Regensburg, Universiẗat, Diss., 2004.

Techn. Universiẗat, Diss., 2000--Berlin.

Universiẗat, Diss., 2002--Bayreuth. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2002.

Universiẗat, Diss., 2003--Bonn.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Berlin.

Zugl.: Zürich, Techn. Hochsch., Diss., 2008

In mammals, anucleate platelets circulate in the blood flow and are primarily responsible for maintaining functional hemostasis. Platelets are generated in the bone marrow (BM) by megakaryocytes (MKs), which mainly reside directly next to the BM sinusoids to release proplatelets into the blood. MKs originate from hematopoietic stem cells and are thought to migrate from the endosteal to the vascular niche during their maturation, a process, which is, despite being intensively investigated, still not fully understood. Long-term intravital two photon microscopy (2PM) of MKs and vasculature in murine bone marrow was performed and mean squared displacement analysis of cell migration was performed. The MKs exhibited no migration, but wobbling-like movement on time scales of 3 h. Directed cell migration always results in non-random spatial distribution. Thus, a computational modelling algorithm simulating random MK distribution using real 3D light-sheet fluorescence microscopy data sets was developed. Direct comparison of real and simulated random MK distributions showed, that MKs exhibit a strong bias to vessel-contact. However, this bias is not caused by cell migration, as non-vessel-associated MKs were randomly distributed in the intervascular space. Furthermore, simulation studies revealed that MKs strongly impair migration of other cells in the bone marrow by acting as large-sized obstacles. MKs are thought to migrate from the regions close to the endosteum towards the vasculature during their maturation process. MK distribution as a function of their localization relative to the endosteal regions of the bones was investigated by light sheet fluorescence microscopy (LSFM). The results show no bone-region dependent distribution of MKs. Taken together, the newly established methods and obtained results refute the model of MK migration during their maturation. Ischemia reperfusion (I/R) injury is a frequent complication of cerebral ischemic stroke, where brain tissue damage occurs despite successful recanalization. Platelets, endothelial cells and immune cells have been demonstrated to affect the progression of I/R injury in experimental mouse models 24 h after recanalization. However, the underlying Pathomechanisms, especially in the first hours after recanalization, are poorly understood. Here, LSFM, 2PM and complemental advanced image analysis workflows were established for investigation of platelets, the vasculature and neutrophils in ischemic brains. Quantitative analysis of thrombus formation in the ipsilateral and contralateral hemispheres at different time points revealed that platelet aggregate formation is minimal during the first 8 h after recanalization and occurs in both hemispheres. Considering that maximal tissue damage already is present at this time point, it can be concluded that infarct progression and neurological damage do not result from platelet aggregated formation. Furthermore, LSFM allowed to confirm neutrophil infiltration into the infarcted hemisphere and, here, the levels of endothelial cell marker PECAM1 were strongly reduced. However, further investigations must be carried out to clearly identify the role of neutrophils and the endothelial cells in I/R injury. / In Säugetieren zirkulieren kernlose Thrombozyten im Blutstrom und sind primär für die Aufrechterhaltung der funktionellen Hämostase verantwortlich. Thrombozyten werden im Knochenmark durch Megakaryozyten gebildet, die sich hauptsächlich in direkter Nähe zu Knochenmarkssinusoiden befinden, um Proplättchen in das Blut freizusetzen. Megakaryo-zyten stammen von hämatopoetischen Stammzellen ab und man glaubt, dass sie während ihres Reifungspro¬zesses von der endostalen in die vaskuläre Nische wandern – ein Prozess, der trotz intensiver Forschung noch nicht vollständig verstanden ist. Langzeit-Zwei-Photonen-Mikroskopie von Megakaryozyten und des Gefäßbaums wurde in murinem Knochenmark von lebenden Tieren in Kombination mit der Analyse der mittleren quadratischen Verschiebung der Zellmigration durchgeführt. Die Megakaryozyten zeigten keine Migration, sondern eine wackelartige Bewegung auf Zeitskalen von 3 Stunden. Die gerichtete Zellmigration führt stets zu einer nicht zufälligen räumlichen Verteilung der Zellen. Daher wurde ein Computermodellierungsalgorithmus entwickelt, der eine zufällige Megakaryo¬zytenverteilung unter Verwendung von realen 3D-Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie-Datensätzen simuliert. Der direkte Vergleich realer und simuliert zufälliger Megakaryozyten¬verteilungen zeigte, dass MKs stark mit Knochenmarksgefäßen assoziiert sind. Dieses wird jedoch nicht durch Zellmigration verursacht, da nicht-Gefäß-assoziierte MKs zufällig im intervaskulären Raum verteilt waren. Darüber hinaus zeigten Simulationsstudien, dass Megakaryozyten die Migration anderer Zellen im Knochenmark stark beeinträchtigen, da sie als sterische Hindernisse wirken. Es wird angenommen, dass MKs während ihres Reife¬prozesses von den Regionen in der Nähe des Endosteums in Richtung des Gefäßsystems wandern. Die Megakaryozytenverteilung als Funktion ihrer Lokalisierung relativ zu den endo¬stalen Regionen des Knochens wurde durch Lichtblattmikroskopie untersucht. Die Ergebnisse zeigen keine knochenregionabhängige Verteilung von Megakaryozyten. Zusammenge¬nommen widerlegen die neu etablierten Methoden und erzielten Ergebnisse das Modell der Megakaryozyten¬migration während ihrer Reifung. Ischämie-Reperfusionsschaden (I/R) ist eine häufige Komplikation des zerebralen ischämischen Schlaganfalls, bei dem trotz erfolgreicher Rekanalisierung eine Schädigung des Hirngewebes auftritt. Es wurde gezeigt, dass Thrombozyten, Endothelzellen und Immunzellen das Fortschreiten der I/R-Verletzung in experimentellen Mausmodellen 24 Stunden nach der Rekanalisierung beeinflussen. Die zugrundeliegenden Pathomechanismen, insbesondere in den ersten Stunden nach der Rekanalisierung, sind jedoch kaum verstanden. Hier wurden Lichtblattmikroskopie, Zwei-Photonen-Mikroskopie und ergänzende hochkom-plexe Bildanalyse-Workflows zur Untersuchung von Thrombozyten, der Gefäße und Neutro-philen in ischämischen Gehirnen etabliert. Die quantitative Analyse der Thrombusbildung in der ipsilateralen und kontralateralen Hemisphäre zu verschiedenen Zeitpunkten zeigte, dass die Thrombozytenaggregationsbildung während der ersten 8 Stunden nach der Rekanalisierung minimal ist und in beiden Hemisphären auftritt. In Anbetracht dessen, dass zu diesem Zeitpunkt bereits eine maximale Gewebeschädigung vorliegt, kann geschlossen werden, dass die Infarkt¬progression und der neurologische Schaden nicht aus der Bildung von Thrombozytenaggre¬gaten resultieren. Darüber hinaus erlaubte Lichtblattmikroskopie die Neutrophileninfiltration in die infarzierte Hemisphäre zu bestätigen und hier waren die Spiegel des Endothelzellmarkers PECAM1 stark reduziert. Es müssen jedoch weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um die Rolle von Neutrophilen und Endothelzellen bei I/R-Verletzungen klar zu identifizieren.

Univ., FB Informatik, Diss.--Hamburg, 2002.

Diese Forschung zielte darauf ab, die vorgespannten und versteiften Membranstrukturen unter Verwendung eines experimentellen Ansatzes und einer Computersimulation konzeptionell zu entwickeln. Die physikalische Methode der Formfindung beinhaltete das vorgespannte Gewebe mit dem verleimten Gitter aus den Holzstäben. Die Relaxation der belasteten Membran trug zur Bildung der spezifischen antiklastischen hyparischen Oberfläche durch Energiefreisetzung bei. Der Einfluss der starren Elemente Muster, Intensität und Richtung der Vorspannung auf die Endform wurde untersucht. Auch die Tensegrity-Strukturen wurden nach dem gleichen Formfindungsweg gebaut. Diese Experimente führten zur Modellierung der resultierenden Proben mit parametrischen Entwurfswerkzeugen, nämlich Rhino und Grasshopper. Die Optimierung der endgültigen Form erfolgte durch Änderung von Parametern wie der Versteifungskonfiguration und der Membranfestigkeit. Dieser digitale Ansatz demonstrierte die erfolgreiche Simulation und Rationalisierung der betrachteten Strukturen. Darüber hinaus können die endgültigen Modelle für weitere Statik und BIM verwendet werden. Berücksichtigte Membranstrukturen weisen ein sehr effizientes Tragverhalten auf. Sie zeichnen sich durch geringes Gewicht, hohe Lichtdurchlässigkeit und die Möglichkeit aus, große, säulenfreie Nutzräume zu schaffen. Die gefährlichsten Belastungen für Membrankonstruktionen sind Wind und Seewasser. In der Praxis sind PTFE-beschichtete Glasfasergewebe und PVC-beschichtete Polyestergewebe für vorgespannte und versteifte Membrankonstruktionen am besten geeignet. Die Rolle steifer Elemente können Stahlprofile oder Metallrohre spielen. Die durchschnittliche Zeit für den Bau einer Membrankonstruktion beträgt 6-15 Monate. Die resultierenden vorgespannten und versteiften Membrankonstruktionen können als Pavillons, Dächer und Markisen verwendet werden. Sie zeichnen sich durch eine spektakuläre architektonische Aussicht und ein sehr effektives Struktursystem aus. Darüber hinaus zeichnen sich Membranzugtragwerke durch eine hohe Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit im Vergleich zu anderen Bauweisen aus. / This research aimed to develop conceptually the pretensioned and stiffened membrane structures, using an experimental approach and computer simulation. The physical method of form finding included the pretensioned fabric with the glued grid made of the wooden sticks. Relaxation of the stressed membrane contributed to forming the specific anticlastic hyparic surface by energy release. The influence of the rigid elements pattern, intensity and direction of pretensioning on the final shape was investigated. The tensegrity structures were also built applying the same form finding way. These experiments led to the modelling of resulting samples with parametric design tools, namely Rhino and Grasshopper. Optimization of the final shape was carried out by changing parameters such as stiffenings configuration and membrane strength. This digital approach demonstrated successful simulation and rationalization of considered structures. Moreover, the final models can be used for further structural analysis and BIM. Considered membrane structures have very efficient load-bearing behavior. They are characterized by small weight, high light transmission and the ability to create large usable spaces free from columns. The most dangerous loads for membrane structures are wind and ponding. In practice, PTFE coated glass-fibre fabric and PVC coated polyester fabric are most suitable for pretensioned and stiffened membrane structures. The role of stiff elements can be played by steel profiles or metal tubes. The average time for the construction of a membrane structure is 6-15 months. Resulted pretensioned and stiffened membrane structures can be used as pavilions, roofs and awnings. They are distinguished by spectacular architectural view and very effective structural system. In addition, membrane tensile structures are characterized by high eco-efficiency and sustainability compared to other types of construction.

It is aim of this work to develop, implement, and apply a new numerical scheme for modeling turbulent, multiphase astrophysical flows such as galaxy cluster cores and star forming regions. The method combines the capabilities of adaptive mesh refinement (AMR) and large-eddy simulations (LES) to capture localized features and to represent unresolved turbulence, respectively; it will be referred to as Fluid mEchanics with Adaptively Refined Large-Eddy SimulationS or FEARLESS. / Ziel dieser Arbeit war, ein neues numerisches Modell zu entwickeln, welches es ermöglicht Grobstruktursimulationen auch mit adaptiven Gittercodes auszuführen, um Turbulenz über große Längenskalenbereiche konsistent zu simulieren.