Experimentelle und numerische Untersuchungen des biomechanischen Verhaltens von mehrwurzeligen Zähnen

In der vorliegenden Arbeit wurde mit experimentellen und numerischen Analysen das biomechanische Verhalten von mehrwurzeligen Zähnen untersucht. Im besonderen wurde das Kraft-/Auslenkungsverhalten in Abhängigkeit des Entwicklungsstadiums der Nachbarzähne untersucht. Zur numerischen Berechnung wurde ein annähernd anatomisch korrektes Oberkiefermodell mit Zähnen, Zahnhalteapparat und Knochen aus einem kommerziellen Modell in einem Finite-Elemente-Methoden(FEM)-Programm erstellt. Es wurden Modelle untersucht, in denen der zweite Molare in verschiedenen Durchbruchsstadien vorhanden war. Die Modelle und die Ergebnisse des Zahnauslenkungsverhaltens wurden durch eine klinische Studie ergänzt. Klinisch wurde eine kurzzeitige, definierte, distale Kraft über den Außenbogen eines Headgears auf den ersten Molaren aufgebracht und die Zahnauslenkung gemessen. Untersucht wurden zwei Patientengruppen, eine Gruppe mit durchgebrochenen zweiten Molaren und eine Gruppe, in der nur der erste Molar durchgebrochen war. Vervollständigt wurde die biomechanische Untersuchung durch die Messung der initialen Zahnbewegung in einem tierexperimentellen Modell. An dreiwurzeligen Schweineprämolaren in verschiedenen Durchbruchsstadien wurde das kraftabhängige Zahnauslenkungsverhalten in einem optomechanischen Aufbau gemessen. Beiden experimentellen Situationen wurden die Finite-Elementen-Analysen im FEM-Programm MSC.Marc/Mentat numerisch gegenüber gestellt. Zur Simulation der tierexperimentellen Situation wurden aus einem Teil der Präparate Schnitte gefertigt und diese mit einem Mikroskop fotografiert. Diese Photos wurden digitalisiert. Aus dem anderen Teil der Präparate wurden computertomographische Schnittbilder erzeugt. Mit dem Rekonstruktionsprogramm ADOR3D wurden aus diesen Bildern dreidimensionale Oberflächenmodelle generiert. In der praktischen Durchführung erwies sich die Schnittbilderzeugung mittels Computertomograph gegenüber der Bilderzeugung über den Zwischenschritt histologischer Schnittpräparate für diese Fragestellung überlegen, da mit deutlich geringerem Zeitaufwand detailliertere Modell erhalten wurden. Alle Modelle wurden entsprechend des Experimentes bzw. der klinischen Untersuchung mit Randbedingungen (Materialparameter, Lasten) beaufschlagt und die Zahnauslenkungen berechnet. Zunächst wurden die Materialparameter des Parodontalligamentes aus vorherigen kieferorthopädischen Studien verwandt. Im Vergleich der experimentell und numerisch ermittelten Kraft-/Auslenkungsdiagramme konnten diese Parameter iterativ so angepasst werden, dass die errechneten kraftabhängigen Zahnauslenkungen den klinischen bzw. experimentellen Situationen entsprachen. Nachfolgend wurden diese validierten Modelle zur Errechnung der Verzerrungs- und Spannungsverteilungen im Parodontalligament und Knochen um belastete Zähne genutzt. Es konnte gezeigt werden, dass die initiale Zahnbeweglichkeit des ersten oberen Molaren vom Durchbruchsstadium seiner distalen Nachbarzähne abhängig ist. Die größte Translation des ersten Molaren ergab sich wenn der zweite Molar nicht oder halb durchgebrochen war. Die Auslenkung des ersten Molaren bei vollständig durchgebrochenem distalen Nachbarzahn ist im Experiment um bis zu 50 %, klinisch um durchschnittlich 10 %, verringert gegenüber einem maximal halb durch gebrochenen Nachbarzahn. Etwa 50 % der Kraft wurde im Experiment auf den zweiten Zahn übertragen, klinisch annähernd 30 %. Durch die Materialanpassung an die jeweilige Situation wurde außerdem deutlich, dass das Auslenkungsverhalten von Zähnen von den Belastungszeiten abhängig ist. Weitere zeitabhängige Experimente an Schweinepräparaten bestätigten diese Berechnungen. Die Verwendung eines idealisierten Modells ließ Individualitäten in der Morphologie der Zähne und im Aufbau des umgebenden Halteapparates unberücksichtigt. Die Parodontalspaltbreite wurde idealisiert mit einer gleichmäßigen Stärke von 200 μm angenommen. Außerdem ging das Materialmodell von einer Isotropie und Homogenität des gesamten Parodontiums aus; eine wissentliche Abweichung zur Realität, die im Rahmen der Idealisierung des Rechenmodells bewusst vorgenommen wurde, da sie die zurzeit bestmögliche Näherung an die tatsächlichen Vorgänge im Parodontium beschrieb. Ebenso konnten Einflüsse von Kauvorgängen, dem Zusammenbiss von Oberkiefer und Unterkiefer, sowie Weichteilfunktionen im Rahmen der Idealisierung keine Berücksichtigung finden. Obgleich die theoretischen, numerischen Modelle Beschränkungen in Bezug auf ihre Darstellung der lebenden biologischen Strukturen haben, scheint es, dass der große Zeitaufwand und die Rechenleistung, resultierend aus der hohen Komplexität des FEM-Modells, angesichts der dargestellten Resultate gerechtfertigt sind. Klinische Erfahrungswerte in Bezug auf die Zahnbewegung mit Headgear konnten mit allen drei Untersuchungsmethoden bestätigt werden. Die dargestellte Studie stellt somit ein Beispiel für den Einsatz von theoretischen, biomechanischen Modellen mit direkter klinischer Bezug vor.</p

Biomechanical time dependency of the periodontal ligament: a combined experimental and numerical approach

SUMMARY The analysis of the non-linear and time-dependent viscoelasticity of the periodontal ligament (PDL) enables a better understanding of the biomechanical features of the key regulator tissue for tooth movement. This is of great significance in the field of orthodontics as targeted tooth movement remains still one of the main goals to accomplish. The investigation of biomechanical aspects of the PDL function, a difficult area of research, helps towards this direction. After analysing the time-dependent biomechanical properties of pig PDL specimens in an in vitro experimental study, it was possible to confirm that PDL has a viscoelastic anisotropic behaviour. Three-dimensional finite element models of mini-pig mandibular premolars with surrounding tissues were developed, based on micro-computed tomography (μCT) data of the experimental specimens. Tooth mobility was numerically analysed under the same force systems as used in the experiment. A bilinear material parameter set was assumed to simulate tooth displacements. The numerical force/displacement curves were fitted to the experimental curves by repeatedly calculating tooth displacements of 0.2mm varying the loading velocities and the parameters, which describe the nonlinearity. The experimental results showed a good agreement with the numerical calculations. Mean values of Young's moduli E1, E2 and ultimate strain ε12 were derived for the elastic behaviour of the PDL for all loading velocities. E1 and E2 values increased with increasing the velocity, while ε12 remained relatively stable. A bilinear approximation of material properties of the PDL is a suitable description of measured force/displacement diagrams. The numerical results can be used to describe mechanical processes, especially stress-strain distributions in the PDL, accurately. Further development of suitable modelling assumptions for the response of PDL under load would be instrumental to orthodontists and engineers for designing more predictable orthodontic force systems and appliance

Persilylation of ferrocene: the ultimate discipline in sterically overcrowded metal complexes

We report the preparation and structural characterization of the first persilylated metallocene via the metalation of decabromoferrocene. Although Grignard conditions turned out to be insufficient due to the steric and electronic effects of silyl groups causing a decreased nucleophilicity of the metalated intermediates, stepwise lithium–halogen exchange yields complex mixtures of polysilylated compounds FeC10DMSnH10−n (n = 10, 9, 8) including the targeted decasilylated ferrocene. These mixtures were successfully separated allowing a systematic study of silylation effects on ferrocene by XRD, CV, NMR and UV/vis spectroscopy supported by DFT calculations. The findings were used to develop a high-yielding and simple preparation method to generate a tenfold substituted overcrowded ferrocene, FeC10DMS8Me2

Chromosomal assignment of canine THADA gene to CFA 10q25

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Evaluation of an MPN test for the rapid enumeration of Pseudomonas aeruginosa in hospital waters.

In this study, the performance of a new most probable number (MPN) test (Pseudalert®/Quanti-Tray®) for the enumeration of Pseudomonas aeruginosa from hospital waters was compared with both international and national membrane filtration-based culture methods for P. aeruginosa: ISO 16266:2006 and UK The Microbiology of Drinking Water – Part 8 (MoDW Part 8), which both use Pseudomonas CN agar. The comparison based on the calculation of mean relative differences between the two methods was conducted according to ISO 17994:2014. Using both routine hospital water samples (80 from six laboratories) and artificially contaminated samples (192 from five laboratories), paired counts from each sample and the enumeration method were analysed. For routine samples, there were insufficient data for a conclusive assessment, but the data do indicate at least equivalent performance of Pseudalert®/Quanti-Tray®. For the artificially contaminated samples, the data revealed higher counts of P. aeruginosa being recorded by Pseudalert®/Quanti-Tray®. The Pseudalert®/Quanti-Tray® method does not require confirmation testing for atypical strains of P. aeruginosa, saving up to 6 days of additional analysis, and has the added advantage of providing confirmed counts within 24–28 hours incubation compared to 40–48 hours or longer for the ISO 16266 and MoDW Part 8 methods

Neurochemical Characterization of Body Weight-Regulating Leptin Receptor Neurons in the Nucleus of the Solitary Tract

The action of peripherally released leptin at long-form leptin receptors (LepRb) within the brain represents a fundamental axis in the regulation of energy homeostasis and body weight. Efforts to delineate the neuronal mediators of leptin action have recently focused on extrahypothalamic populations and have revealed that leptin action within the nucleus of the solitary tract (NTS) is critical for normal appetite and body weight regulation. To elucidate the neuronal circuits that mediate leptin action within the NTS, we employed multiple transgenic reporter lines to characterize the neurochemical identity of LepRb-expressing NTS neurons. LepRb expression was not detected in energy balance-associated NTS neurons that express cocaine- and amphetamine-regulated transcript, brain-derived neurotrophic factor, neuropeptide Y, nesfatin, catecholamines, γ-aminobutyric acid, prolactin-releasing peptide, or nitric oxide synthase. The population of LepRb-expressing NTS neurons was comprised of subpopulations marked by a proopiomelanocortin-enhanced green fluorescent protein (EGFP) transgene and distinct populations that express proglucagon and/or cholecystokinin. The significance of leptin action on these three populations of NTS neurons was assessed in leptin-deficient Ob/Ob mice, revealing increased NTS proglucagon and cholecystokinin, but not proopiomelanocortin, expression. These data provide new insight into the appetitive brainstem circuits engaged by leptin

Tuberculostearic Acid-Containing Phosphatidylinositols as Markers of Bacterial Burden in Tuberculosis

One-fourth of the global human population is estimated to be infected with strains of the Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC), the causative agent of tuberculosis (TB). Using lipidomic approaches, we show that tuberculostearic acid (TSA)-containing phosphatidylinositols (PIs) are molecular markers for infection with clinically relevant MTBC strains and signify bacterial burden. For the most abundant lipid marker, detection limits of ∼10$^{2}$ colony forming units (CFUs) and ∼10$^{3}$ CFUs for bacterial and cell culture systems were determined, respectively. We developed a targeted lipid assay, which can be performed within a day including sample preparation─roughly 30-fold faster than in conventional methods based on bacterial culture. This indirect and culture-free detection approach allowed us to determine pathogen loads in infected murine macrophages, human neutrophils, and murine lung tissue. These marker lipids inferred from mycobacterial PIs were found in higher levels in peripheral blood mononuclear cells of TB patients compared to healthy individuals. Moreover, in a small cohort of drug-susceptible TB patients, elevated levels of these molecular markers were detected at the start of therapy and declined upon successful anti-TB treatment. Thus, the concentration of TSA-containing PIs can be used as a correlate for the mycobacterial burden in experimental models and in vitro systems and may prospectively also provide a clinically relevant tool to monitor TB severity

Fachinformation und EDV-Arbeitstechniken für Historiker: Einführung und Arbeitsbuch

'Der Sammelband versucht, die Erfahrungen einzufangen, die von den Herausgebern in den vergangenen Jahren an der Humboldt-Universität zu Berlin in der studentischen EDV-Ausbildung und beim Aufbau vernetzter Informationsdienste für Historiker gemacht wurden. Es handelt sich weder um einen der üblichen Sammelbände noch um eine einfache Softwareeinführung, sondern um ein praktisches Arbeitsbuch für Studierende und Nachwuchswissenschaftler zu Fragen des EDV-Einsatzes in den Geschichtswissenschaften. Dabei stehen das 'Internet' bzw. der Einsatz der sogenannten 'Neuen Medien' im Mittelpunkt. Im ersten Kapitel wird zunächst das Verhältnis der EDV zu den Geisteswissenschaften geklärt. Dies schließt eine Einführung in die Geschichte der EDV und die Betrachtung der EDV-Einsatzfelder in den Geschichtswissenschaften zu den Themen Bibliotheken im Internet, Wissenschaftlicher Alltag und Lehre sowie spezielle historische Fachinformationsangebote ein. Im zweiten Kapitel wird näher auf die Grundlagen der Datenverarbeitung eingegangen. Dabei liegt neben dem PC- und Netzbasiswissen das Hauptaugenmerk auf dem Internet und seinen Diensten. Darauf aufbauend werden im dritten Kapitel ausgewählte Applikationen aus den Bereichen Textverarbeitung, Beschreibungs- und Skriptsprachen, Tabellenkalkulation, Datenanalyse & Datenbanksysteme sowie Grafik, Präsentation und Multimedia an historischen Beispielen in ihrem Funktionsumfang vorgestellt. Im abschließenden vierten Kapitel wird der EDV-Einsatz in den Geschichtswissenschaften an ausgewählten Projekten in Forschung und Lehre exemplarisch beschrieben.' (Autorenreferat

“Hot standards” for the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus

Within the archaea, the thermoacidophilic crenarchaeote Sulfolobus solfataricus has become an important model organism for physiology and biochemistry, comparative and functional genomics, as well as, more recently also for systems biology approaches. Within the Sulfolobus Systems Biology (“SulfoSYS”)-project the effect of changing growth temperatures on a metabolic network is investigated at the systems level by integrating genomic, transcriptomic, proteomic, metabolomic and enzymatic information for production of a silicon cell-model. The network under investigation is the central carbohydrate metabolism. The generation of high-quality quantitative data, which is critical for the investigation of biological systems and the successful integration of the different datasets, derived for example from high-throughput approaches (e.g., transcriptome or proteome analyses), requires the application and compliance of uniform standard protocols, e.g., for growth and handling of the organism as well as the “–omics” approaches. Here, we report on the establishment and implementation of standard operating procedures for the different wet-lab and in silico techniques that are applied within the SulfoSYS-project and that we believe can be useful for future projects on Sulfolobus or (hyper)thermophiles in general. Beside established techniques, it includes new methodologies like strain surveillance, the improved identification of membrane proteins and the application of crenarchaeal metabolomics