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Aktuellste Veröffentlichungen

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Innovative anti-IL-33 receptor blocking
(2025-07-28) AL-Sheakly, Baraa Khalid Salah
Severe asthma remains a critical healthcare challenge due to its complex pathophysiology and poor response to corticosteroids. IL-33, a potent alarmin, plays a central role in promoting airway inflammation through its receptor, ST2. Targeting the IL-33/ST2 axis is emerging as a promising therapeutic strategy for severe asthma. While monoclonal anti-ST2 antibodies such as astegolimab show potential in severe asthma, their high cost, limited tissue penetration, and immunogenicity highlight the need for innovative alternatives. This study addresses these limitations by developing novel anti-ST2 nanobodies and evaluating their therapeutic potential through intrapulmonary delivery, which offers localized treatment with superior tissue penetration, reduced side effects, and enhanced efficiency. Mechanistic studies revealed that IL-33/ST2 signaling drives steroid hypo-responsiveness by activating MAPK/ERK and NF-κB pathways and disrupting the GRα/GRβ balance. To counteract these effects, we generated a high-affinity anti-ST2 nanobody library using phage display technology. NB7, the top-performing nanobody, demonstrated exceptional binding specificity and affinity for ST2. Functional evaluations in primary human lung epithelial cells confirmed NB7's ability to block ST2, reduced MAPK/ERK and NF-κB activation, and suppress key pro-inflammatory cytokines, including IL-17 and IL-8. Notably, NB7 restored the GRα/GRβ balance and reversed steroid hypo-responsiveness in vitro. In vivo, intrapulmonary delivery of NB7 demonstrated enhanced localized action, significantly reducing airway inflammation, mucus production, and cytokine levels, while improving lung mechanics and restoring steroid responsiveness with lower systemic exposure and side effects. NB7 demonstrated superior efficacy to astegolimab across multiple parameters at a lower dose. This research is the first to develop anti-ST2 nanobodies that specifically target the IL-33 receptor and evaluate their efficacy via intrapulmonary delivery compared to monoclonal antibodies. By addressing key limitations of existing therapies, this study offers a transformative and localized approach to improving the management of severe asthma.
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High-content screen for cardiovascular modulators in zebrafish (Danio rerio)
(2024) Vedder, Viviana Luisa
Over the past two decades, cardiovascular diseases (CVDs) have remained the leading cause of death worldwide. Among these diseases, congenital heart disease is the most common type of human birth defect, affecting 1 in 100 live-born infants. It is crucial to identify new therapeutic targets and treatments for CVDs. Zebrafish are a suitable model for this task, as they can provide new insights into CVDs. Further, their small size and translucency make them an ideal model for high-content drug screenings. In this study, a phenotype-based high-content screening approach in zebrafish was established to identify cardiovascular modulators. Utilizing the ‘Acquifer Imaging Machine‘, 1,280 compounds of the Prestwick Chemical Library were screened for angiogenesis and heartbeat phenotypes. The previously established type III receptor tyrosine kinase inhibitor sunitinib malate, which inhibits angiogenesis in zebrafish, was used as a positive control. Additionally, the competitive 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) inhibitor atorvastatin, which was previously shown to cause severe heart phenotypes in zebrafish, served as a positive control for heart rate (HR) and heart morphology. HR was selected as a screening phenotype under the assumption that morphological and functional changes in the heart during development would result in altered HR. In search of angiogenesis modulators, blood vessel diameters of treated fish were measured for 320 of the 1,280 tested compounds. Application of different filters for known toxicities, previously published results and unknown targets, led to the identification of 11 promising hit compounds. Three of these compounds, namely desonide, oxibendazole, and azlocillin sodium salt, directly targeted angiogenesis by significantly reducing the diameter of intersegmental vessels. The remaining nine compounds affected the diameter of the dorsal aorta and/or dorsal vein. Of the 134 compounds significantly altering HR, 21 compounds repeatedly induced significant HR alterations in two different transgenic zebrafish lines. In this study, two main target clusters were identified for HR modulators: the histaminergic receptor H1 (HRH1) and the glucocorticoid receptor (NR3C1). While HRH1 is commonly associated with allergic reactions, it has also been linked to CVDs. All antagonistic hit compounds targeting HRH1 caused significant bradycardia with moderate to severe dose-dependent teratogenicity. In situ hybridization for various hrh probes revealed that hrh1 was the only detectable hrh in the heart at 3 days post fertilization (dpf), indicating its involvement in heart development. Additionally, the heart analysis tool pyHeart4Fish showed chamber-specific effects of HRH1 antagonists. Collectively, the data suggests that hrh1 plays a role in heart contractility and heart size. However, further investigation on the mechanism of action is necessary to comprehend how Hrh1 is involved in cardiogenesis and what long-term effects HRH1 antagonists can have on the developing embryo to determine drug safety for pregnant women. NR3C1 is a ligand-activated transcription factor known to be involved in inflammation, metabolism, and stress response. In this study involving zebrafish larvae, a group of six NR3C1 agonists was found to significantly increase HR at 48 hours post fertilization. While previous research had identified nr3c1's involvement in heart development in zebrafish, its role in arrhythmias remained unclear. Here, expression of nr3c1 was detected in the larval heart at 5 dpf using in situ hybridization. Further analysis using pyHeart4Fish revealed that NR3C1 agonists induced chamber-specific phenotypes, including atrioventricular block. A homology model of zebrafish Nr3c1 was also developed, which suggested that the agonists known to bind in humans may also bind in zebrafish. These findings support the use of zebrafish as a screening model for cardiovascular phenotypes and highlight the potential role of nr3c1 in CVDs.
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Einsatz und Ergebnisse von unterschiedlichen Zugangs- und Verschlussformen bei der perkutanen Koronarintervention nach ST-Strecken-Elevations-Myokardinfarkt
(2025) Schmidt, Ida
Die PTCA ist bei Patienten mit STEMI die First-Line-Therapie und wird stetig weiterentwickelt. Der radiale Zugangsweg wird immer weiter etabliert. Das Ziel dieser Studie war es, die Unterschiede der verschiedenen Zugangswege sowie Verschlussformen bei der Herzkatheterprozedur in einem großen klinischen Register zu untersuchen. Hierfür wurden alle Patienten des Bremer-STEMI- Registers von 2013-2020 (n=5925) in Gruppen eingeteilt und analysiert. Die Patienten mit radialem Zugangsweg waren jünger und hatten häufiger Diabetes mellitus sowie erhöhtes Körpergewicht; in der Gruppe mit radialem Zugangsweg befanden sich weniger Patienten im kardiogenen Schock. Die radial durchgeführte PTCA war seltener nicht-erfolgreich, es traten im Anschluss seltener Blutungen an der Punktionsstelle auf und die 1-Jahres-Mortalität war geringer als bei femoraler Punktion. Diese Ergebnisse blieben auch nach Adjustierung in multivariaten Analysen bestehen. Patienten mit einem Verschlusssystem waren meist älter und wiesen häufiger Risikofaktoren wie Adipositas und/oder Diabetes mellitus auf. In der Gruppe der Patienten mit Verschlusssystemen wurden in der univariaten Analyse erhöhte postprozedurale Blutungsraten an der Punktionsstelle sowie eine erhöhte intrahospitale Mortalität festgestellt. Nach Adjustierung für prognostisch relevante Patientencharakteristika in der multivariaten Analyse zeigte sich aber keine Unterlegenheit der Verschlusssysteme gegenüber der manuellen Kompression. Zusammengefasst zeigen die Analysen diese „real-world“ Registers, dass sich der radiale Zugangsweg bei Patienten mit STEMI immer weiter etabliert und mit einer Reduktion von Blutungen und Mortalität verbunden ist. Verschlusssysteme sind bei Patienten mit hohem Blutungsrisiko eine Alternative zur manuellen Kompression der Punktionsstelle.
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Single cell sequencing in development and disease
(2025-05-20) Balachandran, Saranya
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850 nm Fourier domain mode-locked laser for ophthalmic optical coherence tomography imaging
(2025) Klufts, Marie
Non-invasive imaging techniques have become essential in medical diagnostics over the past few decades. Among these, Optical Coherence Tomography (OCT) offers micrometer resolution with millimeter-scale depth penetration, making it particularly valuable in ophthalmology. OCT captures backscattered light to generate 3D volumes. For eye imaging, wavelengths around 850 nm are ideal due to minimal absorption by the vitreous and high scattering in the upper retinal layers. Imaging speed is also critical, as faster speeds reduce motion artifacts. Swept-source OCT, using wavelength-tunable lasers, enables high-speed imaging. Fourier Domain Mode-Locked (FDML) lasers providing megahertz-level scan rates are ideal for this purpose. This thesis explores the development and application of FDML lasers for ophthalmic imaging. Unlike other tunable lasers, FDML lasers have a unique design that stores a full sweep in their fiber cavity for hundreds of round trips, avoiding rebuilding of lasing from spontaneous emission after tuning to new wavelengths offering high phase stability and long coherence length necessary for high quality OCT images. A new megahertz FDML laser at 850 nm would merge the unique advantages of this wavelength with the proven benefits of FDML lasers allowing for a low latency, dynamic view of the retina, opening new doors for real-time diagnostics. The first part delves into the challenges of developing an FDML laser around 850 nm, addressing issues like polarization mode dispersion, chromatic dispersion, and low gain/loss ratios. These factors contribute to the complexity of managing short wavelength OCT lasers, which explain their scarcity to date. The second part presents in-vivo ophthalmic OCT imaging results, with comparisons to other imaging techniques. The newly designed FDML laser demonstrates strong performance for OCT imaging, achieving an axial resolution below 10 µm, sensitivity above 84 dB, and a ranging depth of 1.4 cm. Also, its high phase stability, with a time jitter of 25 ps over 1,000 sweeps, makes it suitable for phaseresolved techniques. Retinal images were captured at 414,000 axial scans per second using a master-slave based calibration technique, at 828 kHz with bidirectional sweeping, and at 1.7 MHz using optical buffering with a single-k-calibration technique. While increased scattering at 850 nm limits choroidal imaging, most retinal layers of interest are clearly visible. This FDML laser highlights the advantages of short-wavelength, high-speed imaging and paves the way for new applications.
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The Role of eco-driving feedback displays in drivers’ information processing and energy efficiency in electric vehicles
(2025) Gödker, Markus
In the context of the transition to sustainable transportation, understanding the cognitive mechanisms that underlie energy-efficient driver behavior is critical. This cumulative dissertation investigates how ecodriving feedback displays influence drivers’ information processing and achieved energy efficiency in battery electric vehicles. The main objective is to explain the psychological processes underlying operational (maneuver-based) ecodriving and to identify how ecodriving feedback displays can effectively support the acquisition of energy-related comprehension and improve driving behavior. Grounded in theories from engineering psychology and human factors, this work introduces and empirically validates the construct of Energy Dynamics Awareness (EnDynA)—a domain-specific adaptation of situation awareness tailored to electric vehicle driving. EnDynA captures drivers’ awareness of current and anticipated energy flows and is a cognitive foundation for energy-efficient real-time decision-making. The dissertation comprises four empirical articles combining online and driving simulator studies. Article 1 introduces the concept EnDynA and its assessment through subjective (experienced EnDynA) and objective (actual EnDynA) measures. The article demonstrates that feedback displays with higher informational value—such as instantaneous consumption displays extended with distance-based information—significantly improve experienced EnDynA. Article 2 extends this approach using a mental workload manipulation and a novel self-controlled occlusion paradigm. Results reveal that increased workload reduces visual attention to energy displays and impairs actual EnDynA, underscoring the role of attentional resources. Article 3 shows in a repeated-trials simulator experiment that richer feedback improves experienced EnDynA and leads to measurable gains in operational ecodriving performance. Article 4 compares instantaneous and predictive feedback systems and reveals a moderating effect of situation complexity: conventional feedback facilitates experiential learning under low complexity, whereas predictive guidance is more effective in high-demand conditions. Together, the studies provide converging evidence that ecodriving feedback displays can support drivers’ cognitive processing, learning, and behavior, particularly when designed to match informational needs and situational demands. Theoretically, the work contributes a domain-specific extension of situation awareness theory, called EnDynA. Methodologically, it introduces and refines tools for assessing energy-related awareness, attention, and behavior. Practically, it formulates actionable design recommendations for adaptive feedback systems in electric mobility. In sum, this dissertation shows that ecodriving feedback displays, when designed with psychological theory in mind, can close the cognitive information processing loop between perception, comprehension, and action in electric vehicle driving. By fostering EnDynA, such systems enable drivers to regulate energy use more effectively, contributing to improved driver performance, enhanced user experience, and the broader goals of sustainable mobility.
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Multi-omics analysis uncovers split formation and keratinocyte detachment as key drivers of long-lasting cellular effects in pemphigus vulgaris
(2025-08-11) Guo, Sen
Pemphigus Vulgaris (PV) is an autoimmune disease in which antibodies mistakenly target the adhesion proteins Desmoglein 1 (DSG1) and/or Desmoglein 3 (DSG3) on skin cells, leading to the loss of cell-cell adhesion and causing blistering. While the molecular changes following antibody binding in PV remain poorly understood, we investigated these downstream effects by analyzing gene and protein responses in two experimental models: human primary epidermal keratinocytes (HPEKs) and human skin organ culture (HSOC). Samples were treated with either PX43, a human-derived antibody fragment targeting DSG1 and DSG3, or AK23, a mouse-derived DSG3 antibody, alongside control treatments. In the HPEK model, PV antibody treatments did not trigger notable changes compared to controls at 5, 10, or 24 hours. However, in the HSOC model, only PX43 induced tissue splitting and significant changes in gene and protein expression, particularly in pathways linked to inflammation and immune signaling (e.g., TNFα, Interferon α/γ, IL2-STAT5, IL5-STAT3). Importantly, these molecular changes resembled those seen in wounded or inflamed skin, suggesting that physical damage from blister formation—not the antibody binding itself—is the primary driver of downstream cellular responses. This study reveals that tissue injury may be the main trigger for disease progression in PV, pointing toward new therapeutic targets that focus on modulating the wound response and inflammation, rather than the antibodies alone.
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Reproduzierbarkeit von 4D Fluss MRT
(2025) Nowak, André
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Einsatz von Nanotechnologien in der Präzisionsmedizin
(2024) Wendt, Regine
Präzisionsmedizin berücksichtigt individuelle genetische, umweltbedingte und lebensstilbezogene Unterschiede, um Diagnosen, Präventionsstrategien und Behandlungen individuell maßzuschneidern. Die Einführung von Nanotechnologien in der Präzisionsmedizin bietet Chancen zur Verbesserung personalisierter und zielgerichteter Ansätze für Diagnose, Therapie und Forschung. Nanotechnologien haben das Potenzial, Krankheiten im Körper auf molekularer Ebene zu erkennen, zu überwachen und zu behandeln. Eine besonders relevante Nanotechnologie sind Nanogeräte. Nanogeräte sind miniaturisierte elektronische, biologische oder biohybride Geräte mit nanoskaligen Komponenten, die seit den frühen 2000er Jahren im medizinischen Kontext Beachtung finden. Die Integration von Nanotechnologien und Nanogeräten in die medizinische Forschung und Praxis birgt Herausforderungen. Die vorliegende Arbeit adressiert diese Herausforderungen und bietet innovative Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit und Anwendbarkeit von Nanotechnologien in der Medizin. Es mangelt beispielsweise an umfassenden Konzepten für die Konstruktion und die effektive Nutzung von Nanogeräten. Ein vielversprechender und universeller Lösungsansatz hierfür sind DNA-Nanonetzwerke auf Basis von DNA-Tile-Nanorobotern. Diese werden vorgestellt, und anhand eines Beispielszenarios zur Krankheitserkennung in vitro wird ihre praktische Anwendung veranschaulicht und ihre Potenziale werden aufgezeigt. Da derzeit wenige Nanogeräte in vivo getestet werden können, ermöglichen vor allem Simulationen die Theorien und Konzepte für die Entwicklung von Nanogeräten zu überprüfen und anzupassen. Die realistische Simulation von Nanogeräten in ihrem Einsatzbereich dem menschlichen Körper ist demnach unerlässlich, um Forschungshypothesen zu evaluieren und den Fortschritt in diesem Bereich zu beschleunigen. Obwohl Ansätze zur Simulation existieren, fehlt eine ganzheitliche Architektur, um komplexe Szenarien realistisch abzubilden. Die Arbeit präsentiert eine umfassende Simulationsarchitektur namens MEHLISSA. Diese Architektur ermöglicht die Modellierung medizinischer Nanonetzwerke auf verschiedenen Ebenen, von der Körperebene, über Organ- und Kapillar- bis zur Zellebene. Es werden vier relevante Szenarien modelliert, um die Vorteile der Simulation und den Einsatz von Nanogeräten zu demonstrieren. Diese Szenarien umfassen die Verbesserung medizinischer Maßnahmen durch individuelle Körpermodelle als Basis für Digital Twins, die kontinuierliche Gesundheitsüberwachung mittels Nanogeräten im Blutkreislauf, die Prävention von Metastasen durch Nanogeräte sowie die Anwendung der Liquid Biopsy in vivo zur Krebsdiagnostik und -überwachung. Die Simulationen zeigen vielversprechende Ergebnisse, darunter die zuverlässige Bestimmung von Schwellenwerten für relevante Marker im Körper und die Detektion von Kleinstmengen an ctDNA durch Nanogeräte. Sie demonstrieren den potenziellen Nutzen von Nanogeräten zur Verbesserung der Diagnostik und Behandlung von Krankheiten. Ein weiteres ungeklärtes Problem ist die genaue Lokalisierung von Nanogeräten und Krankheitsmarkern, die eine wichtige Basis für eine verbesserte Krankheitserkennung und gezielte Medikamentenabgabe sind. Hierfür wird ein neuer Ansatz basierend auf lokaler Mustererkennung und individuellen Proteom-Fingerprints wichtiger Organe und Gewebe entwickelt. Durch die Kombination von Proteom-Fingerprinting und DNA-Nanonetzwerken wird eine präzise Lokalisierung von Krankheitsmarkern ermöglicht. Die Simulationen belegen die Wirksamkeit der Methode in neun wesentlichen Organen innerhalb weniger Minuten. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Kombination aus Proteom-Fingerprinting und DNA-Nanonetzwerken entscheidend für eine genauere und schnellere Diagnose sowie Behandlung sein könnte. Diese Dissertation trägt somit zur Erforschung und Anwendung von Nanotechnologien in der Medizin bei, indem sie sowohl theoretische Grundlagen als auch praktische Anwendungen und Simulationen liefert. Es wird deutlich, dass der Einsatz von Nanotechnologien in der Medizin zu einer verbesserten Früherkennung und Behandlung von Krankheiten führen kann.
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Auswirkungen der Komplementfaktoren C3a und C5a auf die endotheliale Glykokalyx im Rahmen des akuten Myokardinfarkts
(2025) Löning, Samuel
In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen der Komplementfaktoren C3a und C5a auf die endotheliale Glykokalyx im Rahmen des akuten Myokardinfarkts untersucht. Die Glykokalyx ist die negativ geladene, bürstenartige Schicht, die das Endothel aller Gefäße im menschlichen Körper bedeckt. Sie spielt eine zentrale Rolle als Barriere zwischen Blut und Gewebe und hat einen großen Einfluss auf die Steuerung von Körperfunktionen, wie die Blutdruckregulation und Immunantwort. Im Rahmen von Ischämie/Reperfusion, wie es sie im Fall eines akuten Myokardinfarktes gibt, können zahlreiche lokale und systemische Schäden beobachtet werden. Einige von ihnen betreffen die endotheliale Glykokalyx. Dies geschieht u.a. durch Freisetzung von Zytokinen. Eine weitere Folge ist die systemische Aktivierung des angeborenen Immunsystems mit dem Komplementsystem und daraus resultierender Bildung der Anaphylatoxine C3a und C5a. Diese führen zu einem messbaren Endothelschaden. Zum ersten Mal wurden in dieser Arbeit die Konformation und nanomechanischen Eigenschaften der Glykokalyx nach Schädigung durch C3a und C5a quantifiziert. Dazu wurde die Konformation mittels Rasterkraft-Mikroskopie (Atomic-Force-Microscopy, AFM) bestimmt. Funktionelle Schäden wurden zudem mittels Messung der immunvermittelten Monozytenadhäsion quantifiziert. Dies erfolgte mittels Monozyten-Adhäsions-Assay und quantitativ mit Hilfe der Cell-Hesion-Methode. In allen Versuchen wurden die Auswirkungen der Anaphylatoxine und ihrer rezeptorspezifischen Antagonisten untersucht. Im Rahmen dieser Versuche konnte gezeigt werden, dass eine Schädigung des Endothels mit einhergehender Einschränkung der nanomechanischen Eigenschaften sowohl über die C3a:C3aR als auch über die C5a:C5aR1-Achse vermittelt wird. Weitere Untersuchungen sind nötig, um den Stellenwert der C3a:C3aR- als auch der C5a:C5aR1-Achse im Rahmen des akuten Myokardinfarktes herauszuarbeiten. Die Anwendung spezifischer Rezeptorantagonisten konnte diese Effekte stellenweise abschwächen. Das vorherrschende Wissen um den hohen Stellenwert der Komplementaktivierung im Rahmen der Endothelschädigungen nach einem akuten Myokardinfarkt unterstreicht den potenziellen therapeutischen Ansatz, der sich aus einer Blockierung verschiedener Komplementfaktoren oder Anaphylatoxinen ergibt.
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Health effects of single shocks on the hand-arm system
(2025-07-16) Corominas Cishek, Alexandra Ofelia
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Effekte von Imatinib auf primäre humane Gehirntumoren
(2025) Freitag, Carina
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Investigation of mechanistic processes that regulate hypothalamic response to glucose and oxygen variability
(2025-07-11) Srivastava, Ankita
The hypothalamus is a central regulator of neuroendocrine responses. It plays a pivotal role in maintaining adequate levels of glucose and oxygen, both of which are essential parameters for the brain’s homeostatic function. Thereby, hypothalamic dysfunction is associated with severe neuroendocrine consequences such as diabetes mellitus (DM), where the latter is mainly characterized by hyperglycaemia. A major disadvantage of treatment against hyperglycaemia is recurrent hypoglycaemia that leads to hypoglycaemia unawareness (HU), the pathogenesis of which remains to be elucidated. Moreover, DM-associated neurological dysfunction manifests as diabetic neuropathy, the implications of which remain to be fully characterized. This thesis investigates the mechanistic processes governing hypothalamic responses to glucose and oxygen variability, focusing on hypoglycaemia-induced neuropathy. Various in-vitro studies have been employed to decipher the molecular and translational mechanisms behind hypothalamic dysfunction subjected to variable glucose and oxygen concentrations. Since hypoxia-inducible factor-1α is a key regulator of both oxygen homeostasis and glucose metabolism, it was hypothesized to mediate the hypothalamic response to glucose and oxygen variability under the physiological oxygen concentration of the brain. Intriguing findings from primary and immortalized microglial cells debunked the proposed hypothesis. They revealed the NF-κB pathway as potential regulator of these responses, suggesting novel avenues for targeting hypoglycaemia-induced neuroinflammation. Furthermore, analysing hypothalamic neuronal responses to glucose variability implicated autophagy in the pathogenesis of hypoglycaemia-associated autonomic failure and revealed FOS as a potential regulator of these responses. The unique upregulation of angiotensin 1 converting enzyme-2 in hypothalamic neurons under glucose variability provided critical insights into the neurological manifestations of COVID-19 and its susceptibility to patients with DM, emphasizing the need for strict glycaemic control in this population. Collectively, these outcomes have achieved the primary purpose of advancing the current understanding of glucose and oxygen-induced neurological impairments, whilst offering novel insights into neuroendocrine regulation governed by the hypothalamus.
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Role of IL-5 in airway remodeling in severe asthma
(2025) Abujabal, Rola A. Y.

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