Objective: Two chromosomal instability (CIN) pathways are described in glioblastoma multiforme (GBM), type 1 and type 2, which can be observed in up to 70% of the cases. Microsatellite instability (MSI) plays a pathogenic role in sporadic cancers such as colon, gastric and endometrial carcinomas with deficient mismatch repair (MMR). We aimed to perform a comprehensive analysis of the relationship between CIN and MSI mechanisms in sporadic glioblastomas. Methods: 129 GBMs were examined (109 newly diagnosed and 20 relapses) investigating MSI, immunohistochemical expression of MMR proteins as well as sequencing and promoter methylation of hMLH1. We characterized the molecular changes frequently correlated with CIN in MSI+ GBMs and compared them with 26 microsatellite-stable tumors. Results: Low-level MSI was observed in 11 of 129 (8.5%) cases and was higher in relapses than in primary GBMs (25 vs. 5.5%, p = 0.027). High-level MSI was not found in any case. A deficient expression of MLH1 and PMS2 without hMLH1 inactivation was observed only in one giant cell GBM. 55% of the MSI+ GBMs showed a profile which did not correspond to one of the known CIN pathways. An inverse association was observed between MSI and mutations of both p53 and PTEN. Conclusions: Our data suggest that CIN and MSI contribute to the genomic instability in GBMs via independent pathways. Since MSI was significantly more frequent in relapses, it might play a role in the malignant progression of GBM. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Dynamik der Atmosphäre der Erde umfasst einen Bereich von mikrophysikalischer Turbulenz über konvektive Prozesse und Wolkenbildung bis zu planetaren Wellenmustern. Für Wettervorhersage und zur Betrachtung des Klimas über Jahrzehnte und Jahrhunderte ist diese Gegenstand der Modellierung mit numerischen Verfahren. Mit voranschreitender Entwicklung der Rechentechnik sind Neuentwicklungen der dynamischen Kerne von Klimamodellen, die mit der feiner werdenden Auflösung auch entsprechende Prozesse auflösen können, notwendig. Der dynamische Kern eines Modells besteht in der Umsetzung (Diskretisierung) der grundlegenden dynamischen Gleichungen für die Entwicklung von Masse, Energie und Impuls, so dass sie mit Computern numerisch gelöst werden können. Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung eines unstetigen Galerkin-Verfahrens niedriger Ordnung für atmosphärische Anwendungen. Diese Eignung für Gleichungen mit Wirkungen von externen Kräften wie Erdanziehungskraft und Corioliskraft ist aus der Theorie nicht selbstverständlich. Es werden nötige Anpassungen beschrieben, die das Verfahren stabilisieren, ohne sogenannte „slope limiter” einzusetzen. Für das unmodifizierte Verfahren wird belegt, dass es nicht geeignet ist, atmosphärische Gleichgewichte stabil darzustellen. Das entwickelte stabilisierte Modell reproduziert eine Reihe von Standard-Testfällen der atmosphärischen Dynamik mit Euler- und Flachwassergleichungen in einem weiten Bereich von räumlichen und zeitlichen Skalen. Die Lösung der thermischen Windgleichung entlang der mit den Isobaren identischen charakteristischen Kurven liefert atmosphärische Gleichgewichtszustände mit durch vorgegebenem Grundstrom einstellbarer Neigung zu(barotropen und baroklinen)Instabilitäten, die für die Entwicklung von Zyklonen wesentlich sind. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten sind diese Zustände direkt im z-System(Höhe in Metern)definiert und müssen nicht aus Druckkoordinaten übertragen werden.Mit diesen Zuständen, sowohl als Referenzzustand, von dem lediglich die Abweichungen numerisch betrachtet werden, und insbesondere auch als Startzustand, der einer kleinen Störung unterliegt, werden verschiedene Studien der Simulation von barotroper und barokliner Instabilität durchgeführt. Hervorzuheben ist dabei die durch die Formulierung von Grundströmen mit einstellbarer Baroklinität ermöglichte simulationsgestützte Studie des Grades der baroklinen Instabilität verschiedener Wellenlängen in Abhängigkeit von statischer Stabilität und vertikalem Windgradient als Entsprechung zu Stabilitätskarten aus theoretischen Betrachtungen in der Literatur. / The dynamics of the Earth’s atmosphere encompass a range from microphysical turbulence over convective processes and cloud formation up to planetary wave patterns. For weather forecasting and the investigation of climate over decades and centuries, these are subject to modelling with numerical methods. With progressing development of computer technology, re-development of the dynamical cores of climate models is in order to properly handle processes covered by the increasing resolution. The dynamical core of a model consists of the adaptation(discretization)of the basic equations for the dynamics of mass, energy and momentum for solving them numerically employing computers. The presented work investigates the applicability of a low-order Discontinuous Galerkin (DG) method for atmospheric applications. With equations that include external forces like gravitation and the Coriolis force, that is not given by theory. Necessary changes for stabilizing the method without resorting to slope limiters are presented. For the unmodified method, the basic inability to properly keep atmospheric balances is demonstrated. The developed stabilized model reproduces a set of standard test cases in a wide range of spatial and temporal scales. The solution of the termal wind equation along its characteristics curves, those being identical to the isobars, produces balanced atmospheric states with tunable (barotropic and baroclinic) instability via a prescribed zonal wind field. The constructed instability directly relates to the generation of cyclones. In contrast to earlier works, these balanced states are directly given in the z system (height in meters), without need for elaborate conversion from pressure coordinates. With these constructed states, both as reference state, the deviations from which being considered numerically, and as especially as initial condition subject to a small perturbation, several studies of barotropic and baroclinic instability are conducted via simulations. Particularily, the construction of steady states with configurable zonal flows of certain baroclinity facilitates a simulation-based study of baroclinic instability of differing wavelengths, depending on static stability and vertical wind gradient, in correspondence with stability maps from theoretical considerations in the literature.

Microtubules are a part of the cell cytoskeleton that performs different functions, such as providing the mechanical support for the shape of a cell, acting as tracks along which the motor protein move organelles from one part of the cell to another, or the forming mitotic spindle during the cell division. The microtubules are dynamic structures, namely they can grow and shrink. The phase of microtubule growth alternates with the phase of shrinkage that results in the dynamic microtubule network in the cell. However, to form stable and spatially well-defined structures, such as a mitotic spindle, the cell needs to control this stochastic process. This is done by microtubule-associated proteins (MAPs). One class of MAPs is the proteins of XMAP216/Dis1 family, which are microtubule polymerases. The founding member of this family is X. laevis XMAP215. XMAP215 is a processive polymerase acting on the microtubule plus end. XMAP215 binds either directly or reaches the microtubule plus end by the diffusion along the microtubule lattice. Being at the microtubule plus-end XMAP215 stays there transiently and helps to incorporate up to 25 tubulin dimers into microtubule lattice before it dissociates and, therefore, it processively tracks the growing microtubule end during polymerization. There are two hypothesis of microtubule assembly promotion: (i) XMAP215 repeatedly releases an associated tubulin dimer into the microtubule growing plus end or (ii) structurally stabilizes a polymerized tubulin intermediate at the growing plus end and, therefore, preventing depolymerization events. The first way results into the increase of on-rate of tubulin dimers at the microtubule end, whereas the second way results into the decrease of off-rate of tubulin dimers at the microtubule end. Here, I show the study of the mechanism of microtubule growth acceleration by XMAP215 and the dependence of XMAP215 polymerization activity on the applied force. To answer these questions, I investigated the addition of tubulin dimers to the plus end of the microtubule by XMAP215 and how this addition depends on the applied force. XMAP215 remains at the microtubule end for several rounds of tubulin addition surfing both growing and shrinking microtubule ends. Therefore, if one could track the position of the XMAP215 molecules at the very tip of a microtubule with sufficient resolution, it would provide the information about the dynamics of the microtubule end. The technique, which can detect the position of the object of interest with high spatial and temporal resolution in addition to being able to exert a force, is an optical trap. A calibrated optical trap not only provides a good measure of displacement but also enables force measurements. To monitor the position of the molecules of interest, the molecules of interest are usually attached to a microsphere. Hence, I tethered XMAP215 to a microsphere held by an optical trap, and used XMAP215 as a handle to interact with the microtubule tip. When the microtubule grows, the XMAP215 coated microsphere will move in the optical trap and this movement can be detected with high temporal and spatial resolution. My work demonstrates that cooperatively working XMAP215 molecules can not only polymerize microtubule but also harness the energy of microtubule polymerization or depolymerization to transport some cargo. There is an evidence that orthologues of XMAP215 in budding yeasts, fission yeasts and Drosophila localize on the kinetochores. Therefore, the ability of the bearing some load during microtubule polymerization could be potentially important for the XMAP215 functioning during cell division. I also showed the influence of external force applied to the XMAP215 molecules. Pointing toward microtubule growth, a force of 0.5 pN applied to the microtubule tip-coupled XMAP215-coated microsphere increases XMAP215 polymerization activity. However, the force of the same magnitude but applied against microtubule growth does not affect XMAP215 polymerization activity. This result can be explained by the fact, that the force acting in the direction of microtubule growth constrains XMAP215 to be at the very microtubule tip. Hence, XMAP215 can not diffuse away from plus-end and there is higher chance to incorporate tubulin dimers into the microtubule plus-end. The on- and off-rate of tubulin dimers at the microtubule end are both decreased when the external force applied either in direction of microtubule growth or opposite to it. The external force affects the off-rate slightly stronger than on-rate of tubulin dimer. Taking together, my study gives new insights into the mechanism of microtubule polymerization by XMAP215 and shows some novel properties of this protein.

Die pyogene Spondylodiszitis als bakterielle Osteomyelitis der Wirbelsäule ist eine seltene Entität der bakteriell-entzündlichen Pathologien des Stütz- und Bewegungsapparates. Trotz adäquater Behandlungsstrategien, wird auch heute noch eine Mortalitätsrate von 5% bis 20% beschrieben. Vor allem die in dem vorwiegend älteren Patientenkollektiv deutlich erhöhte Prävalenz an metabolischen oder kardiopulmonalen Komorbiditäten fordert moderne Therapiekonzepte, die eine risikoarme, jedoch effektive Eradifizierung des bakteriell-entzündlichen Fokus mit schneller Wiederherstellung der prämorbiden Mobilität ermöglichen. Ausgehend von zwei grundlagenwissenschaftlichen Studien, wurden in der vorliegenden Habilitationsschrift zunächst die komplexen Zusammenhänge von lokaler Gewebsveränderungen und systemischer Entzündung erörtert. Hierbei zeigten die Analysen humaner degenerativer und traumatischer Bandscheibenzellen, dass die Apoptose, insbesondere die Herabregulation anti-apoptotischer Schlüsselkomponenten wie das Bcl-2, als mögliche Schnittstelle im katabolen Stoffwechsel der extrazellulären Bandscheibenmatrix diskutiert werden kann. In der generalisierten bakteriellen Entzündung (Sepsis), ließ sich durch die gentherapeutisch gewebsständige Überexpression von antiapoptotischen und antiinflammatorischen Interleukin-10 (IL-10), auch im IL-10-defzienten Organismus, eine deutliche Reduktion der systemischen proinflammatorischen Immunantwort mit verbesserter Überlebensrate septischer Tiere erzielen. Jedoch birgt der substantielle Gewebeschaden bei pyogener Spondylodiszitis nicht selten die Gefahr der konsekutiven Instabilität mit neurologischen Komplikationen und stellt damit eine besondere chirurgische Herausforderung dar. Daher wurden in drei weiteren klinischen Studien unsere, in den letzten 10 Jahren etablierten, lösungsorientierten Strategien erläutert. Zur Überbrückung größerer knöcherner Defekte gelang mit der Implantation expandierbarer Titancages eine sichere knöcherne Durchbauung mit vollständiger Ausheilung des Infektes. Im Beobachtungszeitraum von mehr als 3 Jahren war bei keinem der Patienten ein Infektrezidiv zu verzeichnen. In komplexen Fällen von monosegmentaler Spondylodiszitis der LWS mit multisegmentaler epiduraler Abszedierung, führte die epidurale Katheterspülung über den dorsalen Zugang für die Spondylodese zu einer folgenlosen Ausheilung. Damit konnte ein zusätzliches, iatrogenes Trauma mit multisegmentalen Lamintomien über die Distanz des epiduralen Abszesses vermieden werden. In einer weiteren Studie mit einem Beobachtungszeitraum von bis zu 5 Jahren, erzielte die Implantation von Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) Cages zur dorsalen intersomatischen Fusion bei pyogener Spondylodiszitis eine sehr gute, stabile knöcherne Durchbauung des infizierten Segmentes, ebenfalls ohne Infektrezidiv. Diese Abweichung vom herkömmlichen Standard mit Titanimplantaten erwies sich somit als sichere Alternative mit den für PEEK charakteristischen, verbesserten Eigenschaften. Im Vergleich zu herkömmlichen Operationsverfahren, verspricht die Integration dieser Ergebnisse in die Weiterentwicklung minimal-invasiver Techniken, insbesondere im multimorbiden Patientenklientel, mindestens gleichwertig gute Ergebnisse bei deutlich reduziertem Operationstrauma.:1. EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 1 1.1 Die pyogene Spondylodiszitis 1 1.1.1 Epidemiologie, Ätiologie und Pathophysiologie 2 1.1.2 Diagnostik und Therapie 6 1.1.2.1 Konservative Therapie 11 1.1.2.2 Operative Therapie 12 1.2 Biomechanische Aspekte 14 1.3 Wissenschaftliche Fragestellung 15 2. ORIGINALARBEITEN 20 2.1 Apoptosis of human intervertebral discs after trauma compares to degenerated discs involving both receptor-mediated and mitochondrial-dependent pathways 20 2.2 Endogenous IL-10 regulates sepsis-induced thymic apoptosis and improves survival in septic IL-10 null mice 30 2.3 Reconstruction of large defects in vertebral osteomyelitis with expandable titanium cages 39 2.4 Single-stage epidural catheter lavage with posterior spondylodesis in lumbar pyogenic spondylodiscitis with multilevel abscess formation 45 2.5 Single-stage debridement and spinal fusion using PEEK-cages through a posterior approach for eradication of lumbar pyogenic spondylodiscitis: A safe treatment strategy for a detrimental condition 52 3. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 62 4. LITERATURVERZEICHNIS 78 5. APPENDIX 98 5.1 Tabellen und Abbildungen 98 Tabelle 1 & 2 98 Tabelle 3 & 4 99 Abbildung 1 100 Abbildung 2 101 Abbildung 3 102 Abbildung 4 103 Abbildung 5 104 5.2 Selbständigkeitserklärung 105 5.3 Danksagung 106 5.4 Curriculum Vitae 108

Objective: Two chromosomal instability (CIN) pathways are described in glioblastoma multiforme (GBM), type 1 and type 2, which can be observed in up to 70% of the cases. Microsatellite instability (MSI) plays a pathogenic role in sporadic cancers such as colon, gastric and endometrial carcinomas with deficient mismatch repair (MMR). We aimed to perform a comprehensive analysis of the relationship between CIN and MSI mechanisms in sporadic glioblastomas. Methods: 129 GBMs were examined (109 newly diagnosed and 20 relapses) investigating MSI, immunohistochemical expression of MMR proteins as well as sequencing and promoter methylation of hMLH1. We characterized the molecular changes frequently correlated with CIN in MSI+ GBMs and compared them with 26 microsatellite-stable tumors. Results: Low-level MSI was observed in 11 of 129 (8.5%) cases and was higher in relapses than in primary GBMs (25 vs. 5.5%, p = 0.027). High-level MSI was not found in any case. A deficient expression of MLH1 and PMS2 without hMLH1 inactivation was observed only in one giant cell GBM. 55% of the MSI+ GBMs showed a profile which did not correspond to one of the known CIN pathways. An inverse association was observed between MSI and mutations of both p53 and PTEN. Conclusions: Our data suggest that CIN and MSI contribute to the genomic instability in GBMs via independent pathways. Since MSI was significantly more frequent in relapses, it might play a role in the malignant progression of GBM. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Beim Stoffübergang einer grenzflächenaktiven Substanz in einem flüssigen Zweiphasensystem kann solutale Marangoni-Instabilität einsetzen. Die weitere nichtlineare Entwicklung der Marangoni-Instabilität geht mit einer enormen Vielfalt von Strömungsmustern einher. In der Literatur wird dieser Aspekt häufig unter dem unscharfen Ausdruck „Grenzflächenturbulenz“ zusammengefasst. Diese Arbeit stellt heraus, dass drei grundlegende Strukturformen existieren: Rollzellen, Relaxationsoszillationen und Relaxationsoszillationswellen. Ein großer Teil der Komplexität der Strömungsmuster ist dadurch begründet, dass die Grundstrukturen unterschiedliche Hierarchieebenen aufweisen. Es werden die zugrunde liegenden Bedingungen für das Auftreten der jeweiligen Strukturtypen, ihre transiente Natur und die Bildung der hierarchischen Strömungsmuster untersucht. Des Weiteren betrachtet diese Arbeit die Wechselwirkungen mit Dichteeffekten, die sowohl die Charakteristik der Strukturen als auch ihre zeitliche Entwicklung beeinflussen.

Diese Arbeit behandelt numerisch die Fluiddynamik in Flüssigmetallbatterien. Insbesonders die Tayler-Instabilität und Elektrowirbelströmungen werden ausführlich betrachtet. Die Motivation der Untersuchungen besteht zum einen in einer Steigerung von Leistung und Sicherheit und zum anderen in der Senkung von Produktions- und Betriebskosten von Flüssigmetallbatterien. Es wird ein Lösungsverfahren für zeitabhängige magnetohydrodynamische Strömungen entwickelt und in OpenFOAM implementiert. Die Basisversion des Lösers erlaubt die Analyse einer flüssige Elektrode. Eine Erweiterung dient der Untersuchung des Einflusses von Stromsammler und Zuleitung der Batterie. Simulationen werden vorwiegend für zylindrische, aber auch für quaderförmige Elektrodengeometrien durchgeführt. Der Hauptteil der Arbeit widmet sich der stromgetriebenen Tayler-Instabilität, die in großen Batterien bei Strömen von einigen Kiloampere auftritt und dort zu einer Strömung in Form von Konvektionszellen führt. Das Auftreten, Wachstum und die Geschwindigkeiten dieser Instabilität werden analysiert und deren Bedeutung für die Batterie diskutiert. Zur Dämpfung bzw. Unterdrückung der Strömung werden eine Reihe von Gegenmaßnahmen vorgestellt und deren praktischer Nutzen bewertet. Der zweite, kürzere Teil der Arbeit befasst sich mit Elektrowirbelströmungen, deren Charakterisierung und ihren Wechselwirkungen mit der Tayler-Instabilität. Die besondere Bedeutung von Elektrowirbelströmungen für die Integrität der Elektrolytschicht sowie ihre Anwendbarkeit für die Verbesserung des Stofftransports in Flüssigmetallbatterien werden vervorgehoben.

Microtubules are a part of the cell cytoskeleton that performs different functions, such as providing the mechanical support for the shape of a cell, acting as tracks along which the motor protein move organelles from one part of the cell to another, or the forming mitotic spindle during the cell division. The microtubules are dynamic structures, namely they can grow and shrink. The phase of microtubule growth alternates with the phase of shrinkage that results in the dynamic microtubule network in the cell. However, to form stable and spatially well-defined structures, such as a mitotic spindle, the cell needs to control this stochastic process. This is done by microtubule-associated proteins (MAPs). One class of MAPs is the proteins of XMAP216/Dis1 family, which are microtubule polymerases. The founding member of this family is X. laevis XMAP215. XMAP215 is a processive polymerase acting on the microtubule plus end. XMAP215 binds either directly or reaches the microtubule plus end by the diffusion along the microtubule lattice. Being at the microtubule plus-end XMAP215 stays there transiently and helps to incorporate up to 25 tubulin dimers into microtubule lattice before it dissociates and, therefore, it processively tracks the growing microtubule end during polymerization. There are two hypothesis of microtubule assembly promotion: (i) XMAP215 repeatedly releases an associated tubulin dimer into the microtubule growing plus end or (ii) structurally stabilizes a polymerized tubulin intermediate at the growing plus end and, therefore, preventing depolymerization events. The first way results into the increase of on-rate of tubulin dimers at the microtubule end, whereas the second way results into the decrease of off-rate of tubulin dimers at the microtubule end. Here, I show the study of the mechanism of microtubule growth acceleration by XMAP215 and the dependence of XMAP215 polymerization activity on the applied force. To answer these questions, I investigated the addition of tubulin dimers to the plus end of the microtubule by XMAP215 and how this addition depends on the applied force. XMAP215 remains at the microtubule end for several rounds of tubulin addition surfing both growing and shrinking microtubule ends. Therefore, if one could track the position of the XMAP215 molecules at the very tip of a microtubule with sufficient resolution, it would provide the information about the dynamics of the microtubule end. The technique, which can detect the position of the object of interest with high spatial and temporal resolution in addition to being able to exert a force, is an optical trap. A calibrated optical trap not only provides a good measure of displacement but also enables force measurements. To monitor the position of the molecules of interest, the molecules of interest are usually attached to a microsphere. Hence, I tethered XMAP215 to a microsphere held by an optical trap, and used XMAP215 as a handle to interact with the microtubule tip. When the microtubule grows, the XMAP215 coated microsphere will move in the optical trap and this movement can be detected with high temporal and spatial resolution. My work demonstrates that cooperatively working XMAP215 molecules can not only polymerize microtubule but also harness the energy of microtubule polymerization or depolymerization to transport some cargo. There is an evidence that orthologues of XMAP215 in budding yeasts, fission yeasts and Drosophila localize on the kinetochores. Therefore, the ability of the bearing some load during microtubule polymerization could be potentially important for the XMAP215 functioning during cell division. I also showed the influence of external force applied to the XMAP215 molecules. Pointing toward microtubule growth, a force of 0.5 pN applied to the microtubule tip-coupled XMAP215-coated microsphere increases XMAP215 polymerization activity. However, the force of the same magnitude but applied against microtubule growth does not affect XMAP215 polymerization activity. This result can be explained by the fact, that the force acting in the direction of microtubule growth constrains XMAP215 to be at the very microtubule tip. Hence, XMAP215 can not diffuse away from plus-end and there is higher chance to incorporate tubulin dimers into the microtubule plus-end. The on- and off-rate of tubulin dimers at the microtubule end are both decreased when the external force applied either in direction of microtubule growth or opposite to it. The external force affects the off-rate slightly stronger than on-rate of tubulin dimer. Taking together, my study gives new insights into the mechanism of microtubule polymerization by XMAP215 and shows some novel properties of this protein.

Das Schweißen von WPC stellt zunächst aufgrund der thermoplastischen Matrix eine effektive Fügetechnologie dar. Der Beitrag behandelt das Heizelementschweißen von WPC und liefert Aussagen zur Wirkung der Prozessparameter auf die mechanischen und geometrischen Nahteigenschaften, dem Rezeptureinfluss und der thermischen Instabilität der Holzfaser. An den WPC-Rezepturen auf Basis von Polypropylen mit 40 Gew.-% und 50 Gew.-% Holzfasern sowie des Einsatzes von PET-Fasern im Compound, werden die Zusammenhänge untersucht und die Versagensmechanismen aufgezeigt.

Liquid metal batteries are discussed today as an economic grid-scale energy storage, as required for the deployment of fluctuating renewable energies. These batteries consist of three stably stratified liquid layers: two liquid metal electrodes are separated by a thin molten salt electrolyte, this way forming an electrochemical concentration cell. The completely liquid interior, which is on the one hand very beneficial for the energy efficiency, also poses some major challenges on the other hand. Strong cell currents in combination with electromagnetic fields make liquid metal batteries highly susceptible to various kinds of magnetohydrodynamic instabilities. In particular, the so-called metal pad roll instability, which can drive uncontrollable wave motions in both interfaces, was identified as a key limiting factor for the operational safety. The metal pad roll instability is well known from conceptually similar aluminum reduction cells, but still poorly understood in the framework of liquid metal batteries. Mainly by developing analytical wave models, but also by employing numerical simulations and by setting up a newly designed wave experiment, the present thesis pursues the goal of providing a better understanding of interfacial wave dynamics and the manifestation of the metal pad roll instability in liquid metal batteries. As a main result, a three-layer formulation of standing gravity-capillary waves reveals that the pressure coupling between the two interfaces plays a crucial role in the cell stability. Three different coupling regimes, which partially involve novel types of interfacial wave instabilities, are identified and classified by two dimensionless parameters. Building on this theoretical work, the wave experiment is exploited to further investigate different metal pad roll-related wave properties. The crucial importance of the contact line dynamics is emphasized and viscous damping, which is important for the estimation of instability onsets, is discussed as a function of the layer heights. Finally, a hybrid interfacial sloshing model is formulated and equipped with recently derived two-layer damping rates to account for viscous dissipation. The model allows to study and interpret the forced wave mechanics in the wave experiment as a function of eight dimensionless parameters and can, as an additional application, be exploited to optimize mixing in orbitally shaken bioreactors. As a further key result, the sloshing model reveals the formation of novel spiral wave patterns under the effect of strong damping.