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Aktuellste Veröffentlichungen
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.
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.
Auswirkung von Virtual Reality auf die subjektive Schmerzwahrnehmung von Kindern und Jugendlichen am Beispiel der K-Draht-Entfernung
(2025) Pretzsch, Juliane Henrike
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.
Reproduzierbarkeit von 4D Fluss MRT
(2025) Nowak, André
Kolonisationsscreening bei sehr kleinen Frühgeborenen und deren Müttern
(2025) Haug, Clara
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.
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.
Health effects of single shocks on the hand-arm system
(2025-07-16) Corominas Cishek, Alexandra Ofelia
Effekte von Imatinib auf primäre humane Gehirntumoren
(2025) Freitag, Carina
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.
Role of IL-5 in airway remodeling in severe asthma
(2025) Abujabal, Rola A. Y.
Die Bedeutung der Anaphylatoxine C3a und C5a sowie ihrer Rezeptoren in CD4+ TH-Zellen für die Entwicklung des allergischen Asthma bronchiale
(2025) Eurich, Benjamin
Das Asthma bronchiale ist eine chronisch–entzündliche Atemwegserkrankung mit weltweit hoher Prävalenz. Die allergische Unterform ist gekennzeichnet durch eine Sensibilisierung gegen Aeroallergene und eine Assoziation zwischen Allergenexposition und dem Auftreten der respiratorischen Beschwerden, die durch bronchiale Hyperreagibilität und/oder reversible Atemwegsobstruktion ausgelöst wird. Dabei führt das Aeroallergen
im Rahmen der Sensibilisierungsphase über die Interaktion von konventionellen dendritischen Zellen mit CD4+ TH–Zellen zu einer maladaptiven TH2– und TH17–Immunantwort mit Bildung spezifischer IgE–Antikörper, die an den IgE–Rezeptor von residenten Mastzellen binden. Bei erneuter Allergenexposition kommt es in der Effektorphase
zur inadäquaten Ausschüttung von Entzündungsmediatoren mit konsekutiven histologischen Veränderungen und klinischen Symptomen.
Die Anaphylatoxine C3a und C5a, die durch systemische, lokale und intrazelluläre Komplementaktivierung gebildet werden, modulieren über ihre jeweiligen Rezeptoren C3aR bzw. C5aR1 und C5aR2 Entzündungsaktivität an der Schnittstelle zwischen angeborenem und erworbenem Immunsystem. Für C5a ist während der Sensibilisierungsphase
ein protektiver Effekt hinsichtlich der Entwicklung einer maladaptiven TH2–Immunantwort auf Ebene der Interaktion von DZ und T–Zellen bekannt, in der Effektorphase führt C5a jedoch zu vermehrt Atemwegsinflammation und –hyperreagibilität.
In einem adoptiven Transfermodell von mit Ovalbumin bzw. Hausstaubmilbenextrakt stimulierten aus murinem Knochenmark gewonnenen dendritischen Zellen, bei denen die jeweiligen Anaphylatoxinrezeptoren genetisch ausgeschaltet waren, konnten die für die Sensibilisierungsphase festgestellten C5aR1–vermittelten protektiven Effekte jedoch nicht auf einen direkten Einfluss dieser Antigen–präsentierenden Zellen zurückgeführt werden und auch die C3aR1– und C5aR2–vermittelten pro–inflammatorischen Effekte nur teilweise (für C5aR2). Für C3ar1–/– C5ar1–/––Mäuse war die Induktion von regulatorischen T–Zellen in naiven murinen CD4+ TH–Zellen in vitro und in vivo (nach Immunisierung mit Ovalbumin) vorbeschrieben.
Bei bekannter Expression der Anaphylatoxinrezeptoren auf humanen CD4+ TH–Zellen sollte im Rahmen meiner Dissertation untersucht werden, wie die Anaphylatoxine C3a und C5a sowie deren Rezeptoren C3aR, C5aR1 und C5aR2 die T–Zell–Aktivierung und Polarisierung der TH–Zellantwort im Mausmodell des Hausstaubmilben–induzierten experimentell–allergischen Asthma bronchiale regulieren, um so mögliche Therapietargets
zu identifizieren. Angesichts der kontroversen Diskussionen bezüglich der Expression von Anaphylatoxinrezeptoren auf murinen CD4+ TH–Zellen sollte diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten der T–Zell–Aktivierung und unter verschiedenen Stimulationsbedingungen in vitro sowie in vivo untersucht werden.
Weder in naiven noch mit Antikörpern gegen CD3 und CD28 sowie Zusatz von IL-2 stimulierten CD4+ TH–Zellen der Milz von BALB/c– und C57BL/6–Mäusen oder in Kokultur mit CD11c+ aus murinem Knochenmark gewonnenen dendritischen Zellen war eine Anaphylatoxinrezeptor–Expression festzustellen (für C5aR1 auf Protein– und mRNA–Level, für C3aR und C5aR2 ausschließlich auf mRNA–Ebene bei fehlenden validen Antikörpern). Der C5aR1 konnte auch in CD4+ TH–Zellen einer GFP–C5aR1–Knock–in–Maus in vitro sowie in einem experimentell–allergischen in–vivo–Modell nicht nachgewiesen werden. Bei der Verwendung des etablierten C5aR1–Antikörpers (Klon 20/70) konnte dabei eine zuvor unbekannte Kreuzreaktivität mit einem Epitop auf apoptotischen CD4+ TH–Zellen festgestellt werden. Auch bei einem kommerziell verfügbaren polyklonalen und einem monoklonalen intrazellulären C5aR2–Antikörper (Klon 468705) konnte eine Kreuzreaktivität detektiert werden. In CD4+ TH–Zellen von C3ar1–/– C5ar1–/––Mäusen zeigte sich im Hausstaubmilben–induzierten experimentell–allergischen Asthma bronchiale keine Induktion von regulatorischen T–Zellen.
Diese Erkenntnisse unterstreichen, dass die Evaluation von Anaphylatoxinrezeptor–Expression entweder mittels Reporter–Knock–in–Mäusen oder etablierter monoklonaler Antikörper unter Kontrolle mit entsprechenden Knock–out–Mäusen und zusätzlicher Untersuchung der mRNA–Expression per qPCR erfolgen sollte. Erklärungen für die von wenigen Arbeitsgruppen detektierte Anaphylatoxinrezeptor–Expression in murinen CD4+ TH–Zellen könnten zudem eine Kontext–abhängige Genexpression sein, z. B. aufgrund des umgebenden Milieus, außerdem eine Expression in bestimmten CD4+ TH–Zell–Subtypen, Unterschiede im intestinalen Mikrobiom oder (epi)genetische Differenzen
der verwendeten Mausstämme aufgrund von genetischem Drift und Shift. Eine Ursache für die Unterschiede in der Expression der Anaphylatoxinrezeptoren zwischen humanen und murinen CD4+ TH–Zellen könnte das Fehlen von CD46 oder eines funktionellen Äquivalents in der Maus sein, zudem das Fehlen von intrazellulären C5–Speichern in murinen CD4+ TH–Zellen, welche beim Menschen zur Aktivierung des NLRP3–Inflammasoms führen. Die bisher weder durch Anaphylatoxinrezeptor–Signaltransduktion in KMDZ noch in CD4+ TH–Zellen erklärten protektiven Effekte von C5a/C5aR1–Signalgebung und pro–inflammatorischen Effekte via C5a/C5aR2– bzw. C3a/C3aR–Signalübertragung in Bezug auf die Entwicklung eines asthmatischen Phänotyps könnten durch Unterschiede in den durch pulmonale DZ und KMDZ verursachten asthmatischen Phänotypen bedingt sein, zudem sollten die regulierenden Einflüsse der Anaphylatoxinrezeptor–Signaltransduktion in Antigen–präsentierenden sowie
weiteren in der Lunge vorkommenden Zellen hinsichtlich der Entstehung und Ausprägung des allergischen Asthma bronchiale genauer untersucht werden, z.B. mit konditionellem Knock–out der Anaphylatoxinrezeptoren in bestimmten pulmonalen Zellen von Anaphylatoxinrezeptor–Reporter–Knock–in–Mäusen, bei denen das jeweilige
Anaphylatoxinrezeptor–Gen mit loxP–Erkennungssequenzen flankiert ist.
Um in der Zukunft spezifische therapeutische Zielstrukturen für die Behandlung des allergischen Asthma bronchiale im Bereich der Anaphylatoxinrezeptor–Signaltransduktion zu finden, wird es wichtig sein, sowohl im Menschen als auch in der Maus die Expressionsmuster der Anaphylatoxinrezeptoren unter Steady–State– als auch inflammatorischen Bedingungen genau zu charakterisieren und die Auswirkungen der Unterbindung einer Signalübertragung über die Anaphylatoxinrezeptoren weiter zu untersuchen.
Identifikation und Auftreten von Substanzgruppierungen in der Drogenanalytik
(2025-01-21) Mähler, Julietta Ursula
Exploring structure-based discovery of antivirals targeting Human cytomegalovirus (HCMV)
(2025-07-28) Thiyagaraj, Dinesh
Human cytomegalovirus (HCMV) causes widespread infections globally, typically remaining asymptomatic and latent. However, under conditions of immunosuppression, HCMV can reactivate and cause severe disease. The United States Food and Drug Administration (USFDA) has approved six antivirals for prevention and/or treatment of HCMV infection: Ganciclovir, Valganciclovir, Cidofovir, Foscarnet, Letermovir (only prophylaxis), and Maribavir. Despite their efficacy, these antivirals face one or more of the following challenges: toxicity, efficacy, and the emergence of drug resistance. This highlights the urgent need for novel antivirals that are both effective and safer, targeting essential viral proteins to minimize resistance.
This study aimed to extend the available HCMV drugs by establishing structure-based drug design pipeline for three distinct HCMV protein targets, namely the pUL94/pUL99 complex, pUL98 and pUL77. I worked towards the structural characterization of two HCMV targets, employing crystallization methods in combination with crystallization enhancing scaffolds as “crystallization chaperones” as well as alternative methodologies like cryo-EM single particle analysis. The resulting atomic structures will pave the way for virtual screening of small molecules to identify potential antiviral candidates. Additionally, we aimed to establish a semi-automated virtual screening workflow and screen for protein-protein interaction inhibitors against HCMV pUL77.
I initially expressed pUL98 in E.coli and purified it to homogeneity. Since initial robotic crystallization experiments remained unsuccessful, I employed sybodies and megabodies as “crystallization chaperones” for pUL98. Unfortunately, crystallizing pUL98 with sybodies or megabodies did not yield diffraction-quality crystals.
For the pUL94/pUL99 complex sybodies were already available at the beginning of this thesis, and as crystallization also remained unsuccessful, we started a collaboration with the group of Maya Topf at CSSB; Hamburg, to characterize the complex structure using cryo-EM single particle analysis. To increase particle contrast in cryo-EM, I used the existing sybodies to engineer legobodies binding pUL94/pUL99, but the complex showed significant compositional and conformational heterogeneity, limiting the obtained resolution to ~6Å.
Finally, I used the reported cryo-EM structure of the pUL77 pentamer to establish a consensus virtual screening workflow for pUL77 using multiple scoring functions, docking tools and additional screening parameters. This allowed us to identify consensus poses from two docking tools and attempt to improve probability of true-positive hits. Clustering algorithms were used to scrutinize the molecules further, enhancing the hit identification rate and lead selection. The shortlisted molecules from this screening workflow have been ordered and will be tested by our collaboration partners in cell culture models for HCMV infection.
In conclusion, this work established a workflow for virtually screening molecules with improved hit rates, moving beyond reliance on docking scores alone. This workflow aims to enhance the efficiency of structure-based antiviral discovery targeting HCMV infection.
Expressionsanalyse von histonmodifizierenden Enzymen und deren Rolle im Nierenzellkarzinom
(2025) Bourguignon, Alexandra
Correlation of the SD-OCT staging system for glaucoma severity with intraocular and systemic endothelin-1 concentration and ocular blood flow impairment measured by OCT-angiography
(2025) Schopmeyer, Lasse
Introduction:
This dissertation aimed to investigate the correlation between optical coherence tomography angiography (OCT-A) parameters, specifically vessel density (VD) in the optic nerve head (ONH) and foveal regions of glaucoma patients with the levels of the potent vasoconstrictor endothelin 1 (ET-1) and its precursor big ET-1 in both plasma and aqueous humour (AqH). Furthermore, the compatibility of OCT-A parameters with the optical coherence tomography (OCT) glaucoma staging system (OCT-GSS), previously validated only for OCT measurements, was explored.
Materials and Methods:
This prospective monocenter study included adult patients undergoing elective cataract or glaucoma surgery. Intraoperatively gathered AqH and plasma were collected from glaucoma patients and control patients. Glaucoma diagnosis was confirmed or excluded through medical history, intraocular pressure assessment, fundoscopy and spectral domain (SD) OCT imaging. Exclusion criteria encompassed low-quality imaging, systemic disease, vasoactive medication usage, as well as previous ophthalmologic surgery, except posterior chamber lens implantation, laser trabeculoplasty or laser iridotomy more than six months ago. ET-1 and big ET-1 levels were quantified using Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assay (ELISA) and multiplex immunoassays, respectively. Protein levels were determined using the Bradford protein assay. Descriptive statistics were applied for dataset exploration, followed by linear correlation analysis. A multivariable regression analysis was subsequently conducted with appropriate variables.
Results:
Significantly elevated levels of ET-1 in both plasma and AqH were observed in glaucoma patients compared to the control group. Significant correlations were identified between plasma ET-1 levels and various OCT-A VD parameters in the ONH and foveal regions. No correlations were found for Big ET-1 levels. The OCT-GSS exhibited significant correlations with several OCT-A VD parameters, including the VD of the entire ONH and the VD of the entire macula superficial vascular plexus (SVP).
Discussion:
The detected correlations between plasma ET-1 levels and OCT-A parameters suggest a potential novel diagnostic criterion for early detection and assessment of glaucomatous damage, potentially surpassing the capabilities of SD-OCT. The findings support the theory of a systemic pathology in primary open-angle glaucoma (POAG), rather than the concept of a local disease. The correlation of OCT-A parameters with the OCT-GSS suggests that integrating OCT-A analysis into this staging system could potentially enable enhanced early detection and greater sensitivity.