Lam\'e Parameter Estimation from Static Displacement Field Measurements in the Framework of Nonlinear Inverse Problems

We consider a problem of quantitative static elastography, the estimation of the Lam\'e parameters from internal displacement field data. This problem is formulated as a nonlinear operator equation. To solve this equation, we investigate the Landweber iteration both analytically and numerically. The main result of this paper is the verification of a nonlinearity condition in an infinite dimensional Hilbert space context. This condition guarantees convergence of iterative regularization methods. Furthermore, numerical examples for recovery of the Lam\'e parameters from displacement data simulating a static elastography experiment are presented.Comment: 29 page

Herstellung und Charakterisierung mesenchymaler Stammzellen bei Patienten nach allogener Blutstammzelltransplantation

Mesenchymale Stammzellen sind bindegewebige Vorläuferzellen, die sich als Bestandteile des adulten Knochenmarkstromas aus dem Knochenmark isolieren und unter geeigneten Kulturbedingungen ex vivo expandieren lassen. Die Zellen sind in der Lage, sich durch Teilung selbst zu erhalten und verschiedenartig differenzierte Tochterzellen hervorzubringen, so zum Beispiel Osteozyten, Chondrozyten, Myozyten, Fibrozyten und Adipozyten. Die Frage, ob mesenchymale Stammzellen im Rahmen einer allogenen Blutstammzelltransplantation mit übertragen werden, konnte bisher nicht zufriedenstellend beantwortet werden. Ebenso ist im Falle einer Über-tragung das Schicksal der Spenderzellen im Empfängerorganismus unklar. In der vorliegenden Arbeit sollte zunächst ergründet werden, ob mesenchymale Stammzellen im Rahmen einer allogenen peripheren Blutstammzelltransplantation mit übertragen werden. Dazu wurden Leukapheresate von Spendern nach peripherer Blutstammzelltransplantation im Vergleich zu Knochenmark von Spendern nach Knochenmarktransplantation untersucht. Desweiteren sollten bei Empfängern allogener peripherer Blutstammzelltransplantationen und allogener Knochenmark-transplantationen zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Transplantation mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark isoliert werden, um bei diesen den vom Blutstammzellspender stammenden Mengenanteil zu ermitteln. Um mesenchymale Stammzellen aus Leukapheresaten zu isolieren, erfolgte zuerst eine Dichtegradientenzentrifugation, der sich entweder die unmittelbare Zellkultur oder die Kultivierung nach weiterer Auftrennung durch magnetische Zellsortierung anschloss. Zur Isolation der mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark wurden Knochenmarkaspirate von Empfängern nach Blutstammzelltransplantation zunächst ebenfalls mittels Dichtegradientenzentrifugation aufgetrennt und im Anschluss die daraus gewonnene mononukleäre Zellfraktion kultiviert, wobei die mesenchymalen Stammzellen durch die Wahl der Kulturbedingungen selektioniert und expandiert wurden. Aus den Zellen wurde dann die genomische DNS extrahiert und durch Mikrosatellitenanalyse der Spenderzellanteil ermittelt. Es wurden Leukapheresate von neun Spendern sowie Knochenmark von zwei Spendern nach Transplantation bearbeitet. Aus den Leukapheresaten konnten mit den verwendeten Methoden keine mesenchymalen Stammzellen isoliert und angezüchtet werden. Dagegen gelang dies aus dem Knochenmark problemlos. Bei den Empfängern allogener Blutstammzelltransplantationen wurden Knochenmark-aspirate von 34 Patienten aufgearbeitet, wobei die Anzucht der mesenchymalen Stammmzellen bei Aspiraten von 27 Patienten, die zwischen 25 und 1334 Tagen nach Transplantation gewonnen wurden, erfolgreich war. Von den 27 Proben stammen 18 von Empfängern nach peripherer Blutstammzelltransplantation und neun von Empfängern nach Knochenmarktransplantation. Bei vier der Patienten nach peripherer Blutstammzelltransplantation war durch Mehrfachanalysen die Darstellung eines intraindividuellen Verlaufs möglich. Die Mikrosatellitenanalyse ergab in fast allen untersuchten Fällen einen Spenderanteil von null Prozent. Lediglich in zwei Proben nach peripherer Blutstammzelltransplantation wurden schwache Spendersignale detektiert, deren Anteil aber unter fünf Prozent betrug. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verdeutlichen, dass mesenchymale Stammzellen bei der allogenen Knochenmarktransplantation mit übertragen werden, während im Rahmen der allogenen peripheren Blutstammzelltransplantation ihre Übertragung nicht gezeigt werden konnte. Zu verschiedenen Zeitpunkten nach allogener Blutstammzelltransplantation waren weder im Falle der Knochenmark-transplantation noch bei der peripheren Blutstammzelltransplantation mesenchymale Stammzellen des Spenders im Knochenmark des Empfängers nachweisbar, während die Blutzellen zum jeweils gleichen Zeitpunkt ein Spenderprofil aufwiesen. Die klinische Bedeutsamkeit der mesenchymalen Stammzellen des Spenders im Rahmen einer Blutstammzelltransplantation ist vor dem Hintergrund der Ergebnisse fraglich. Die Zellen, die während einer Knochenmarktransplantation mit übertragen werden, könnten immunologisch bedeutungsvoll sein, so beispielsweise im Zusammenhang mit dem im Vergleich zur peripheren Blutstammzelltransplantation verminderten Auftreten der Graft-versus-Host-Disease

Ultra-high vacuum compatible induction-heated rod casting furnace

We report the design of a radio-frequency induction-heated rod casting furnace that permits the preparation of polycrystalline ingots of intermetallic compounds under ultra-high vacuum compatible conditions. The central part of the system is a bespoke water-cooled Hukin crucible supporting a casting mold. Depending on the choice of mold, typical rods have a diameter between 6 mm and 10 mm and a length up to 90 mm, suitable for single-crystal growth by means of float-zoning. The setup is all-metal sealed and may be baked out. We find that the resulting ultra-high vacuum represents an important precondition for processing compounds with high vapor pressures under a high-purity argon atmosphere up to 3 bar. Using the rod casting furnace, we succeeded to prepare large high-quality single crystals of two half-Heusler compounds, namely the itinerant antiferromagnet CuMnSb and the half-metallic ferromagnet NiMnSb.Comment: 5 pages, 4 figure

Effects of implicit fear of failure on cognitive processing. A diffusion model analysis

Whereas previous studies suggest that individuals with high implicit fear of failure (FF) perform worse on various indicators of general performance, the underlying mechanisms of this effect have not yet been understood. In our experimental study, 280 participants worked on a binary color discrimination task. Half of the participants were frustrated by means of negative performance feedback, while the control group received mainly positive feedback. We employed a diffusion model analysis (Ratcliff in Psychol Rev 85(2):59-108, 1978) to disentangle the different components involved in the execution of the task. Results revealed that participants in the frustration condition adopted more conservative decision settings (threshold separation parameter of the diffusion model). Besides, high implicit FF was related to slow information accumulation (drift), and this relation was stronger in the frustration condition. Participants with higher FF further showed reduced learning rates during the task. Task related intrusive thoughts are discussed as mechanism for reduced performance of high FF individuals. We conclude that diffusion model analyses can contribute to a better understanding of the mechanisms underlying the effects of psychological motives. (DIPF/Orig.

Adaptive optimal operation of a parallel robotic liquid handling station

Results are presented from the optimal operation of a fully automated robotic liquid handling station where parallel experiments are performed for calibrating a kinetic fermentation model. To increase the robustness against uncertainties and/or wrong assumptions about the parameter values, an iterative calibration and experiment design approach is adopted. Its implementation yields a stepwise reduction of parameter uncertainties together with an adaptive redesign of reactor feeding strategies whenever new measurement information is available. The case study considers the adaptive optimal design of 4 parallel fed-batch strategies implemented in 8 mini-bioreactors. Details are given on the size and complexity of the problem and the challenges related to calibration of over-parameterized models and scarce and non-informative measurement data. It is shown how methods for parameter identifiability analysis and numerical regularization can be used for monitoring the progress of the experimental campaigns in terms of generated information regarding parameters and selection of the best fitting parameter subset.BMBF, 02PJ1150, Verbundprojekt: Plattformtechnologien für automatisierte Bioprozessentwicklung (AutoBio); Teilprojekt: Automatisierte Bioprozessentwicklung am Beispiel von neuen Nukleosidphosphorylase

Experiments in the wild. Introducing the within-person encouragement design

The within-person encouragement design introduced here combines methodological approaches from three research traditions: (a) the analysis of within-person couplings using multilevel models, (b) the experimental manipulation of a treatment variable at the within-person level, and (c) the use of random encouragements as instrumental variables to induce exogenous experimental variation when strict treatment adherence is unrealistic. The proposed combination of these approaches opens up new possibilities to study treatment effects of a broad range of behavioral variables in realistic everyday contexts. We introduce this new research design together with a corresponding data analysis framework: instrumental variable estimation with two-level structural equation models. Using simulations, we show that the approach is applicable with feasible design dimensions regarding numbers of measurement occasions and participants and realistic assumptions about adherence to the encouragement conditions. Possible applications and extensions, as well as potential problems and limitations are discussed. (DIPF/Orig.

Studying within-person variation and within-person couplings in intensive longitudinal data. Lessons learned and to be learned

Intensive longitudinal designs (e.g., experience sampling methods, daily diary studies, or ambulatory assessments) continue to gain importance in sychological aging research. Empirical research using these designs has greatly facilitated our understanding of short-term within-person processes and has started to approach the question how these processes shape long-term development across the life span. The aim of this viewpoint article is to point out four key issues in intensive longitudinal designs that in our opinion require more attention than they are currently given: (a) improvement in measurement reliability, (b) the necessity to investigate inter-individual differences in short-term dynamics, (c) considerations of the time scale across which dynamic effects unfold, and (d) targeting causality by incorporating experimental methods in intensive longitudinal designs. We illustrate these four key issues by referring to a prominent example of within-person dynamics in prior empirical research: the within-person coupling of stressor occurrence and well-being stress reactivity). (DIPF/Orig.

From music making to affective well-being in everyday life. The mediating role of need satisfaction

How music can provide a pathway to affective well-being has mostly been investigated with regard to listening to music or music therapy. Comparatively, less is known about the effects of active music making on well-being in everyday life or its underlying mechanisms. Self-Determination Theory emphasizes the importance of fulfillment of the needs for autonomy, competence, and relatedness for well-being and offers a valuable framework for explaining the postulated link between music making and well-being. In the present daily diary study, 1,042 hobby musicians (age range 13 to 82 years; 65.3% female) completed online assessments of their music making, need fulfillment, and positive and negative affect each day for 10 consecutive days. Results showed that need satisfaction and positive affect were higher, while need dissatisfaction and negative affect were lower on days when participants reported music making. Multilevel structural equation models indicated that the effect of music making on positive affect was mediated by satisfaction of all three needs, with statistically significant indirect effects via autonomy and competence at both the within- and between person level, and relatedness only at the between-person level. There were no statistically significant mediation effects for negative affect. This study is the first to provide evidence for higher affective well-being of hobby musicians on days of music making. Results further suggest satisfaction of basic psychological needs as a mediating mechanism and emphasize the importance to distinguish between indicators of positive functioning (positive affect, need satisfaction) and negative functioning (negative affect, need dissatisfaction). (DIPF/Orig.

Regulationsmechanismen des Interferon regulatorischen Faktors IRF-4 in der chronisch myeloischen Leukämie

Zahlreiche Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Gruppe der Interferon-regulatorischen Faktoren (IRF), darunter insbesondere ICSBP und IRF-4, in der Pathogenese der CML eine wichtige Rolle spielt. In peripherem Blut von Patienten mit CML in der chronischen Phase ist die IRF-4-Expression im Vergleich zu Normalblut signifikant herunterreguliert. Eine Therapie mit Interferon-α vermag das IRF-4-Level der Patienten wieder anzuheben und zwischen gutem Ansprechen und hohem IRF-4-Level besteht eine positive Korrelation. Diese Daten könnten auf eine mögliche antileukämische Wirkungsweise von IRF-4 bei Erkrankungen des myeloiden Systems hinweisen. In dieser Arbeit wurde der Mechanismus der deregulierten IRF-4-Expression in Leukämiezellen untersucht. Die IRF-4-Promotor-Region von hämatopoetischen Zellinien, CML-Patienten und normalen Spendern als Kontrolle wurde dabei auf genetische und epigenetische Veränderungen untersucht. Um genetische Aberrationen auszuschließen, wurde der IRF-4-Promotor sequenziert. Dabei wurden keine genetischen Läsionen gefunden, die für die inhibierte IRF-4-Transkription verantwortlich sein könnten. Die detektierten Variationen an Position -1081 (T→C-Substitution), an Position -1068 (A→C-Substitution) und Position -116 (T→C-Substitution) finden sich sowohl in IRF-4-positiven als auch in IRF-4-negativen Zelllinien; die letztgenannte Substitution taucht zudem auch bei CML-Patienten in chronischer Phase und in Normalblut von Kontrollpersonen auf. Diese Basenpaarvariationen sind folglich sehr wahrscheinlich nicht die Ursache für die Expressionsunterschiede und stellen eher Polymorphismen dar. Keine der beschriebenen Sequenzänderungen betrifft eine bekannte Transkriptionsfaktorbindungsstelle. Die bei CML-Patienten in vivo nachgewiesene Induzierbarkeit der IRF-4-Expression macht reversible Inhibitionsmechanismen ohnehin wahrscheinlicher. Deshalb wurde der IRF-4-Promotor auf aberrante Methylierung untersucht, welche bereits bei einem anderen IRF, IRF-7, nachgewiesen wurde. Um die Relevanz dieses epigenetischen Mechanismus für die IRF-4-Regulation zu untersuchen, wurden verschiedene Zellinien mit demethylierenden Substanzen behandelt. Die Inkubation mit 5-Aza-2-deoxycytidin zeigte eine konzentrations- und zeitabhängige Aktivierung der IRF-4-Expression, die auf mRNA- und Proteinebene nachgewiesen werden konnte. Um den Methylierungsstatus des IRF-4-Promotors zu bestimmen, wurden ein Restriktions-PCR-Assay sowie die Sequenzierung des Promotors nach Bisulfit-Behandlung durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die IRF-4-negativen Zellinien ein höheres Methylierungslevel aufwiesen als die IRF-4-positiven Zellen und dass die IRF-4-Expression zudem mit dem Methylierungsstatus spezifischer CpGs im Promotor korreliert. Von besonderem Interesse ist dabei die Hypermethylierung einer NFκB-Bindungsstelle in IRF-4-negativen Zellinien. Die Bindung von c-Rel an NFκB-Elemente des Promotors spielt eine wichtige Rolle in der Induktion von IRF-4 und die Methylierung dieses Elements blockiert die Bindung des Transkriptionsfaktors. Ein im Anschluss an diese Arbeit durchgeführter Reporter-Gen-Assay konnte schließlich den inhibierenden Effekt von Methylierung auf den IRF-4-Promotor bestätigen. Die Bisulfit-Sequenzierung von DNA aus peripherem Blut von drei Normalpersonen und drei CML-Patienten in chronischer Phase zeigte keine aberrante Methylierung. Möglicherweise wurden hier jedoch die malignen Zellen im Gesamtblut nicht ausreichend erfasst; hier muss sich die Sequenzierung von sortierten Zellen anschließen. Eine mögliche und bei verschiedenen malignen Erkrankungen nachgewiesene Ursache für aberrante Methylierung ist die Überexpression von DNA-Methyltransferasen (DNMT). Die Expressionsanalyse der DNMTs (DNMT1, DNMT3A, DNMT3B) und Methyl-CpG-Bindungsproteine (MBP) (MBD1, MBD2, MBD4, MeCP) zeigte jedoch keine konsistenten Unterschiede zwischen IRF-4-positiven und –negativen Zellinien, so dass der Hypermethylierung wahrscheinlich andere Mechanismen zugrunde liegen. Zusammenfassend lassen die erhobenen Daten die Schlussfolgerung zu, dass IRF-4-Promotor-Methylierung die IRF-4-Expression reguliert und das die aberrante Expression von IRF-4 in verschiedenen Leukämietypen eine Konsequenz einer IRF-4-Promotor-Hypermethylierung sein könnte. Inwieweit dieser Mechanismus in vivo wirksam ist, muss, beispielsweise durch Analyse von Subpopulationen aus Patientenproben, noch bestimmt werden