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

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen stellen weiterhin die Todesursache Nummer eins in Deutschland dar, welche hauptsächlich durch Atherosklerose verursacht werden. Als ein Prädiktor der atherosklerotischen Plaqueentwicklung wird die Wandschubspannung (WSS) diskutiert. Ziel dieser Arbeit war es daher, anhand von Flussphantomen und C57bl/6 Mäusen eine 2D-Gradientenecho-Bildgebungsmethode mit einer 3D-Phasenkontrast-Flusskodierung zu optimieren und anschließend eine longitudinale Kleintierstudie mit ApoE-/- Mäusen durchzuführen, um den Zusammenhang der WSS und der atherosklerotischen Plaqueentwicklung näher zu untersuchen. Zunächst wurden Flussphantome mit einem Schlauchdurchmesser von 4 mm und 1 mm zur Optimierung der Messmethode verwendet. Anschließend wurde die Messmethode weiter angepasst, um in vivo Messungen an C57bl/6 Mäusen durchführen zu können. Nach erfolgter Optimierung wurde eine longitudinale Kleintierstudie mit zwei verschiedenen Diäten, Western Diät und Chow Diät, durchgeführt. Im Rahmen der Studie erfolgten nach einer, acht und zwölf Wochen MR-Messungen sowie histologische Analysen. Es konnte gezeigt werden, dass die Wandschubspannung in Mäusen bei 17,6 Tesla quantifiziert werden kann. Es zeigte sich eine Tendenz, dass Plaqueformationen mit einer höheren Wandschubspannung einhergehen. / Cardiovascular diseases are the number one of death in Germany, which are mainly caused by atherosclerosis. Wall shear stress (WSS) is discussed as a predictor for atherosclerotic plaque development. The aim of this study was the optimization and validation of a 2D gradient echo imaging method with a 3D phase contrast flow encoding using flow phantoms and C57bl/6 mice and to perform a longitudinal study with ApoE-/- mice to examine the context of WSS and atherosclerotic plaque development. First, flow phantoms with a tube diameter of 4 mm and 1 mm were used to optimize the imaging method. Therefore, the imaging method was further adapted to examine in vivo C57bl/6 mice. After optimization, a longitudinal animal study was performed with two different diets, Western diet and Chow diet. MR measurements and histological analyses were performed after one, eight, and twelve weeks. It could be shown that WSS can be quantified in mice using 17.6 Tesla MRI. There was a tendency towards higher values of wall shear stress in vessels affected by plaque formations.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

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

Techn. Hochsch., Diss., 2003--Aachen.

Die Tight Junction (TJ) reguliert den parazellulären Transport von Ionen, Wasser und Soluten an Epithelien und Endothelien und ist von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Funktion von Organen und Geweben. Obwohl Claudin-3 zu den zuerst identifizierten und ubiquitär exprimierten Komponenten der TJ gehört, konnte seine spezifische Funktion bislang nicht geklärt werden. Für die funktionelle Charakterisierung des humanen Claudin-3-Proteins wurden stabile Überexpressionsklone der lecken Nierenepithel-Zelllinie MDCK II generiert. Die Überexpression von Claudin-3 führte zu einer deutlichen Änderung des TJ-Strangmusters sowie zu einer starken Zunahme des transepithelialen Widerstandes und einer verminderten Permeabilität für Ionen und Moleküle der Größe 332 Da und 4000 Da. Der parazelluläre Durchtritt von Wasser war unverändert. Claudin-3 konnte eindeutig als abdichtende Komponente der TJ identifiziert werden. Anhand des endothelialen Zellkulturmodells HUVEC wurden Expression und Regulation von Claudin-3 und anderen TJ-Proteinen unter dem Einfluss mechanischer Strömungsverhältnisse und des Sauerstoffpartialdrucks analysiert. Die Behandlung mit fehlender Wandschubspannung führte zur Hochregulation der abdichtenden TJ-Proteine Occludin, Claudin-3, Claudin-5 und Claudin-11, nicht aber Claudin-23. Die Regulation der einzelnen TJ-Komponenten wurde durch unterschiedliche Signalwege vermittelt, wobei der verstärkten Proteinexpression jeweils eine Hochregulation auf mRNA-Ebene zugrunde lag. Die kombinierte Behandlung mit fehlender Wandschubspannung und Hypoxie resultierte in einer sehr stark erhöhten Expression von Claudin-3. Durch die Hochregulation abdichtender TJ-Komponenten unter Bedingungen fehlender Wandschubspannung und Hypoxie, wie sie in verschiedenen physiologischen und pathologischen Situationen auftreten, könnte einem unerwünschten Durchtritt von Substanzen aus dem Blut in das umliegende Gewebe vorgebeugt werden. / The tight junction (TJ) regulates the paracellular transport of ions, water and solutes in epithelia and endothelia and is of particular importance for a correct function of organs and tissues. Although claudin-3 is one of the first identified and ubiquitously expressed TJ components, its specific function was unsolved as yet. For functional characterization, human claudin-3 was stably overexpressed in the leaky epithelial cell line MDCK II. Overexpression of claudin-3 led to a marked alteration of TJ meshwork pattern, a strong increase in transepithelial resistance and a decrease in permeability for ions and paracellular tracers (332 or 4000 Da). Paracellular water transport was not affected. It was proved that claudin-3 acts as a „tightening“ TJ component. The endothelial cell culture model HUVEC was used for analysis of expression and regulation of claudin-3 and several other TJ proteins under different conditions of wall shear stress and oxygen saturation. Treatment with lacking wall shear stress led to an upregulation of the “tightening” TJ proteins occludin, claudin-3, claudin-5, and claudin-11, but not claudin-23. Upregulation of all proteins was due to increased mRNA levels. Apparently, different signaling pathways were involved in regulation of particular TJ components. Combined treatment with lacking shear stress and hypoxia resulted in drastically increased claudin-3 expression. Upregulation of tightening TJ components under lacking shear stress and hypoxic conditions as occuring in different physiological or pathological situations would limit the passage of solutes from the blood into the surrounding tissue.

Flow rate measurements are a common topic for process monitoring in chemical engineering and food industry. To achieve the requested low uncertainties of 0:1% for flow rate measurements, a precise measurement of the shear layers of such flows is necessary. The Laser Doppler Velocimeter (LDV) is an established method for measuring local flow velocities. For exact estimation of the flow rate, the flow profile in the shear layer is of importance. For standard LDV the axial resolution and therefore the number of measurement points in the shear layer is defined by the length of the measurement volume. A decrease of this length is accompanied by a larger fringe distance variation along the measurement axis which results in a rise of the measurement uncertainty for the flow velocity (uncertainty relation between spatial resolution and velocity uncertainty). As a unique advantage, the laser Doppler profile sensor (LDV-PS) overcomes this problem by using two fan-like fringe systems to obtain the position of the measured particles along the measurement axis and therefore achieve a high spatial resolution while it still offers a low velocity uncertainty. With this technique, the flow rate can be estimated with one order of magnitude lower uncertainty, down to 0:05% statistical uncertainty.1 And flow profiles especially in film flows can be measured more accurately. The problem for this technique is, in contrast to laboratory setups where the system is quite stable, that for industrial applications the sensor needs a reliable and robust traceability to the SI units, meter and second. Small deviations in the calibration can, because of the highly position depending calibration function, cause large systematic errors in the measurement result. Therefore, a simple, stable and accurate tool is needed, that can easily be used in industrial surroundings to check or recalibrate the sensor. In this work, different calibration methods are presented and their in uences to the measurement uncertainty budget of the sensor is discussed. Finally, generated measurement results for the film flow of an impinging jet cleaning experiment are presented.