An adaptive sampling method for global sensitivity analysis based on least-squares support vector regression

In the field of engineering, surrogate models are commonly used for approximating the behavior of a physical phenomenon in order to reduce the computational costs. Generally, a surrogate model is created based on a set of training data, where a typical method for the statistical design is the Latin hypercube sampling (LHS). Even though a space filling distribution of the training data is reached, the sampling process takes no information on the underlying behavior of the physical phenomenon into account and new data cannot be sampled in the same distribution if the approximation quality is not sufficient. Therefore, in this study we present a novel adaptive sampling method based on a specific surrogate model, the least-squares support vector regresson. The adaptive sampling method generates training data based on the uncertainty in local prognosis capabilities of the surrogate model - areas of higher uncertainty require more sample data. The approach offers a cost efficient calculation due to the properties of the least-squares support vector regression. The opportunities of the adaptive sampling method are proven in comparison with the LHS on different analytical examples. Furthermore, the adaptive sampling method is applied to the calculation of global sensitivity values according to Sobol, where it shows faster convergence than the LHS method. With the applications in this paper it is shown that the presented adaptive sampling method improves the estimation of global sensitivity values, hence reducing the overall computational costs visibly

Klonierung von O-Methyltransferasen zur Furanocumarinbiosynthese in Ammi majus L.

Vertreter der Apiaceae oder Rutaceae akkumulieren methoxylierte Psoralene wie Bergapten oder Xanthotoxin als Endprodukte der Furanocumarinbiosynthese. O-Methyltransferase-Aktivitäten mit Umsetzungen von Bergaptol zu Bergapten bzw. Xanthotoxol zu Xanthotoxin wurden bereits aus induzierten Zellkultursystemen von Ruta graveolens, Petroselinum crispum und Ammi majus beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bergaptol 5-O-Methyltransferase (BMT) als erstes Enzym der Furanocumarinbiosynthese aus Ammi majus L. in ihrer cDNA und Aminosäuresequenz aufgeklärt und biochemisch charakterisiert. Das translatierte Polypeptid zeigte hohe Sequenzhomologien zu heterologen Kaffeesäure 3-O-Methyltransferasen (COMTs). Daher wurde zum Sequenzvergleich eine COMT aus Ammi majus L. Pflanzen kloniert, die 64% Identität zur BMT auf Aminosäureebene aufweist. Die funktionelle Expression beider Enzyme in Escherichia coli zeigte, dass die BMT Aktivität in bakteriellen Rohextrakten labil ist und beim Anreinigen verloren geht. Die COMT Aktivität dahingegen bleibt stabil. Während die BMT eine hohe Spezifität für ihr Substrat Bergaptol aufweist, methyliert die COMT 5-Hydroxyferulasäure, Esculetin und weitere Substrate. Die BMT-Sequenz aus Ammi majus stellt einen neuen spezifischen Zugang auf molekularer Ebene zur Biosynthese der Furanocumarine dar

Charakterisierung der Ratten-Makrophagenzellinien R2 und NR8383 und Untersuchung des Einflusses ausgewählter mineralischer Fasern und Partikel auf die Freisetzung immunologisch wirksamer Substanzen

Zusammenfassung Mineralische Fasern finden seit Jahren weltweiten Einsatz als Ersatzstoffe für Asbest, dessen biologische Potenz in der Induktion von Asbestose und Neoplasien hinreichend bekannt ist. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß solcher Ersatzmaterialien wie Titandioxid, Keramikfasern, Glaswolle und Steinwolle auf Makrophagen und deren Reaktion auf diesen Reiz zu beschreiben, zu analysieren und somit möglichst eine Aussage über die Pathogenität der eingesetzten Materialien treffen zu können.Untersucht wurde der Einfluß der Materialien auf die Vitalität der Zellen und die Induktion von proinflammatorischen Zytokinen wie TNF-alpha, IL-1beta, MCP-1, sowie die Bildung von NO durch Makrophagen. In meiner Arbeit wurden die Pleuramakrophagenzellinie R2 sowie Alveolarmakrophagenzellinie NR8383 der Ratte eingesetzt. Um herauszufinden, ob die Zellinien für die folgenden Untersuchungen geeignet waren, erfolgte zunächst deren Charakterisierung. Hierfür wurden die Zellinien mittels LPS und IFN-gamma in verschiedenen Konzentrationen stimuliert. LPS war in der Lage, beide Zellinien zu einer gesteigerten dosisabhängigen Produktion von NO, TNF-alpha, MCP-1 sowie IL-1 beta anzuregen. IFN-gamma, als endogener Stimulus, hatte allein kaum Einflüsse auf die Expression dieser Mediatoren. In der Kostimulation erfolgte aber für die Bildung von NO eine überadditive Steigerung der LPS-induzierten Freisetzung. TNF-alpha, MCP-1 und IL-1 beta wurden durch geringe Konzentrationen von IFN-gamma (1 U/ml) nach Gabe von LPS noch verstärkt freigesetzt.Unter Berücksichtigung der Literatur weisen diese Ergebnisse darauf hin, daß sowohl die Alveolarmakrophagenzellinie NR8383 als auch die Pleuramakrophagenzellinie R2 typische Eigenschaften von primären Makrophagen aufwiesen und somit für die Experimente geeignet waren. Nach 24-stündiger Stimulation der Makrophagenzellinen mit den eingesetzten Fasern und Partikeln in den Konzentrationen 2, 10 und 50 mikrogramm/cm2 wurde die Bildung von proinflammatorischen Zytokinen untersucht. Als Positivkontrolle kamen Christobalit sowie Chrysotil zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten vor allem für Titandioxid eine besondere biologische Reaktivität auf. In der Mikroskopie konnte jedoch gezeigt werden, dass die eingesetzten Fasern und Partikel sich in den Dimensionen Länge, Breite und Masse maßgeblich unterschieden. Die Anzahl der Zell Faser- und Partikelinteraktionen war somit sehr unterschiedlich. Um zu vergleichbaren Ergebnissen zu gelangen, wurde in nachfolgenden Untersuchungen im Gegensatz zur Masse/cm2, der Einfluß der Anzahl der phagozytierbaren Fasern und Partikel auf die Makrophagenzellinen untersucht. Wurden die Zellinien mit der gleichen Menge an phagozytierbaren Einheiten (pE) mit und ohne IFN-gamma als Zusatz stimuliert, führten alle verwendeten Fasern zu einer Bildung von NO. Alle Fasern und Partikel außer Titandioxid konnten TNF-alpha in den Makrophagenzellinien induzieren. Bis auf Titandioxid und Glaswolle stimulierten die restlichen mineralischen Stoffe die Zellinien zur Freisetzung von MCP-1. Ein besonderes Problem von in vitro Studien mit Zellinien stellt die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf primäre Zellen dar. Um zusätzlich auch Speziessunterschiede abzubilden, wurden die Untersuchungen in gleicher Weise an humanen Monozyten durchgeführt, die aus dem „buffy-coat“ von Blutspendern gewonnen wurden. Die Monozyten reagierten auf die Applikation von Titandioxid, Christobalit und Asbest in der Kombination mit IFN-gamma mit einer gesteigerten Synthese von MCP-1. Da sich die Reaktionen der Makrophagenzellinen von denen der humanen Monozyten unterschieden, werden hier speziesspezifische und auch gewebespezifische Unterschiede diskutiert. Letzteres wird auch durch die unterschiedliche Reaktion der Pleuramakrophagenzellinie und der Alveolarmakrophagenzellinie nach Inkubation mit den Faserpräparationen unterstrichen. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß alle eingesetzten Fasern und Partikel in der Lage waren, eine proinflammatorische Reaktion in Makrophagen und Monozyten hervorzurufen. Prinzipiell stehen somit alle eingesetzten Materialien unter dem Verdacht, eine Pneumokoniose induzieren zu können. Um genauere Vorhersagen über das pathogene Potential der Materialien machen zu können, ist neben der biologischen Reaktivität, die in unserem Testsystem nachgewiesen wurde, die Dauer der Biopersistenz der Materialien von besonderer Bedeutung. Sie setzt sich aus der Clearance der Fasern und Partikel, deren Translokationsrate in das Interstitium und deren Löslichkeit in der Lunge zusammen. Um die Biopersistenz zu ermitteln, sind in vivo Untersuchungen notwendig. Der in unseren Untersuchungen entwickelte Testansatz könnte in Zukunft die Frage der biologischen Reaktivität von MMVF beantworten und in der Zusammenschau mit der Biopersistenz eine Vorhersage über das pathogenen Potential der eingesetzten Materialien erlauben

Entwicklung eines Algorithmus zur elektiven OP-Einbestellung in der Klinik für Orthopädie und Rheumatologie

Die Arbeit entwickelt eine bedarfsorientierte langfristige Operationsplanung. Dabei werden die gegebenen Rahmenbedingungen der Klinik für Orthopädie und Rheumatologie in Marburg identifiziert und berücksichtigt. Erklärtes Ziel ist die Reduktion des präoperativen stationären Aufenthaltes und somit eine Verminderung der gesamten Aufenthaltsdauer. Dabei soll die Menge an Operationen pro Jahr indes unverändert bleiben. Mithilfe einer Prozessanalyse werden die gegebenen Arbeitsabläufe untersucht und mit dem eigens entwickelten Dokumentationswerkzeug (MaPDok) erfasst, sowie diskutiert. Die Rahmenbedingungen der Klinik werden als innere und äußere Bedingungen aus Sicht des Patienten identifiziert. Innere Bedingungen sind Wahloptionen für den Patienten, äußere Bedingungen sind Vorgaben, auf die der Patient keinen Einfluss hat. Aus diesen Bedingungen ergeben sich vier Merkmale, die zur Entwicklung eines Algorithmus zur OP-Einbestellung berücksichtigt werden. Es werden verschieden Algorithmen mit unterschiedlichem Komplexitätsgrad entwickelt. Um die Hypothese der Reduktion des präoperativen stationären Aufenthaltes und der gesamten Aufenthaltsdauer zu prüfen, erfolgt ein Vergleich der Algorithmen mit der Ausgangssituation durch stochastische Simulation. Bereits der einfachste Algorithmus kann eine deutliche Reduktion des präoperativen Aufenthaltes und der gesamten Aufenthaltsdauer erreichen. Algorithmen mit einem höheren Grad an Komplexität bringen keine wesentlichen Verbesserungen, sind jedoch in der Anwendung schwieriger. Der favorisierte Algorithmus kann mit oder ohne EDV Unterstützung weitgehend Interventions- und Investitionsneutral umgesetzt werden

Entwicklung eines Radiopharmakons zur Darstellung von Insulinomen im Tiermodell auf Basis des Inkretinhormons GLP-1(7-36)amid und seiner Analoga

Die non-invasive Lokalisationsdiagnostik von Insulinomen ist ein Problem, das bis heute nicht zufriedenstellend gelöst ist. In der vorliegenden Arbeit wurden Radiopharmaka zur szintigraphischen Darstellung von Insulinomen auf der Basis von GLP-1-Analoga entwickelt. Mit Hilfe dieser Radiopharmaka wurden im Tiermodell induzierte Tumoren dargestellt. Dazu wurden folgende Experimente durchgeführt: 1. Markierung von GLP-1 und seines Analogons Exendin3, sowie der Variante [Y39]-Exendin4 mittels Radioiodierung und Aufreinigung der gewonnenen Tracer mittels HPLC und Sephadex-Säule. 2. Etablierung eines validen Insulinom-Modells in Ratten. 3. Untersuchungen zur Verteilung verschiedener Radiopharmaka in gesunden Versuchstieren. Dabei wurde die Bluthalbwertszeit und der Einfluss verschiedener stabilisierender Substanzen, sowie der Einfluss von unmarkiertem Peptid szintigraphisch bestimmt. Eine Kontrollgruppe wurde mit NaI-123 untersucht. 4. Darstellung der im Tumormodell induzierten Tumoren mit den aus 1. und 3. hervorgegangenen Tracern. Die Markierung von GLP-1 führte zu einem Radiopharmakon mit einer hohen spezifischen Aktivität. Exendin3 ließ sich relativ schlecht markieren, da hier die Aminosäure Tyrosin nicht vorhanden ist. Die synthetisierte Exendin4 Variante [Y39]-Exendin4 mit der Aminosäure Tyrosin an Position 39 führte zu einem Tracer mit einer befriedigenden spezifischen Aktivität. Das Insulinom-Modell in Ratten konnte mit Hilfe der Tumorzelltransplantation erfolgreich etabliert werden. Dazu wurden RINm5F-Zellen in Kultur angezüchtet und NEDH-Ratten subkutan injiziert. Eine weitere Übertragung erfolgte durch Transplantation von Tumorstücken. Die Untersuchung der Verteilung der Radiopharmaka in den Versuchstieren zeigte eine schnelle Elimination des Tracers über die Nieren. GLP-1 zeigte eine Akkumulation in den Nieren. Über den Bereichen des Herzens und der Leber konnten typische Aktivitätsverläufe für eine 2-Phasen-Kinetik beobachtet werden. Die daraus errechneten Bluthalbwertszeiten lagen für GLP-1 und [Y39]-Exendin4 innerhalb weniger Minuten, [Y39]-Exendin4 zirkulierte etwas länger im Blut. Aus beiden Peptiden wurde freies Iod in die Blutbahn abgespalten. Dadurch kam es zu einer charakteristischen Aktivitätsanreicherung in Schilddrüse und Magen. Eine Stabilisierung der Peptide mit einem DP IV-Inhibitor führte zu keiner signifikanten Verlängerung der Bluthalbwertszeit. Im Gegensatz zu I-123-GLP-1 und I-123-[Y39]-Exendin4 zeigte I-123-Exendin3 ein sehr stabiles Verhalten, es kam zu keiner Abspaltung von freiem Iod, was durch eine fehlende Darstellung der Schilddrüse dokumentiert werden konnte. Die Insulinomdarstellung war sowohl mit I-123-GLP-1, I-123-[Y39]-Exendin4, als auch mit I-123-Exendin3 möglich. In allen Fällen wurde das Radiopharmakon schnell im Tumor angereichert. Mit Hilfe von Exendin3 konnte die beste tumor-to-background-ratio erreicht werden. In dieser Arbeit konnte eine GLP-1-Rezeptorszintigraphie entwickelt werden. Die GLP-1 Analoga Exendin3 und [Y39]-Exendin4 zeigten sehr gute Darstellungseigenschaften mit einer hohen tumor-to-background ratio. Mit diesen Peptiden könnte eine sensitive und wenig invasive präoperative Diagnostik zur Lokalisation von Insulinomen möglich werden. Mit Einführung einer Radiometallmarkierung und durch Erprobung künstlicher Peptide (GLP-1-Analoga) könnte ein klinisch einsetzbares Radiopharmakon entstehen

Langzeitprognose des Nierenzellkarzinoms in Abhängigkeit von Staging, Grading und Art der Therapie

Das Nierenzellkarzinom hat mit einer 5-JÜR von 71% und einer 10-JÜR von 58% eine sehr gute Prognose. Frauen haben keine statistisch signifikant höhere Überlebenswahrscheinlichkeit als Männer, obgleich die Erkrankungswahrscheinlichkeit für Männer 1,5x höher lag als für Frauen. Männer erkrankten im Mittel mit 59,6 Jahren etwas früher als Frauen mit 62,3 Jahren. Beide Nieren waren in gleicher Häufigkeit befallen, ein initial beidseitiges Tumorleiden lag in 3,5% der Fälle vor. Die Tumore waren weitgehend gleichmäßig über die Niere verteilt, im Ober- und Unterpolbereich fanden sie sich geringgradig häufiger. Meist wurden die Nierenzellkarzinome als Zufallsbefund diagnostiziert, eine klassische Beschwerdetrias fand sich mit 6,3% selten. Von insgesamt 427 Patienten wurden in dieser Studie 394 radikal tumornephrektomiert und 33 nierenteilreseziert. Das durchschnittliche Nachsorgeintervall betrug 50 Monate. Die Stagingsysteme des Nierenzellkarzinoms, sowohl die TNM-Klassifikation von 1987 wie die Neufassung von 1997 und deren Revision von 2002 zeigen eine eindeutige prognostische Relevanz für die Patienten. Die 5- und 10-Jahres-Überlebensraten ergaben für die derzeit aktuelle UICC-Klassifikation für die einzelnen pT-Stadien: pT1 79% (72%), pT2 67% (57%), pT3 60 (41%) sowie pT4 0% (0%). Im Vergleich beider Systeme ist die Neufassung von 1997 auch aufgrund der Rarefizierung der Substratifizierungen dem System von 1987 überlegen. Bei signifikant unterschiedlichen Gesamt- und rezidivfreien Überlebenszeiten beider UICC Einteilungen ist die Trennung der 5- und 10-JÜR für die UICC 5 Klassifizierung nach Anhebung des maximalen Tumordurchmessers des pT1-Stadiums von 2,5 auf 7 cm in Bezug auf das pT1 und pT2-Stadium im Gesamtkollektiv deutlicher. Auch die 2002 vorgenommene Unterteilung des pT1-Stadiums in pT1a (Durchmesser 0-4cm) und pT1b (4-7cm) war sinnvoll. So ist selbst bei der elektiven Tumorenukleation eine nicht tumorspezifische 90%ige 5-JÜR für pT1a Nierenzellkarzinome (UICC 5/2002, Durchmesser <4cm) gegenüber 79% 5-JÜR der pT1-Patienten (UICC 5, Durchmesser <7cm) mit Tumornephrektomie nachzuweisen und somit bei einem Cut off-Point von 4cm ein deutlicher Überlebensvorteil vor allem bzgl. der Nierenteilresektion errechenbar. Der Lymphknotenstatus hat eine hohe prognostische Aussagekraft: So beträgt die 5-Jahresüberlebensrate bei pN0-Status 72,6%, beim Vorhandensein von Lymphknotenmetastasen 19,3%. Am stärksten wirkt sich das Vorhandensein von Fernmetastasen auf die Prognose aus: Liegt eine Metastasierung vor, so beträgt die 5-JÜR lediglich 6,7%, beim Fehlen von Fernmetastasen 77,7%. Auch wenn Lymphknotenmetastasen vorliegen, ist das Vorhandensein oder Fehlen einer Fernmetastasierung ein signifikanter Prognosefaktor. Das 3-stufige Graduierungssystem nach Fuhrmann ist hochsignifikant aussagekräftig für die Prognoseeinschätzung des Gesamtüberlebens und des rezidivfreien Überlebens für die hoch- und niedrigdifferenzierten Karzinome. Die Aussagekraft verwischt zwischen G1 und G2 klassifizierten Tumoren. Weiterhin ist dieses Graduierungssystem nicht unabhängig vom TNM-System, mit steigender Tumorgröße, Lymphknoten- oder Fernmetastasierung sinkt der Differenzierungsgrad der Nierenzellkarzinome im Marburger Kollektiv. Somit ist das dreistufige Graduierungssystem nach Fuhrmann in Übereinstimmung mit der Literatur auch in unserer Arbeit nur mäßig aussagekräftig. Im Rahmen der besser werdenden diagnostischen Möglichkeiten und somit steigenden Anzahl von Inzidentaliomen (47,2%) wird die Nierenteilresektion als therapeutische Option immer wichtiger. Die nachgewiesene tumorspezifische 5- JÜR von 100% für das pT1a-Karzinom dokumentiert den kurativen Charakter und spricht für die hohe Tumorkontrolle. Hierbei unterscheiden sich imperative wie elektive Indikation in unserem Kollektiv nicht. In keinem der beiden Kollektive kam es zu einem lokalen Rezidiv im Nachbeobachtungsintervall von durchschnittlich 4 Jahren. Eine perioperative Mortalität war ebenfalls nicht zu beklagen. Der in der Literatur häufig geführte Vergleich zwischen elektiver Enukleation und radikaler Tumornephrektomie kleiner Nierenzellkarzinome (pT1 bzw. pT2-UICC 4 und pT1, pT1a und pT1b UICC 5) ergab in dem eigenen Kollektiv keinen statistisch signifikanten Unterschied bezüglich Gesamt- und progressfreiem Überleben. Die 5-JÜR betrugen für die nephrektomierten Patienten 85% für die nierenteilresezierten Patienten 89%. Somit ist bei einem vergleichbaren durchschnittlichen Nachsorgeintervall kein Verlust an onkologischer Radikalität zu verzeichnen. Aufgrund der jedoch kleinen Kollektive der elektiven und imperativen Enukleation sind zur weiteren Begutachtung sicherlich Studien mit größeren Fallzahlen erforderlich

Design and in vitro validation of smart microcarriers for next generation cell culture

Please click Additional Files below to see the full abstract

Gesundheitsprämie versus Bürgerversicherung – Beschäftigungseffekte der Finanzierungsreform im Gesundheitswesen

Der Sachverständigenrat zur Begutachtung der gesamtwirtschaftlichen Entwicklung hat in seinem Jahresgutachten 2002/03 erstmals die beiden einnahmeseitigen Reformoptionen des Krankenversicherungssystems Bürgerversicherung und Gesundheitsprämien diskutiert (Sachverständigenrat, 2002, S. 282 ff.) und damit einen politischen Prozess in Gang gesetzt, der nicht zuletzt durch die gegensätzliche Positionierung der beiden großen Volksparteien derzeit und in absehbarer Zukunft einen breiten Raum in der öffentlichen Diskussion einnimmt. Bis dato liegen jedoch nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse über die Wirkungen der Maßnahmen auf den Arbeitsmarkt vor, obwohl das Ziel beider Reformoptionen explizit eine Entlastung des Faktors Arbeit und damit eine Belebung der Arbeitsnachfrage ist.Gesundheitsprämie, Bürgerversicherung, Beschäftigungseffekte, Finanzreform, Gesundheitswesen

Demographie und Ökonomie: Einfluss der Bevölkerungsstruktur auf die Konsumnachfrage

Das Statistische Bundesamt prognostiziert für die Bundesrepublik Deutschland in seiner 10. Koordinierten Bevölkerungsvorausschätzung nach einem geringen Anstieg der Bevölkerung von derzeit rund 82,5 Millionen auf 83 Millionen Einwohner im Jahr 2013 bis zum Jahr 2050 ein Absinken der Bevölkerung auf das Niveau des Jahres 1963 (75 Millionen Einwohner). Gleichzeitig ergeben sich starke Verschiebungen im Altersaufbau der Bevölkerung. Der Altenquotient – das Verhältnis zwischen Personen im Rentenalter (ab 60 Jahren) und Personen im Erwerbsalter (20 bis 59 Jahre) – steigt von derzeit 44 bis auf 78 im Jahr 2050. Das heißt, dass heute auf 100 Personen im erwerbsfähigen Alter 44 Rentner kommen, während im Jahre 2050 100 erwerbsfähigen Personen 78 Rentner gegenüberstehen werden. Bemerkenswert ist, dass die Bevölkerungsdynamik bezogen auf die Gesamtzahl erst jenseits von 2015 spürbar wird, während der Strukturwandel der evölkerung bereits voll im Gang ist und sich noch weiter verschärft. Die Auswirkungen des demographischen Wandels auf die Sozialversicherungssysteme und den Arbeitsmarkt sind Gegenstand einer Vielzahl wissenschaftlicher Arbeiten und politischer Diskurse geworden. Die Auswirkungen einer veränderten Altersstruktur auf die Nachfragestruktur und Nachfragehöhe der privaten Haushalte ist bisher noch kaum untersucht worden. Hier besteht noch erheblicher Forschungsbedarf (Deutscher Bundestag, Enquete-Kommission „Demographischer Wandel“, 2002, S. 78)Demographie, Ökonomie, Bevölkerungsstruktur, Konsumnachfrage