Die kortikale spreading depression (SD), wie sie von Leão 1944 zuerst beschrieben wurde, ist ein elektrophysiologisches Phänomen, das in der Pathophysiologie der Aurasymptomatik einer Mi-gräneattacke und Ischämie-induzierter Zellschäden diskutiert wird. Während der akuten fokalen zerebralen Ischämie treten eine Reihe von Ereignissen wie eine massive Entzündungsreaktion und die allmähliche Einbeziehung einer zunächst viablen ischämischen Randzone - der Penum-bra - in das infarzierte Hirngewebe auf. Da an diesen Ereignissen SD-ähnliche Depolarisationen kausal beteiligt sind, ist die pharmakologische Verringerung von SD-Episoden bzw. eine Ver-kleinerung ihrer Amplitude und Dauer unter in vitro als auch tierexperimentellen in vivo Bedin-gungen eine mögliche neuroprotektive Strategie. In der vorliegenden Arbeit wurde ein in vitro Modell beschrieben, das am Hirnschnittpräparat des Neokortex der adulten Ratte eine reproduzierbare Auslösung von SD-Wellen unter normoxi-schen Bedingungen gestattet. Anhand von charakteristischen elektrophysiologischen Parametern einer SD wie Amplitude, Dauer und Ausbreitungsgeschwindigkeit wurden die gute Überein-stimmungen dieses in vitro Modells mit in vivo Modellen gezeigt. Obwohl SD Wellen am nicht-ischämischen Kortex keine morphologischen Schäden verursachen, zeigte sich in den hier vorge-stellten Experimenten eine funktionelle Unterdrückung der GABAergen hemmenden Mechanis-men des Neokortex nach repetitiven SDs auch bei ausreichender Energie- und Sauerstoffversor-gung. Die hier diskutierten Ergebnisse demonstrierten, daß unter in vitro Bedingungen der AMPA-Glutamatrezeptor für die Auslösung und Ausbreitung einer SD eine untergeordnete Rolle spielt. Demgegenüber erwies sich die NMDA-Rezeptoraktivierung als herausragend für eine SD, da die Blockade dieses Rezeptors mit dem nicht-kompetitiven Antagonisten Ketamin die SD-Amplitude und SD-Dauer signifikant verringerte. Die Anwendung der selektiven 5-HT1A-Agonisten 8-OH-DPAT und BAY x 3702 erwies sich als eine neue Möglichkeit, die Zeitdauer einer SD zu verringern. Die aufgezeigte SD-induzierte neuronale Hyperexzitabilität kann unter normoxischen Bedingun-gen zelluläre Dysfunktionen verursachen und auch an einer Generierung der Aura eines Migrä-neanfalls beteiligt sein. Unter hypoxisch-ischämischen Bedingungen könnte eine SD-induzierte Dysfunktion GABAerger Kontrollmechanismen die Ausweitung ischämischer Zellschäden be-wirken. Die Hoffnungen auf eine effektive Schlaganfalltherapie haben sich mit den bisherigen NMDA-Antagonisten trotz ihrer hier bestätigten guten in vitro Wirksamkeit aufgrund der Interferenz mit physiologischen Glutamatfunktionen im Kortex nicht erfüllt. Die hier gezeigte konzentrationsab-hängige Verkürzung der SD-Dauer durch die Aktivierung des 5-HT1A-Serotoninrezeptors unter in vitro Bedingungen kann bei der bekannten hohen 5-HT1A-Rezeptor-mRNA-dichte an beson-ders ischämievulnerablen Neuronen einen neuen neuroprotektiven Ansatz auch beim Menschen darstellen. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob die hier beschriebene enge Verflechtung des serotonergen Systems mit der glutamatergen Neurotransmission eventuell auch zu uner-wünschte Wirkungen unter in vivo Bedingungen führt. / Repetitive cortical spreading depression (SD) and SD-like events, associated with a massive de-polarization of neuronal and glial cells, is thought to play a key role in the induction of neuronal damage in the peri-infarct zone following experimental focal cerebral ischemia. In addition, ex-perimental and clinical data suggest that SD is the underlying mechanism of neurological distur-bances during migraine auras as well. However, detailed analyses on the consequences of repeti-tive SDs on cortical function and involved receptors are lacking. Using an in vitro rat model of SD I investigated in this thesis the electrophysiological properties of repetitive potassium chloride (KCl)-induced SDs, their influence on synaptic neurotransmis-sion and the effects of ionotropic glutamate antagonists and 5-HT1A agonists in neocortical slices obtained from adult rats. Whereas repetitive SDs revealed only non-significant variations in du-ration, amplitude and integral when elicited at intervals of 30 min, paired-pulse inhibition of ex-tracellularly recorded field potential responses was significantly affected by repetitive SD even under normoxic conditions. Compared to the control recordings, each SD episode caused a sig-nificant decrease in the efficacy of intracortical GABAergic inhibition by approximately 10%. Since excitatory synaptic transmission was unaffected, these data indicate that repetitive SDs cause a selective suppression of GABAergic function even in the non-ischemic brain. None of the compounds tested prevented the SD-induced cortical disinhibition. However, the SD-associated negative shift in the extracellular DC potential was reduced by ketamine, a selective N-methyl-D-aspartic acid (NMDA-) receptor antagonist. Ketamine significantly (p < 0.01) re-duced the amplitude of the first SD peak and blocked the second SD peak. Ketamine also de-creased the SD duration at half maximal amplitude (p < 0.05). NBQX, a selective a-amino-3- hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) receptor antagonist did not affect the SD-accompanied cortical depolarization, whereas selective 5-hydroxytryptamine (5-HT)1A receptor agonists 8-OH-DPAT and BAY x 3702 shortened concentration-dependently the duration of the SD up to 50 %. Nevertheless, both 5-HT1A receptor agonists caused a strong disinhibition of neu-ronal function with a tendency towards paired-pulse facilitation as well. Thus, repetitive SD and SD-like events may induce neuronal hyperexcitability due to a selective suppression of intrinsic inhibitory GABAergic function. Under normoxic conditions, SD-induced disinhibition may be involved in the generation and maintenance of migraine or associated neurological disturbances. Under hypoxic-ischemic conditions, neuronal hyperexcitability may contribute to the gradual expansion of the ischemic core and the metabolic deterioration of the penumbral tissue after SD episodes. This underlines the deleterious effect of SD to the outcome of focal cerebral ischemia. Although the precise mecha-nisms of SD generation and propagation remains far from established, the present pharmacologi-cal profile of KCl-induced SD in vitro links the induction and propagation of SD in rat neocorti-cal slices mainly to a local increase of [K + ] e and a subsequent activation of NMDA- receptors. This corroborates the neuroprotective effect of a NMDA- receptor blockade observed in various in vitro and in vivo models. However, as it has been demonstrated in clinical trials, NMDA- re-ceptor antagonists in use today cause psychomimetic and cardiovascular side effects in humans and are therefore currently of low clinical benefit. The activation of 5-HT1A receptors by selective agonists represents a new pharmacological strategy in the treatment of acute ischemic stroke, since shortened SD waves may represent a less energy-consuming process under conditions of limited energy supply and are probably associated with an efflux of excitatory neurotransmitters to a lesser extent. The potential clinical benefit of 5-HT 1A receptor agonists remains to be investi-gated in clinical trials, since systemic administration of these compounds after the onset of acute focal cerebral ischemia might interfere with normal functions of glutamatergic neurotransmission in the intact, non-ischemic brain.

Influenzaviren müssen in die Wirtszelle aufgenommen werden, um dort ihr Genom freizusetzen und ihre Replikation mit Hilfe des Reproduktionsapparats der Zelle einzuleiten. Der komplexe Replikationszyklus der Influenza A Viren ist noch nicht vollständig verstanden. Er beginnt mit der Bindung des viralen Hämagglutinins (HA) an Sialinsäure (SA) auf der Zelloberfläche der Wirtszelle. In dieser Arbeit wurde die Virusbindung an Zellen mit unterschiedlicher Rezeptorkomposition verglichen. Dabei konnte gezeigt werden, dass für die zelluläre Spezifität die Präsentation des Rezeptors innerhalb der Plasmamembran der Zelle eine größere Rolle spielt als die Struktur des Rezeptorglykans selbst. Des Weiteren deuten die Beobachtung sehr kleiner Kräfte und ein stufenweises Öffnen von Bindungen auf eine multivalente Interaktion hin. Multivalenz wird oft in biologischen Bindungsprozessen beobachtet und kann Bindungskräfte enorm verstärken. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden inhibitorische Nanopartikel entwickelt, die die natürliche Zelloberfläche als hochaffine Bindungsalternative imitieren. Verschiedenartige Nanopartikel wurden evaluiert und konnten die Virusaktivität um mehr als 80 % hemmen. Nach der Bindung wird das Virus durch Endozytose in die Zelle aufgenommen. Durch spezifische Virusmarkierung und gleichzeitiger Expression von zellulären Markerproteinen wurde der Transport einzelner Viren in lebenden Zellen verfolgt. Dabei konnte gezeigt werden, dass das Virus sowohl durch frühe, als auch durch späte Endosomen wandern muss, um sein Genom erfolgreich in das Zytoplasma zu entlassen. Außerdem verzögert das Virus die endosomale Ansäuerung um eine optimale Aufenthaltsdauer im Endosom und die lokalisierte Fusion in der Nähe des Zellkerns zu gewährleisten. Pharmakologisches Eingreifen in diese Prozesse konnte zudem weitere kritische Faktoren identifizieren, die die Effizienz der Virusinfektion stark beeinflussen. / Influenza virus must enter a host cell to deliver its genome, use the cells reproductive machinery and eventually initiate its replication. The replication cycle of influenza A virus is very complex and still not fully understood. It generally starts with binding of the viral protein hemagglutinin (HA) to its cellular receptor sialic acid (SA). In this work, virus-cell attachment forces were investigated at the single molecule level using intact virus binding to living cells, a set-up that closely mimics the in vivo situation. Cells of different surface SA composition were compared. It could be shown that the unique presentation of the ligand within the cells plasma membrane, rather than the structure of the receptor-glycan itself, strongly affects cellular specificity. The low binding forces as well as the observation of stepwise unbinding events suggest a multivalent interaction type. Based on this finding, inhibitory nanoparticles mimicking the cell surface were constructed. Different particles were evaluated and shown to efficiently inhibit virus infection by ≥ 80 %. Since many molecular details of multivalent interactions remain poorly understood parameters such as ligand spacing and presentation were varied and revealed that the density of ligands as well as the interacting surface plays critical roles for virus inhibition. Upon attachment, the virus enters the cell by endocytosis. Virus trafficking was followed at the single-virus level in living cells. The kinetics of virus transport were visualized using fluorescent marker proteins in combination with specific virus labeling. It was found that the virus needs to progress through early and late endosomal compartments in order to efficiently uncoat and release its genome. Further, the virus delays the endosomal acidification to ensure optimal residence time and fusion in the region close to the host cell nucleus. Drug treatment furthermore unraveled critical factors influencing viral infection efficiency.

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Arbeitsgedächtnisdefizite lernbehinderter Kinder sind bisher vor allem im phonologischen Bereich nachgewiesen worden. Die eigene Studie untersucht mögliche Defizite im Bereich der zentralen Exekutive mit zwei Schwerpunkten: (a) Lassen sich bei der Steuerung selektiver Aufmerksamkeit spezifische Defizite Lernbehinderter identifizieren? (b) Zeigen sich Besonderheiten in den Alterszugewinnen selektiver Aufmerksamkeit? In der Untersuchung wurden Grundschulkinder gleichen mentalen und gleichen chronologischen Alters mit einer Gruppe lernbehinderter Kinder einer vierten Klasse verglichen. Zusätzlich wurden ältere Schulkinder (7. Klasse, 4. Klasse, 7. Klasse einer Sonderschule L) einbezogen, so dass auch prüfbar wird, inwiefern sich Alterszugewinne der kognitiven Funktionen bei lernbehinderten im Vergleich zu unauffälligen Schülern unterscheiden. Einbezogen wurden nur L-Schüler mit einem IQ < 85. Zur Erfassung der zentral-exekutiven selektiven Aufmerksamkeit wurden drei verschiedene Aufgabenanforderungen (TAP, Stopp-Signal, TEZEK) gewählt. Die Befunde deuten auf ein frühes Funktionsdefizit der lernbehinderten Kinder hin, das bis 14 Jahre weitgehend kompensiert werden kann.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die häufigste Todesursache. Vor allem Bluthochdruck ist in diesem Zusammenhang ein wichtiger Risikofaktor für die Entstehung von koronaren Herzerkrankungen, Myokardinfarkten, Herzinsuffizienz und Schlaganfall. Zur Behandlung der Hypertonie werden unterschiedliche Pharmaka eingesetzt, hauptsächlich Substanzen, die das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) hemmen. Dazu gehören synthetische Inhibitoren des angiotensin-converting enzyme (ACE). Für präventive Zwecke können diese ACE-Inhibitoren auf Grund mehrerer Nebenwirkungen nicht eingesetzt werden. Interessant für eine präventive Anwendung sind natürliche ACE-hemmende Peptide, welche in der Sequenz unterschiedlicher Lebensmittelproteine vorliegen und durch enzymatische Hydrolyse freigesetzt werden. Ein besonders potenter ACE-Hemmer ist das Dipeptid Isoleucin-Tryptophan (IW) und damit ein interessanter Kandidat für den Einsatz in einem funktionellen Lebensmittel. Um dies jedoch realisieren zu können, muss IW in einer ausreichenden Menge produziert werden. Durch die enzymatische Hydrolyse ist dies aktuell nicht möglich, da die Peptidsequenz IW sehr selten in Proteinen vorhanden ist. Aus diesem Grund war es Ziel der vorliegenden Arbeit eine innovative biotechnologische Methode zu etablieren, um das ACE-hemmende Dipeptid IW in höheren Mengen und vor allem lebensmittelkonform zu produzieren. Die Produktion des ACE-hemmenden Peptids wurde biotechnologisch mittels rekombinanter DNA-Technologie realisiert. Hierfür wurde eine repetitive IW-Sequenz entworfen (264 bp), welche für ein 10 kDa großes Protein codierte. Dieses IW-Konstrukt enthielt in der Sequenz 16-mal IW. Mit Hilfe von Escherichia coli (E. coli) wurde ein 52 kDa großes Fusionsprotein überexprimiert. Als Fusionstag diente das Maltose Binding Protein (MBP). Dieses rekombinante Fusionsprotein (MBP-IW) lag nach einer Kombination von zwei verschiedenen chromatographischen Verfahren gereinigt vor. Mit dieser Methode war es möglich, 0,52 mg lösliches MBP-IW pro 1 g E. coli Feuchtmasse zu produzieren. MBP-IW wurde enzymatisch mit dem Enzym α-Chymotrypsin hydrolisiert und das Dipeptid IW anschließend chromatographisch isoliert. Nach der Hydrolyse und Isolation lag die Ausbeute des rekombinant produzierten IW (rIW) mit einer Reinheit von ≥ 96 % bei 14 µg. Somit konnten 28 % des möglichen Anteils an rIW vom sauberen MBP-IW gewonnen werden. Die Identifikation von IW erfolgte mit drei unterschiedlichen Methoden, der reversed phase-high performance liquid chromatography-UV-Detektion, der liquid chromatography-electrospray ionisation-tandem mass spectrometry und durch eine N-terminale Derivatisierung des Peptids. Mit diesen Methoden wurde bestätigt, dass es sich bei dem produzierten Peptid um IW handelte. Das rIW wurde im Vergleich zum chemisch produzierten kommerziell erwerblichen L-IW (cIW) und chemisch produzierten kommerziell erwerblichen D-IW (cDIW) auf sein ACE-hemmendes Potential getestet. Um der komplexen und heterogenen Verteilung der ACE-Aktivität im menschlichen Organismus gerecht zu werden, wurde das ACE-hemmende Potential der Dipeptide an verschiedenen ACE-Quellen untersucht. Neben dem nicht-humanen ACE-System (ACE aus der Kaninchenlunge) wurde auch humanes lösliches ACE (aus humanem Plasma) sowie humanes membrangebundenes ACE (aus Human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) verwendet. Bei allen getesteten ACE-Systemen zeigte sich kein ACE-hemmendes Potential durch cDIW. Beim Vergleich von rIW mit cIW in Bezug auf deren ACE-hemmendes Potential wurden IC50-Werte von 1,72 ± 0,12 bis 23,30 ± 3,68 µM, abhängig vom getesteten ACE-System, bestimmt. Für alle verwendeten ACE-Quellen konnte gezeigt werden, dass beide unterschiedlich produzierten Dipeptide gleich effektiv waren. Ein weiteres Ziel der Arbeit bestand darin neben einem Peptidmix aus Molkenprotein mit hohem Anteil an IW, noch zwei weitere Peptidmixe pflanzlichen Proteinursprungs hinsichtlich des ACE-hemmenden Potentials zu untersuchen. Auf Grundlage der identifizierten tryptophan- und tyrosinhaltigen Dipeptide in den Hydrolysaten des Molken-, Soja- und Reisproteins wurden drei Peptidmixe hergestellt. Auch hier wurde wieder die Wirkung auf mehrere ACE-Quellen ermittelt. Neben den oben genannten, wurde hier zusätzlich der Einfluss auf membrangebundenes ACE der Rattenaorta untersucht. In allen getesteten ACE-Systemen zeigte der Peptidmix Molke ein signifikant höheres ACE-hemmendes Potential als die Peptidmixe von Soja und Reis. Der Peptidmix Soja war von den getesteten hydrolisierten Pflanzenproteinen der potenteste ACE-Inhibitor. Die IC50-Werte der Peptidmixe lagen, je nach getestetem ACE-System, zwischen 16,60 ± 2,59 und 282,04 ± 18,51 mg/l. Der starke ACE-hemmende Effekt vom Peptidmix Molke wurde mit der hohen Konzentration an IW assoziiert (bis zu 10-fach höher verglichen mit den anderen beiden Peptidmixen). Dies legt nahe, dass das Dipeptid IW hauptverantwortlich für das ACE-hemmende Potential in den getesteten Peptidmixen ist, was nochmals das große Potential des Dipeptids verdeutlicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass IW aus Molkenprotein im Vergleich mit den bioaktiven Peptidquellen der Proteine aus Soja und Reis, die stärkste ACE-Hemmung aufweist. Des Weiteren ist es erstmals gelungen, das ACE-hemmende Dipeptid IW in hoher Reinheit biotechnologisch mit Hilfe von rekombinanten Proteinen herzustellen. Um den Einsatz als funktionelles Lebensmittel realisieren zu können, müsste im Weiteren die biotechnologische Herstellung von IW optimiert werden, um eine höhere Ausbeute zu generieren. Nach dieser Optimierung könnte in einem Scale-up Verfahren so viel an IW gewonnen werden, dass es industriell einsetzbar wäre. Die ACE-hemmende Wirkung des biotechnologisch hergestellten IWs wurde in dieser Arbeit bestätigt, sodass es in einem innovativen funktionellen Lebensmittel für die tägliche Ernährung eingesetzt werden könnte. Perspektivisch eröffnet sich damit die Möglichkeit IW präventiv zu nutzen, um die Entwicklung von Bluthochdruck und deren Folgeschädigungen zu verzögern oder zu minimieren. / Cardiovascular diseases are still the leading cause of death. Especially hypertension is an important risk factor for the development of coronary heart disease, myocardial infarction, heart failure and stroke. To treat hypertension different drugs are clinically used. This are mainly substances, which inhibit the renin-angiotensin-aldosterone-system (RAAS), such as synthetic inhibitors of angiotensin-converting enzyme (ACE). However these ACE-inhibitors cannot be used for preventive purposes because of several side effects. Therefore natural ACE-inhibitory peptides, which are mostly encrypted in food proteins and released by enzymatic hydrolysis, are of main interest for preventive applications. The dipeptide isoleucine-tryptophan (IW) is a potent ACE-inhibitor and thus an interesting ingredient in functional foods. However, to realize this, IW must be produced in sufficient amounts. This is not possible with the current enzymatic hydrolysis, because the peptide sequence of IW is very rarely present in proteins. For that reason, the aim of the present thesis was to establish an innovative biotechnological method to produce the ACE-inhibitory dipeptide IW in an enlarged amount and especially considering the food-safety. The production of the ACE-inhibitory peptide was realized biotechnologically via recombinant DNA technology. For this, a repetitive IW-sequence (264 bp) was designed, which encoded a 10 kDa protein. In this IW-construct IW was sequenced 16 times. Using Escherichia coli (E. coli) a fusion protein with a size of 52 kDa was overexpressed. The maltose binding protein (MBP) served as fusion tag. This recombinant fusion protein (MBP-IW) was purified by a combination of two different chromatographic methods. It has become possible to produce 0.52 mg of soluble MBP-IW per 1 g wet weight of E. coli. MBP-IW was enzymatically hydrolysed with the enzyme α-chymotrypsin and the dipeptide IW was subsequently isolated by chromatography. After hydrolysis and isolation, the yield of the recombinant produced IW (rIW) with a purity of ≥ 96 % was 14 μg. Thus, 28 % from the possible content of rIW was obtained from the clean MBP-IW. IW was identified by three different methods: reversed phase-high performance liquid chromatography with UV-detection, liquid chromatography-electrospray ionisation-tandem mass spectrometry and N-terminal derivatization of the peptide. These methods confirmed the produced peptide as IW. The ACE-inhibitory potential of rIW was analysed and compared to that of the chemically produced commercially available L-IW (cIW) and of the chemically produced commercially available D-IW (cDIW). To address the complex and heterogeneous distribution of ACE-activity in the human organism, the ACE-inhibitory potential of the dipeptides was investigated in different ACE-sources. Additionally to non-human ACE (from rabbit lung) also human soluble ACE (from human plasma) and human membrane-bound ACE (from human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) were used. In all tested ACE-systems cDIW did not show any ACE-inhibitory effect. IC50 values of rIW and cIW ranged from 1.72 ± 0.12 to 23.30 ± 3.68 μM, depending on the investigated ACE-system. In all sources of ACE an equal inhibitory potency of both differently produced dipeptides were determined. The second aim of the thesis was to investigate the ACE-inhibitory effect of two peptide mixes of plant proteins beside the peptide mix of whey protein, containing a high concentration of IW. Based on the identified tryptophan- and tyrosine-containing dipeptides in the hydrolysates of the whey-, soy- and rice-protein, three peptide mixes were prepared. Also here the effect on different ACE-sources was determined. Additionally to the named above, membrane-bound ACE from rat aorta was investigated. In all analysed ACE-systems, the peptide mix of whey showed a significantly higher ACE-inhibitory potential than the peptide mixes of soy and rice. The peptide mix soy was the most potent ACE-inhibitor tested among the hydrolysed plant proteins. The IC50-values of the peptide mixes were between 16.60 ± 2.59 and 282.04 ± 18.51 mg/l, depending on the used ACE-system. The strong ACE-inhibitory effect of the whey peptide mix was associated with the high concentration of IW (10 times higher compared to the other peptide mixes). This indicates that the dipeptide IW is mainly responsible for the ACE-inhibitory potential in the investigated peptide mixes, which demonstrate again the great potential of this dipeptide. It was shown in the present study that IW from whey protein had the strongest ACE-inhibition compared to the bioactive peptides of proteins from soy and rice. Furthermore, for the first time it was possible to produce the ACE-inhibitory dipeptide IW in high purity biotechnologically using recombinant proteins. To use IW as an ingredient in functional foods, the biotechnological production of IW needs to be optimized to receive higher yields. After this optimization, it would be conceivable to increase the production of IW in a scale-up process for industrial application. The ACE-inhibitory effect of the biotechnologically produced IW was confirmed in the present study, thus it could be used in an innovative functional food for daily nutrition. Prospectively, this increases the possibility of using IW preventively in order to delay or minimize the development of hypertension and the consequentially diseases.

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Die eingereichte Arbeit ist ein Beitrag, um das Verständnis der Filtration von metallischen Schmelzen für hochwertige Gussprodukte zu erhöhen. Anhand theoretischer und experimenteller Betrachtungen wird besonders die Benetzung zwischen der kontinuierlichen und der dispersen Phase als Einflussfaktor auf Tiefenfiltrationsprozesse untersucht. Rasterkraftmikroskopische Messungen verdeutlichen die Bedeutung der Benetzung auf die Adhäsionsenergie zwischen zwei Feststoffoberflächen. Durch ein entwickeltes Modellsystem konnte bewiesen werden, dass mit steigendem Kontaktwinkel zwischen disperser und kontinuierlicher Phase die Filtrationseffizienz signifikant ansteigt. Aufgrund der wirkenden Haftmechanismen im getesteten Benetzungssystem können sich dendritische Abscheidestrukturen ausbilden, die zur Redispergierung neigen. Ergänzt um eine numerische Simulation am Einzelkollektor, konnte ein Abscheidemodell entwickelt werden. Dieses berücksichtigt erstmals reale Haftenergieverteilungen, simulierte Aufprallenergieverteilungen und die hydrodynamische Hemmung als relevante Parameter für die Tiefenfiltration.

Bei einem Spaziergang im Mondlicht nehmen wir Ereignisse verschiedenster Intensität wahr. Vom blendenden Licht eines vorbeifahrenden Motorrads bis hin zu undeutlichen Schatten. Verarbeiten wir diese Ereignisse alle gleich? In dieser Arbeit untersuchte ich, wie das visuelle System auf Stimuli reagiert, die so niedrig in ihrer Intensität sind, dass wir sie nicht wahrnehmen. Frühere somatosensorische Studien zeigten eine kortikale Deaktivierung aufgrund subliminaler Stimulation. Diese wurde als Hemmungsmechanismus interpretiert zur Unterdrückung kortikalen Rauschens. Unterstützt wurde diese Aussage durch ein Verhaltensexperiment, in dem der Schwellwert für somatosensorische Stimuli bei subliminaler Stimulation erhöht war. Gibt es im visuellen System äquivalente Hemmungsmechanismen? In Studie I untersuchte ich die Wahrnehmung schwellnaher visueller Zielreize: die Wahrnehmung verschlechterte sich bei gleichzeitiger subliminaler Stimulation im selben Hemifield. Inhibitorische Interneurone könnten diesen Effekt hervorrufen. Gleichzeitig zeigten Nervenzell-Studien die Degeneration intrakortikaler Inhibition mit dem fortschreitendem Alter von Affen. In Studie II untersuchte ich daher Unterschiede inhibitorischer Mechanismen einer kleinen Gruppe von älteren Probanden und verglich diese mit den jüngeren Probanden aus Studie I. In Studie III, einer elektrophysiologischen Studie, führt subliminale Stimulation zu einer Verstärkung des Alpha-Rhythmus. Supraliminale Stimulation führt zu einer Verstärkung niedriger Frequenzen und einer Abschwächung des Alpha-Rhythmus. Die spezifische neuronale Signatur aufgrund subliminaler Stimulation deutet darauf hin, dass die neuronale Verarbeitung des Stimulus zu einer Verringerung der Aktivität in involvierten Arealen führt. Ein Rauschunterdrückungs-Mechanismus wurde im somatosensorischen System beschrieben und könnte für die verringerte Wahrnehmung der schwellnahen Zielreize bei subliminaler Stimulation verantwortlich sein. / Walking along a street on a moonlit night, we can perceive visual events at a wide range of intensities – from the blinding light of a passing motorcycle to faint shadows. Does the visual system react similarly to all of these events? Here, I investigated how the visual system reacts to stimuli that are so low in their intensity that they are not perceived. It has been shown that subliminal low-intensity somatosensory stimuli lead to a cortical deactivation or inhibition. This deactivation was interpreted as inhibition mechanism that usually protects the cortex against activation by noise. Also, a behavioural experiment showed an increased sensitivity threshold for peri-liminal stimuli during subliminal stimulation. Does a similar mechanism exist within the visual System? In Study I, I investigated the perception of visual peri-liminal target-stimuli under different conditions. The threshold for target-stimuli significantly increased when presented during subliminal stimulation on the same side as the target-stimulus. The underlying mechanism could be mediated through intracortical inhibition. Concurrently, studies in macaque senescent neurons suggest a degradation of intracortical inhibition with age. In Study II, I therefore investigated differences of inhibitory responses in a group of elderly subjects and compared the results to the young participants in Study I. In Study III, using electroencephalography, I show that subliminal stimulation leads to an alpha-band power increase, whereas supraliminal stimulation leads to a lower frequency increase and an alpha-band power decrease. Specific neural signature in response to subliminal stimulation indicate neural processing of the stimulus that lead to a down-regulation of areas involved in stimulus processing. This mechanism could serve a suppression of input noise that has been described in the somatosensory system and may lead to decreased detection of peri-liminal target-stimuli during subliminal stimulation.

Die Hämoxygenase 1 (HO-1) ist ein Stressprotein mit antientzündlichen, immunsupprimierenden und zytoprotektiven Eigenschaften, welche in vielen Tiermodellen nachgewiesen wurden. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind wenig bekannt. Diese Arbeit demonstriert erstmalig, dass die physiologische Induktion von HO-1 wichtig für die Limitierung von T-Zell-abhängigen Hautentzündungen ist. So führt der HO-1-Inhibitor, Zinn-Protoporphyrin IX (Sn-PPIX), zu einer verstärkten Hautentzündung im Mausmodell. Die pharmakologische Induktion von HO-1 durch Kobalt-Protoporphyrin IX, Co-PPIX, hemmt dagegen die Entzündung in DNFB- bzw. TMA-induzierten murinen Kontaktallergiemodellen sowohl bei Verabreichung von Co-PPIX während der Sensibilisierung als auch vor der Auslösung. Bemerkenswerterweise hemmt eine Co-PPIX-Behandlung die Antigen-induzierte T-Zellproliferation ex vivo in Milzzellen von behandelten Mäusen und in vitro in humanen mononukleären Zellen des peripheren Blutes. Da eine HO-1-Induktion durch Co-PPIX nur in Monozyten und in aus Monozyten abgeleiteten myloischen Dendritischen Zellen (MDDC), nicht aber in T-Zellen, beobachtet wurde, fokussierten alle weiteren Untersuchungen auf Antigen-präsentierende Zellen. HO-1-Induktion durch Co-PPIX reduziert die Expression von MHC-Klasse II und akzessorischen Molekülen und steigert die Phagozytose und den oxidativen Burst von Monozyten. Die immunphänotypische Differenzierung und Maturierung von MDDC wird gehemmt. Funktionsteste zeigen eine Reduktion der Expression und Sekretion von proinflammatorischen und immunstimulatorischen Zytokinen, während die Sekretion des antientzündlichen Zytokins IL-10 gesteigert ist. Die Fähigkeit der MDDC zur Antigenpräsentation gegenüber T-Helferzellen ist für Allo- und Recallantigene stark herabgesetzt. Mittels adenoviraler HO-1-Transduktion von MDDC konnte die Spezifität der Effekte bestätigt werden. Diese Daten zeigen, dass eine verstärkte HO-1-Aktivität die Dendritischen Zellen zu einem unreifen und immunkompromittierten Phänotyp verändert und weisen darauf hin, dass die HO-1-Induktion einen wichtigen Ansatz für die Hemmung der zellulären Immunität und für die Behandlung von T-Zell-abhängigen Hautentzündungen darstellt. / Heme oxygenase 1 (HO-1) is an antiinflammatory stress protein. Its immunosuppressive and cytoprotective activities have been demonstrated in several animal models. The underlying mechanisms, however, are poorly understood. This study demonstrates for the first time that the physiological induction of HO-1 is important for the limitation and resolution of T cell-dependent skin inflammation. So, the HO-1 inhibitor, tin protoporphyrin IX (Sn-PPIX), augments cutaneous inflammation in mouse model. Moreover, pharmacologic HO-1 induction by the potent HO-1 inducer, cobaltic protoporphyrin IX (Co-PPIX), inhibits inflammation when applied around sensitization or before challenge in murine DNFB- and TMA-induced contact hypersensitivity models. Remarkably, Co-PPIX treatment inhibits antigen-driven T cell proliferation both ex vivo in murine splenocytes and in vitro in human peripheral blood mononuclear cells. Since induction of HO-1 mRNA and protein was found in monocytes and monocyte-derived myeloid dendritic cells (MDDC) but not T cells, further investigations focused on antigen-presenting cells. HO-1 induction by Co-PPIX depresses monocytic MHC class II and accessory molecule expression whereas phagocytosis and respiratory burst activities are augmented. Moreover, HO-1 induction inhibits the immunophenotypic differentiation and maturation of MDDC. Functional analysis revealed a decreased proinflammatory cytokine production whereas secretion of the antiinflammatory cytokine IL-10 is increased. Remarkably, the antigen-presenting capacity of MDDC for T-helper cells is diminished both for allo- and for recall-antigens. Adenoviral HO-1 transduction of MDDC confirmed that the effects are mediated by HO-1. These data indicate that an enhanced HO-1 activity switches myeloid DCs to an immature and functionally compromised phenotype and suggest that HO-1 induction represents an important approach for depressing T cell immunity and for the treatment of T cell-dependent skin inflammation.