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Aktuellste Veröffentlichungen
Hochleistungsfaserlaser und deren Wellenlängenerweiterung als flexible Lichtquelle für die biomedizinische Bildgebung
(2026) Lamminger, Philipp
Die Anwendung von Faserlasern im Bereich der biomedizinischen Optik gewinnt in den letzten Jahren immer stärker an Bedeutung, da sie bei kompakter Bauweise die Erzeugung kurzer Laserpulse mit hohen Spitzenleistungen ermöglichen. „Master Oscillator Power Amplifier“ (kurz MOPA)-Laser steigern in mehreren Verstärkerstufen die Spitzenleistung einer Laserdiode von einigen Milliwatt auf mehrere Kilowatt. Neben den Vorteilen konventioneller Faserlaser ermöglicht der MOPA-Laser zusätzlich eine beliebige Modulation der Pulse. Mithilfe eines elektro-optischen Modulators werden Pulse aus einer Dauerstrich-Laserdiode ausgeschnitten, wobei Zeitpunkt, Repetitionsrate, Pulsdauer und Pulsform der Pulse frei wählbar sind. Dies ermöglicht Pulse-auf-Abruf und erleichtert die Synchronisation mit anderen Systemen. Eine Limitation dieser Lasersysteme ist jedoch die Beschränkung auf Wellenlängenbereiche, die von der Dotierung des Fasermaterials mit seltenen Erden abhängen aber für die Verstärkung der Pulse notwendig sind.
Ziel dieser Arbeit war es, die Spitzenleistung von MOPA-Systemen zu erhöhen und die Wellenlänge mittels nichtlinearer Effekte zu verschieben. Die Verstärkung auf eine hohe Spitzenleistung ist dabei eine große Herausforderung, da hierfür eine hohe Pumpleistung benötigt wird, die wiederum zu unerwünschten Nebeneffekten, wie z.B. einem Untergrundsignal führen kann. Hierfür wurde ein MOPA-System mit mehreren Verstärkerstufen aufgebaut, mit denen das störende Untergrundsignal minimiert und so höhere Spitzenleistungen ermöglicht wurden. In der letzten Verstärkerstufe wurde eine Faser mit 25 µm Kerndurchmesser eingesetzt, die nichtlineare Effekte im Laser reduziert und damit eine schmale Linienbreite für eine anschließende gezielte nichtlineare Wellenlängenkonversion erlaubt. Eine Spitzenleistung von 91 kW wurde auf diese Weise erreicht.
Ausgehend von dem optimierten 1063 nm MOPA-Laser und einem 1300 nm „Fourier Domain Mode Locked“ (kurz FDML)-Laser konnte mittels degeneriertem Vier-Wellen-Mischen (engl. „four wave mixing“, kurz FWM) in einer photonischen Kristallfaser (engl. „photonic crystal fiber“, kurz PCF) eine schmalbandige Verstärkung bei 1300 nm und eine Konversion zu 900 nm erzielt werden. Dieser Wellenlängenbereich eignet sich beispielsweise zur Anregung von grün fluoreszierendem Protein in der Zwei-Photonen-Mikroskopie. Durch die parametrische Verstärkung im FWM-Prozess konnten die 1300 nm auf 1,4 kW verstärkt und gleichzeitig Pulse mit 2,7 kW um 900 nm erzeugt werden. Dabei kann die Wellenlänge mit der Durchstimmgeschwindigkeit des FDML-Lasers geändert werden und erreicht eine Bandbreite von 105 nm um 1300 nm und 54 nm um 900 nm. Dieses Ergebnis ist besonders relevant für schnelle Versionen der Zwei-Photonen- und Raman-Mikroskopie, da es sowohl die Zahl der erreichbaren Fluorophore erhöht als auch die Abdeckung der Raman-Banden erweitert. In der Raman-Mikroskopie könnte die hohe Spitzenleistung des abstimmbaren Abtastlasers eine epi-direktionale Detektion und damit den Einsatz in Endoskopen ermöglichen.
Es konnte zudem gezeigt werden, dass die hohe Spitzenleistung in einer längeren PCF für die Erzeugung eines breitbandigen Superkontinuums von 490 nm bis über 1750 nm verwendet werden kann. Nach zeitlicher Streckung mittels Dispersion in einer langen Glasfaser wurde es für hyperspektrale Bildgebung eingesetzt. Erste Bilder im roten Wellenlängenbereich konnten generiert werden, während die Leistung im grünen und blauen Wellenlängenbereich noch optimiert werden muss, um korrekte Farbbilder darzustellen. Künftig muss die Leistung in diesen Wellenlängenbereichen erhöht und Verluste reduziert werden, um das Superkontinuum für eine zeitlich gestreckte hyperspektrale Bildgebung im Sichtbaren vollständig nutzen zu können.
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden aktiv modulierte MOPA-Systeme durch eine gezielte Leistungssteigerung und Wellenlängenerweiterung erfolgreich für die biomedizinische Bildgebung optimiert. Dadurch wurde ein extrem flexibles System geschaffen, welches die Grundlage für verschiedene zukünftige Anwendungen bildet.
Characterization of cryptic antinuclear autoantibody targets antigens
(2021) Zeng, Zitao
Identification and characterization of type VII collagen-targeting autoantibodies in experimental epidermolysis bullosa acquisita
(2025) Schmidt-Jiménez, Leon Felipe
Autoantibodies (Aab) are a major cause of autoimmune diseases. Understanding the generation and molecular properties of Aab is pivotal to understanding Aab-mediated autoimmunity. Epidermolysis bullosa acquisita (EBA) is a severe Aab-mediated autoimmune blistering disease (AIBD) characterized by Aab targeting type VII collagen (COLVII) at the dermal-epidermal junction (DEJ) in the skin. In EBA, Aab deposition at the DEJ leads to subsequent inflammation through effector functions mediated by the Aab constant region. Despite significant advances in understanding downstream pathomechanisms after Aab binding, the etiology of Aab — their clonal origins, genetic constraints, and subclass contributions determining pathogenicity remain poorly characterized. Monoclonal Aabs capable of inducing disease in murine models have not been identified, limiting mechanistic insights into Aab-mediated tissue damage. This study employed phage display coupled with next-generation sequencing (NGS) to isolate and characterize monoclonal antibodies (mAbs) targeting murine COLVII (mCOLVII). This represents the first comprehensive genetic-level analysis of the murine B cell receptor repertoire in EBA research, revealing germinal center-driven affinity maturation of autoreactive clones. Using two immune-libraries from lymphoid tissues of an mCOLVII-immunized mouse, four dominant variable heavy chain (VH) clonotypes with restricted genetic diversity were identified, suggesting constraints in the autoreactive B cell response. B cell receptor repertoire sequencing (BCR-seq) revealed tissue-specific isotype distribution and expansion patterns, while tracking clonotypes to originating tissues. BCR-seq uncovered an unexpected predominance of IgG1 in highly mutated clones in the draining lymph nodes (dLN), potentially challenging the current understanding of subclass roles in EBA pathogenesis. Selected clones were expressed in the complement-activating IgG2b format, demonstrating antigen specificity and constant region functionality in vitro. Additional mCOLVII-targeting clones were acquired from fellow researchers and likewise expressed and characterized. In vivo validation of six phage display-derived clones and two acquired clones revealed DEJ binding of all and complement C3 deposition for the latter; however, these molecular events proved insufficient for clinical disease manifestation, indicating additional requirements for pathogenic Aab beyond target recognition and complement activation. These findings suggest that synergistic epitope targeting, enhanced Fc-mediated effector functions or multiple subclasses may be required for clinical disease induction. This study provides critical insights into anti-mCOLVII Aab genetics and functionality, establishing foundations for understanding Aab pathogenicity determinants in EBA while providing valuable tools for understanding tissue-specific Aab mechanisms.
Mammakarzinom der älteren Patientin
(2026) Jost, Natascha
Intracurriculare Faktoren, die die Fachgebietswahl Medizinstudierender beeinflussen
(2026) Schoon, Birte Inken
Regulation of IgE and IgG antibodies in the context of murine food allergies
(2026) Freye, Sarah-Maria
Background: IgE-mediated food allergy is a common disease affecting up to one tenth of the population, especially in industrialized nations, and provoking symptoms that range from mild skin manifestations to life-threatening anaphylaxis. Curative and preventive treatment is very limited, creating a danger for the patients and an economic burden for the patients and their stakeholders. Therefore, an advanced knowledge of immunological mechanisms which could serve as a future treatment target is necessary. A promising target is the ratio of the immunoglobulins IgE and IgG4 in humans, or respectively IgE and IgG1 in mice. Several studies describe that sensitized but tolerant patients presented a higher ratio of food-specific IgG4 to IgE as opposed to food allergic patients. Hence, it is of great interest to understand which factors influence the ratio of these immunoglobulins, contributing to a more allergy-releasing or allergy-protective immune response.
Objective: This thesis aims to evaluate the impact of B cell receptor (BCR) signaling strength, differential IL-4 and glucose levels on the ratio of membrane-bound and secreted IgE and IgG1 in murine B cell cultures.
Methods: The experiments are based on an in vitro B cell culture system that mimics a T cell-dependent germinal center reaction: splenic B cells from BALB/c mice were co-cultured with cells from the feeder cell line 40 LB and stimulated with cytokines and, if applicable, F(ab’)2 fragments of anti-Ig antibodies, among others. The frequencies of IgE- and IgG1-expressing cells were evaluated by flow cytometry, the secretion of these antibodies by ELISA and the class switch recombination generating these antibodies by semiquantitative analysis of switch circles.
Results: Calcium flux experiments revealed that F(ab’)2 fragments of anti-IgM and anti-Ig kappa antibodies could serve as a model for different BCR signaling strengths. Flow cytometric analysis of IgE+ and IgG1+ B cells and plasmablasts showed that stimulation with both F(ab’)2 fragments decreased the frequencies of these isotype-switched cells. The ratio of IgE+ to IgG1+ B cells diminished with increased BCR signaling which was similar for BCR stimulation with F(ab’)2 fragments of anti-IgM and anti-Ig kappa antibodies. In contrast, increasing concentrations of IL-4 or glucose in cell cultures raised the ratio of IgE/IgG1.
Conclusion: In our germinal center model, the stimulation of the BCR with F(ab’)2 fragments of anti-Ig antibodies selectively inhibited the formation of IgE+ B cells and plasmablasts more strongly than that of IgG1+ cells. The strength of this inhibition corresponded to the BCR signaling strength. Semiquantitative analysis of switch circles showed that indirect class switching from IgM to IgG1 to IgE was the principal mechanism of IgE+ B cell generation in our cell culture system. IL-4 and glucose levels seemed to influence the IgE/IgG1 ratio, too. All in all, these findings suggest that complex B cell-extrinsic environmental stimuli differently influence the generation of IgG1- vs. IgE-switched cells, even though Th2-cytokines, especially IL-4, promote switching to both isotypes.
Die richterliche Bereitschaft zur Nutzung von KI-Systemen
(2026) Dhungel, Anna-Katharina
Validierung und Evaluation einer Künstlichen Intelligenz für Übungsempfehlungen bei Patient*innen mit muskuloskelettalen Erkrankungen
(2026) Griefahn, Annika
Abstract (Deutsch):
Muskuloskelettale Erkrankungen (MSK) zählen weltweit zu den häufigsten Ursachen chronischer Schmerzen und funktioneller Einschränkungen. Digitale Gesundheitsanwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI) bieten einen innovativen Ansatz zur individualisierten Bewegungstherapie, sind jedoch bislang unzureichend evidenzbasiert evaluiert. Die vorliegende kumulative Dissertation untersucht die Validität, Sicherheit und Wirksamkeit des KI-basierten Expertensystems medico der medicalmotion App anhand von drei aufeinander aufbauenden empirischen Studien. Studie I zeigte, dass medico Kontraindikationen für eine eigenständige Übungstherapie zuverlässig identifiziert und dabei eine hohe Übereinstimmung mit physiotherapeutischen Bewertungen erzielte (κ~pooled~ = 0,63; Sensitivität, Spezifität, Genauigkeit und F1-Score = 1,0). In Studie II wurden 99,9 % der KI-generierten Übungsempfehlungen bei maximalem Beurteilerkonsens als risikofrei eingestuft, wobei eine erhebliche interindividuelle Variabilität in den physiotherapeutischen Risikobewertungen beobachtet wurde. Studie III ergab nach einer achtwöchigen appbasierten Intervention bei Patient*innen mit Rückenschmerzen eine signifikante Reduktion der Schmerzintensität sowie eine Verbesserung des subjektiven Wohlbefindens. Die Ergebnisse belegen das Potenzial KI-gestützter Systeme als sichere und wirksame Ergänzung in der bewegungstherapeutischen Versorgung von MSK-Patient*innen, verweisen jedoch auf den weiteren Bedarf prospektiver, randomisiert-kontrollierter Studien sowie auf ethische und regulatorische Herausforderungen bei der klinischen Implementierung.
Abstract (English):
Musculoskeletal disorders (MSDs) are among the most common causes of chronic pain and functional limitation worldwide. Artificial intelligence (AI)-driven digital health applications offer an innovative approach to individualized exercise therapy, yet robust evidence-based evaluation remains limited. This cumulative dissertation examines the validity, safety, and effectiveness of the AI-based expert system medico, integrated into the medicalmotion app, across three consecutive empirical studies. Study I demonstrated that medico reliably identifies contraindications to independent exercise therapy, showing high agreement with physiotherapists' assessments (κ~pooled~ = 0.63; sensitivity, specificity, accuracy, and F1-score = 1.0). In Study II, 99.9% of AI-generated exercise recommendations were classified as risk-free under maximum rater consensus, while substantial inter-individual variability in physiotherapists' risk ratings was observed. Study III found that an eight-week app-based intervention in patients with spinal pain led to a significant reduction in pain intensity and improvement in subjective well-being. Collectively, the findings support the potential of AI-assisted systems as a safe and effective complement in exercise-based care for patients with MSDs, while highlighting the need for prospective randomized controlled trials and addressing ongoing ethical and regulatory challenges in clinical implementation.
Untersuchung der Antigenaufnahme durch dendritische Zellen und Makrophagen in der murinen Lunge
(2026) Berger, Johann Linus
Einfluss von oxidativem Stress auf den Metabolismus humaner retinaler Endothelzellen
(2026) Ernesti, Justus-Satoshi
Maschinelle invasive Langzeitbeatmung bei Querschnittgelähmten
(2026) Rudolph, Merle Marie
CD4+ T cell receptor sequences during progression towards experimental pemphigoid
(2025) Bahreini, Farbod
Autoantibody-mediated diseases, such as epidermolysis bullosa acquisita (EBA), arise from a breakdown in immune tolerance, often reflected in restricted T-cell receptor repertoires (TCRRs). This thesis examines two complementary strategies for restoring tolerance, both of which converge on reshaping the TCRR. In the EBA model, pretreatment with ovalbumin in combination with Alum and TiterMax (OAT) has been shown to completely prevent disease. Building on this model, herein, we demonstrate that OAT pretreatment significantly reshaped the T follicular helper repertoire. OAT increased diversity, reduced clonal dominance, and introduced novel sequence features. Transcriptomic analysis revealed node-specific programs, with the inguinal lymph node (Ingln) shifting toward regulatory and metabolic pathways, consistent with a tolerogenic environment. A second strategy examined the effects of cell-derived nanoparticles (CDNPs), which are multi-epitopic protein aggregates of ~150 nm, reproducibly marked by Annexin A5. CDNPs modestly reduced IL-6 secretion from macrophages and broadened TCRβ repertoires within splenic T-cell zones by limiting clonal dominance. CDNPs also increased Tcrb and Gata3 expression, indicating enhanced T-cell activity with a Th2-associated bias. Together, these findings highlight two distinct but complementary approaches: OAT illustrates how antigen-specific immune deviation can reshape repertoires and support tolerance, whereas CDNPs act as multi-epitope modulators capable of reprogramming both innate and adaptive immunity. From a translational perspective, OAT suggests a model for tolerogenic vaccination in diseases with known antigens, while CDNPs provide a potential therapy where autoantigens are diverse or undefined. Both approaches underscore the TCRR as a central determinant of tolerance and a promising therapeutic target in autoantibody-driven disease.
Interdisziplinärer Einsatz der optischen Kohärenztomographie-Angiographie des Augenhintergrunds
(2026) Sochurek, Jan Alexander Maria
Screening auf konnatale CMV-Infektionen bei sehr kleinen Frühgeborenen
(2025) Leienbach, Viola
Eine Infektion mit dem humanen Cytomegalievirus ist die häufigste konnatale Infektion und kann zu akuten Erkrankungen und/oder schwerwiegenden neurologischen Langzeitfolgen führen, auch bei asymptomatischer Infektion. Aktuell gibt es keine Empfehlung eines generellen postnatalen Screenings. In dieser Arbeit geht es um die Fragen, ob innerhalb der Studienpopulation von Frühgeborenen mit einem sehr niedrigen Geburtsgewicht von unter 1500 Gramm konnatal infizierte Kinder diagnostiziert wurden, ob tiefgefrorenes Nabelschnurgewebe als mögliches Material eines Screenings auf CMV-Infektionen mittels rt-PCR verwendet werden kann und ob sich Unterschiede zwischen Frühgeborenen zeigen, welche postnatal antiviral mit Ganciclovir oder Valganciclovir therapiert wurden gegenüber nicht antiviral therapierten Frühgeborenen. Sowohl das Material (Nabelschnurgewebe) als auch die klinischen Daten wurden erhoben vom German Neonatal Network.
In vier von 3323 Nabelschnurgewebeproben wurde der Nachweis von CMV-DNA gefunden, welches als Beweis einer konnatalen CMV-Infektion angesehen wurde. Alle vier Kinder wurden postnatal mit Ganciclovir oder Valgancivlovir therapiert. Weiterhin wurden statistisch die Daten von 10217 Frühgeborenen untersucht, welche postnatal während ihres stationären Aufenthaltes Ganciclovir oder Valganciclovir als antivirale Therapie einer konnatalen oder postnatalen CMV-Infektion erhalten hatten. Antiviral therapierte Kinder ohne Nachweis von Viren in der Nabelschnur waren deutlich kleiner und unreifer und mussten häufiger mit weiteren klinischen Maßnahmen wie tracheale Beatmung, Gabe von Surfactant, Katecholaminen, Blutprodukten sowie Steroidhormonen behandelt werden. Außerdem zeigte sich häufiger ein schlechtes Outcome im Sinne eines pathologischen Hörscreenings, einer Sepsis, einer Hirnblutung oder einer anderen schweren Komplikation. Dies entspricht dem bekannten Risikoprofil der symptomatischen postnatalen CMV-Infektion, welche nur bei extrem unreifen Frühgeborenen auftritt. Die Mortalität zeigte sich nicht erhöht.
Tiefgefrorenes Nabelschnurgewebe erwies sich als geeignetes Material einer rt-PCR zum Nachweis einer konnatalen CMV-Infektion. Jedoch zeigte sich in unserer Arbeit eine niedrigere Prävalenz (0,12%) als in anderen Arbeiten. Aufgrund des retrospektiven Screenings fehlte eine weitere Untersuchung eines Kontrollmediums des Kindes wie Speichel oder Urin, welche in Kliniken als gängige Diagnostik einer CMV-Infektion durchgeführt wird. Dies ist weiterhin der Goldstandard, da laut aktueller Literatur diese Form der Diagnostik besser anwendbar sowie sehr spezifisch und sensitiv ist.
Ein generelles Screening auf eine konnatale CMV-Infektion für sehr kleine Frühgeborene nach Geburt ist daher laut dieser Arbeit empfehlenswert, um bei einem hohen Risiko für Langzeitfolgen entsprechend engmaschige Follow-up Untersuchungen durchführen zu können. So können frühzeitig Gegenmaßnahmen getroffen werden, um die Folgen gering zu halten.
Reporter-based reverse genetics of murine norovirus reveals insertion-tolerant sites and a position in the capsid linked to antibody escape
(2026) Lane, Miranda Sophie
Noroviruses are members of the Caliciviridae family: positive-sense, single-stranded RNA encased within a 90 dimer protein capsid. Human norovirus (HNoV) is a major cause of gastrointestinal disease. Murine norovirus (MNV) is used as a surrogate in the study of HNoV due to it being the only norovirus currently reliably cultivatable in cell culture and possessing a reverse genetics system. Previous studies have used MNV to develop our understanding of norovirus capsid protein structure with regards to infection. Various ligands have been observed to bind the norovirus capsid including divalent cations, neutralising antibodies, bile acids, and a cellular receptor mCD300lf (MNV only). The effect of bile acids on MNV infection was previously investigated in this lab but recent research suggests dynamic conformational changes observed in the MNV capsid are due to environmental factors such as bile acid binding, pH change and divalent cation binding. This study set out to determine the effects of divalent cation binding with regards to infection.
Multiple reverse genetics techniques have been developed for MNV with an RNA-based technique in a recombinant cell line developed within the last few years. This technique allows for the indirect observation of protease production via a GFP reporter system. This work compared wild‑type MNV‑1.CW1 RNA transfections with transfected MNV‑1.CW1 RNA with mutations introduced to a cDNA plasmid construct via site-directed mutagenesis. This system was used in the testing of the non‑structural (NS) polyprotein, protease cleavage sites with the aim of identifying potential sites for the insertion of a short protein-coding sequence, and to generate recombinant mutant MNVs used in the study of divalent cations.
Transfection experiments of MNV‑1.CW1 RNA with an HNoV protease cleavage site identified a potential site of NS1‑2/NS3 as being suitable for a potential inserted protein, with the site receptive to a short peptide coding sequence insertion. Five recombinant MNV‑1.CW1s with mutations in the major capsid protein were generated. The generation of two divalent cation non-binding mutants (D410A and D440A) and the extensive testing of these in cell culture assays identified D440 as a crucial site of cation binding, preventing the neutralisation of the virus with a monoclonal antibody. Previous work identifying bile acid in preventing neutralisation from monoclonal antibodies was revaluated, this time controlling for divalent cations. Divalent cations were found to be essential in small concentrations – that alone could not prevent neutralisation – but assisted bile acid in neutralisation escape.