In-vivo Darstellung hypothalamischer Substrukturen mit Hilfe von Diffusions-Tensor-Bildgebung

In der vorliegenden Arbeit wird der Hypothalamus, eine kleine, aber bedeutsame Struktur des Zwischenhirns untersucht. Er spielt unter anderem eine Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, des Sexualverhaltens, der Stimmungslage, autonomer und Stoffwechsel-Funktionen. Veränderungen einzelner oder mehrerer spezifischer Kerngruppen sind bei neuropsychiatrischen bzw. -endokrinologischen Erkrankungen, wie Narkolepsie, Schizophrenie, affektiver Störung, Demenz, Borderline-Persönlichkeitsstörung, Pädophilie oder Adipositas zu beobachten. Die Substrukturierung und Darstellung der einzelnen Kerngruppen gelang bisher nur in Postmortem-Studien. Im Rahmen dieser Studie konnte mit Hilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung erstmals eine in-vivo Substrukturierung des Hypothalamus konsistent bei zehn gesunden Probanden vorgenommen werden. Dabei wurden nach einem Algorithmus zunächst die Segmentierung und anschließend die Parzellierung durchgeführt, woraus sich drei konsistente Cluster ergaben. Der topografische Vergleich der erhaltenen Cluster mit Postmortem-Studien der Literatur ergab vergleichbare und anatomisch plausible Korrelate. Mit der von uns entwickelten Methode könnten anhand einer größeren Patientengruppe pathophysiologische Zusammenhänge neuropsychiatrischer und –endokrinologischer Störungen genauer eruiert werden und zu einem besseren Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Therapie beitragen.:1 Einleitung 1.1 Topographie und Funktion des Hypothalamus 1.2 MRT- Kartierung des Hypothalamus 1.3 Diffusions-Tensor- Bildgebung 1.3.1 Diffusionsellipsoid 1.3.2 Fraktionelle Anisotropie 1.3.3 Clusteranalyse 1.3.4 k-means- Clusteralgorithmus 1.4 Pathomorphologische Veränderungen des Hypothalamus bei neuropsychiatrischen Erkrankungen 1.4.1 Narkolepsie 1.4.2 Schizophrenie 1.4.3 Affektive Störung 1.4.4 Demenz 1.4.5 Borderline- Persönlichkeitsstörung 1.4.6 Pädophilie 1.4.7 Adipositas 1.4.8 Zusammenfassung 2 Fragestellung: Ist eine Subpartialisierung des Hypothalamus in-vivo mit struktureller Bildgebung möglich? 3 Material und Methoden 3.1 Probanden 3.2 Bilderfassung und -bearbeitung 3.3 Segementierung des Hypothalamus - Definition der ROI`s („region of interest“) 3.3.1 Präoptischer Hypothalamus 3.3.2 Anteriorer Hypothalamus 3.3.3 Tuberaler Hypothalamus 3.3.4 Posteriorer Hypothalamus, Mamillarkörperchen 3.4 Parzellierung und Clusteranalyse 4 Ergebnisse: Mit qualitativen Analysen konnte gezeigt werden, dass eine Subpartialisierung des Hypothalamus möglich ist. 4.1 Segmentierung des Hypothalamus 4.2 Substrukturen/Cluster 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Neuroanatomie des Hypothalamus 5.1.1 Kerngruppen des Hypothalamus 5.1.2 Faserverbindungen des Hypothalamus 5.1.3 Zusammenfassung der Faserverbindungen der Kerngruppen 5.2 Interpretation der einzelnen Cluster 5.2.1 Anteriore Substruktur 5.2.2 Posteromediale Substruktur 5.2.3 Laterale Substruktur 5.3 Topografische Beziehung der drei Cluster untereinander 5.3.1 Ähnlichkeiten der Cluster der zehn Probanden 5.3.2 Unterschiede der Cluster der zehn Probanden 5.4 Verbesserung der Hypothalamusmaske 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichni

Nanocellulose as a natural source for groundbreaking applications in materials science: Todays state

Nanocelluloses are natural materials with at least one dimension in the nano-scale. They combine important cellulose properties with the features of nanomaterials and open new horizons for materials science and its applications. The field of nanocellulose materials is subdivided into three domains: biotechnologically produced bacterial nanocellulose hydrogels, mechanically delaminated cellulose nanofibers, and hydrolytically extracted cellulose nanocrystals. This review article describes todays state regarding the production, structural details, physicochemical properties, and innovative applications of these nanocelluloses. Promising technical applications including gels/foams, thickeners/stabilizers as well as reinforcing agents have been proposed and research from last five years indicates new potential for groundbreaking innovations in the areas of cosmetic products, wound dressings, drug carriers, medical implants, tissue engineering, food and composites. The current state of worldwide commercialization and the challenge of reducing nanocellulose production costs are also discussed.Dana Kralisch and Dagmar Fischer gratefully acknowledge the Free State of Thuringia and the European Social Fund (2016 FGR 0045) for funding. Dagmar Fischer would like to thank Yvette Pötzinger and Berit Karl for the excellent editorial support. Dieter Klemm, Friederike Kramer and Katrin Petzold-Welcke are grateful for the support by the Federal Ministry of Economic Affairs and Energy, ZIM (KF2748903MF4 and KF2386003MF3). Thanks are due to the employees of Jenpolymer Materials Ltd. & Co. KG and the Polymet Jena Association, especially Priv.-Doz. Dr. Wolfgang Fried, and Prof. Dr. Raimund W. Kinne, Experimental Rheumatology Unit, Department of Orthopedics, Jena University Hospital, Germany as well as to Dr. Detlef Gorski and Elke Langhammer, SuraChemicals GmbH, Jena, Germany for effective and helpful cooperation and stimulating interaction. Dieter Klemm and Friederike Kramer would like to thank Katharina Horn for the excellent editorial support. Miguel Gama acknowledges the funding from QREN (“Quadro de Referência Estratégica Nacional”) through the BioTecNorte operation (NORTE-01-0145-FEDER-000004) funded by the European Regional Development Fund under the scope of Norte2020-Programa Operacional Regional do Norte. Tom Lindström acknowledges RISE Bioeconomy for support and permission to publish. Emily Cranston and Stephanie Kedzior are thankful for funding from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) in the form of a Discovery Grant (RGPIN 402329) and PGSD graduate student scholarship, as well as support from the Faculty of Engineering at McMaster University.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

The genetic landscape and clinical spectrum of nephronophthisis and related ciliopathies

Nephronophthisis (NPH) is an autosomal-recessive ciliopathy representing one of the most frequent causes of kidney failure in childhood characterized by a broad clinical and genetic heterogeneity. Applied to one of the worldwide largest cohorts of patients with NPH, genetic analysis encompassing targeted and whole exome sequencing identified disease-causing variants in 600 patients from 496 families with a detection rate of 71%. Of 788 pathogenic variants, 40 known ciliopathy genes were identified. However, the majority of patients (53%) bore biallelic pathogenic variants in NPHP1. NPH-causing gene alterations affected all ciliary modules defined by structural and/or functional subdomains. Seventy six percent of these patients had progressed to kidney failure, of which 18% had an infantile form (under five years) and harbored variants affecting the Inversin compartment or intraflagellar transport complex A. Forty eight percent of patients showed a juvenile (5-15 years) and 34% a late-onset disease (over 15 years), the latter mostly carrying variants belonging to the Transition Zone module. Furthermore, while more than 85% of patients with an infantile form presented with extra-kidney manifestations, it only concerned half of juvenile and late onset cases. Eye involvement represented a predominant feature, followed by cerebellar hypoplasia and other brain abnormalities, liver and skeletal defects. The phenotypic variability was in a large part associated with mutation types, genes and corresponding ciliary modules with hypomorphic variants in ciliary genes playing a role in early steps of ciliogenesis associated with juvenile-to-late onset NPH forms. Thus, our data confirm a considerable proportion of late-onset NPH suggesting an underdiagnosis in adult chronic kidney disease

Extended genomic HLA typing identifies previously unrecognized mismatches in living kidney transplantation

IntroductionAntibody mediated rejection (ABMR) is the most common cause of long-term allograft loss in kidney transplantation (KT). Therefore, a low human leukocyte antigen (HLA) mismatch (MM) load is favorable for KT outcomes. Hitherto, serological or low-resolution molecular HLA typing have been adapted in parallel. Here, we aimed to identify previously missed HLA mismatches and corresponding antibodies by high resolution HLA genotyping in a living-donor KT cohort.Methods103 donor/recipient pairs transplanted at the University of Leipzig Medical Center between 1998 and 2018 were re-typed using next generation sequencing (NGS) of the HLA loci -A, -B, -C, -DRB1, -DRB345, -DQA1, -DQB1, -DPA1, and -DPB1. Based on these data, we compiled HLA MM counts for each pair and comparatively evaluated genomic HLA-typing with pre-transplant obtained serological/low-resolution HLA (=one-field) typing results. NGS HLA typing (=two-field) data was further used for reclassification of de novo HLA antibodies as “donor-specific”.ResultsBy two-field HLA re-typing, we were able to identify additional MM in 64.1% (n=66) of cases for HLA loci -A, -B, -C, -DRB1 and -DQB1 that were not observed by one-field HLA typing. In patients with biopsy proven ABMR, two-field calculated MM count was significantly higher than by one-field HLA typing. For additional typed HLA loci -DRB345, -DQA1, -DPA1, and -DPB1 we observed 2, 26, 3, and 23 MM, respectively. In total, 37.3% (69/185) of de novo donor specific antibodies (DSA) formation was directed against these loci (DRB345 ➔ n=33, DQA1 ➔ n=33, DPA1 ➔ n=1, DPB1 ➔ n=10).ConclusionOur results indicate that two-field HLA typing is feasible and provides significantly more sensitive HLA MM recognition in living-donor KT. Furthermore, accurate HLA typing plays an important role in graft management as it can improve discrimination between donor and non-donor HLA directed cellular and humoral alloreactivity in the long range. The inclusion of additional HLA loci against which antibodies can be readily detected, HLA-DRB345, -DQA1, -DQB1, -DPA1, and -DPB1, will allow a more precise virtual crossmatch and better prediction of potential DSA. Furthermore, in living KT, two-field HLA typing could contribute to the selection of the immunologically most suitable donors

In-vivo Darstellung hypothalamischer Substrukturen mit Hilfe von Diffusions-Tensor-Bildgebung

In der vorliegenden Arbeit wird der Hypothalamus, eine kleine, aber bedeutsame Struktur des Zwischenhirns untersucht. Er spielt unter anderem eine Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, des Sexualverhaltens, der Stimmungslage, autonomer und Stoffwechsel-Funktionen. Veränderungen einzelner oder mehrerer spezifischer Kerngruppen sind bei neuropsychiatrischen bzw. -endokrinologischen Erkrankungen, wie Narkolepsie, Schizophrenie, affektiver Störung, Demenz, Borderline-Persönlichkeitsstörung, Pädophilie oder Adipositas zu beobachten. Die Substrukturierung und Darstellung der einzelnen Kerngruppen gelang bisher nur in Postmortem-Studien. Im Rahmen dieser Studie konnte mit Hilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung erstmals eine in-vivo Substrukturierung des Hypothalamus konsistent bei zehn gesunden Probanden vorgenommen werden. Dabei wurden nach einem Algorithmus zunächst die Segmentierung und anschließend die Parzellierung durchgeführt, woraus sich drei konsistente Cluster ergaben. Der topografische Vergleich der erhaltenen Cluster mit Postmortem-Studien der Literatur ergab vergleichbare und anatomisch plausible Korrelate. Mit der von uns entwickelten Methode könnten anhand einer größeren Patientengruppe pathophysiologische Zusammenhänge neuropsychiatrischer und –endokrinologischer Störungen genauer eruiert werden und zu einem besseren Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Therapie beitragen.:1 Einleitung 1.1 Topographie und Funktion des Hypothalamus 1.2 MRT- Kartierung des Hypothalamus 1.3 Diffusions-Tensor- Bildgebung 1.3.1 Diffusionsellipsoid 1.3.2 Fraktionelle Anisotropie 1.3.3 Clusteranalyse 1.3.4 k-means- Clusteralgorithmus 1.4 Pathomorphologische Veränderungen des Hypothalamus bei neuropsychiatrischen Erkrankungen 1.4.1 Narkolepsie 1.4.2 Schizophrenie 1.4.3 Affektive Störung 1.4.4 Demenz 1.4.5 Borderline- Persönlichkeitsstörung 1.4.6 Pädophilie 1.4.7 Adipositas 1.4.8 Zusammenfassung 2 Fragestellung: Ist eine Subpartialisierung des Hypothalamus in-vivo mit struktureller Bildgebung möglich? 3 Material und Methoden 3.1 Probanden 3.2 Bilderfassung und -bearbeitung 3.3 Segementierung des Hypothalamus - Definition der ROI`s („region of interest“) 3.3.1 Präoptischer Hypothalamus 3.3.2 Anteriorer Hypothalamus 3.3.3 Tuberaler Hypothalamus 3.3.4 Posteriorer Hypothalamus, Mamillarkörperchen 3.4 Parzellierung und Clusteranalyse 4 Ergebnisse: Mit qualitativen Analysen konnte gezeigt werden, dass eine Subpartialisierung des Hypothalamus möglich ist. 4.1 Segmentierung des Hypothalamus 4.2 Substrukturen/Cluster 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Neuroanatomie des Hypothalamus 5.1.1 Kerngruppen des Hypothalamus 5.1.2 Faserverbindungen des Hypothalamus 5.1.3 Zusammenfassung der Faserverbindungen der Kerngruppen 5.2 Interpretation der einzelnen Cluster 5.2.1 Anteriore Substruktur 5.2.2 Posteromediale Substruktur 5.2.3 Laterale Substruktur 5.3 Topografische Beziehung der drei Cluster untereinander 5.3.1 Ähnlichkeiten der Cluster der zehn Probanden 5.3.2 Unterschiede der Cluster der zehn Probanden 5.4 Verbesserung der Hypothalamusmaske 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichni

In-vivo Darstellung hypothalamischer Substrukturen mit Hilfe von Diffusions-Tensor-Bildgebung

In der vorliegenden Arbeit wird der Hypothalamus, eine kleine, aber bedeutsame Struktur des Zwischenhirns untersucht. Er spielt unter anderem eine Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, des Sexualverhaltens, der Stimmungslage, autonomer und Stoffwechsel-Funktionen. Veränderungen einzelner oder mehrerer spezifischer Kerngruppen sind bei neuropsychiatrischen bzw. -endokrinologischen Erkrankungen, wie Narkolepsie, Schizophrenie, affektiver Störung, Demenz, Borderline-Persönlichkeitsstörung, Pädophilie oder Adipositas zu beobachten. Die Substrukturierung und Darstellung der einzelnen Kerngruppen gelang bisher nur in Postmortem-Studien. Im Rahmen dieser Studie konnte mit Hilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung erstmals eine in-vivo Substrukturierung des Hypothalamus konsistent bei zehn gesunden Probanden vorgenommen werden. Dabei wurden nach einem Algorithmus zunächst die Segmentierung und anschließend die Parzellierung durchgeführt, woraus sich drei konsistente Cluster ergaben. Der topografische Vergleich der erhaltenen Cluster mit Postmortem-Studien der Literatur ergab vergleichbare und anatomisch plausible Korrelate. Mit der von uns entwickelten Methode könnten anhand einer größeren Patientengruppe pathophysiologische Zusammenhänge neuropsychiatrischer und –endokrinologischer Störungen genauer eruiert werden und zu einem besseren Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Therapie beitragen.:1 Einleitung 1.1 Topographie und Funktion des Hypothalamus 1.2 MRT- Kartierung des Hypothalamus 1.3 Diffusions-Tensor- Bildgebung 1.3.1 Diffusionsellipsoid 1.3.2 Fraktionelle Anisotropie 1.3.3 Clusteranalyse 1.3.4 k-means- Clusteralgorithmus 1.4 Pathomorphologische Veränderungen des Hypothalamus bei neuropsychiatrischen Erkrankungen 1.4.1 Narkolepsie 1.4.2 Schizophrenie 1.4.3 Affektive Störung 1.4.4 Demenz 1.4.5 Borderline- Persönlichkeitsstörung 1.4.6 Pädophilie 1.4.7 Adipositas 1.4.8 Zusammenfassung 2 Fragestellung: Ist eine Subpartialisierung des Hypothalamus in-vivo mit struktureller Bildgebung möglich? 3 Material und Methoden 3.1 Probanden 3.2 Bilderfassung und -bearbeitung 3.3 Segementierung des Hypothalamus - Definition der ROI`s („region of interest“) 3.3.1 Präoptischer Hypothalamus 3.3.2 Anteriorer Hypothalamus 3.3.3 Tuberaler Hypothalamus 3.3.4 Posteriorer Hypothalamus, Mamillarkörperchen 3.4 Parzellierung und Clusteranalyse 4 Ergebnisse: Mit qualitativen Analysen konnte gezeigt werden, dass eine Subpartialisierung des Hypothalamus möglich ist. 4.1 Segmentierung des Hypothalamus 4.2 Substrukturen/Cluster 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Neuroanatomie des Hypothalamus 5.1.1 Kerngruppen des Hypothalamus 5.1.2 Faserverbindungen des Hypothalamus 5.1.3 Zusammenfassung der Faserverbindungen der Kerngruppen 5.2 Interpretation der einzelnen Cluster 5.2.1 Anteriore Substruktur 5.2.2 Posteromediale Substruktur 5.2.3 Laterale Substruktur 5.3 Topografische Beziehung der drei Cluster untereinander 5.3.1 Ähnlichkeiten der Cluster der zehn Probanden 5.3.2 Unterschiede der Cluster der zehn Probanden 5.4 Verbesserung der Hypothalamusmaske 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichni