Functional characterization of reappearing B cells after anti-CD20 treatment of CNS autoimmune disease.

The anti-CD20 antibody ocrelizumab, approved for treatment of multiple sclerosis, leads to rapid elimination of B cells from the blood. The extent of B cell depletion and kinetics of their recovery in different immune compartments is largely unknown. Here, we studied how anti-CD20 treatment influences B cells in bone marrow, blood, lymph nodes, and spleen in models of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Anti-CD20 reduced mature B cells in all compartments examined, although a subpopulation of antigen-experienced B cells persisted in splenic follicles. Upon treatment cessation, CD20+ B cells simultaneously repopulated in bone marrow and spleen before their reappearance in blood. In EAE induced by native myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG), a model in which B cells are activated, B cell recovery was characterized by expansion of mature, differentiated cells containing a high frequency of myelin-reactive B cells with restricted B cell receptor gene diversity. Those B cells served as efficient antigen-presenting cells (APCs) for activation of myelin-specific T cells. In MOG peptide-induced EAE, a purely T cell-mediated model that does not require B cells, in contrast, reconstituting B cells exhibited a naive phenotype without efficient APC capacity. Our results demonstrate that distinct subpopulations of B cells differ in their sensitivity to anti-CD20 treatment and suggest that differentiated B cells persisting in secondary lymphoid organs contribute to the recovering B cell pool

Molecularly defined diffuse leptomeningeal glioneuronal tumor (DLGNT) comprises two subgroups with distinct clinical and genetic features

Diffuse leptomeningeal glioneuronal tumors (DLGNT) represent rare CNS neoplasms which have been included in the 2016 update of the WHO classification. The wide spectrum of histopathological and radiological features can make this enigmatic tumor entity difficult to diagnose. In recent years, large-scale genomic and epigenomic analyses have afforded insight into key genetic alterations occurring in multiple types of brain tumors and provide unbiased, complementary tools to improve diagnostic accuracy. Through genome-wide DNA methylation screening of > 25,000 tumors, we discovered a molecularly distinct class comprising 30 tumors, mostly diagnosed histologically as DLGNTs. Copy-number profiles derived from the methylation arrays revealed unifying characteristics, including loss of chromosomal arm 1p in all cases. Furthermore, this molecular DLGNT class can be subdivided into two subgroups [DLGNT methylation class (MC)-1 and DLGNT methylation class (MC)-2], with all DLGNT-MC-2 additionally displaying a gain of chromosomal arm 1q. Co-deletion of 1p/19q, commonly seen in IDH-mutant oligodendroglioma, was frequently observed in DLGNT, especially in DLGNT-MC-1 cases. Both subgroups also had recurrent genetic alterations leading to an aberrant MAPK/ERK pathway, with KIAA1549:BRAF fusion being the most frequent event. Other alterations included fusions of NTRK1/2/3 and TRIM33:RAF1, adding up to an MAPK/ERK pathway activation identified in 80% of cases. In the DLGNT-MC-1 group, age at diagnosis was significantly lower (median 5 vs 14 years, p < 0.01) and clinical course less aggressive (5-year OS 100, vs 43% in DLGNT-MC-2). Our study proposes an additional molecular layer to the current histopathological classification of DLGNT, of particular use for cases without typical morphological or radiological characteristics, such as diffuse growth and radiologic leptomeningeal dissemination. Recurrent 1p deletion and MAPK/ERK pathway activation represent diagnostic biomarkers and therapeutic targets, respectively—laying the foundation for future clinical trials with, e.g., MEK inhibitors that may improve the clinical outcome of patients with DLGNT

Orbital reflectometry

The occupation of d-orbitals controls the magnitude and anisotropy of the inter-atomic electron transfer in transition metal oxides and hence exerts a key influence on their chemical bonding and physical properties. Atomic-scale modulations of the orbital occupation at surfaces and interfaces are believed to be responsible for massive variations of the magnetic and transport properties, but could thus far not be probed in a quantitative manner. Here we show that it is possible to derive quantitative, spatially resolved orbital polarization profiles from soft x-ray reflectivity data, without resorting to model calculations. We demonstrate that the method is sensitive enough to resolve differences of 3 % in the occupation of Ni e_g orbitals in adjacent atomic layers of a LaNiO3-LaAlO3 superlattice, in good agreement with ab-initio electronic-structure calculations. The possibility to quantitatively correlate theory and experiment on the atomic scale opens up many new perspectives for orbital physics in d-electron materials

Resonante magnetische Reflektometrie an Exchange-Bias-Systemen

Modern magnetic thin film devices owe their success in large part to effects related to interlayer coupling and exchange interaction at interfaces. One prominent example of such an interlayer coupling is exchange bias. Exchange bias is an interfacial exchange coupling which can occur if a ferromagnet is in direct contact to an antiferromagnet. The presence of the antiferromagnet induces an additional unidirectional anisotropy to the ferromagnet which results in a horizontal shift of the hysteresis loop. The aim of this thesis was to investigate several open questions and problems related to the basic physics of the exchange bias effect: First of all to find direct evidence for the existence and location of pinned uncompensated moments in the antiferromagnet. These moments are discussed as the origin of the exchange bias loop shift already since the time of its discovery. But direct evidence for their existence, amount and correlation with the effect were mostly missing. Another very important point is the magnetic configuration at the interface between ferro- and antiferromagnet. Finally experimental results indicating the microscopic mechanism responsible for the unidirectional character of the loop shift were completely missing. In this thesis, X-ray magnetic reflectivity (XRMR) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) were used to carry out a detailed investigation on three prominent exchange bias systems in order to answer the questions just framed. XRMR uses standard X-ray reflectivity and extends it by the additional contrast from the XMCD. As a result, XRMR provides structural, i.e., thickness and roughness information of a sample and also yields information on the magnetic profile along the z-direction. The magnetic configuration at the interface between ferro- and antiferromagnet was investigated in the Fe/MnPd exchange bias system. Energy dependent scattering was performed on the Co/FeMn system to reveal the spectroscopic character of the pinned uncompensated moments in this system. Finally, the exchange bias system Co/NiCoO, a system with an oxide antiferromagnet, was investigated to reconfirm the former findings for this class of systems as well. A precise map of the magnetic configuration at the interface with the ferromagnetic Fe is obtained from the XRMR investigation of Mn in the antiferromagnetic alloy MnPd. A roughly 1 to 2 monolayer, or (4 ± 1)Å thick region of rotatable Mn is found directly at the interface with the Fe. This result clearly proves the existence of rotatable Mn in the antiferromagnet. The magnetic depth profile of pinned moments in the Mn was also obtained from the same XRMR investigation of the Fe/MnPD exchange bias system. It is found that pinned uncompensated Mn moments exist deeper in the antiferromagnet in a (13 ± 1)Å broad region close to the interface. A direct correlation of these moments with the exchange bias loop shift Heb is found from the azimuthal dependence. The second investigated system is a bilayer structure consisting of ferromagnetic cobalt grown on antiferromagnetic FeMn. By measuring the energy dependent scattering at the Fe L2,3 edge, the spectral character of the pinned uncompensated Fe moments in this system is investigated. To prove the direct correlation of the observed spectrum with the exchange bias effect in the system, two different samples with a unique on-off character of the exchange bias effect are compared. The energy dependent scattering at a fixed qz value was investigated in both samples at the Fe L edge to identify the signal from the pinned uncompensated Fe moments in the antiferromagnet. A direct correlation of the signal with the loop shift is found from comparing the signal for the situation with exchange bias to the one without. A relation between the observed difference signal attributed to pinned mo221 ments in the antiferromagnet and the exchange bias loop shift observed by magnetometric means is proven. The shape of the difference signal from the pinned uncompensated Fe moments in the Co/FeMn exchange bias system clearly resembles a spectrum which is only dominated by an orbital momentum. This behaviour is found in both samples and comes/goes in both cases with the loop shift. This implies that the magnetic moments responsible for the exchange bias loop shift are mostly orbital moments. The shape of the signal and also the relation of this signal with the exchange bias loop shift is ascertained beyond doubt by the comparative character of the investigation and the tests performed.Magnetische Kopplungsphänomene und Austauschwechselwirkungen an inneren Grenzflächen bilden die Grundlage für viele moderne magnetische Anwendungen. Einer der prominentesten und technologisch erfolgreichsten Vertreter dieser Klasse von Systemen ist die unidirektionale Austauschwechselwirkung, oder auch Exchange Bias. Werden ein Ferro- und ein Antiferromagnet, zum Beispiel in einem Dünnschichtsystem, zusammengebracht tritt eine Austauschwechselwirkung an der Grenzfläche der beiden Schichten auf, die zu einer effektiven Verankerung des Ferromagneten durch den Antiferromagneten führen kann. Das Resultat dieser Kopplung ist eine Verschiebung der Hysterese des Ferromagneten sowie typischerweise eine Erhöhung seiner Koerzitivfeldstärke. Ziel dieser Arbeit ist es einige der wichtigsten und dringendsten Fragen in diesem Zusammenhang zu beantworten. Die genaue magnetische Konfiguration an der Grenzfläche zwischen Ferro- und Antiferromagnet soll mit möglichst hoher Auflösung bestimmt werden. Besonders die Frage der Existenz und Position von verankerten, unkompensierten magnetischen Momenten im Antiferromagneten, die für das Auftreten der unidirektionalen Austauschwechselwirkung verantwortlich sind, steht dabei im Vordergrund. In einem zweiten Schritt soll auf die physikalischen Eigenschaften dieser verankerten Momente eingegangen werden. Dabei kommt eine neue Röntgenanalysemethode, die resonante magnetische Röntgenreflektometrie, englisch abgekürzt XRMR, zum Einsatz. Resonante magnetische Röntgenreflektometrie stellt die Erweiterung der herkömmlichen Röntgenreflektometrie durch den zusätzlichen Kontrast des Röntgenzirkulardichroism dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mehrere verschiedene Exchange Bias Systeme untersucht: Bei dem ersten untersuchten Probensystem handelt es sich um epitaktisch gewachsenes Fe/MnPd, ein System mit metallischem Antiferromagneten. Ein hoch präzises, magnetisches Tiefenprofil des Mangan im Antiferromagneten ist mittels XRMR bestimmt worden. Es liefert die exakte magnetische Konfiguration an der Grenzfläche zwischen Ferro- und Antiferromagneten. Direkt an der Grenzfläche zum ferromagnetischen Fe existiert ein 1-2 Monolagen ((4±1) Å) dicker Bereich mit rotierbaren, sprich sich ferromagnetisch verhaltenden Mn Momenten im Antiferromagneten. Neben den rotierbaren Mn Momenten wurde auch nach verankerten Momenten im Antiferromagneten des Fe/MnPd Systems gesucht dabei liefert das mittels XRMR gemessene Tiefenprofil für diese Momente den folgenden Befund: Verankerte, unkompensierte Mn Momente existieren im Antiferromagneten. Sie treten nur in einem ((13±1)Å) breiten Bereich direkt unterhalb der Grenzfläche zum Ferromagneten auf. Dies ist der erste direkte Nachweis von verankerten unkompensierten Momenten in einem metallischen Antiferromagneten. Um den direkten Zusammenhang zwischen den gefundenen verankerten Mn Momenten und der Verschiebung der Hysterese durch den Exchange Bias nachzuweisen wurde die azimutale Abhängigkeit des Signals überprüft. Aufgrund des unidirektionalen Charakters der Austauschwechselwirkung verschwindet der Exchange Bias bei Messung in senkrechter Richtung. Dieses Verhalten findet sich eins zu eins im Signal der verankerten, unkompensierten Mn Momente wieder womit der Zusammenhang einwandfrei gezeigt ist. Das zweite Exchange Bias System welches im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde besteht aus ferromagnetischem Kobalt auf FeMn als Antiferromagnet. Das Hauptaugenmerk dieser Untersuchung ist es den spektralen Charakter der verankerten unkompensierten Fe Momente im Antiferromagneten aufzuklären. Dazu wurde die energieabhängige Streuung an der Fe L2,3-Kante mittels zirkular dichroischem Licht an zwei Proben untersucht. Die Proben zeichnen sich durch eine unterschiedliche Magnitude und Temperaturabhängigkeit der unidirektionalen Austauschwechselwirkung, beziehungsweise der Verschiebung der Hysterese aus. Es findet sich folgendes Ergebnis dieser Untersuchung: Das den verankerten, unkompensierten Fe Momenten zuzuordnende Differenzsignal weist in beiden Proben dieselbe Abhängigkeit auf wie die Verschiebung der Hysterese aufgrund des Exchange Bias. Die Form des Differenzsignals das von den verankerten, unkompensierten Fe Momenten in Co/FeMn herrührt besitzt eindeutig einen orbitalen Charakter. Das bedeutet, dass Bahnmomente im Antiferromagneten für die Verschiebung der Hysterese im Co/FeMn Exchange Bias System verantwortlich sind. Dieses Ergebnis liefert zum ersten Mal einen eindeutigen Hinweis auf die physikalischen Eigenschaften von verankerten, unkompensierten Momenten in einem Antiferromagneten. Der vergleichende Charakter der Untersuchung an zwei unterschiedlichen Proben mit unterschiedlichen Abhängigkeiten, nämlich Temperatur bei der Ersten und Azimut bei der Zweiten, lässt keinen Zweifel an diesem Ergebnis zu

Epidemiologie und Faktoren der akzidentellen Hypothermie des schwerstverletzten Patienten Aktuelle Daten aus dem Deutschen TraumaRegister DGU®

Hintergrund: In Deutschland sind Unfälle die häufigste Todesursache in der Altersgruppe der 15 bis 40-Jährigen. Schwerstverletzte Patienten haben das Risiko eine akzidentelle Hypothermie im Rahmen der „Lethal triad“ zu entwickeln. Die akzidentelle Hypothermie ist ein fortdauernder Gegenstand der Diskussion im klinischen Verlauf einer Schwerstverletzung. Zielsetzung: Das Ziel dieser Arbeit sind die Erfassung und Beschreibung der akzidentellen Hypothermie des schwerstverletzten Patienten. Methoden: In einer retrospektiven Analyse werden dazu Patientendaten aus den Jahren 2002 bis 2012 aus dem Trauma Register der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie (DGU) ausgewertet. Die Daten werden durch den Standard-Dokumentationsbogen des TraumaRegister DGU® erhoben und beinhalten präklinische und klinische Parameter. Die Patienten sind anhand der Körpertemperatur in verschiedene Gruppen eingeteilt. Es werden die schwerstverletzen Patienten mit und ohne vorliegende akzidentelle Hypothermie verglichen. Eine univariate Analyse demonstriert die Ergebnisse als Mittelwert mit Standardabweichung. Kategorische und kontinuierliche Variablen werden mittles χ² Test, beziehungsweise mittels Student t Test und mittels Varianzanalyse zweier Gruppen analysiert. Das statistische Signifikanzniveau liegt bei p <0,05. Es werden Risiken hervorgehoben, die eine akzidentelle Hypothermie der verschiedenen Schweregrade verursachen. Für diese Analyse erfolgt eine multivariate Analyse mittels schrittweiser logistischer Regression. Die gemessene Temperatur ist die abhängige Variable zur Zeit der Aufnahme im Krankenhaus, damit Risikofaktoren für eine moderate Hypothermie (33,0°C) identifiziert werden können. Die Ergebnisse sind als Odds Ratio mit 95%igem Konfidenzintervall dargestellt. Das Signifikanzniveau wird bei p<0,05 festgelegt. Ergebnisse: Insgesamt können 15.230 Fälle ausgewertet werden. Bei 5099 Patienten zeigt sich eine Körperkerntemperatur von unter 36,0°C. Stumpfe Trauma kommen häufiger vor als die penetrierenden Verletzungen. Die Mehrzahl der Patienten erleidet Auto- und Fußgängerunfälle sowie Stürze aus über 3 Metern Höhe. Bei Patienten mit niedriger Körpertemperatur zeigt sich eine verlängerte präklinische Zeit. Als signifikante Risikofaktoren eine Hypothermie ≤ 33°C zu entwickeln werden das weibliche Geschlecht, eine GCS ≤ 8, nächtliche Unfälle, die Jahreszeit Winter, ein ISS ≥ 9, Hypotension in der präklinischen Phase und im Schockraum, ein hohe präklinische Volumenersatztherapie und eine lange präklinische Zeit identifiziert. Die Volumenersatztherapie in der Gruppe ≤ 33°C liegt zwischen 1453 ± 1051 ml und in der Gruppe ≥ 36,0°C bei 1058 ± 768 ml. Im weiteren stationären Verlauf zeigt sich eine Zunahme an Komplikationen wie das Entwickeln einer Sepsis oder eines Multiorganversagens mit sinkender Körpertemperatur. Die Gesamtsterblichkeit erhöht sich mit sinkender Körpertemperatur. Schlussfolgerung: Die akzidentelle Hypothermie ist eine regelmäßig auftretende Erscheinung bei schwerstverletzten Patienten. Es können bestimmte Risikofaktoren identifiziert werden. Präklinische und stationäre Verläufe sind mit vergangenen Studien vergleichbar. Das Auftreten von Sepsis, Multiorganversagen und eine erhöhte Gesamtsterblichkeit bei unterkühlten Patienten von <33,0°C demonstriert die Schwere der Auswirkungen der Hypothermie. Nach wie vor ist die Dokumentation der Körpertemperatur im TraumaRegister DGU® eine Schwachstelle, da die Anzahl der registrierten Fälle zu gering erscheint. Ich befürworte eine striktere Dokumentation der Körpertemperatur bei Aufnahme im Schockraum

Calibration of Metal Oxide Semiconductor Gas Sensors by High School Students

A wide range of pollutants cannot be perceived with human senses, which is why the use of gas sensors is indispensable for an objective assessment of air quality. Since many pollutants are both odorless and colorless, there is a lack of awareness, in particular among students. The project SUSmobil (funded by DBU – Deutsche Bundesstiftung Umwelt) aims to change this. In three modules on the topic of gas sensors and air quality, the students (a) learn the functionality of a metal oxide semiconductor (MOS) gas sensor, (b) perform a calibration process and (c) carry out environmental measurements with calibrated sensors. Based on these introductory experiments, the students are encouraged to develop their own environmental questions. In this paper, the student experiment for the calibration of a MOS gas sensor for ethanol is discussed. The experiment, designed as an HTML-based learning, addresses both theoretical and practical aspects of a typical sensor calibration process, consisting of data acquisition, feature extraction and model generation. In this example, machine learning is used for generating the evaluation model as existing physical models are not sufficiently exact