15 Fakultätsübergreifend / Sonstige Einrichtung
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Item Open Access Quasicrystal structures from the crystallographic viewpoint(1988) Gähler, Franz; Fröhlich, J. (Prof. Dr.)Quasikristalle sind neuartige Phasen, die in schnell abgekühlten Metall-Legierungen vorkommen. Ihre wichtigste Eigenschaft ist, dass Ihre Fourier-Transformierte aus scharfen Bragg-Peaks besteht, deren Positionen und Intensitäten eine Punktsymmetrie haben, die mit einer dreidimensionalen periodischen Struktur nicht verträglich ist. Die Positionen der Bragg-Peaks eines Quasikristalls können jedoch alle als ganzzahlige Linearkombinationen von endlich vielen fundamentalen Wellenvektoren geschrieben werden; dies legt nahe, diese Strukturen als Schnitt durch eine höherdimensionale, periodische Struktur aufzufassen.Item Open Access Hochauflösende Beschleunigungssensoren mit Tunnelstrecke(2000) Strobelt, Tilo; Sandmaier, Hermann (Prof. Dr.-Ing.)Ziel der Arbeit ist es, alle zur Konstruktion von hochauflösenden Beschleunigungssensoren mit Tunnelstrecke erforderlichen theoretischen Grundlagen zur Verfügung zu stellen und deren Anwendbarkeit an Hand des Entwurfes und der Realisierung eines Sensors nachzuweisen. Wesentliche Themen des theoretischen Teiles der Arbeit sind hierbei: die Beschreibung der Funktion einer Tunnelstrecke sowie die Herleitung der Rauschanteile, welche die Auflösung von Beschleunigungssensoren beschränken. Es wird deutlich, dass die hohe Auflösung des Tunneleffektes den Einsatz einer aktiven Regelung und hochempfindlicher Stellelemente erforderlich macht. Vergleicht man alle in Beschleunigungssensoren auftretenden Rauschquellen, so stellt man fest, daß die Nachweisgrenze hochauflösender Beschleunigungssensoren vom thermische Rauschen des Feder-Masse-Systems bestimmt wird. Auf den hergeleiteten konstruktiven Grundlagen aufbauend, wird anschließend die Entwicklung eines Sensors mit einer Nachweisgrenze von 1E-6 g (g= Erdbeschleunigung) beschrieben. Hierbei wird die mikrotechnischen Konstruktion dargestellt und ausführlich auf die Entwicklung der erforderlichen Sensorelektronik eingegangen. Um die elektronische Regelung geeignet auslegen und optimieren zu können, wurde das dynamische Verhalten des Gesamtsystems analytisch beschrieben. Die geeignete Wahl der Parameter wurde mit Hilfe eines numerischen Modells des Gesamtsystems nochmals überprüft. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ferner ein Messplatz entwickelt, auf dem die Beschleunigungssensoren nach ihrer Fertigstellung charakterisiert worden sind. Erstmalig wurde es so möglich, derartige Sensoren direkt an ihrer Auflösungsgrenze zu vermessen. Die dem Rauschen äquivalente Beschleunigung wird mit ca. 2.5E-6 g gemessen, stimmt also mit den theoretischen Vorhersagen gut überein.Item Open Access Die Rolle des p53-Status für die Sensitivität von Tumoren gegenüber unterschiedlichen p53 Aktivatoren(2014) Weilbacher, Andrea; Peter Scheurich (Prof. Dr.)Die tumorsuppressiven Eigenschaften von p53 gelten als zentral bei der Aufrechterhaltung der genomischen Stabilität. Auf Grund dessen spielt p53 eine Schlüsselrolle bei der Reaktion auf genomischen Stress welcher unter anderem durch klassische Chemotherapeutika, wie beispielsweise Cisplatin, induziert wird. In der vorliegenden Studie wurde die Rolle des p53-Status für die Sensitivität gegenüber p53-aktivierenden Substanzen untersucht. Hierfür wurde eine Auswahl von Zelllinien aus verschiedenen Entitäten und mit unterschiedlichen p53-Genotypen sowie Tumor-assoziierte Fibroblasten aus der humanen Lunge und PBMNCs von gesunden Donoren verwendet. Als p53-Aktivatoren wurden neben dem klassischen DNA-modifizierenden Molekül Cisplatin die direkten Aktivatoren von p53, Nutlin-3 und RITA eingesetzt. Die Behandlung mit Nutlin-3 führte selektiv in wtp53-exprimierenden Zellen zu einem G1-Arrest. Dieser trat auch in primären, nichtmalignen Zellen auf. Nutlin-3 agiert somit selektiv in wtp53-exprimierenden Zellen, nicht aber tumorselektiv. Die wtp53-selektive Wirkungsweise konnte weder nach Cisplatin- noch nach RITA-Behandlung nachgewiesen werden. Beide Substanzen induzierten Zelltod auch in mtp53-Systemen oder im Falle von RITA auch in der p53-null-Zelllinie OVCAR5. Der durch Cisplatin und RITA induzierte Zelltod in der wtp53-exprimierenden Zelllinie NTERA-2D1 konnte auf die Aktivierung von wtp53 zurückgeführt werden. Hingegen war der in den mtp53-exprimierenden Zelllinien OVCAR3 und OVCAR4 induzierte Zelltod im Falle einer Behandlung mit Cisplatin oder RITA unabhängig von mtp53. Zudem führte die siRNA-vermittelte Depletion von p63 und p73 zu keiner Verminderung des Zelltods. Cisplatin und RITA können somit unabhängig von der p53-Superfamilie Zelltod in p53-defekten Systemen induzieren. Dieser war für beide Substanzen auf die Aktivierung der mitochondrialen Effektoren BAX und BAK zurückzuführen. Die Induktion von Zelltod nach Cisplatin-Behandlung konnte weiterhin auf die Aktivierung der pro-apoptotischen Bcl-2-Proteine NOXA und PUMA zurückgeführt werden. Die Analyse der konstitutiven Expression der Bcl-2-Proteine in der gesamten Zelllinienauswahl zeigte eine signifikante Korrelation des Verhältnisses aus pro- und anti-apoptotischen Bcl-2-Proteinen gegenüber der Cisplatin-Sensitivität. NOXA und Bcl-w wurden in diesem Ansatz als prädiktive Marker der Cisplatin-Sensitivität innerhalb der Zellauswahl identifiziert. Die Kombinationsbehandlung von Cisplatin mit dem BH3-mimetic ABT-737 führte zu einer Sensitivierung von Cisplatin-insensitiven Zellen. Im Falle der Behandlung mit RITA konnte keine Korrelation zwischen dem Verhältnis aus pro- und anti-apoptotischen Bcl-2-Proteinen und dem durch RITA induzierten Zelltod festgestellt werden. Jedoch erwies sich die Herunterregulation von anti-apoptotischen Bcl-2-Proteinen nach RITA-Behandlung als wichtig für die Induktion von Apoptose. Infolgedessen führte die Kombinationsbehandlung von RITA mit ABT-737 zu einer Verstärkung des RITA-induzierten Zelltods in RITA-sensitiven Zellen. RITA-insensitive Zellen blieben dabei unbeeinflusst. Weiterhin konnte der durch RITA vermittelte Zelltod in p53-defekten Systemen auf die Aktivierung des JNK- und p38-Signaltransduktionsweges zurückgeführt werden. Insbesondere JNK1 erwies sich als entscheidend für die Induktion von Apoptose nach RITA-Behandlung. Im Vergleich der drei Substanzen zeigte sich überraschenderweise eine größere Ähnlichkeit von RITA zu Cisplatin als zu Nutlin-3. Cisplatin, als klassischer über DNA-Schädigung wirkender p53-Aktivator, führte zur Induktion von Zelltod in Zelllinien welche nahezu alle auch sensitiv gegenüber der Behandlung mit RITA waren. Potentiell könnte somit auch RITA über DNA-Schädigungen Zelltod induzieren. Intrazellulär führen jedoch beide Substanzen zu unterschiedlichen Effekten. Während Cisplatin zu einer Hochregulation von pro-apoptotischen BH3-only-Proteinen führt, induziert die Behandlung mit RITA eine Reduktion anti-apoptotischer Bcl-2-Proteine. Im Falle von Cisplatin konnte die Proteinkonzentration von NOXA und Bcl-w als Marker für die Sensitivität innerhalb der Zellauswahl identifiziert werden. RITA hingegen induzierte Zelltod nur in einer bestimmten Gruppe von Zellen, weshalb der Transport von RITA ein potentieller Marker für die RITA-Sensitivität darstellen könnte. Zusammenfassend konnte in der verwendeten Zellauswahl sowohl nach Nutlin-3-, als auch nach Cisplatin- oder RITA-Behandlung ein Einfluss von wtp53 für die Sensitivität nachgewiesen werden. Allerdings konnten durch Cisplatin und RITA auch Effekte unabhängig von p53 vermittelt werden. Interessanterweise führte die Behandlung mit RITA zu einer von der p53-Superfamilie und von der Aktivierung des JNK-Signaltransduktionsweges unabhängigen Regulation von p53-Zielgenen. Dementsprechend können im p53-defekten System p53-Zielgene sowie typische p53-Funktionen durch die Aktivierung p53-unabhängiger Signalwege vermittelt werden.Item Open Access Entwicklung eines autologen Fettgewebeersatzes mit angiogenen Eigenschaften auf Basis einer adipogenen Alginatmatrix in Kombination mit humanen mesenchymalen Stammzellen(2013) Handel, Marina; Pfizenmaier, Klaus (Prof. Dr.)Die Rekonstruktion von subkutanem Fettgewebe stellt die Plastische Chirurgie noch immer vor eine große Herausforderung, denn für großflächige Gewebeschäden steht meist nicht ausreichend patienteneigenes Gewebe zur Verfügung. In der Regenerativen Medizin arbeitet man daher an künstlichem Fettgewebeersatz. Aufgrund der schlechten Vaskularisierung weisen diese Ansätze jedoch eine unzureichende Nährstoffversorgung auf, woraus eine Transplantatvolumenreduktion von bis zu 60 % resultiert. In dieser Arbeit wurde daher der Ansatz des "Adipose Tissue Engineering" (ATE) verfolgt, einer neuen Variante zur Rekonstruktion von subkutanem Fettgewebe. Geeignete Trägerstrukturen (z.B. textile Implantate) wurden mit patienteneigenen Vorläuferzellen besiedelt und zu Fettzellen differenziert, um autologes Fettgewebe in situ - de novo zu generieren. Dieser Fettgewebeersatz auf Basis humaner Stammzellen aus Fettgewebe (hASC) zeigte dabei ausgeprägte angiogene Eigenschaften. Das adipogene Differenzierungspotenzial sowie die Sekretion pro-angiogener Zytokine der hASC wurde ermittelt. Ein spezifischer VEGF-Knockdown bestätigte VEGF als potentes pro-angiogenes Zytokin, weshalb die VEGF-Sekretion stellvertretend für weitere pro-angiogene Zytokine humaner ASC ermittelt wurde. Standardisierte in vitro Angiogenese-Modelle belegten ein erhöhtes angiogenes Potenzial hASC besiedelter Implantate. Diese in vitro Ergebnisse wurden mit dem in vivo CAM Angiogenese Assay bestätigt. Die Kombination von Implantatmaterialien mit hASC zeigte auch hierbei stets ein verbessertes angiogenes Potenzial. Mit fortschreitender adipogener Differenzierung nahm die VEGF-Sekretion humaner ASC hingegen rapide ab. Um das pro-angiogene Potenzial der Vorläuferzellen post transplantationem nutzen zu können, ist daher zu empfehlen, native hASC zu verwenden. Hierzu wurden erste adipogene Alginatstrukturen entwickelt, welche über integrierte Differenzierungsfaktoren eine adipogene Differenzierung immobilisierter hASC induzierten. Die Ergebnisse dieses Ansatz des ATE zeigten auf, dass eine Differenzierung der Vorläuferzellen durch das Scaffoldmaterial post transplantationem induziert werden kann, was aus therapeutischer Sicht sowohl die erforderliche VEGF-Sekretion humaner ASC und somit das angiogene Potenzial zum Zeitpunkt der Implantation sicherstellen, als auch die Zeitspanne vor einer Geweberekonstruktion deutlich verkürzen würde.Item Open Access X-ray investigation of Nb/O interfaces(2008) Delheusy, Mélissa; Dosch, Helmut (Prof. Dr.)X-ray free electron lasers and the future International Linear Collider project are based on the performance of niobium superconducting rf cavities for efficient particle acceleration. A remarkable increase of the rf accelerating field is usually achieved by low-temperature annealing of the cavities (T<150°C, several hours). The microscopic origin of this effect has remained unclear; however, it has been argued that a redistribution of subsurface interstitial oxygen into niobium is involved. In this study, the near surface structure of oxidized niobium single crystals and its evolution upon vacuum annealing has been studied by means of non-destructive in-situ surface sensitive x-ray techniques: x-ray reflectivity (XRR), grazing incidence x-ray diffraction (GIXD), diffuse scattering (GIDXS), crystal truncation rods measurements (CTRs), and high-resolution core-level spectroscopy (HRCLS). A first insight into the interplay between the oxide formation/dissolution and the occurrence of subsurface interstitial oxygen has been given. The natural oxide on Nb(110) and Nb(100) surfaces is constituted of Nb2O5, NbO2 and NbO, from the surface to the interface. It reduces progressively upon heating from Nb2O5 to NbO2 at low temperatures, and to NbO at 300°C. The Nb(110)/NbO(111) interface presents a Nishiyma-Wassermann epitaxial orientation relationship. The depth-distribution of interstitial oxygen is established indicating that most of the oxygen is located in the direct vicinity of the oxide/niobium interface. No evidence of oxygen depletion below the oxide layer is observed for the low temperature thermal treatments and surface preparations investigated in this study.Item Open Access Eine neue Methode zur Berechnung der Energieskalen von Metallen mit Störstellen(1996) Fischer, Kurt; Fulde, Peter (Prof. Dr.)Das universelle Verhalten von Störstellen mit stark korrelierten Elektronen in einem Metall wird bewiesen. In solchen Systemen wechselwirken die lokalen, stark korrelierten Elektronen der Störstelle mit den niederenergetischen Teilchen-Loch-Anregungen des Metalls und bilden einen komplizierten Vielteilchen-Grundzustand. Alle Versuche, diesen Grundzustand, die elementaren Anregungen und die Energieskalen des universellen Verhaltens mit den sonst üblichen störungstheoretischen Methoden zu berechnen, sind gescheitert. In einigen Spezialfällen gelingt mit Hilfe des Bethe-Ansatzes oder der numerischen Renormierungsgruppe eine Bestimmung der Thermodynamik eines Modellsystems, das aber nicht direkt mit dem ursprünglichen System in Verbindung gebracht werden kann. Daher stellt sich die Frage, wie man das universelle Verhalten von solchen Systemen systematisch beschreiben kann. Die zentralen Aussagen dieser Dissertation lauten: 1. Die Energieskalen eines Systems mit Störstellen lassen sich mit Hilfe einer Diagrammtechnik exakt berechnen. 2. Der Störstellen-Anteil jeder Observablen skaliert im universellen Limes mit der gleichen Energie. 3. Allein die Diagrammstruktur liefert ein Kriterium dafür, wann eine Näherung das universelle Verhalten bewahrt. Die hier benutzte Diagrammtechnik für Störstellen in Metallen wird neu und vereinfacht hergeleitet. Die Zusammenfassung der Diagramme in Klassen von Skelettdiagrammen führt auf ein Variationsprinzip für ein erzeugendes Funktional. Der Störstellen-Anteil der jeweiligen Observablen ergibt sich am Sattelpunkt des Funktionals bezüglich der Variation nach den ionischen Propagatoren. Diese Methode stammt von Luttinger und Ward. In dieser Dissertation wird die Information benutzt, wie die Skelettdiagramme strukturiert sind. Der entscheidende Punkt ist, dass man die Parameter-Abhängigkeit der Propagatoren im erzeugenden Funktional am Sattelpunkt ignorieren kann: Sie wird nur durch die Struktur der Skelettdiagramme bestimmt. Die Skelettdiagramme können so allein aufgrund ihrer Struktur nach der inversen Bandbreite klassifiziert werden. Nur eine als relevant bezeichnete Mindestmenge der Skelettdiagramme bestimmt die exakten Energieskalen des Systems, ohne das Modell vorher gelöst zu haben. Dies ergibt die erste Aussage. Eine Observable ergibt sich stets als Antwort des Systems auf ein entsprechendes äusseres Feld. Es wurde gezeigt, dass es nicht von der Observablen abhängt, welche Skelettdiagramme relevant sind. So kann man zeigen, dass der Störstellen-Anteil jeder Observablen mit der gleichen Energieskala skaliert. Dies ergibt die zweite Aussage. Die relevanten Skelettdiagramme beschreiben damit das universelle Verhalten der Störstelle und garantieren eine systematische Näherung für die Thermodynamik und die Dynamik der Störstelle. Berücksichtigt man noch weitere Skelettdiagramme, so verhalten sich die damit berechneten Störstellen-Anteile von Observablen genau dann universell, wenn ganze Familien von Skelettdiagrammen mitgenommen werden. Diese Skelettdiagramme ändern nichts an der Energieskala. Dies ergibt die dritte Aussage. Für das Anderson-Modell Störstelle in einem Metall ergeben die relevanten Skelettdiagramme gerade die sogenannte non-crossing-approximation (NCA). Daher beschreibt die NCA das universelle Verhalten des Anderson-Modells qualitativ richtig. Skelettdiagramme höherer Ordnung ändern das Bild nicht qualitativ. Bisher war es unerklärlich, warum die NCA mit den Resultaten der numerischen Renormierungsgruppe so gut übereinstimmt. Die Erklärung findet sich im exakten Skalierungsverhalten der NCA, das hier gezeigt wurde. Um das Verfahren zu testen, haben wir für das Anderson-Modell im magnetischen Limes das crossover untersucht. Für hohe Temperaturen oder Magnetfelder verhält sich das magnetische Moment der Störstelle asymptotisch frei, während es für tiefe Temperaturen durch niederenergetische Teilchen-Loch-Anregungen des Fermi-Sees abgeschirmt wird. Dieses crossover vom perturbativen Hochtemperatur- zum nichtperturbativen Niedertemperaturbereich wird durch die Wilson-Zahl charakterisiert. Hier wird die Wilson-Zahl zum ersten Mal mit einer Diagrammtechnik (NCA) berechnet. Das Ergebnis stimmt im Rahmen der Näherung mit dem als exakt postulierten Resultat überein. Um das universelle Verhalten anderer Observablen zu demonstrieren, wurde sodann für das Anderson-Modell zum ersten Mal explizit gezeigt, dass das Einteilchen-Anregungsspektrum - und damit die Abrikosov-Suhl-Resonanz - richtig skaliert, wenn man es mit Hilfe der NCA berechnet. Die vorgestellte Methode ermöglicht es auch, für ein System mit Störstellen die Qualität von Näherungen zu beurteilen, ohne sie zuvor explizit lösen zu müssen.Item Open Access Analyse bioelektrischer Potentiale in der Perinatologie(1979) Nagel, Joachim H.; Schaldach, Max (Prof. Dr.-Ing.)Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Entwicklung eines physikalischen Verfahrens, das eine zuverlässige Schlag-zu-Schlag Erfassung des Kardiotokogramms gewährleistet, und damit einen Beitrag zur Verbesserung der Überwachungsmöglichkeiten des Feten, vor und während der Geburt, leistet. Die aus der Arbeit gewonnenen Kenntnisse sind nicht auf die perinatale Meßtechnik allein beschränkt, sondern lassen auch in vielen anderen Bereichen der medizinischen Diagnostik, so z.B. in der Kardiologie und in der Intensivmedizin, Verbesserungen gegenüber dem gegenwärtigen Stand der Meßtechnik erwarten.Item Open Access Comparative analysis of the nuclear receptors CAR, PXR and PPARα in the regulation of hepatic energy homeostasis and xenobiotic metabolism(2014) Kandel, Benjamin; Zanger, Ulrich (Prof. Dr.)Nuclear receptors (NRs), most notably the constitutive androstane receptor (CAR) and the pregnane X receptor (PXR), regulate the transcription of several drug metabolizing enzymes and transporters (DMET) and thus represent important regulators of drug metabolism in the liver. Accordingly, the ligand dependent activation of these NRs by drugs and other xenobiotics contributes to the intra- and inter-individual variability of the drug detoxifying system. CAR and PXR were further shown to regulate the transcription of key enzymes involved in lipid and glucose metabolism. The NR peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARa), a key regulator of fatty acid catabolism and target of lipid lowering fibrates, was recently identified as a direct regulator of cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) and also potentially of other DMET genes. In this respect, CAR, PXR and PPARa are determinants of an overlapping number of liver functions including drug metabolism and energy homeostasis and are therefore associated with adverse drug reactions as well as liver disease like steatosis. Until now there have been no comparative studies investigating the transcriptomes of CAR, PXR and PPARa in humans. Therefore, a major focus of this study was to assess the genome-wide transcriptional changes provoked by these NRs in primary human hepatocytes (PHHs). To investigate human liver-specific gene expression and its regulation PHHs represent the most suitable available in vitro cell system. To identify the CAR-, PXR- and PPARa-specific genome-wide expression changes, hepatocyte cultures from six individual donors were treated with the prototypical ligands for CAR (CITCO), PXR (rifampicin) and PPARa (WY-14643) as well as DMSO (vehicle control). Afterwards, the mRNA expression in these samples was determined utilizing Affymetrix® microarrays. The obtained expression data were statistically evaluated to identify the genes that showed a differential expression in response to the agonist treatments and to investigate to which metabolic functions these genes contribute. The results of these experiments confirmed that CAR, PXR and PPARa regulated a highly overlapping but distinct set of genes coding for DMET. For example, according to KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathway analyses expression of 10 DMET genes were shown to be regulated by all three NRs, whereas other DMET genes responded exclusively to the activation of one of the NRs. In addition several DMET related genes previously not shown to be regulated by CAR [like CYP2E1, sulfotransferase 1B1 (SULT1B1), UDP-glucuronosyltransferase 2B4 (UGT2B4) and cytochrome P450 reductase (POR)], PXR [like CYP2E1, alcohol dehydrogenases (ADHs), flavin containing monooxygenase 5 (FMO5) and glutathione peroxidase 2 (GPX2)] or PPARa like UBT2B4, ADH1s and FMO5) were identified to respond to the respective agonists. For PXR and CAR, this extends the list of genes by which these NRs influence drug metabolism and potentially contribute to drug-drug interactions (DDIs). The results obtained further specify the role of PPARa as a regulator of drug metabolism in vitro by increasing expression of, e.g., CYP3A4, 2B6, 2C8 and UGT1A1, thus pointing to a potential role of PPARa in adverse drug reactions in vivo. Furthermore, several genes coding for proteins involved in energy homeostasis, were identified as differentially expressed in response to PXR activation [e.g., pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), glycogen synthase 2 (GYS2), carnitine palmitoyltransferase 2 (CPT2)], where such a relation was not reported so far. These results further expanded the knowledge of how PXR potentially impact fatty acid catabolism, gluconeogenesis and lipid de novo synthesis and provide interesting starting points to investigate how PXR activation contributes to altered glucose and lipid levels or disease like hepatic steatosis. Besides ligand-dependent regulation of nuclear receptors, post-translational modification has also been shown to influence the activity of liver-enriched NRs and expression of their target genes. In this context, protein kinase A (PKA) had been shown to repress CYP3A4 expression via PXR in a species-dependent manner, whereas the influence of PKA on the expression of other DMET genes had not been investigated in detail so far. The second part of this work therefore investigated the impact of PKA activation on the expression and activity of important drug metabolizing enzymes in a PXR- as well as a CAR-dependent manner. In this work PKA activation in primary human hepatocytes was identified as a determinant of drug metabolism in vitro by repressing PXR- and CAR-mediated or reducing basal expression and activity of CYP1A1, CYP2B6, CYP2C8 and CYP3A4, but also expression of ATP-binding cassette B1 (ABCB1) and UGT1A1. Using reporter gene assays, these observed effects could be linked to PKA-mediated repression of PXR and CAR activity that may involve phosphorylation of these NRs. It could be further shown that expression of DMET genes was also repressed by the fasting hormone glucagon, a physiologically relevant activator of PKA signaling, which was not investigated in humans so far. Due to the promiscuous ligand-specificity of PXR, which includes numerous compounds, drug treatment often leads to PXR activation, even with so-called “natural” compounds like St. John’s wort (SJW). It would thus be highly desirable to develop strategies in drug development to assess or circumvent the activation of NRs without compromising the pharmacological effects. Therefore, the last part of this work consists of an in vitro study to investigate synthetic acylated phloroglucinols, designed as substitutes for hyperforin, regarding their potential to activate PXR. Hyperforin the major active constituent of the plant SJW used to treat depressions was shown to exert its antidepressant properties via indirect inhibition of serotonin reuptake by selectively activating the canonical transient receptor potential channel 6 (TRPC6). In addition, hyperforin is associated with clinically relevant drug-drug interactions in patients that had taken SJW concomitantly with other drugs due to potent activation of the nuclear receptor PXR by hyperforin. The phloroglucinol derivatives investigated in this thesis had previously been evaluated for their bioactivity. It had been reported that five of the nine synthetic acylated phloroglucinols activate TRPC6 with similar potency as hyperforin. In this work, all these nine synthetic phloroglucinol derivatives were investigated in comparison to hyperforin and rifampicin for their potential to activate PXR. Hyperforin and rifampicin treatment of HepG2 cells co-transfected with a human PXR expression vector and a CYP3A4 promoter reporter construct resulted in potent PXR-dependent induction, while all TRPC6-activating compounds failed to show any PXR activation or to antagonize rifampicin-mediated CYP3A4 promoter induction. Hyperforin and rifampicin treatment of primary human hepatocytes resulted in highly correlated induction of PXR target genes, whereas treatment with the phloroglucinol derivatives elicited moderate gene expression changes that only weakly correlated to those of rifampicin treatment. The herein observed lack of PXR activation by the TRPC6 activating phloroglucinols was further supported by in silico pharmacophore modeling that did not indicate potent agonist or antagonist interactions for the TRPC6 activating derivatives and docking studies that suggested interaction of only one of these compounds. These in silico studies performed by Prof. Sean Ekins are published together with the results presented in this work (Kandel et al., 2014). This approach shows that strategies avoiding PXR activation are conceivable in drug development in order to prevent DDIs and improve drug safety. Taken together, these results further increase the number of genes by which CAR, PXR, and PPARa contribute to the regulation of drug metabolism and energy homeostasis. Moreover it was demonstrated that the PKA, which is involved in the transduction of the effects of, e.g., the hormone glucagon, represents a determinant of the drug detoxifying system in humans. Furthermore, a strategy could be presented, taking the example of the hyperforin derivates, which can be used to investigate and avoid DDIs in drug development. Such information will become imperative in future personalized medicine and the ever-present polypharmacy in order to handle intra- and inter-individual variability and to minimize drug failure or drug-drug interactions.Item Open Access Chemosensitivity of testicular germ cell tumors is based on high constitutive Noxa protein levels and a functional p53 response(2013) Gutekunst, Matthias; Scheurich, Peter (Prof. Dr.)In contrast to the majority of tumors, testicular germ cell tumors (TGCTs) can be cured by chemotherapy even in advanced metastatic stages. Thus, these neoplasms are considered a paradigm of chemosensitive tumors. It is well accepted that their intrinsic susceptibility to apoptosis determines the unique responsiveness to Cisplatin-based chemotherapy. Although p53 has been implicated in the chemotherapeutic response of TGCTs, the role of this tumor suppressor remains controversial to date. In this study, RNAi-mediated silencing of p53 is shown to completely abrogate Cisplatin hypersensitivity of TGCTs. The central role of p53 is further demonstrated by the finding that the amount of p53 protein induced by Cisplatin treatment is tightly correlated with apoptosis induction. In this context, a reduced capacity to repair damaged DNA is rather unlikely to account for hypersensitivity, a conjecture that is strengthened by the finding that TGCT cells are capable of removing Cisplatin adducts from DNA if apoptosis induction is blocked by caspase inhibition. On the contrary, the hypersensitive phenotype is a result of the unique responsiveness of TGCTs to p53 activation in general, since treatment with the nongenotoxic p53 activators Nutlin-3 or Bortezomib leads to p53-dependent apoptosis to a similar extent as does Cisplatin treatment. Although functional p53 is a mandatory requirement for Cisplatin hypersensitivity in TGCTs, the proapoptotic character of the p53 response is dependent on the pluripotent cellular context of TGCTs mediated by Oct-4. Differentiation or silencing of Oct-4 expression abrogates Cisplatin sensitivity and reduces apoptosis induction by Nutlin-3 treatment. This is not due to differential activation of p53 since no substantial alterations in Cisplatin-induced target gene activation are observed. Furthermore, p53 accumulation is unaffected by differentiation or Oct-4 depletion. Rather, examination of the Bcl-2 family profile in pluripotent vs. differentiated or Oct-4-depleted cells revealed that high constitutive Noxa protein levels dictate an extremely low apoptotic threshold in TGCT cells. Oct-4 status and Noxa protein levels are correlated to Cisplatin sensitivity in a panel of TGCT cell lines as well as in TGCT patient samples. Importantly, this correlation is also seen with other genotoxic agents such as Etoposide or Doxorubicin and the non-genotoxic p53 activator Nutlin-3. Since Oct-4 depletion leads to a concomitant loss of Noxa protein and NOXA/PMAIP1 transcript, an Oct-4-dependent transcriptional mechanism might account for the high Noxa protein levels. RNAi experiments show that Puma is another important determinant of TGCT hypersensitivity. In contrast to Noxa, Puma is not present at high levels in TGCT cells but exerts its proapoptotic function upon activation by p53. In conclusion, this study demonstrates that pluripotent TGCTs are primed for apoptosis by Oct-4-mediated high constitutive Noxa protein levels. Thus, in response to genotoxic or other stresses p53 activation results in an efficient induction of apoptosis mediated by transcriptional target genes such as PUMA/BBC3.Item Open Access Strömungs- und Transportvorgänge in gewellten Kanälen mit ineinanderliegender Anordnung der Wände(2000) Gschwind, Peter; Kottke, Volker (Prof. Dr.-Ing. habil.)Strömungskanäle aus sinusförmig gewellten Platten in ineinanderliegender Anordnung finden z.B. als Plattenwärmeübertrager in der Lebensmitteltechnik Anwendung. Gegenüber dem ebenen Spalt wird hier eine Erhöhung der Wärme- und Stoffübertragung bei moderatem Druckverlust und kompakter Bauweise angestrebt. In einer Analyse werden Strömungsvorgänge, Druckverlust sowie Wärme- bzw. Stoffübergang im technischen Anwendungsbereich dieser Strukturen untersucht. Dabei werden die dimensionslosen Geometrieparameter Wellenlänge lambda/a zwischen 3.56 und 14.25 und die Spalthöhe s/a zwischen 1 und 4 variiert. Die Experimente werden für Reynolds-Zahlen zwischen 50 und 2000 durchgeführt. Im Übergangsbereich zur Turbulenz führt eine zentrifugale Instabilität im Bereich der konkaven Oberflächenbereiche zur Anfachung von Längswirbeln. Die Zentrifugalkräfte, die den Wirbel anregen, lassen sich in einem Stabilitätsdiagramm darstellen. Strömungsvorgänge und Existenzbereich dieser Längswirbel in gewellten Spalt- werden durch die Laser-Sheet-Technik visualisiert sowie durch Laser-Doppler-Anemometrie quantifiziert. Die Sichtbarmachung der Wandvorgänge über Methoden konvektiver Stoffübertragung gestattet eine Übersicht über den Existenzbereich dieser Wirbel sowie über die Strömungsvorgänge bei den unterschiedlichen Geometrie- und Strömungsparametern. Der Anfachungs- und Dämpfungsmechanismus der Wirbel wird untersucht und der Einfluß von Störungen auf die Wirbelentstehung untersucht. Eine erhöhte Effizienz der ineinanderliegenden Struktur auf Grund der Wirbel läßt sich nicht nachweisen. Bei größerem s/a tritt für ineinanderliegender und symmetrischer Anordnung bei transitionaler Strömung quer zur Strömungsrichtung eine Querinstabilität mit sinusförmiger Stoffübergangsverteilung auf. Die Wellenlänge und der Existenzbereich dieser Instabilität wird angegeben und der Entstehungsmechanismus erklärt.