Climate Justice

CLIMATE JUSTICE Climate Justice / Ekardt, Felix (Rights reserved) ( -

Vergleich der DNA-Reparatur in primären Tumorzelllinien und Fibroblastenzelllinien der identischen Spender

2.1 Background and aims Application of ionising radiation mostly combined with surgery and chemotherapy plays an important role in the cancer treatment of the oral cavity. The biological effects of radiation are thought of in terms of their effects on living cells. Ionizing radiation may directly or indirectly damage DNA and induce irreparable DNA double-strand breaks. The aim of this study was to investigate the effects of irradiation on tumour and oral mucosa cells. We determined the level of DNA damage of the squamous cell cancer cells, the ability of cells to repair, the activation of proteins involved in DNA-repair and compared this with normal tissue. Moreover the different sensitivity to ionising radiation and DNA repair capacity in both type of cells were evaluated. 2.2 Methods The squamous-cell carcinoma and the normal oral cavity primary cell lines obtained from patients with HNSCC were irradiated with 2 Gy X-rays. Using immunostainig the proteins Atm, H2AX, Pml, p53 and the nuclei were marked one, three and 24 hours after irradiation and additionally an unirradiated control. Via fluorescence microscopy and an image analysis software two images were acquired. The foci were visualized and superimposed to the nucleus and the numbers of foci per cell were analysed. 2.3 Results and observations The normal tissue showed after irradiation a significant increase of Atm foci (p=0.002, compared to unirradiated control), a cleary decrease after three hours and achieved the initial level after 24 hours. In the tumour cells no increase of Atm was noticed. H2AX developing appeared similarly in both tissues with an increase after one hour, a decrease after three and 24 hours, but the initial value was not achieved. The intracellular accumulation of PML in the normal cells after 3 hours did not differ from control level. Primary after 24 hours an increase from 14 to 21 Foci/cell was observed. Similar results were obtained for tumour cells. The average p53 foci amount in both cell lines did not change both 1 and 3 hours after irradiation. The maximal level of 15 foci/cells was reached in normal cells following 24 hours. The p53 level in tumour cells was constant with approximately 7 foci/cell. 2.4 Conclusion It could be demonstrated that DSBs could be induced numerously in normal and tumour cells after irradiation. The decreased level of DSBs in neoplastic tissue could be caused by reduced expression or absence of Atm. Moreover the data presented suggests that the lower expression of proteins involved in DNA-repair Pml and p53 by tumour cells could result in increased level of DNA damage. Thus re-irradiation has only a limited effect on normal tissue but the intracellular accumulation of irreparable DSBs in tumour cells can cause apoptosis. Mutated Atm seems to play a decisive role in cancerogenesis, while normal tissue could exhibit a higher protection level by reason of faultless Atm.1.1 Hintergrund und Ziele Bei der Behandlung des Mundhöhlenkarzinoms spielt die Anwendung ionisierender Strahlen derzeit eine entscheidende Rolle, meist im Zusammenspiel mit Operation und Chemotherapie. Trifft Strahlung auf das Gewebe, werden in den exponierten Zellen erhebliche Schäden erzeugt. Auf direktem und indirektem Weg führt die Strahlung zu Schäden in der DNA, wobei hier besonders die Doppelstrangbrüche als schwierig zu reparierende Schäden gelten. Ziel dieser Arbeit ist es, herauszufinden, wie stark die Reaktionen bei Bestrahlung des Tumorgewebes bzw. des normalen Mundschleimhautgewebes ausfallen; hierbei wurde sowohl die Anzahl der entstandenen Schäden und die Reparaturfähigkeit betrachtet als auch die Induktion verschiedener Strukturen, die in den Reparaturprozess involviert sind. Dabei interessierte besonders die Frage, ob Zellen der oralen Plattenepithel (PLE) - Karzinome sensitiver auf Bestrahlung reagieren als Normalgewebe und welche Unterschiede im Reparaturverhalten der verglichenen Gewebe auftreten. 1.2 Methoden Nach Entnahme des Zellmaterials aus PLE-Karzinomen der Mundhöhle und normalen Mundschleimhautzellen wurden diese für die Behandlung vorbereitet und anschließend mit jeweils 2 Gy bestrahlt. Im Folgenden wurden mittels Immunostaining die Proteine Atm, H2AX, Pml und p53 angefärbt sowie die Zellkerne markiert. Dieses Vorgehen erfolgte sowohl eine, drei und 24 Stunden nach Bestrahlung als auch an einer nicht bestrahlten Kontrolle. Mit Hilfe des Fluoreszenzmikroskops wurden diese Proteine als Foci sichtbar gemacht und zusammen mit den Zellkernen derselben Stelle in zwei getrennten Bildern aufgenommen. Die Auswertung erfolgte durch das Bildanalyseprogramm Biomas. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Nach Bestrahlung kam es in den normalen Zellen zunächst zu einem signifikanten Anstieg des Atm (p=0,002, Vergleich zur unbestrahlten Kontrolle), nach drei Stunden ging die Anzahl deutlich zurück (p=0,001), nach 24 Stunden wurde der Ausgangswert wieder knapp erreicht. Im Gegensatz dazu zeigte sich im Tumorgewebe keinerlei Anstieg des Atm. Die Verläufe von H2AX zeigten sich in beiden Geweben ähnlich mit einem signifikanten Anstieg nach einer Stunde (p=0,001 bei normalen Zellen) und einem sich anschließenden Abfall nach drei Stunden (p=0,001 bei normalen Zellen) und 24 Stunden, hierbei wurde das Ausgangsniveau jedoch nicht wieder erreicht. Bei Pml konnte im Normalgewebe im Verlauf von drei Stunden keine wesentliche Veränderung zur Kontrolle beobachtet werden, erst nach 24 Stunden zeigt sich ein Anstieg von 14 auf 21 Foci/Zelle. Parallel dazu präsentieren sich die Pml-Foci des Tumorgewebes, die jeweils ca. 10 Foci/Zelle weniger aufweisen. Betrachtet man p53, so ist hier ebenfalls nach einer und drei Stunden sowohl in normalen als auch in Tumorzellen kein Anstieg feststellbar, im gesunden Gewebe kommt es erneut nach 24 Stunden zu einem Anstieg (von ursprünglich elf auf knapp 15 Foci/Zelle), der bei den PLE-Proben allerdings ausbleibt, der Wert bleibt mit jeweils ca. sieben Foci/Zelle im zeitlichen Verlauf konstant. 1.4 Praktische Schlussfolgerungen Es konnte gezeigt werden, dass nach Bestrahlung sowohl im normalen als auch im Tumorgewebe zahlreiche Doppelstrangbrüche (=DSB) induziert werden. Die im Vergleich etwas verminderte Zahl im Tumorgewebe lässt sich mit mangelnder Detektion infolge des fehlenden Atm erklären. Aufgrund verminderter Expression der zur Reparatur notwendigen Proteine (50% weniger Pml und p53) wird es für die Tumorzelle deutlich schwieriger, auf Schäden zu reagieren. Deshalb kann davon ausgegangen werden, dass die wiederholte Bestrahlung des Gewebes den gesunden Zellen ausreichend Zeit zur Regeneration lässt, während sie bei Tumorzellen durch Akkumulation komplexer Schäden schließlich den Zelltod bewirkt. Mutiertes Atm scheint dabei ein Merkmal der fortgeschrittenen Kanzerogenisierung zu sein, während normale Zellen durch intaktes Atm einen größeren Schutz besitzen

Biomechanics of Two External Fixator Devices Used in Rat Femoral Fractures

The use of external fixators allows for the direct investigation of newly formed interfragmentary bone, and the radiographic evaluation of the fracture. We validated the results of a finite element model with the in vitro stiffness' of two widely used external fixator devices used for in vivo analysis of fracture healing in rat femoral fractures with differing construction (Ti alloy ExFix1 and PEEK ExFix2). Rat femoral fracture fixation was modelled using two external fixators. For both constructs an osteotomy of 2.75 mm was used, and offset maintained at 5 mm. Tufnol, served as standardized substitutes for rat femora. Constructs were loaded under axial compression and torsion. Overall axial and torsional stiffness were compared between the in vitro models and FE results. FE models were also used to compare the fracture movement and overall pattern of von Mises stress across the external fixators. In vitro axial stiffness of ExFix1 was 29.26 N/mm ± 3.83 compared to ExFix2 6.31 N/mm ± 0.67 (p* < 0.05). Torsional stiffness of ExFix1 was 47.5 Nmm/° ± 2.71 compared to ExFix2 at 19.1 Nmm/° ± 1.18 (p* < 0.05). FE results predicted similar comparative ratios between the ExFix1 and 2 as the in vitro studies. FE results predicted considerably larger interfragmentary motion in the ExFix2 comparing to ExFix1. We demonstrated significant differences in the stiffness' of the two external fixators as one would expect from such variable designs; yet, importantly we validated the utility of an FE model for the analysis and prediction of changes in fracture mechanics dependent on fixator choice

Full‐field strain of regenerated bone tissue in a femoral fracture model

The mechanical behavior of regenerated bone tissue during fracture healing is key in determining its ability to withstand physiological loads. However, the strain distribution in the newly formed tissue and how this influences the way a fracture heals it is still unclear. X-ray Computed Tomography (XCT) has been extensively used to assess the progress of mineralized tissues in regeneration and when combined with in situ mechanics and digital volume correlation (DVC) has been proven a powerful tool to understand the mechanical behavior and full-field three-dimensional (3D) strain distribution in bone. The purpose of this study is therefore to use in situ XCT mechanics and DVC to investigate the strain distribution and load-bearing capacity in a regenerating fracture in the diaphyseal bone, using a rodent femoral fracture model stabilized by external fixation. Rat femurs with 1 mm and 2 mm osteotomy gaps were tested under in situ XCT step-wise compression in the apparent elastic region. High strain was present in the newly formed bone (εp1 and εp3 reaching 29000 με and -43000 με, respectively), with a wide variation and inhomogeneity of the 3D strain distribution in the regenerating tissues of the fracture gap, which is directly related to the presence of unmineralized tissue observed in histological images. The outcomes of this study will contribute in understanding natural regenerative ability of bone and its mechanical behavior under loading

Finite Element Analysis of Osteosynthesis Screw Fixation in the Bone Stock: An Appropriate Method for Automatic Screw Modelling

The use of finite element analysis (FEA) has grown to a more and more important method in the field of biomedical engineering and biomechanics. Although increased computational performance allows new ways to generate more complex biomechanical models, in the area of orthopaedic surgery, solid modelling of screws and drill holes represent a limitation of their use for individual cases and an increase of computational costs. To cope with these requirements, different methods for numerical screw modelling have therefore been investigated to improve its application diversity. Exemplarily, fixation was performed for stabilization of a large segmental femoral bone defect by an osteosynthesis plate. Three different numerical modelling techniques for implant fixation were used in this study, i.e. without screw modelling, screws as solid elements as well as screws as structural elements. The latter one offers the possibility to implement automatically generated screws with variable geometry on arbitrary FE models. Structural screws were parametrically generated by a Python script for the automatic generation in the FE-software Abaqus/CAE on both a tetrahedral and a hexahedral meshed femur. Accuracy of the FE models was confirmed by experimental testing using a composite femur with a segmental defect and an identical osteosynthesis plate for primary stabilisation with titanium screws. Both deflection of the femoral head and the gap alteration were measured with an optical measuring system with an accuracy of approximately 3 µm. For both screw modelling techniques a sufficient correlation of approximately 95% between numerical and experimental analysis was found. Furthermore, using structural elements for screw modelling the computational time could be reduced by 85% using hexahedral elements instead of tetrahedral elements for femur meshing. The automatically generated screw modelling offers a realistic simulation of the osteosynthesis fixation with screws in the adjacent bone stock and can be used for further investigations

Solid-state additive manufacturing of porous Ti-6Al-4V by supersonic impact

MIT-Italy global seed fund; Polimi International Fellowshi

Compressive performance of an arbitrary stiffness matched anatomical Ti64 implant manufactured using Direct Metal Laser Sintering

The reduction of stress shielding following Segmental Bone Defect (SBD) repair requires stiffness matching strategies. Accordingly, this work introduces a Ti6Al4V (Ti64) SBD tibial implant that mimics the segmented bone anatomy using a digital bio-model derived from X-Ray μCT Scan data. The implant features a sheathed periodic unit cell design that can perform slightly lower than the segmented bone being replaced for potential stiffness matching. Finite Element Analysis (FEA) was carried out for the selection of unit cell and to predict the implant performance. The results were then compared to compression test data from a Ti64 Grade 23 implant manufactured using Direct Metal Laser Sintering (DMLS) to assess predictability. The outcome of this research shows an anatomical stiffness matched design that maybe suitable for SBD repair of a tibial segment that can be manufactured using DMLS. The developed implant exhibits Young's Modulus (E) of 12.03, 11.94 and 14.58 GPa using Maxwell's criterion, FEA and experimental (highest) methodologies respectively. This is slightly lower than the segmented bone that exhibited 18.01 GPa (ETibia) to allow for stiffness matching following a period of osseointegration depending on ‘critical size’. Furthermore, the surface roughness of the implant was found to be favourable for osteoblasts attachment

Human Rights and Precautionary Principle: Limits to Geoengineering, SRM, and IPCC Scenarios

: Most scenarios on instruments limiting global warming in line with the 1.5 &deg;C temperature limit of the Paris Agreement rely on overshooting the emissions threshold, thus requiring the application of negative emission technologies later on. Subsequently, the debate on carbon dioxide removal (CDR) and solar radiation management (SRM) (frequently subsumed under &ldquo;geoengineering&rdquo;) has been reinforced. Yet, it does not determine normatively whether those are legally valid approaches to climate protection. After taking a closer look at the scope of climate scenarios and SRM methods compiling current research and opinions on SRM, this paper analyses the feasibility of geoengineering and of SRM in particular under international law. It will be shown that from the perspective of human rights, the Paris Agreement, and precautionary principle the phasing-out of fossil fuels and the reduction in consumption of livestock products as well as nature-based approaches such as sustainable&mdash;and thus climate and biodiversity-smart&mdash;forest, peatland, and agricultural management strongly prevail before geoengineering and atmospheric SRM measures in particular. However, as all of the atmospheric SRM methods are in their development phase, governance options to effectively frame further exploration of SRM technologies are proposed, maintaining that respective technologies thus far are not a viable means of climate protection

Comparison of DNA-repair in tumour and oral mucosa cells

1.1 Hintergrund und Ziele Bei der Behandlung des Mundhöhlenkarzinoms spielt die Anwendung ionisierender Strahlen derzeit eine entscheidende Rolle, meist im Zusammenspiel mit Operation und Chemotherapie. Trifft Strahlung auf das Gewebe, werden in den exponierten Zellen erhebliche Schäden erzeugt. Auf direktem und indirektem Weg führt die Strahlung zu Schäden in der DNA, wobei hier besonders die Doppelstrangbrüche als schwierig zu reparierende Schäden gelten. Ziel dieser Arbeit ist es, herauszufinden, wie stark die Reaktionen bei Bestrahlung des Tumorgewebes bzw. des normalen Mundschleimhautgewebes ausfallen; hierbei wurde sowohl die Anzahl der entstandenen Schäden und die Reparaturfähigkeit betrachtet als auch die Induktion verschiedener Strukturen, die in den Reparaturprozess involviert sind. Dabei interessierte besonders die Frage, ob Zellen der oralen Plattenepithel (PLE) - Karzinome sensitiver auf Bestrahlung reagieren als Normalgewebe und welche Unterschiede im Reparaturverhalten der verglichenen Gewebe auftreten. 1.2 Methoden Nach Entnahme des Zellmaterials aus PLE-Karzinomen der Mundhöhle und normalen Mundschleimhautzellen wurden diese für die Behandlung vorbereitet und anschließend mit jeweils 2 Gy bestrahlt. Im Folgenden wurden mittels Immunostaining die Proteine Atm, H2AX, Pml und p53 angefärbt sowie die Zellkerne markiert. Dieses Vorgehen erfolgte sowohl eine, drei und 24 Stunden nach Bestrahlung als auch an einer nicht bestrahlten Kontrolle. Mit Hilfe des Fluoreszenzmikroskops wurden diese Proteine als Foci sichtbar gemacht und zusammen mit den Zellkernen derselben Stelle in zwei getrennten Bildern aufgenommen. Die Auswertung erfolgte durch das Bildanalyseprogramm Biomas. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Nach Bestrahlung kam es in den normalen Zellen zunächst zu einem signifikanten Anstieg des Atm (p=0,002, Vergleich zur unbestrahlten Kontrolle), nach drei Stunden ging die Anzahl deutlich zurück (p=0,001), nach 24 Stunden wurde der Ausgangswert wieder knapp erreicht. Im Gegensatz dazu zeigte sich im Tumorgewebe keinerlei Anstieg des Atm. Die Verläufe von H2AX zeigten sich in beiden Geweben ähnlich mit einem signifikanten Anstieg nach einer Stunde (p=0,001 bei normalen Zellen) und einem sich anschließenden Abfall nach drei Stunden (p=0,001 bei normalen Zellen) und 24 Stunden, hierbei wurde das Ausgangsniveau jedoch nicht wieder erreicht. Bei Pml konnte im Normalgewebe im Verlauf von drei Stunden keine wesentliche Veränderung zur Kontrolle beobachtet werden, erst nach 24 Stunden zeigt sich ein Anstieg von 14 auf 21 Foci/Zelle. Parallel dazu präsentieren sich die Pml-Foci des Tumorgewebes, die jeweils ca. 10 Foci/Zelle weniger aufweisen. Betrachtet man p53, so ist hier ebenfalls nach einer und drei Stunden sowohl in normalen als auch in Tumorzellen kein Anstieg feststellbar, im gesunden Gewebe kommt es erneut nach 24 Stunden zu einem Anstieg (von ursprünglich elf auf knapp 15 Foci/Zelle), der bei den PLE-Proben allerdings ausbleibt, der Wert bleibt mit jeweils ca. sieben Foci/Zelle im zeitlichen Verlauf konstant. 1.4 Praktische Schlussfolgerungen Es konnte gezeigt werden, dass nach Bestrahlung sowohl im normalen als auch im Tumorgewebe zahlreiche Doppelstrangbrüche (=DSB) induziert werden. Die im Vergleich etwas verminderte Zahl im Tumorgewebe lässt sich mit mangelnder Detektion infolge des fehlenden Atm erklären. Aufgrund verminderter Expression der zur Reparatur notwendigen Proteine (50% weniger Pml und p53) wird es für die Tumorzelle deutlich schwieriger, auf Schäden zu reagieren. Deshalb kann davon ausgegangen werden, dass die wiederholte Bestrahlung des Gewebes den gesunden Zellen ausreichend Zeit zur Regeneration lässt, während sie bei Tumorzellen durch Akkumulation komplexer Schäden schließlich den Zelltod bewirkt. Mutiertes Atm scheint dabei ein Merkmal der fortgeschrittenen Kanzerogenisierung zu sein, während normale Zellen durch intaktes Atm einen größeren Schutz besitzen.2.1 Background and aims Application of ionising radiation mostly combined with surgery and chemotherapy plays an important role in the cancer treatment of the oral cavity. The biological effects of radiation are thought of in terms of their effects on living cells. Ionizing radiation may directly or indirectly damage DNA and induce irreparable DNA double-strand breaks. The aim of this study was to investigate the effects of irradiation on tumour and oral mucosa cells. We determined the level of DNA damage of the squamous cell cancer cells, the ability of cells to repair, the activation of proteins involved in DNA-repair and compared this with normal tissue. Moreover the different sensitivity to ionising radiation and DNA repair capacity in both type of cells were evaluated. 2.2 Methods The squamous-cell carcinoma and the normal oral cavity primary cell lines obtained from patients with HNSCC were irradiated with 2 Gy X-rays. Using immunostainig the proteins Atm, H2AX, Pml, p53 and the nuclei were marked one, three and 24 hours after irradiation and additionally an unirradiated control. Via fluorescence microscopy and an image analysis software two images were acquired. The foci were visualized and superimposed to the nucleus and the numbers of foci per cell were analysed. 2.3 Results and observations The normal tissue showed after irradiation a significant increase of Atm foci (p=0.002, compared to unirradiated control), a cleary decrease after three hours and achieved the initial level after 24 hours. In the tumour cells no increase of Atm was noticed. H2AX developing appeared similarly in both tissues with an increase after one hour, a decrease after three and 24 hours, but the initial value was not achieved. The intracellular accumulation of PML in the normal cells after 3 hours did not differ from control level. Primary after 24 hours an increase from 14 to 21 Foci/cell was observed. Similar results were obtained for tumour cells. The average p53 foci amount in both cell lines did not change both 1 and 3 hours after irradiation. The maximal level of 15 foci/cells was reached in normal cells following 24 hours. The p53 level in tumour cells was constant with approximately 7 foci/cell. 2.4 Conclusion It could be demonstrated that DSBs could be induced numerously in normal and tumour cells after irradiation. The decreased level of DSBs in neoplastic tissue could be caused by reduced expression or absence of Atm. Moreover the data presented suggests that the lower expression of proteins involved in DNA-repair Pml and p53 by tumour cells could result in increased level of DNA damage. Thus re-irradiation has only a limited effect on normal tissue but the intracellular accumulation of irreparable DSBs in tumour cells can cause apoptosis. Mutated Atm seems to play a decisive role in cancerogenesis, while normal tissue could exhibit a higher protection level by reason of faultless Atm