Insulinresistenz im postprandialen Lipidstoffwechsel bei Metabolischem Syndrom : Untersuchung der Glucosetoleranz nach oraler Fettaufnahme

Das Metabolische Syndrom als Risikocluster von Stoffwechselstörungen spielt bei der Entstehung von atherosklerotischen Gefäßerkrankungen eine zentrale Rolle. Störungen des Glukose- und Triglyzeridstoffwechsels werden dabei häufig gemeinsam beobachtet. Freie Fettsäuren und Insulin werden als Mediatoren im Intermediärstoffwechsel sowohl für physiologische Steuerungsvorgänge als auch für pathologische Veränderungen verantwortlich gemacht. Eine Insulinresistenz kann zur Entwicklung einer Hyperinsulinämie führen, die durch direkte Einwirkung auf die Arterienwand und durch Begünstigung von pathologischen Zuständen, wie Hypertonie und Dyslipoproteinämie, die Atherosklerose unterstützt. Alternative Vorstellungen gehen von einer Störung des Triglyzeridstoffwechsels mit Erhöhung freier Fettsäuren aus, die über eine Reduktion der Glukoseaufnahme der Muskulatur und Beeinflussung von Insulinsekretion und -wirkung zur Insulinresistenz und Hyperinsulinämie führen könnte. Mit der hier vorgestellten Dissertationsarbeit sollte ein Beitrag dazu geleistet werden, einen klinisch anwendbaren Test zur Diagnostik des Triglyzerid- und Glukosemetabolismus zu finden, der die Beobachtung der postprandialen Stoffwechselparameter ermöglicht. Das Augenmerk wurde auf die Konzentrationsverläufe von Glucose, Insulin und freien Fettsäuren gerichtet. Auch wurde der Einfluß klinischer Meßgrößen der Adipositas auf die Stoffwechselparameter beleuchtet. Weiterhin sollte untersucht werden, ob die Veränderungen der postprandialen Glukosetoleranz zwischen gesunden Probanden und Patienten mit angiographisch gesicherter KHK Rückschlüsse auf pathologische Zustände bei koronarer Herzerkrankung und Metabolischem Syndrom zulassen. Hierzu wurde das entwickelte Testverfahren mit je einer Gruppe gesunder Probanden und Patienten, die eine angiographisch gesicherte KHK aufwiesen, durchgeführt. Es wurde die Kombination aus einer Belastung des Probanden mit oral aufgenommenem Fett via naturalis und die eher experimentelle Beobachtung des Kohlenhydratstoffwechsels mittels intravenösem Glukosetoleranztest gewählt. Zur Anwendung kam ein standardisierter intravenöser Glukosetoleranztest nüchtern (Test 1) und 4 Stunden nach oraler Aufnahme (Test 2) einer definierten Triglyzeridemulsion. Die orale Fettgabe führte bei Test 2 zu einem signifikanten Anstieg der Plasmakonzentration der freien Fettsäuren gegenüber Test 1 ohne Fettgabe. Nach Injektion des Glukosebolus und Anstieg des Plasma-Insulins wurde die Fettsäure-Konzentration bei den Probanden während Test 2 signifikant höher unterdrückt als bei Test 1. Die KHK-Patienten erreichten hier keine Zunahme der Unterdrückung der Fettsäurespiegel. Das Verhalten der Insulin- und Glukosekonzentrationen zeigte eine erhöhte Insulinausschüttung nach vorheriger oraler Fettzufuhr (Test 2) in den ersten 30 min des Glukosetoleranztests gegenüber Test 1. Dieser Effekt war in der folgenden Stunde bei den Gesunden nicht mehr nachzuweisen, während die KHK-Patienten auch in der Spätphase eine erhöhte Insulinkonzentration bei Test 2 gegenüber Test 1 zeigten. Die Glukosekonzentrationen blieben weitgehend unverändert in beiden Gruppen. Zusammenhänge der Adipositas mit dem Verlauf der Stoffwechseltests wurden durch die Korrelation von Körpermaßzahlen mit verschiedenen Testablaufparametern untersucht. Als Adipositas-Meßwerte wurden der Body-mass-index, die Waist-to-Hip-Ratio und die Ergebnisse der Bioimpedanzanalyse, welche durch elektrische Hautwiderstandsmessung die Bestimmung des relativen Körperwassergehalts, der Magermasse und des Körperfettanteil ermöglicht, in die Korrelationsrechung eingeschlossen. Hervorzuheben ist eine konstante positive Korrelation der Waist-to-Hip-Ratio mit der glucosestimulierten Insulinkonzentration bei beiden Tests und beiden Gruppen. Diese Ergebnisse deuten auf einen Zusammenhang der Menge des intraabdominalen Fettgewebes mit der Insulinkinetik hin. Die Insulinkonzentration könnte dabei über eine Interaktion einer erhöhten freien Fettsäurekonzentration im Portalblut bei zunehmender Stoffwechselaktivität des intraabdominalen Fettgewebes beeinflußt werden. Die Durchführung der Untersuchung belegte die klinische Anwendbarkeit eines Belastungstestverfahrens zur Beobachtung der Interaktionen des Glukose- und Triglyzerid-stoffwechsels. Die Beobachtung einer Zunahme der glukosestimulierten Insulinkonzentration durch orale Fettgabe deutet darauf hin, daß freie Fettsäuren eine Abnahme der Glukosetoleranz bewirken könnten, die durch eine erhöhte Insulinausschüttung kompensiert wurde. Die Glukosehomöostase wurde dadurch aufrecht erhalten. Das angewendete Testverfahren konnte im Vergleich zwischen Gesunden und KHK-Patienten eine prolongierte Insulinämie zeigen. Diese könnte an der Atherogenese beteiligt sein. Trotz Verlängerung der Insulinämie wurde die Fettsäuresuppression nicht, wie bei den Gesunden Probanden verstärkt, was eine reduzierte Insulinwirksamkeit darstellen könnte. Die Ergebnisse rechtfertigen eine mehr fettstoffwechselbezogene Sichtweise der Pathogenese des Metabolischen Syndroms. Die Messung der Körperkonstitution könnte bei der Risikoabschätzung von Stoffwechselstörungen hilfreich sein. Insbesondere die Messung des intraabdominalen Fettgewebes ist aufgrund der erhöhten Stoffwechselaktivität dabei interessant. Die prospektive Bedeutung solcher Belastungstests müßte anhand größer angelegter Studien mit der Möglichkeit der Bestimmung von Normalbereichen überprüft werden

Ein zellbasierter Biolumineszenzassay zur Untersuchung der Dimerisierung und Aggregation des Prionproteins

Prionenerkrankungen wie z. B. die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit bei Menschen oder die Bovine Spongiforme Encephalopathie (BSE) bei Rindern gehören zu den neurodegenerativen Erkrankungen. Grundlage aller Prionen-Krankheiten ist das zelluläre Prion-Protein (PrPC) und die infektiöse Isoform PrPSc, die im Gegensatz zu PrPC vermehrt β-Faltblattstrukturen und Aggregate formt. Es gibt Hinweise darauf, dass PrPC Dimere bilden kann und diese eine Grundlage für die Entstehung von PrPSc-Aggregaten sein könnten. Um die Dimerisierung von PrP zu untersuchen, wurden zwei Fusionsprodukte aus PrP mit der N- bzw. C-terminalen Hälfte von Gaussia Luziferase kloniert, die an der Oberfläche von RK13 Zellen exprimiert wurden. Dimerisierte PrPC an der Oberfläche von transfizierten RK13 Zellen, komplementierten sich beide Luziferasehälften und wurden biolumineszent. Die Dimerisierung von PrPC konnte mit Antikörpern, die gegen die zentrale Region von PrPC gerichtet waren blockiert werden. Dies zeigte, dass die zentrale Region für die Dimerisierung von PrPC eine wichtige Rolle spielte. Eine Infektion der RK13-Zellen mit Hirnhomogenat erkrankter Mäuse, die sechs verschiedene mausadaptierte Prionstämme beinhalteten, führte zu einem Anstieg des Biolumineszenzsignals, während Hirnhomogenat gesunder Tiere keine Auswirkungen auf das Biolumineszenzsignal hatte. Die Behandlung mit dem Antiprion-Wirkstoff Quinacrine führte nur bei den infizierten Zellen zu einer Reduktion des Biolumineszenzsignals. Darüberhinaus wurde die Biolumineszenzuntersuchung dazu genutzt, Wirkstoffe zu identifizieren, die gegen Prionen wirksam sein könnten. Dazu wurde eine Sammlung von 1650 Wirkstoffen verwendet. Wirkstoffe, die ohne toxisch zu sein, die Dimerisierung von PrPC inhibierten, wurden an prioninfizierten N2a-Zellen auf ihre Wirksamkeit untersucht, diese Zellen von PrPSc zu bereinigen. Dabei wurde der Wirkstoff JTC-801 identifiziert, der bereits in nanomolaren Konzentrationen die PrPSc-Menge in den infizierten Zellen senken konnte. Die mithilfe der Biolumineszenzuntersuchung erhobenen Ergebnisse zeigten, dass das entwickelte und etablierte zellbasierte Testverfahren eine vielseitige Methode ist, um wichtige Aspekte der Prion Biologie zu erforschen.Prion diseases like Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) are fatal neurodegenerative disorders that are triggered by misfolding of the cellular prion protein (PrPC) to an infectious isoform rich in β-sheet structure termed PrPSc. There are evidence that PrPC possibly forms dimers indicating that dimerization of PrPC may be an essential intermediate step for the formation of PrPSc aggregates upon infection. To study PrP dimerization and PrP aggregation upon infection, a bimolecular complementation assay was developed using RK13 cells that lack endogenous PrP expression and stably expressed two fusion constructs between PrP and each half of split Gaussia luciferase. In these cells bioluminescence only occured when PrP dimerized or aggregated and the two split luciferase halves complemented each other. Using a panel of eight antibodies directed against different PrP domains, the central domain of PrPC was identified to be critical for dimerization. Unlike normal brain homogenate infection of RK13 cells with brain homogenates from diseased animals containing six different mouse-adapted prion strains, RML, 22L, ME7, 87V, 79A, and 22A, lead to an increase in bioluminescence. In contrast, treatment of chronically infected but not uninfected RK13 cells with the anti-prion compound quinacrine reduced bioluminescence. Finally, a compound-screening with a compound library including 1650 bioactive compounds based on the bimolecular complementation assay identified JTC-801 as one compound that inhibited PrPC-dimerization. Treatment of ScN2a cells with JTC-801 reduced PrPSc levels in these cells at nanomolar concentrations. Overall, these results showed that PrPC clearly dimerizes in cells and that prion infection led to increased bioluminescence in the newly developed bimolecular complementation assay. The identification of JTC-801 as a bioactive compounds that inhibited PrPC-dimerization and reduced PrPSc-levels in ScN2a cells at nanomolar concentrations suggested that PrPC dimerization may be a critical step in the conversion process of PrPC to PrPSc

Weight loss reduces head motion: Re-visiting a major confound in neuroimaging

Head motion during magnetic resonance imaging (MRI) induces image artifacts that affect virtually every brain measure. In parallel, cross‐sectional observations indicate a correlation of head motion with age, psychiatric disease status and obesity, raising the possibility of a systematic artifact‐induced bias in neuroimaging outcomes in these conditions, due to the differences in head motion. Yet, a causal link between obesity and head motion has not been tested in an experimental design. Here, we show that a change in body mass index (BMI) (i.e., weight loss after bariatric surgery) systematically decreases head motion during MRI. In this setting, reduced imaging artifacts due to lower head motion might result in biased estimates of neural differences induced by changes in BMI. Overall, our finding urges the need to rigorously control for head motion during MRI to enable valid results of neuroimaging outcomes in populations that differ in head motion due to obesity or other conditions

Pedagogical content knowledge and reflection in frame of biology teacher education

n der vorliegenden Studie wurde das fachdidaktische Wissen und Reflektieren von Biologielehrkräften in Abhängigkeit der Ausbildungsphasen der Biologielehrerbildung untersucht. Die Fragebogenstudie wurde hierzu in einem Querschnittdesign mit angehenden sowie erfahrenen Biologielehrkräften (N=93) durchgeführt. Zwei evaluierte Instrumente dienten der Erfassung des deklarativen fachdidaktischen Wissens und des Reflektierens von Studierenden, Referendaren und erfahrenen Biologielehrkräften zur Unterrichtsreihe "Blut und Blutkreislaufsystem des Menschen". Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede im fachdidaktischen Wissen und Reflektieren zwischen den Ausbildungsphasen. Die vorliegende Studie stellt einen Beitrag zur Diagnostik domänenbezogener Kompetenzen von Biologielehrkräften sowie zur Evaluation zentraler Aspekte der Biologielehrerausbildung dar. (DIPF/Orig.)In this study biology teachers\u27 PCK and PCK related reflection were investigated within the context of biology teacher training. The questionnaire survey was conducted in a cross-sectional design with pre-service and in-service biology teachers (N=93). Two already evaluated instruments were used to assess student teachers, trainee teachers and experienced biology teachers\u27 declarative PCK and PCK related reflection concerning the topic "human cardiovascular system". The results show significant differences between prospective and experienced biology teachers\u27 declarative PCK and their PCK related reflection. The current study represents a contribution to the diagnosis of biology teachers\u27 domain specific expertise and an evaluation of key aspects of the biology teacher training. (DIPF/Orig.

Content structure plots - a way to capture content specific criteria of instructional quality in biology

Empirische Forschung zur Unterrichtsqualität bezog sich viele Jahre lang vorrangig auf allgemeine Merkmale guten Unterrichts, wie beispielsweise die Klassenführung während fach- bzw. inhaltsspezifische Qualitätsmerkmale häufig vernachlässigt wurden. Um dieses Defizit aufzugreifen wurde im Rahmen des DFG-Projekts "Unterrichtsqualität im Fach Biologie" eine Methode zur Erfassung von fach- bzw. inhaltsspezifischen Qualitätsmerkmalen im Unterricht entwickelt. Dazu wird die inhaltliche Struktur des Unterrichts in Form von sachlogischen Flussdiagrammen rekonstruiert. Anhand dieser schematischen Flussdiagramme können klare Aussagen über die inhaltliche Strukturierung und die Komplexität der Unterrichtsstunde gemacht werden. Die entwickelte Methode wurde anhand von 50 aufgezeichneten Biologiestunden zum Thema Blut & Kreislauf der 9. Klasse an Gymnasien erprobt. Dabei gelang es acht prototypische Inhaltsmuster zu identifizieren. In Zukunft stehen Analysen zu Zusammenhängen mit der Lernleistung der Schüler aus. Außer für Forschungszwecke eignet sich die Methode um die inhaltsspezifische, fachliche Struktur von Unterricht für Ausbildungszwecke zu analysieren und zu vergleichen. (DIPF/Orig.)For many years empirical research on instructional quality referred to general quality criteria, for example classroom management whereas subject-specific and content-specific criteria were neglected. Adressing to this shortcoming a method for capturing subject-specific and content-specific quality criteria was developed within the DFG-project "Quality of Instruction in Biology". Herefore the content structure of the lessons were reconstructed in form of logical flowcharts. With these logical flowcharts clear information concerning structure and complexity of a lesson can be given. This method was tested on 50 videotaped biology lessons on the topic "blood & circulatory-system". In doing so, eight typical patterns could be identified. In the future further analysis on the relation to students\u27 achievement needs to be done. Additionally to research purposes this method can be used for analysing content structure during teacher training. (DIPF/Orig.

Development and evaluation of a test to measure pedagogical content knowledge of biology teachers

In der Diskussion um professionelle Kompetenzen von Lehrkräften ist das Verhältnis von Wissen und unterrichtlichem Können bis heute unzureichend geklärt. Der vorliegende Artikel bietet eine Einführung in zentrale theoretische Modelle, die sich mit dem Zusammenwirken von Wissen und Können bei Lehrern beschäftigen. In aktuellen Modellen spielt das Reflexionswissen beziehungsweise die Reflexionsfähigkeit der Lehrkräfte eine zentrale Rolle, um das professionelle Wissen und Können miteinander in Bezug setzen zu können. Damit fällt dem Reflexionswissen eine bedeutende Schlüsselposition in der Ausbildung professioneller Kompetenz von Lehrkräften zu. In der hier vorliegenden Studie wurde ein videoclipgestützter Papier- und Bleistifttest zur Erfassung des fachdidaktischen Reflexionswissens von Biologielehrkräften entwickelt und hinsichtlich klassischer Testgütekriterien evaluiert. In der Diskussion werden die Einsatzmöglichkeiten des entwickelten Instruments in der Grundlagenforschung und der Lehrerbildung herausgearbeitet. (DIPF/Orig.)To date the unsolved problem of the relation of declarative knowledge and teaching skills forms a central component of the discourses about teachers\u27 professional competence. The present article offers an introduction to the most important models regarding to the relation of teachers\u27 declarative knowledge and teaching skills. It is shown that current models ascribe teacher reflection as an important aspect for integrating declarative knowledge and teaching skills. With this significant key position, reflection is a central part of teachers\u27 professional competence. The study at hand was designed as a video clip-supported paper and pencil test for measuring teachers\u27 pedagogical content knowledge and related reflections. Within the scope of the results the measuring instruments as well as psychometrical quality criteria are introduced. Finally, the various applications for usage of the developed instruments in the field of basic research and teacher education are discussed. (DIPF/Orig.

Development of a short version of the German subjective cognitive decline questionnaire (SCD-Q17): a principal component analysis approach to item reduction

Since it was shown that Alzheimer’s disease (AD) begins many years before the onset of symptoms with subjective cognitive decline (SCD), there has been increasing interest in the early clinical stages where disease-modifying drugs are expected to have the greatest benefit. However, at this early stage cognitive testing may yield unremarkable results, it is necessary to find a tool that can provide a simple and reliable indication of SCD as a part of a screening tool for AD in the general population. The German version of the 24-item Subjective Cognitive Decline Questionnaire (SCD-Q) with a dichotomous answer scale was tested, which then revealed some challenges. For this reason, an adaptation of the questionnaire was necessary. 360 participants completed the SCD-Q, all of whom were outpatients at a memory clinic. The most relevant subitems were identified by principal component analysis. This analysis focused on the self-perceived perspective of the decline. Results of the principal component analysis, consultations with experts and feedback from respondents were integrated into a short version of the SCD-Q with 17 items and a Likert scale – the SCD-Q17. The SCD-Q17 was sent to 100 participants of the original questionnaire for re-completion and, a new cut-off value was calculated by receiver operator characteristic (ROC) curves. The SCD-Q17 is a useful tool for the reliable detection of subjective symptoms, and thus may prompt more in-depth assessments of the underlying etiology. CogScreen has been retrospectively registered at clinical trials (NCT06191952)

Low-cost and sustainable organic thermoelectrics based on low-dimensional molecular metals

More than 70 % of the primary energy consumed world-wide is wasted, mostly as heat below 100 °C[1]. Thermoelectric generators may convert a substantial amount of this energy into electrical power but high production costs and scarcity of efficient thermoelectric materials operating in this temperature regime have limited large-scale applications so far. Recently, conducting polymers have been proposed as potential candidates to meet these challenges showing appreciable low-temperature thermoelectric performance, but unfortunately suffering from low electrical conductivity due to inherent disorder[2–5]. Herein, crystalline low-dimensional molecular metals are demonstrated as an alternative class of thermoelectric materials combining the advantages of low weight, chemical variety, sustainability and high charge carrier mobility with reduced electronic dimensionality. For the first time determining all relevant thermoelectric quantities on individual organic crystals of both, p-type TTT2I3 and n-type DCNQI2Cu conductors, high power factors and promising figures of merit surpassing values of zT≥0.15 below 40 K are disclosed in this study. The cost-defining power output per active area of a prototypical, all-organic TEG takes unprecedented values of ~mW/cm2 at RT. Violation of the Wiedemann-Franz law and phonon drag effects emerge from the materials’ low-dimensionality and are expected to deliver further thermoelectric enhancement feasible in near future

Tetrathiotetracene thin film morphology and electrical properties

The electrical properties of organic thin films are determined by their chemical constituents and the morphology of the films deposited. In this paper the morphology of vacuum sublimed (7∙10-6 mbar) tetrathiotetracene (TTT) thin films is shown to be strongly affected by the thermal deposition temperature (222-350 K) and rate of deposition. Mostly needle-like morphologies are identified by scanning electron microscopy. Optimal TTT purity (a pre-requisite for device preparation via subsequent oxidation) is evidenced by their initially low electrical conductivity. Altering the TTT morphology, by variation of the evaporation parameters, strongly affects this base electrical conductivity. Four probe conductivity measurements and charge extraction by linear increasing voltage methods are used to characterize film electrical properties. In-plane conductivity of up to 7.03∙10-5 S/cm is achieved for pure TTT thin films. Subsequent aerial oxidation resulted in a 3.4-fold increase in electrical conductivity