die ermittelten Parameter wurden dann in den Hauptversuchen verwendet, um die Vitalität des perfundierten Kehlkopfes zu Beginn und am Ende der Perfusion zu untersuchen. Für die Untersuchungen wurden Kehlköpfe von 16 Pferden verwendet. Diese wurden im direkten Anschluss an die Euthanasie frisch entnommen und im Labor an einen Perfusionskreislauf angeschlossen. Hierzu wurde eine modifizierte Tyrode-Lösung beidseits über die Arteria thyroidea cranialis perfundiert. Die Lösung wurde über den gesamten Versuchszeitraum mit Carbogen begast und somit ein pH-Wert von 7,35 bis 7,45 gehalten. Es wurde ein konstanter Perfusionsdruck von 9,81 kPA eingestellt. Im Anschluss an die Adaptationsphase wurden die Vitalitätsparameter zur Überprüfung der Unversehrtheit und Funktionalität der arteriellen Gefäßversorgung und des CAD getestet. Neben der myogenen Autoregulation wurde die Reaktion der Gefäße auf die Zugabe von Noradrenalin (NA), Nitroprussid (NO) und Papaverin (Papa) als Vasokonstriktor (NA) und Vasodilatatoren (NO, Papa) ermittelt. Des Weiteren wurde die Kontraktilität und Funktionalität des CAD durch Messung des intramuskulären Druckes nach elektrischer Stimulation überprüft. Zusätzlich wurden aus dem Perfusat Proben zur Messung von Laktat und der Aktivität der Laktat-Dehydrogenase (LDH) zu drei Zeitpunkten entnommen. Für die statistische Auswertung wurden eine einfache ANOVA mit wiederholten Messungen sowie der Holm-Sidak-Test als Post-hoc-Test im Falle signifikanter Unterschiede verwendet. Dabei wurde eine Wahrscheinlichkeit von p < 0,05 als statistisch signifikant angenommen. Im Hauptversuch konnten an n = 5 Kehlköpfen Perfusionen über einen Zeitraum von 352 ± 18,59 Minuten durchgeführt werden. Die myogene Autoregulation zu Beginn der Perfusion war bei drei Kehlköpfen und zum Ende der Perfusion bei vier Kehlköpfen sichtbar. Auf die Zugabe von NA reagierten am Beginn der Perfusion vier Kehlköpfe und am Ende der Perfusion alle fünf Kehlköpfe mit einer Vasokonstriktion. NO erzeugte am Versuchsbeginn bei vier Kehlköpfen eine Vasodilatation. Die Zugabe von NO und Papa führte am Versuchsende in allen Fällen zu einer Vasodilatation. Die Kontraktilität des CAD nach elektrischer Stimulation konnte in allen Fällen am Versuchsbeginn und Versuchsende gemessen werden. Bei Überprüfung der Funktionalität des CAD zeigten sich insgesamt heterogene Messergebnisse. Im Verlauf der Perfusion stiegen sowohl die Konzentration des Laktats als auch die Aktivität der LDH statistisch signifikant an, lagen aber beide im Bereich der für das Pferd in der Literatur beschriebenen Normwerte. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmalig die Etablierung eines druckkonstant perfundierten Ex-vivo-Modells des equinen Larynx. Über verschiedene Vitalitätstests wurde die Intaktheit und Funktionalität des perfundierten Kehlkopfes überprüft. Die myogene Autoregulation hat sich als sinnvoller aber störanfälliger Test erwiesen. Die Applikation vasoaktiver Substanzen zur Überprüfung der Funktionalität der arteriellen Gefäße hat sich als sehr zuverlässig gezeigt. Der Test auf Kontraktilität des CAD hat sich als Vitalitätsparameter mit geringer Aussagekraft gezeigt. Der Test auf Funktionalität des CAD hingegen hatte eine höhere Aussagekraft über die Vitalität des entnommenen Kehlkopfes, zeigte aber auch interindividuelle Schwankungen. Das in der vorliegenden Arbeit beschriebene Ex-vivo-Modell stellt eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen auf dem Gebiet der Kehlkopflähmung dar

Three Essays on Structural Stability of Time Series Models

The analysis of the inherent structure of time-dependent data is crucial for the selection of a suitable model. This thesis is comprised of three self-contained essays on time series models and the identification of their stability properties. Hypothesis tests are particularly useful in this context. While the first chapter presents a unit root test that is robust against an unknown nonparametric trend, the second chapter deals with testing for structural change in linear regression models. The third chapter is devoted to the analysis of the functional dependence structure of bond yields with different maturities, and discusses the identification and estimation of a functional factor model for yield curves from the perspective of functional data analysis

Distinct causal influences of parietal versus frontal areas on human visual cortex: evidence from concurrent TMS-fMRI

It has often been proposed that regions of the human parietal and/or frontal lobe may modulate activity in visual cortex, for example, during selective attention or saccade preparation. However, direct evidence for such causal claims is largely missing in human studies, and it remains unclear to what degree the putative roles of parietal and frontal regions in modulating visual cortex may differ. Here we used transcranial magnetic stimulation (TMS) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) concurrently, to show that stimulating right human intraparietal sulcus (IPS, at a site previously implicated in attention) elicits a pattern of activity changes in visual cortex that strongly depends on current visual context. Increased intensity of IPS TMS affected the blood oxygen level–dependent (BOLD) signal in V5/MT+ only when moving stimuli were present to drive this visual region, whereas TMS-elicited BOLD signal changes were observed in areas V1–V4 only during the absence of visual input. These influences of IPS TMS upon remote visual cortex differed significantly from corresponding effects of frontal (eye field) TMS, in terms of how they related to current visual input and their spatial topography for retinotopic areas V1–V4. Our results show directly that parietal and frontal regions can indeed have distinct patterns of causal influence upon functional activity in human visual cortex. Key words: attention, frontal cortex, functional magnetic resonance imaging, parietal cortex, top--down, transcranial magnetic stimulatio

Biological Evaluation of the NIR‐Emissive Ruby Analogue [Cr(ddpd)2][BF4]3 as a Photodynamic Therapy Photosensitizer

International audiencePhotodynamic therapy relies on the bioavailability of photosensitizers with suitable photophysical, chemical and biochemical properties. Although the photophysical properties, stability and high water solubility of the chromium(III) complex [Cr(ddpd)2][BF4]3 (ddpd = N,N'-dimethyl-N,N'-dipyridin-2-ylpyridine-2,6-diamine) are very favorable, its photocytotoxicity against cancerous and non-cancerous cell lines has not yet been elucidated. We now report the cytotoxicity and photocytotoxicity of the complex [Cr(ddpd)2][BF4]3 against human cervical cancer cells, human primary glioblastoma cells, human glioblastoma astrocytoma cells and non-cancerous retinal pigment epithelium cells

Economic losses from hurricanes cannot be nationally offset under unabated warming

Tropical cyclones range among the costliest of all meteorological events worldwide and planetary scale warming provides more energy and moisture to these storms. Modelling the national and global economic repercussions of 2017’s Hurricane Harvey, we find a qualitative change in the global economic response in an increasingly warmer world. While the United States were able to balance regional production failures by the original 2017 hurricane, this option becomes less viable under future warming. In our simulations of over 7000 regional economic sectors with more than 1.8 million supply chain connections, the US are not able to offset the losses by use of national efforts with intensifying hurricanes under unabated warming. At a certain warming level other countries have to step in to supply the necessary goods for production, which gives US economic sectors a competitive disadvantage. In the highly localized mining and quarrying sector—which here also comprises the oil and gas production industry—this disadvantage emerges already with the original Hurricane Harvey and intensifies under warming. Eventually, also other regions reach their limit of what they can offset. While we chose the example of a specific hurricane impacting a specific region, the mechanism is likely applicable to other climate-related events in other regions and other sectors. It is thus likely that the regional economic sectors that are best adapted to climate change gain significant advantage over their competitors under future warming

En undersökning om hanteringen av rörelsekapitalets inverkan på lönsamheten i finska sågverk

Rörelsekapitalet är motorn för verksamheten och är därför en viktig del av bolagsledningens kortsiktiga planering. Denna avhandling undersöker hur hanteringen av rörelsekapital inverkar på lönsamhet vid globala externa chocker. Studien använder en kvantitativ metod och analyserar revisionsskyldiga sågverk i Finland före och medan covid-19-pandemin då efterfrågan på timmer sköt i höjden. Hanteringen av rörelsekapitalet mäts genom kapitalomvandlingscykeln medan lönsamheten mäts genom ROA. Resultaten visar att kontantomvandlingscykeln har ett negativt signifikant förhållande till lönsamheten, vilket är i linje med tidigare forskning. Lagerhanteringen identifieras som den viktigaste faktorn för en effektiv hantering av rörelsekapitalet, medan övriga komponenter inte visar några signifikanta förhållanden till lönsamheten. Att förkorta lagrets omsättningshastighet kan frigöra kapital som kan användas för andra investeringar och förbättra bolagets lönsamhet. Däremot visar resultaten att en effektiv hantering av rörelsekapitalet inte har något signifikant samband med lönsamheten för finska sågverk under covid-19-pandemin. Trots att både kontantomvandlingscykeln och lagrets omsättningshastighet förbättrats betydligt under pandemitiden har detta inte påverkat bolagens lönsamhet signifikant. I och med detta presenterar studien evidens för att hanteringen av rörelsekapitalet inte är lika väsentlig under positiva ekonomiska chocker som under normala marknadsförhållande Resultaten ger bolagsledningar värdefull information för strategisk planering baserad på redovisningsdata. Covid-19-pandemins effekter ger oss en unik möjlighet att testa tidigare slutsatser på ett sätt som inte gjorts tidigare

Warum Unternehmen ältere Arbeitnehmer brauchen

Die Anforderungen an Arbeitnehmer verändern sich immer schneller. Bisher wurden die passenden Menschen ausgewählt, weil das Angebot groß genug war. Aber diese Strategie geht kaum noch auf. Deshalb beginnt ein Umdenken, hin zu einer gezielten Integrationsleistung in der Personalentwicklung