Diatoms are an outstanding group of unicellular microalgae that can be found in almost all aquatic ecosystems, playing critical roles in the global carbon fixation and oxygen cycle. The cell wall surrounding diatom living cells, named frustule, is synthesized from amorphous hydrated silica with outstanding properties and plenty of geometries and ultrastructures varying between different species. The frustule consists of subcomponents; valves and girdle bands, held together in the living state but can be extracted and retrieved after death. The retrieved valves/girdle bands exhibit an outstanding ultrastructure, including the presence of nano-/micro-pores arrays resembling the artificial photonic crystal slabs and diffraction gratings. That is why the optical properties and light modulation capabilities of these siliceous parts have recently captured a wide interest and have been suggested for several optical applications as an eco-friendly and cost-effective alternative to artificial structures. Despite the previous efforts to understand the light modulation capabilities of these frustules and their subcomponents, more efforts are still required, and many missing gaps need to be filled. Therefore, this thesis aims to deepen the understanding of their light modulation capabilities, while focusing on their optical near field and Fresnel regime. That could help increase the applicability of their valves in optical applications and understanding the possible photobiological roles of their frustules. Additionally, the thesis also aims to investigate implementing the extracted clean valves as optical building blocks in photonic and optoelectronic applications, which adds to the previous efforts in the literature.

First, a novel analytical approach has been employed to numerically analysis the light modulation capabilities of the valve/frustule of small-size pennate diatom Gomphonema parvulum. The simulations were based on the 2D finite element frequency domain (FEFD) method. This approach enabled revealing the correlation of distinct optical phenomena; including thin-film interference, waveguiding, diffraction-driven focusing, photonic jet generation, Talbot effect, and guided-mode resonance, to the distinct optical elements comprising the valve/frustule. Such phenomena influence the valves’/frustules’ optical near-field and Fresnel regime and overlap in a wavelength-dependent manner to yield a complex interference pattern. Moreover, in order to broaden the understanding of the diffraction-driven focusing by diatom valves, the far-field optical microscopy techniques have been employed to study this behavior mainly in the Fresnel regime of structurally distinct valves covering a wide range of geometries, ultrastructure, and sizes, showing that this phenomenon could be more widespread among diatoms. The latter study showed, for the first time, that the diatom valves could also focus the light when being illuminated from the side. The 2D FEFD numerical analysis showed an ability to predict and analytically explain such behavior. Furthermore, the optical near-field of the valves of pennate diatom Gomphonema parvulum and centric diatom Aulacosira sp. have been studied utilizing an aperture-type scanning optical near-field microscopy (a-SNOM), operated in illumination and collection mode. The latter being used for the first time to study the optical near-field of diatom valves. The SNOM results, which provided new insights especially that of collection mode, have also been compared to the 2D FEFD numerical analysis results. Additionally, a novel methodology has been developed to study the 2D periodicities and symmetries of diatoms’ pore arrays based on image processing and analysis techniques, especially the 2D autocorrelation function analysis, offering an accurate and reproducible methodology that could help assess these pore arrays for relevant applications. Toward applications, a novel method for fabricating diatom-based SERS hybrid substrates was employed by obtaining a smooth ultrathin gold film over diatom valves. This method allowed comparing the ability of structurally distinct valves in enhancing SERS signal, where the magnitude of the enhancement likely depended on the valve ultrastructure. Additionally, a preliminary study on incorporating diatom valves into organic MISM photodetectors was also carried out.

In conclusion, I believe that this thesis offers new insights and deeper analytical understanding of the abilities of diatom valves/frustules to modulate light. On the one hand, this answers some questions while opening up many new.

Neben spenderabhängigen Einflussfaktoren und einem unvermeidbaren Endothelzellverlust im Rahmen einer passiven Organkultivierung, auch wenn diese aktuell den Goldstandard darstellt, hat die Augenhornhautbank Einfluss auf die Endothelzelldichte von Augenhornhäuten. Die fehleranfällige Bestimmung der cornealen Endothelzelldichte von Spenderaugenhornhäuten lässt sich durch eine computerbasierte Analyse zweifelsfrei positiv beeinflussen. Wir konnten zeigen, dass die entwickelte Bildanalysesoftware vollautomatisch valide und reproduzierbar die zentrale Endothelzelldichte bestimmt. Unsere Untersuchungen fanden einen relevanten Endothelzellverlust durch die Verwendung einer stärker hypoosmolaren Substanz für die lichtmikroskopische Visualisierung dieser Zellen. Durch die Verwendung einer möglichst gering hypoosmolaren Substanz mit einer niedrigen Expositonsdauer kann die Endothelzellschicht im Rahmen der Organkultivierung von Spenderaugenhornhäuten geschützt werden. Hypotherme und hypertherme Temperaturänderungen zeigten in unseren Arbeiten in einem Bereich zwischen +4 und +42°C keinen Effekt auf die cornealen Endothelzellen von organkultivierten Augenhornhäuten. Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes und über +42°C müssen, z.B. während des Transportes von Augenhornhauttransplantaten zum Empfänger, streng vermieden werden, da ansonsten eine komplette Nekrose der empfindlichen Endothelzellschicht eintritt. Die aktuellen Forschungen zu einer aktiven Organkultivierungsform von Spenderaugenhornhäuten ergaben vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich einer Protektion der Endothelzellen. Dabei muss auf die bekannten positiven Effekte der etablierten Organkultur nicht verzichtet werden. Solle sich dieser Ansatz erfolgreich in die Routine etablieren lassen, wird es voraussichtlich zu einer echten Evolution der Konservierung von Spenderaugenhornhäuten kommen.

There are a number of threats to the biodiversity of Southeast Asia. This global biodiversity hotspot has experienced surges in commercial poaching, particularly in mainland Southeast Asia, extirpating large mammals like tigers and rhinoceros from prime habitat in some locations. In maritime Southeast Asia, large-scale habitat degradation and loss has been driven by selective logging and industrial commodity plantations. With many ongoing initiatives to improve land-use management and protect biodiversity led by regional governments, it is useful to measure the impacts of these initiatives on biodiversity in a quantifiable way. The first aim of this dissertation was to examine the impacts of forest management at multiple scales on one particular species of high conservation value, while the second aim was to test how spatial modelling can improve protection for biodiversity. The location for this study was Sabah, a Malaysian state on the island of Borneo. The overall distribution of sun bears Helarctos malayanus across the forested landscapes of Sabah was previously not quantified. We used the large amount of sun bear data available from the many camera trap studies across the state and applied occupancy models to assess and predict the current and future suitability of habitats for the species (chapter 2). We found that all large forested areas of Sabah were predicted to be suitable, with almost half of the area predicted to be suitable within forests where logging and plantation development is occurring or will occur in the future. Forests of higher aboveground carbon density (i.e. more intact forests) were predicted to be more suitable than forests of lower aboveground carbon density. We conclude that future conversions of forests into plantations will have an impact on sun bears. In addition, enough resources should continue to be channeled towards anti-poaching activities to protect the large forested landscapes where bears currently live. Sabah’s sustainable forest management, in particular reduced impact logging, has been practiced for almost 20 years. In two particular sites certified by the Forest Stewardship Council, Deramakot and FMU 17A, we used sun bear data from two successive survey periods four years apart with occupancy models to investigate how sun bear habitat suitability has changed (chapter 3). Our findings revealed that overall sun bear habitat suitability increased, but not significantly, over a 4 year period throughout Deramakot and FMU 17A. There were noticeable reductions only in areas undergoing active logging (Deramakot) and one area of tree plantation (FMU 17A). This shows that sustainable forest management can provide suitable habitat for sun bears over time, as long as protection from poaching is in place. Understanding how different poaching offenders use the landscape can help managers of protected and conserved areas plan anti-poaching operations. We used a three year anti-poaching patrol dataset in an occupancy framework to identify areas of high “use” by two distinct offender types, gaharu collectors and wildlife hunters, in Deramakot and FMU 17A (chapter 4). We found that our model predictions of offender “hotspots” overlapped with areas of known poaching activity. We highlight the importance of site-level ranger knowledge in anti-poaching planning and the usefulness of applying occupancy-based predictions in policing vast forested landscapes.

Background: The Eurotransplant Senior Program (ESP) was established in 1999. It provides kidney transplants (≥ 65 years) to recipients with an age of ≥ 65 years. In 2019, the ESP celebrated its 20th anniversary. For this period, we compared the survival times of patients transplanted in the ESP with those of dialysis patients on the ESP waiting list.

Methods: All patients ≥ 65 years of age who were actively on the waiting list of the ESP at least once from 01.01.1999 to 31.12.2019 at Charité Campus Mitte and Charité Campus Virchow Klinikum and were listed for their first post-mortem kidney donation were included. Survival time analyses were performed using the Kaplan-Meier method. The starting point was the first active listing in the ESP or the 65th birthday if transferring from the ETKAS allocation to the ESP. Survival analyses were conducted as landmark analyses with landmarks (LM) at 6, 12, 18 and 24 months. At the time of the LM, cohorts were divided into kidney transplantation (NTX) and waiting list (WTL). Sensitivity analyses were performed to analyze only patients whose first listing was after the age of 65. In addition, this separate population was stratified by median age and re-examined.

Results: The total cohort included 783 patients (58.6% NTX, 61.2% male), of which 7 patients were lost to follow-up. The LM 6, 12, 18, 24 cohorts included 732, 683, 641, 585 patients, respectively. None of the landmark analyses showed a survival advantage for the NTX or WTL group. The 5-year survival in the age-independent analyses was 73.1% (NTX) vs. 72% (WTL) in LM6, 74.4% (NTX) vs. 75.2% (WTL) in LM12, 77.5% (NTX) vs. 77.4% (WTL) in LM18, 80.7% (NTX) vs. 80.0% (WTL) in LM24.

Conclusion: This study is one of the first to describe that there is no significant difference in survival time between dialyzed and kidney transplanted patients in the ESP. It is also one of the first to use landmark analysis to evaluate survival times in the ESP. Our results show that kidney transplantation in older patients needs to be carefully discussed. Factors such as comorbidities, medication, changes in quality of life or duration of dialysis were not taken into account in this study, but should be included in further studies.

The objective of the following paper is to determine the arterial inflow resistance of brachial arteries at typical arteriovenous anastomosis locations based on brachial angiographies. The clinically significant background to this is the influence of inflow resistance on peripheral perfusion pressure and thus on peripheral tissue perfusion in cases where AV connections have been established. The arterial inflow resistance was calculated on the basis of the Hagen-Poisseuille equation by performing angiographies to measure the diameter and length of the vascular segments from the origin of the A. subclavia to the level of the AV anastomosis under investigation. The flow resistance was calculated by adding the inflow resistance measured for each of the upstream vascular segments. Since the angiography images were not calibrated, the diameter of the A. subclavia constitutes the initial value for the calibration and measurement process. The results of the study showed an almost exponential increase in the inflow resistance moving from the centre to the periphery of the vascular tree of the brachial arteries. In the patients examined, the inflow resistance in the distal arterial segments of the lower arm was up to 200 times greater than that in the A. axillaris. No pattern encompassing concomitant diseases, age, gender and body side could be identified. The informative value of the study is limited due to the small patient cohort. Awareness of the influence of inflow resistance on peripheral tissue perfusion could enable inadequate peripheral perfusion to be corrected by feeding the AV vessel from a more centrally located anastomosis (proximalisation of the AV anastomosis).

The synchronization of cellular activity during neuronal oscillations is considered an established mechanism of central nervous system processes. In particular, oscillations in the gamma-frequency range (30 – 80 Hertz) are regarded as biomarkers for cognitive abilities, as their spectral amplitude correlates with cortical performance in health and disease. However, it remains elusive to what extent synaptic plasticity, as occurs following learning, can influence the spectral amplitude of gamma-oscillations, and whether there is an identifiable cellular basis for the plasticity of gamma-oscillations. This work presents a robust protocol for quantifying and mechanistically dissecting the long-term, activity-dependent increase in amplitude of ex vivo gamma-oscillations ("gamma-potentiation") using electrophysiological recordings. In acute brain slices from the mouse hippocampus, it is demonstrated that the one-time induction of gamma-oscillations leads to a long-lasting increase in the spectral amplitude of subsequent gamma-oscillations. Using pharmacological and genetic interventions it is demonstrated that gamma-potentiation can be fully explained by activity-dependent plasticity of glutamatergic synapses onto parvalbumin-positive interneurons (PVI). Two cell-type-specific metabotropic pathways specific to PVIs are required for gamma-potentiation: A canonical Gq-pathway activated by group I metabotropic glutamate receptors that re-cruits protein kinase C, and a Gi-sensitive pathway that recruits protein kinase A. Ulti-mately, gamma-potentiation is mediated by a conductance increase of calcium-permeable AMPA receptors on PVIs. This work identifies a mutual relationship between synaptic plasticity of PVIs and network plasticity of gamma-oscillations: Gamma-oscillations induce plasticity in PVIs, which translates to an increased spectral amplitude of subsequent gamma-oscillations. This principle of cell-to-network plasticity holds potential for an improved understand-ing of memory processes in health, adds to current models of neuropsychiatric patho-physiology and, finally, may guide future therapeutic strategies.

Das orale Plattenepithelkarzinom (oral squamous cell carcinoma; OSCC) gehört zu den häufigsten malignen Tumorerkrankungen in der Kopf-Hals-Region, wobei eine stetig steigende Inzidenz zu beobachten ist (1). Die Erkrankung weist trotz intensiver Forschung seit Dekaden eine weitgehend unveränderte 5-Jahres-Überlebensrate von ca. 50-60 % auf (2). Entscheidend für die klinischen Leitlinien bezüglich der Behandlung eines oralen Plattenepithelkarzinoms ist primär die TNM-Klassifizierung (3). Das TNM-Stadium wird in seiner Funktion als maßgeblicher Parameter heutzutage jedoch zunehmend hinterfragt, da es versäumt, Fälle von Patient:innen abzugrenzen, welche auch in einem vermeintlich frühen Stadium der Erkrankung einen aggressiveren Verlauf zeigen (3). Vielmehr wird es als entscheidend erachtet, dass bei Patient:innen mit oralem Plattenepithelkarzinom neben dem TNM-Stadium auch prognostische Biomarker Berücksichtigung finden, um gezielt multimodale Therapieansätze wählen zu können. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, auf der Basis demografischer Daten sowie histopathologischer Präparate von insgesamt 558 Patient:innen mit oralem Plattenepithelkarzinom erstmals den Einfluss des Rezeptors RHAMM (Rezeptor für Hyaluronsäure-vermittelte Motilität) und tumorinfiltrierender CD8+ T-Zellen auf das Outcome der Betroffenen zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte RHAMM-Aktivität einen statistisch signifikanten Einfluss auf die Überlebensrate von Patient:innen hat, die sich in einem frühen Stadium der Erkrankung befinden. Gleichzeitig konnte kein signifikanter Einfluss tumorinfiltrierender CD8+ T-Zellen nachgewiesen werden, auch wenn dies in der aktuellen Literatur kontrovers diskutiert wird (4–6). Für eine finale Entscheidung dahingehend, ob und wie CD8+ T-Zellen und der Rezeptor RHAMM sich als Biomarker bei oralen OSCC eignen, reichen die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse nicht aus. Dies erfordert zusätzliche Studien, welche auf die erarbeiteten Daten als Grundlage für weiterführende Untersuchungen zurückgreifen können.

Implant-associated infections are a medical challenge. One possibility for prevention and therapy is the use of antibiotic-coated implants. For this reason, the Fraunhofer Institute in Bremen developed a surface modification process that creates bottle-neck-shaped pores on implants coated with silver nanoparticles. The pores enable direct preoperative loading with antibiotically active solutions. The aim of this work was to characterize medullary nails modified in this way. Three groups were compared: an unmodified titanium nail as a control (K), a modified nail (porous with silver nanoparticles, (P)) and a modified nail additionally coated with 380-445 μg/cm² gentamicin (PG). Biocompatibility was to be investigated after implantation in rat femora. The aim was to determine whether loading with gentamicin affects osteointegration. Furthermore, the effectiveness for prevention of implant-associated osteomyelitis (OM) of the different groups should also be tested in an animal model. The biocompatibility of the modified intramedullary nails was confirmed. Greater osteointegration was observed for both porous variants compared with the smooth nail, with no significant difference between the two modified groups. In the push-out test, porous nails required an average of 1.84 N/mm², nails additionally loaded with gentamicin required 2.27 N/mm², and control nails required only 0.48 N/mm² to be pushed out of the bone (K to P p = 0.0153, K to PG p = 0.0007). In the histological examinations Bone-to-implant contact was 87% for porous intramedullary nails, 86% for those additionally coated with gentamicin, and 42% for control nails (p = 0.0032). To investigate the anti-infective properties of the modified nails, an S. aureus infection model was established for an OM. Infection was performed with a dose of 5 x 106 CFU and tested on both modified medullary nail variants. Nails coated with gentamicin showed no evidence of active OM and, like the uninfected control group, achieved an average OM score of 2. Porous nails without gentamicin achieved an average score of 4.5 with always positive bacterial detection. The infected negative control group (I) achieved an average score of 7.6 (I to G p = 0.0007) with bacterial detection in 6 of 7 animals. Both biocompatibility and infection prevention ability of the modified nails were demonstrated. However, intramedullary porous nails alone without additional gentamicin were not able to prevent infection altogether. Further studies are needed here to understand the underlying principles.

Einleitung: Spina bifida (SB) ist die häufigste Neuralrohrfehlbildung (NTD). Neuropathologische Befunde bei SB-Fällen werden oft mit ungenauer und sich überschneidender Terminologie angegeben. Die offenen Formen sind mit zerebralen Pathologien wie Hydrozephalus, Chiari II Malformation, Heterotopien und kortikalen Anomalien oder Gyrierungsstörungen verbunden. In dieser Studie haben wir die neuropathologischen Befunde des Rückenmarks und des Gehirns bei SB-Patienten systematisch analysiert. Methoden: Es wurde eine retrospektive Analyse und Reevaluation aller Fälle mit SB durchgeführt, die im Institut für Neuropathologie der Charité Berlin im Zeitraum von 1974 bis 2000 untersucht wurden. Insgesamt wurden 90 Fälle mit SB hinsichtlich ihres spezifischen Spina bifida aperta Subtyps reevaluiert, wobei 79 Fälle mit Spina bifida aperta (SBA) für die Analyse zerebraler Fehlbildungen eingeschlossen und mit 6 Spina bifida occulta (SBO) Fällen verglichen werden konnten. Es erfolgte eine detaillierte Analyse der Daten und fotografische Dokumentation der mikroskopischen Befunde sowie die Anfertigung zusätzlicher Schnitte und neuer Färbungen zur Klärung unklarer Diagnosen. Ergebnisse: Wir unterschieden die drei SBA-Phänotypen Meningozele, Myelomeningozele und Myeloschisis anhand der Lage des Rückenmarks und seiner Präsentation als geschlossenes Neuralrohr oder als offene embryonale Neuralplatte. Die Inzidenz der SB-Subtypen in den SBA-Fällen unserer autopsierten Föten betrug 35% für Myeloschisis (n=28), 32% für Myelomeningozele (n=26), 2% für Meningozele (n=2). 23 Fälle konnten retrospektiv nicht klassifiziert werden und wurden als SBA unspecified (AP) eingestuft. Das Ausmaß und die Lokalisation der Dysraphie variierten, wobei die lumbosakrale Manifestation eindeutig überwog. Während bei den SBO-Fällen keine Hirnfehlbildungen festgestellt wurden, wiesen 95% der SBA-Fälle Hirnfehlbildungen auf. Die wichtigsten festgestellten zerebralen Fehlbildungen waren Hydrozephalus (71%), Chiari II Fehlbildung (36%), Heterotopien (34%), andere Kleinhirnanomalien (36%), Gyrierungsstörungen (33%) und Ependymdefekte (29%). Ein Hydrozephalus wurde bereits in der 17. Schwangerschaftswoche beobachtet und war in hohem Maße mit Chiari II und ependymaler Denudation assoziiert. In 55% ging SBA mit weiteren Anomalien einher, die nicht primär das ZNS betrafen. Schlussfolgerung: Wir schlagen hiermit eine systematische Klassifikation der SB-Phänotypen vor, die die folgenden SBA-Subtypen umfasst: Myeloschisis (MYS); Myelomeningozele (MMC); Meningozele (ME). Außerdem konnten wir bei den meisten SBA-Fällen Hirnfehlbildungen nachweisen, bei SBO jedoch keine. Hydrozephalus und Chiari II Malformation können bei Föten mit Neuralrohrdefekten bereits in sehr frühen Schwangerschaftswochen nachgewiesen werden, was eher auf eine parallele Entwicklung der Fehlbildungen als auf eine strikte zeitliche Abfolge hindeutet.

Background: Age-related macular degeneration (AMD) stands as a primary cause of global vision impairment, presenting in advanced stages as either neovascular AMD (nAMD) or geographic atrophy. In clinical routine, nAMD is treated by anti-VEGF drugs. Short-chain fatty acids (SCFAs) are the primary bacterial metabolites produced by the fermentation of dietary fiber. The application of SCFAs demonstrated the potential in alleviating inflammation in retina and central nerve system (CNS), suggesting a sup-plementary role in nAMD treatment. This study aimed to assess the impact of SCFAs in a mouse model of laser-induced choroidal neovascularization (CNV) with properties of nAMD alongside exploring SCFA effects on microglial cells in vitro. Methods: An interventional study was conducted to evaluate SCFA effects in the mouse model of laser-induced CNV by means of fluorescein angiography, while volume of new blood vessels, microglia density, and GFAP expression in Müller cells were examined using immunofluorescence microscopy. RNA sequencing was em-ployed to characterize differential gene expression. Primary microglial cells, isolated from neonatal mouse cortex, were exposed to TNFα to simulate pathological condi-tions and effects of SCFA on microglia function were assessed by inflammatory cyto-kine secretion and phagocytic activity. The underlying pathways were elucidated through quantification O-GlcNAcylation and calcium imaging. Results: SCFAs have a protective effect in a mouse model of nAMD in both male and female. SCFAs mitigated laser lesion size, modulated vascular – related biological process, dampened inflammatory gene expression, and decreased microglial activation with a more pronounced effect in males. In females, SCFAs reduced volume of choroidal laser lesion and Müller cell gliosis. Additionally, SCFAs suppressed inflam-matory cytokine secretion and microglial phagocytosis in primary microglia derived from male, and inhibited O-GlcNAcylation in the corresponding female cohort. Conclusion: Overall, SCFA treatment demonstrated attenuation of vascularization and inflammation in a mouse model representative of nAMD.

Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) is the main cell entry receptor for SARS-CoV-2, the coronavirus responsible for the COVID-19 pandemic. ACE2 exists in two different forms: membrane-bound and soluble. Soluble ACE2 proteins have been proposed as decoys to intercept SARS-CoV-2 from cell entry via membrane-bound ACE2 preventing subsequent viral replication. ACE2 618-DDC-ABD is a bioengineered soluble ACE2 protein with a prolonged duration of action and improved binding affinity for SARS-CoV-2. This dissertation is based on my work testing ACE2 618-DDC-ABD in k18hACE2 mice, a model of lethal SARS-CoV-2 infection, focusing in particular on my latest publication com- paring different administration modes of ACE2 618-DDC-ABD to improve survival, decrease viral organ titers, and protect from organ injury. ACE2 618-DDC-ABD was administered either intranasally or intraperitoneally and either pre- and post-viral inoculation or only post-viral inoculation with 2x104 PFU ancestral SARS-CoV-2. In infected untreated control mice that received BSA in PBS, survival on day 5 was 0% and brain and lung viral titers were high. Lung injury was found to be severe; brain injury was subtle but consistent. The best outcomes in terms of protection from lethality were achieved by intranasal administration of ACE2 618-DDC-ABD when given both pre- and post-viral inoculation. This resulted in 90% survival on day 5, the complete absence of brain viral titers, decreased lung viral titers, and near-normal brain and lung histopathology. By contrast, when ACE2 618-DDC-ABD was administered intraperitoneally or only post-viral inoculation, there was only partial protection from lethality, brain viral titers were high in most mice, and organ histopathology was improved only partially. In conclusion, this work shows that intranasal administration of ACE2 618-DDC-ABD is superior to intraperitoneal administration, and that combined pre- and post-viral inoculation dosing is more effective than only post-viral inoculation dosing. When administered intranasally already before viral inoculation, ACE2 618-DDC-ABD provided almost complete protection from lethality in k18hACE2 mice infected with SARS-CoV-2. This supports the potential development of soluble ACE2-based therapies for preventative/therapeutic use against current and future variants of SARS-CoV-2 and other emerging coronaviruses that use ACE2 as their main cell entry receptor.

Einleitung: Die seit Jahrzehnten ansteigende Adipositasprävalenz in der Bevölkerung stellt ein ernstes Gesundheitsproblem dar. Manifestiert sich Adipositas bereits im Kindesalter, führt dies häufig zu multiplen Folgeerkrankungen und einer drastischen Einschränkung der Lebensqualität. Bei bis zu 5 % aller Patient:innen liegen Mutationen im Melanocortin-4-Rezeptor (MC4R) vor, der eine zentrale Rolle in der hypothalamischen Hunger- und Sättigungsregulation spielt. U.a. kann es durch vorzeitige Stopp-Mutationen (PTCs) im MC4R zu einem nahezu kompletten Funktionsausfall kommen, jedoch existieren hierfür derzeit noch keine Therapieoption. Ein Ansatz zur Therapie PTC-vermittelter Erkrankungen ist das Unterdrücken der PTCs durch den Einsatz von Aminoglykosidantibiotika, sog. Translational Readthrough. Ziel ist eine Wiederherstellung der jeweiligen Proteinexpression und -funktion. Für nonsense mutierte MC4R-Varianten zeigten bisherige Studien in non-humanen Zellen vielversprechende Ergebnisse. In dieser Arbeit wurden erstmals in einem humanen System Versuche zur pharmakologischen Wiederherstellung von MC4R-Varianten durchgeführt. Neben einer Charakterisierung der Rezeptorexpression und einer Messung des Gs-Signalwegs wurde insbesondere auch Wert auf die Untersuchung des Gq/11-Signalwegs gelegt. Seit einigen Jahren ist eine Kopplung des MC4R an diesen Weg bekannt, es wurden allerdings bis dato keine Untersuchungen bei MC4R-Stopp-Mutationen durchgeführt. Methoden: Alle Versuche wurden in HEK-293 Zellen durchgeführt. Vor den funktionellen Assays wurde die optimale Geneticin (G418)-Konzentration in nicht-transfizierten Zellen ermittelt. Anschließend erfolgte die Charakterisierung der MC4R-Expression mittels Fluoreszenzmikroskopie und Ermittlung der Oberflächen- und Gesamtexpression mit und ohne G418. Rückschlüsse auf die Gs-Signalisierung und den Einfluss von G418 konnten durch Messung der cAMP-Akkumulation nach Stimulation mit alpha-MSH und Setmelanotide gemessen werden, die Gq/11-Aktivierung wurde mittels Reportergen-Assay bestimmt. Ergebnisse: Die G418-Behandlung führte nur zu minimalen Verbesserungen der Rezeptorexpression oder -funktion. Im Vergleich zum MC4R-Wildtyp waren die MC4R-Expression und -Funktion stark reduziert. Interessanterweise wurde eine signifikante Zunahme der Basalaktivität im Gq/11-Signalweg durch G418 bei den MC4R-Varianten festgestellt. Fazit: In der vorliegenden Arbeit war keine überzeugende Wiederherstellung der Funktion MC4R-Varianten durch G418-Behandlung möglich. Eine Therapie mit Aminoglykosiden scheint daher keine vielversprechende neue Therapieoption für Adipositas hervorgerufen durch MC4R-Stopp-Mutationen zu sein. Trotzdem sollte der Ansatz weiter untersucht werden. Hierbei sollte der Fokus auf ausgewählte Mutationen gelegt werden und diese in einem neuen Modell und mit anderen Readthrough-Substanzen getestet werden.

Dominant de novo gain of function variants of the CACNA1D gene can cause complex clinical syndromes with varying manifestations: from autism-spectrum disorders, epileptic seizures and other neurological symptoms like severe neurodevelopmental disorders and generalized muscular hypotonia to endocrine disorders such as primary aldosteronism or hyperinsulinemic hypoglycemias. In this dissertation, two children are clinically characterized, one of whom is a 37-month-old boy with a de novo variant (c.3506G>A, NM_000720.4; p.Gly1169Asp) of the CACNA1D gene. His primary symptoms were a generalized tremor that started during intrauterine development in the third trimester of the pregnancy, alongside a developmental and epileptic encephalopathy, congenital respiratory insufficiency, sensorineural deafness and a severe bilateral impairment of the optic nerve conductance. Following a marked delay in reaching even the most rudimentary developmental milestones, the boy contracted a life-threatening SARS-CoV-2-infection at the age of 19 months. As a result, there was a developmental regression with a developmental cessation since that age. Despite episodes of hypoglycemia, insulin levels were normal. Aldosterone: renin ratios as a screening parameter for primary aldosteronism were variable and did not provide any definite evidence of primary hyperaldosteronism. A low G1169D variant allele frequency of 17 % in the second patient is likely due to mosaicism. This child was significantly less affected by similar symptoms. Patch-clamp electrophysiology of the G1169D variant in a heterologous expression system revealed activity-enhancing gating changes, including the most pronounced shifts of channel activation and inactivation to more hyperpolarized potentials observed until now. Furthermore, biophysical characterization revealed significantly delayed inactivation and deactivation kinetics as well as a strong increase in window currents. Pharmacological testing in the same cell model revealed the G1169D variant´s preserved sensitivity to the calcium channel blocker isradipine, implying a potential path for future therapeutic trials.

Hintergrund: Die Forschung beschäftigt sich bereits mit der Identifizierung von Risikofaktoren nach einer Fontan-Operation. Dabei sind Analysen zu Veränderungen der Variablen im Langzeitverlauf rar. Um rechtzeitig intervenieren zu können und somit die Prognose der Fontan-Patient:innen zu verbessern, müssen Risikofaktoren und ihr Einfluss auf den Langzeitverlauf jedoch besser verstanden werden. Daher liefern longitudinale Ansätze wichtige neue Impulse in diesem Bereich. Methode: In dieser retrospektiven, unizentrischen Studie wird eine longitudinale Analyse sowie eine Ereigniszeitanalyse mittels der Daten aus 230 Patient:innenakten durchgeführt. Es werden klinische, hämodynamische und laborchemische Variablen zwischen Patient:innen mit (n = 48) und ohne (n = 182) Fontan Failure vergleichen. Ergebnisse: Für einen Großteil der Parameter lassen sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen finden. Dennoch zeigt sich, dass Patient:innen mit Fontan Failure zumeist konstant schlechtere Werte aufweisen. Das NYHA-Stadium, die Art der Fontan-Modifikation und des Systemventrikels, die Stärke der Einschränkung der systolischen Ventrikelfunktion und der Atrioventrikularklappeninsuffizienz, die Sauerstoffsättigung in Ruhe und das Vorliegen einer Plastischen Bronchitis, Eiweißverlustenteropathie oder kardialen Dekompensationen limitieren das ereignisfreie Überleben signifikant. Schluss: Es wird gezeigt, welche Parameter sich auf den Langzeitverlauf nach Fontan-Operation auswirken und wie sich die Variablen verändern. Somit kann die Relevanz der Risikofaktoren besser abgeschätzt werden, was für die Entwicklung eines klinisch relevanten Risikoscores von Bedeutung ist.

The rediscovery of the immunomodulatory drug thalidomide as an effective therapy for multiple myeloma, along with the development of its more potent analogs, lenalidomide and pomalido-mide, has significantly advanced the therapeutic armamentarium for multiple myeloma. Thalido-mide analogs bind to the protein cereblon (CRBN) and alter the E3 ubiquitin ligase complex's substrate specificity, leading to ubiquitination and proteasomal degradation of Ikaros transcrip-tion factors. Despite these advances, the disease remains incurable as most patients relapse due to acquired treatment resistance. Although genetic alterations have been extensively studied, they do not account for the majority of resistance cases, necessitating the exploration of non-genetic mechanisms. This study aimed to investigate the role of post-transcriptional and -translational regulation of proteins in multiple myeloma in the context of pathogenesis and therapy resistance. Applying deep quantitative proteomics on primary multiple myeloma samples, we identified post-transcriptional upregulation of the cyclin-dependent kinase 6 (CDK6) protein as a targetable non-genetic resistance mechanism in lenalidomide-resistant patients. We demonstrated that CDK6 regulates a relapse-associated protein signature, and that inhibiting CDK6 acts synergistically with pomalidomide in myeloma cells both in vitro and in vivo. In a subsequent study, we performed a proteogenomic study on a large cohort of 138 myeloma patients at first diagnosis to investigate the proteomic landscape of multiple myeloma. The find-ings revealed that genetic alterations and post-transcriptional regulation contribute to a highly deregulated proteome in myeloma cells compared to healthy plasma cells. We uncovered the post-translational regulator ubiquitin-conjugating enzyme E2 Q1 (UBE2Q1) as an oncogenic driver on chromosome 1q that is associated with therapy resistance. By integrating proteomics and functional CRISPR screens, we also uncovered additional potential therapeutic targets for multiple myeloma. Among other findings, we identified a strong deregulation of apoptosis-related proteins in the t(11;14) subset of myeloma patients. In addition, inhibitor of apoptosis (IAP) genes BIRC2 and BIRC3 are frequently deleted in relapsed/refractory myeloma cases, indicating a possible higher sensitivity to apoptosis-modulating drugs. We therefore developed novel pan-IAP protein de-graders that are more effective than conventional IAP inhibitors in inhibiting the growth of mul-tiple myeloma cells and other hematologic cancers. In summary, this work has uncovered significant insights into the role of the ubiquitin-proteasome system in the pathogenesis and therapy of multiple myeloma, which has the potential to improve patient outcomes in multiple myeloma and other cancers in the future.

Introduction: Patient-reported outcomes (PROs) are increasingly being used in routine care. They are integrated as quality indicators into an expanded understanding of quality and serve as an instrument for patient-centered medicine. In the last few decades, a large number of PRO measures (PROMs) have been developed, which means that the question of comparability of PRO measurements and thus standardization has become more relevant. There are currently two leading approaches to this: standardization by using the same instruments and standardization by agreeing on a common scale/metric. The aim of the work is to have two concrete contributions to the establishment of standards for the improvement of the comparability of PRO results.

Methods: In the first part of the work (1), the standard set for obstetrics of the International Consortium for Health Outcomes Measurement (ICHOM) is translated into German and validated for the following instruments: Birth Satisfaction Scale - Revised (BSS-R) Breastfeeding Self-Efficacy Scale - Short Form (BSES-SF), Mother-to-Infant Bonding Scale (MIBS) and 16 individual items using the Functional Assessment of Chronic Illness Therapy (FACIT) method. In the second part (2), an important foundation is laid for the use of a uniform metric by investigating and comparing the underlying construct "general health" of the instruments PROMIS-29 and QLQ-C30 using content analysis, exploratory and confirmatory factor analysis.

Results: (1) All items and instruments could be translated with a high degree of comprehensibility. It became apparent that medical terms are not always interpreted unambiguously in everyday language, which is why attention was paid to clear and technically correct wording. The answer structure and item pool of the BSES-SF were adapted to maintain a uniform and comprehensible translation logic. (2) The correlation matrix between PROMIS-29 and QLQ-C30 shows values between 0.59 (social role) and 0.78 (physical function). A CFA model with 6 domains was developed, which shows a sufficient fit of the data (RMSEA = 0.074, CFI = 0.968 and SRMR = 0.074). The analyses performed support the assumption of a conceptual agreement between the two instruments.

Conclusion: Standardization in PRO measurement is essential. Currently, two main approaches are being pursued. With this work, 3 important international PRO measures are now available for obstetrics in Germany and enable comparative international analyses. In addition, by demonstrating that the underlying conceptualization of health is sufficiently similar, the work lays the groundwork for developing comparative algorithms or calibration to a common metric for the PROMIS-29 and QLQ-C30 instruments.

Hintergrund und Fragestellung: Im Rahmen der alternden Gesellschaft kommt es vermehrt zum Auftreten von chronischen Erkrankungen und damit verbunden einer Erhöhung der Morbidität und Mortalität. Vor diesem Hintergrund kommt der Förderung eines gesunden Lebensstils, insbesondere gesunder Ernährung und ausreichend körperlicher Aktivität, im mittleren und höheren Lebensalter eine wichtige Rolle zu. Die Effektivität von mobilen Gesundheitstools zur Förderung von Lebensstilmodifikationen konnte in diversen Studien gezeigt werden. Während die Akzeptanz solcher Technologie eine wichtige Rolle für eine erfolgreiche Adoption und Nutzung spielt, ist die bestehende Evidenz zur Akzeptanz mobiler Gesundheitstools durch Erwachsene im mittleren und höheren Alter eher gering. Diese Dissertation zielte daher darauf ab, zu untersuchen, inwiefern Personen mittleren und höheren Alters mobile Gesundheitstools akzeptieren und welche fördernden Faktoren und Barrieren zur Akzeptanz identifiziert werden können. Methodik: Es wurde eine qualitative Studie mit einer Querschnittsdatenerhebung durchgeführt. 21 Teilnehmende in einem Alter über 50 Jahren wurden mittels leitfadenbasierter, semi-narrativer Interviews befragt. Im Anschluss erfolgte die Datenauswertung mit der qualitativen typenbildenden Inhaltsanalyse nach Kuckartz. Ergebnisse: Es wurde eine Typologie der Akzeptanz mit drei distinktiven Akzeptanztypen entwickelt: der Ablehnungstyp, der Selektive-Akzeptanz-Typ und der Allumfassende-Akzeptanz-Typ. Die drei Typen variierten in ihrer Ausprägung der Nutzung von mobilen Gesundheitstools, der Einstellung den Tools gegenüber sowie der Nutzung und Einstellung gegenüber mobiler Technologie im Allgemeinen. Als fördernde Faktoren der Akzeptanz zeigten sich unter anderem Benutzerfreundlichkeit, Vielseitigkeit, ein wahrgenommener positiver Nutzen sowie vertrauenswürdige Empfehlungen. Als zentrale Barrieren konnten mangelnde technische Voraussetzungen, Datenschutzbedenken, Ablehnung einer potentiellen Technik-Abhängigkeit sowie ein hoher Zeitaufwand identifiziert werden. Schlussfolgerungen: Es zeigte sich eine sehr heterogene Ausprägung der Akzeptanz von mobilen Gesundheitstools innerhalb der Zielgruppe der mittelalten und älteren Erwachsenen. Entsprechend wichtig erscheint die Entwicklung individualisierter Tools, die an die Bedürfnisse der heterogenen Zielgruppe angepasst sind. Weiterhin bedarf es einer gezielten Vermittlung der mobilen Gesundheitstools an die Zielpersonen, beispielsweise durch Gesundheitsfachpersonal oder Empfehlungen von vertrauenswürdigen Institutionen, wie zum Beispiel Gesundheitsministerien. Zudem zeigte sich eine Notwendigkeit für speziell an den Kontext der mobilen Gesundheitstools angepasste Akzeptanzmodelle.

Hintergrund: Die koronare Herzerkrankung (KHK) und deren verheerendste Manifestation, das akute Koronarsyndrom (ACS) tragen einen großen Teil zur weltweiten Mortalität und Morbidität bei. Die optische Kohärenztomographie (OCT) ermöglicht eine hochauflösende Darstellung intravaskulärer Plaquestrukturen im ACS in vivo. Die OP-TICO-ACS Studie ist eine OCT-basierte Beobachtungsstudie, in der Zusammenhänge zwischen bildmorphologischen Plaquestrukturen, klinischen Patientencharakteristika und lokalen Entzündungsmechanismen im ACS untersucht wurden. Die vorliegende Arbeit untersucht diese Zusammenhänge mit besonderem Fokus auf kleine, fleckige Kalzifizierungen (spotty calcium deposit – SCD), die ein Merkmal vulnerabler Plaques sind. Methoden: Im Rahmen der Herzkatheteruntersuchung erfolgte bei 155 ACS-Patient:innen eine intrakoronare Bilderfassung der ACS-auslösenden Läsion (culprit lesion – CL) mittels OCT. Simultan wurde lokales Blut aus der unmittelbaren Plaqueumgebung (LOK) und der systemischen Blutzirkulation (SYS) entnommen. Nach Probengewinn erfolgte die Immuncharakterisierung der Proben mittels Durchflusszytometrie und Zytokinanalyse. Alle CLs wurden auf das Vorkommen vordefinierter Plaquestrukturen untersucht (insbesondere ACS-auslösende Pathophysiologie, Lipid- und Kalkanteile). Die Studienkohorte wurde in Patient:innen mit - und ohne SCD unterteilt (SCD+ und SCD-). SCD waren definiert als Kalzifizierungen mit einer maximalen Länge von 4 mm und einem maximalen Querschnittswinkel von 90°, während alle anderen Kalzifizierungen als Makrokalzifizierungen definiert wurden. Ergebnisse: In der Patientenkohorte hatten 78,1 % aller Patient:innen eine oder mehrere Kalzifizierungen an der CL. 45,2% aller Patient:innen hatten mindestens eine SCD an der CL. SCD+ Läsionen waren assoziiert mit anderen Hochrisikostrukturen, wie z.B. Fibroatheromata mit dünner Kappe (86,6 vs. 72,8%; p<0,05). Es zeigte sich außerdem ein größerer Myokardschaden während des ACS (CK max 1485,1 vs. 1273,2 U/l; p<0,05) in SCD+ Patient:innen im Vergleich zu SCD- Patient:innen. Die Immuncharakterisierung ergab vor allem eine Anreicherung von Interleukin (IL)-8 (2,04 vs. 1,37; p<0,05), Tumor Nekrose Faktor (TNF)-α (1,17 vs. 1,06; p<0,05) und Neutrophilen (0,96 vs. 0,91; p<0,05) an SCD+ Läsionen. In SCD+ Patient:innen zeigte sich zudem nach 12 Monaten Nachbeobachtung ein erhöhtes Vorkommen uner-wünschter, kardialer Ereignisse (16,4% vs. 5,3%; p<0,05) im Vergleich zu SCD- Patient:innen. Schlussfolgerung: Im Rahmen der OPTICO-ACS Studie konnten spezifische, in-flammatorische Vorgänge an der CL mit klar abzugrenzenden Plaquestrukturen assoziiert werden. In der vorliegenden Sub-Analyse zeigte sich vor allem eine vermehrte Anreicherung von Zellen und Zytokinen der angeborenen Immunantwort in SCD+ Patienti:nnen, sowie eine schlechtere kardiovaskuläre Gesamtprognose.

Learning involves glutamatergic postsynaptic plasticity in vertebrate brains; in Drosophila, however, presynaptic plasticity of cholinergic synapses is believed to be involved in memory formation. Here, I document the first evidence of postsynaptic plasticity in Drosophila by establishing that postsynaptic associative plasticity can be induced after bypassing the presynapse at synapses of the fly learning and memory centre, the mushroom bodies (MBs). I demonstrate that: 1) the α5 nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subunit is necessary within the M4/M6 mushroom body output neurons (MBONs), the postsynaptic neurons downstream of the presynaptic intrinsic Kenyon cells, to induce appetitive memory; 2) the α2 subunit is required for later phases of appetitive memory; and 3) the α2 subunit plausibly acts downstream of the α5 subunit as well as the scaffolding protein Discs large (Dlg), a homologue of the mammalian protein PSD-95. Though these subunits are dispensable for aversive memory formation in the M4/M6 MBONs, I demonstrate that both the α5 subunit and Dlg are required for aversive memory formation in MVP2 MBONs, thus indicating a different plasticity mechanism at the Kenyon cell - MVP2 neuron synapse. Moreover, this work shows in vivo that α2 subunit rearrangements occur in non-associative (familiarity) memory formation and after odour presentation in α‘3 and M4 MBONs. Notably, the work herein supports the theory that mechanisms of postsynaptic plasticity follow similar design principles across phyla despite utilization of different neurotransmitters.

Hintergrund: Trotz zunehmenden Nachweisen einer Wirksamkeit von Yogatherapie (YT) für ein breites Spektrum von psychischen Symptomen die auch bei Patient:innen mit psychotischen Störungen (PS) auftreten, ist über die wahrgenommenen Wirkungen von YT bei Individuen mit PS wenig bekannt. Vor diesem Hintergrund leistet die vorliegende Dissertation einen wichtigen Beitrag zur aktuellen partizipativen Forschung, indem eine Yoga-basierte Gruppenintervention (YoGI) für die Behandlung von stationären Patient:innen mit PS dargestellt wird, die mittels longitudinalen qualitativen Analysen hinsichtlich der erlebten Wirkungen und den therapeutischen Prozessen untersucht wird. Methodik: Es wurde ein longitudinales qualitatives Forschungsdesign (LQR) entwickelt, anhand dessen mit semi-strukturierten Interviews, die Erwartungen und das Erleben einer vierwöchigen YoGI zusätzlich zur stationären Standardbehandlung (TAU) untersucht wurde. Interviews wurden mit n = 19 Patient:innen der Versuchskondition - diese erhielten YoGI ergänzend zur TAU - und n = 14 Patient:innen der Kontrollkondition (TAU) durch- geführt. Die Erhebung der Interviews (N = 61) erfolgte zu zwei Zeitpunkten: vor (n = 33) und nach der Intervention (n = 28). Die Interviews wurden per Tonaufnahme aufgezeichnet, transkribiert, codiert und nach der Methode einer induktiven qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Ergebnisse: Zum ersten Erhebungszeitpunkt äußerten die Patient:innen die Erwartung ihr Stress- und Symptommanagement zu verbessern. Einige Patient:innen (n = 3) nannten zudem erwartete Barrieren. Nach der Intervention wurden durch die qualitative Analyse vier übergeordnete Themenfelder von erlebten Wirkungen herausgearbeitet: 1) der Erwerb von Entspannungskompetenz, 2) eine erhöhte interozeptive Wahrnehmung, 3) Verbundenheit mit Anderen und 4) Erleben von spirituellem Wohlbefinden. Eine kleine Anzahl von Patient:innen berichtete über Schwierigkeiten mit YoGI. Weitere Ergebnisse der Studie beziehen sich auf den Einfluss von Vorerfahrungen mit Yoga, sowie einer Bewertung von der Yogapraxis als Übungsweg. Schlussfolgerung: Im überwiegenden Maße wurde nach der Teilnahme an der YoGI- Intervention von Patient:innen ein positives Erleben in Bezug auf Stress, Selbst- und Körperbewusstsein, sowie die Zunahme von sozialer Verbundenheit und spirituellem Wohlbefinden geäußert. Die Teilnehmenden wiesen jedoch auch auf notwendige Anpassungen zur Verbesserung der Intervention hin, die als wissenschaftlicher und therapeutischer Mehrwert des partizipativen Forschungsansatzes in die Weiterentwicklung von YoGI einfließen wird. Die erlebten Wirkungen und zugrundeliegenden Prozesse aus einer Patient:innen-Perspektive sollten zukünftig in einer randomisierten kontrollierten Studie hinsichtlich quantifizierbarer klinischer Schweregradinstrumente untersucht werden. Die Ergebnisse stärken die qualitative Evidenz zur Integration körper-und erlebensbasierter Behandlungsoptionen bei Patient:innen mit PS.