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Nutzung von CYTOF zur Detektion von ILC-Subpopulationen in der Haut von Patienten mit Psoriasis
(2022)
Psoriasis ist eine durch exogene und endogene Stimuli auslösbare, T-Zellen vermittelte Autoimmunerkrankung, die gekennzeichnet ist durch Hyperproliferation und veränderten Differenzierung von Keratinozyten in der Epidermis. Bei den Betroffenen bilden sich auf der Haut scharf begrenzte, rote oder mit weißen Schuppen bedeckte Papeln oder Plaques.
Man fand in den letzten Jahren heraus, dass eine neu entdeckte Lymphozyten Population, die sogenannten angeborenen lymphatischen Zellen (innate lymphoid cells (ILC)), einen Einfluss auf die Pathogenese der Erkrankung haben.
ILCs lassen sich anhand ihrer Oberflächenmarker in drei Gruppen einteilen. Besonders die Gruppe 3 der ILCs (ILC3) wurde in der Haut von Psoriasis-Patienten angereichert gefunden. Zum jetzigen Zeitpunkt ist jedoch nicht vollständig geklärt wie die ILCs vom Blut in das Gewebe migrieren.
Um ein besseres Verständnis über das Migrationsverhalten von ILCs bei Psoriasis zu erlangen, ist das Ziel der Arbeit, neue Subpopulation von ILCs zu identifizieren, die sowohl im Blut als auch auf dem Hautgewebe zu finden sind. Für die Etablierung dieser Methode wurden zuerst die im Blut von Psoriasis-Patienten und gesunden Patienten befindlichen ILCs durch Durchflusszytometrie von anderen Immunzellen getrennt. Mittels t-SNE-Algorithmus wurde anschließend innerhalb der ILC-Population nach Subpopulationen gesucht. Anhand von Oberflächenmarkern und fünf Chemokinrezeptoren, die unter anderem an der Migration beteiligt sind, konnten verschiedene ILC-Subpopulation identifiziert werden.
Um zu überprüfen, ob diese ILC-Subpopulation vom Blut ins Gewebe migrieren, sollten die ILC-Subpopulationen vom Blut anhand des Antikörperpanels der Durchflusszytometrie mittels „Imaging Mass Cytometry“ (IMC) im Gewebe von Psoriasis-Patienten identifiziert und lokalisiert werden. Vorteil von IMC gegenüber herkömmlicher Immunhistologie, ist die Nutzung von bis zu 40 parallel nutzbaren Markern im Gewebe. Dies ermöglicht die Suche nach ILC-Subpopulation durch die gleichzeitige Identifizierung von ILCs anhand von Oberflächenmarkern, als auch ihrer Chemokinrezeptoren.
In dieser Arbeit, konnte ein Antikörperpanel mit 30 Markern auf einem Gewebeschnitt untersucht und mittels der Programmiersprache R eine Analyse erstellt werden, die es erlaubt ILCs auf dem untersuchten Gewebe sichtbar zu machen, sowie die ILCs hinsichtlich der Expression ihrer Chemokinrezeptoren zu untersuchen.
Community acquired pneumonia (CAP) is a very common, yet infectious and sometimes lethal disease. Therefor, this disease is connected to high costs of diagnosis and treatment. To actually reduce the costs for health care in this matter, diagnosis and treatment must get cheaper to conduct with no loss in predictive accuracy. One effective way in doing so would be the identification of easy detectable and highly specific transcriptomic markers, which would reduce the amount of work required for laboratory tests by possibly enhanced diagnosis capability.
Transcriptomic whole blood data, derived from the PROGRESS study was combined with several documented features like age, smoking status or the SOFA score. The analysis pipeline included processing by self organizing maps for dimensionality and noise reduction, as well as diffusion pseudotime (DPT). Pseudotime enabled modelling a disease run of CAP, where each sample represented a state/time in the modelled run. Both methods combined resulted in a proposed disease run of CAP, described by 1476 marker genes. The additional conduction of a geneset analysis also provided information about the immune related functions of these marker genes.
Differentiation is ubiquitous in the field of mathematics and especially in the field of Machine learning for calculations in gradient-based models. Calculating gradients might be complex and require handling multiple variables. Supervised Learning Vector Quantization models, which are used for classification tasks, also use the Stochastic Gradient Descent method for optimizing their cost functions. There are various methods to calculate these gradients or derivatives, namely Manual Differentiation, Numeric Differentiation, Symbolic Differentiation, and Automatic Differentiation. In this thesis, we evaluate each of the methods mentioned earlier for calculating derivatives and also compare the use of these methods for the variants of Generalized Learning Vector Quantization algorithms.
Die Bedeutung mobiler Geräte wächst, aufgrund des zunehmenden Funktionsumfanges sowie deren Leistungsfähigkeit, seit ihrer Einführung stetig. Eine Kernkomponente dieser Geräte bildet das Betriebssystem. Hierbei stellt das Android die populärste und am Markt weit verbreitetste mobile Plattform dar. Damit verbunden bilden Android-basierte Geräte de facto das Hauptangriffsziel von Cyberkriminellen, wobei die Systeme in Form von Malware kompromittiert werden. Hieraus erwächst das Erfordernis, effiziente Maßnahmen zur Abwehr dieser Bedrohungen zu entwickeln. Grundlage dafür bildet die forensische Untersuchung dieser Schadanwendungen. Derzeit im Internet verfügbare Signatur-Analysen von Android-Paketen liefern hierbei nur begrenzte Informationen über das charakteristische Laufzeitverhalten dieser Applikationen bei Ausführung des maskierten Schadcodes. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Schaffung einer hardwarebasierten Android-Analyse-Plattform – auf der Grundlage eines Wandboards –, um mobile Malware zur Laufzeit zu überwachen und, neben statischen Applikationsdaten, deren schadhaften Aktivitäten – gestartete Prozesse, nachgeladene Bibliotheken und Netzwerkverkehr – aufzuzeigen. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Entwicklung und systemischen Integration einer forensischen Methodik zur automatisierten Sammlung und Bereitstellung dieser Daten. Um ein prinzipielles Verständnis für den Themenkomplex zu erhalten, werden elementare Grundlagen und Spezifika der Android-Plattform sowie Aspekte der IT-Forensik ausgeführt. Der Detaillierung der entwickelten Vorgehensweise folgt die veranschaulichte Darstellung des Aufbaus und der Konfiguration der Android -Analyse-Plattform. Die Anwendbarkeit der geschaffenen Methodik wird, in Form eines exemplarischen Untersuchungsablaufes, an einer Android-Malware demonstriert.
We investigate the folding and thermodynamic stability of a tertiary contact of baker's yeast ribosomal ribonucleic acid (rRNA), which is supposed to be essential for the maturation process of ribosomes in eukaryotes at lower temperatures1. Ribosomes are cellular machines essential for all living organisms. RNA is at the center of these machines and responsible for translation of genetic information into proteins2,3. Only recently, the rRNA tertiary contact of interest was discovered in Zurich by the research group of Vikram Govind Panse. Gerhardy et al.1 showed in vitro that within the 60s-preribosome under defined metal ion concentrations the tertiary contact become visible between a GAAA-tetraloop and a kissing loop motif. Our aim is now to understand this RNA structure, especially the formation of the rRNA tertiary contact, in terms of thermodynamics and kinetics at various experimental conditions, such as temperature and metal ion concentration of K(I), Na(I) and Mg(II). Therein, we use optical spectroscopy like UV/VIS spectroscopy and ensemble Förster or Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) folding studies. Our findings will help to further characterize this newly discovered ribosomal RNA contact and to elucidate its function within the ribosomal maturation process.
Das Thema IT-Sicherheit wird durch zunehmende Vernetzung, neue Anforderungen an Systeme und Industrie 4.0 auch für industrielle Netzwerke wie SCADA und ICS immer wichtiger.
Finanzielle Schäden durch Angriffe steigen von Jahr zu Jahr. Deswegen ist es wichtig, diese Netzwerke zu schützen und Angriffe frühzeitig zu erkennen, um zeitnah auf diese reagieren zu können und größere Schäden zu vermeiden. Da klassische Methoden ICS Systeme zum Teil behindern können und um einen zusätzlichen Schutz zu den normalen Intrusion Detection Systemen und Firewalls zu bieten, ist das Ziel dieser Arbeit, die Entwicklung einer Plattform, zur
verhaltensbasierten Detektion von Angriffen in solchen Netzwerken. Dafür werden Honeypots im Netzwerk verteilt, welche dazu dienen, Angriffe, die das normale IDS oder Firewalls umgangen haben, oder gar von Internen durchgeführt werden, zu erkennen. Die Honeypots sind in der Lage, Zugriffe auf die von ihnen verwendeten Protokolle zu erkennen und senden in diesem Fall Meldungen an einen zentralen Server, welcher diese in einer Datenbank speichert und in einem Dashboard visualisiert. Das in dieser Arbeit beschriebene Konzept und seine detailliert beschriebene Umsetzung sollen den Einstieg für Unternehmen in dieses Thema erleichtern und zu weiterer Forschung auf diesem Gebiet anregen.
Durch die zunehmende Nutzung mobiler Endgeräte fallen im alltäglichen Leben zahlreiche personenbezogene Daten an. Zu diesen Daten gehören unter anderem auch GPS-Positionen, die von handelsüblichen Smartphones erhoben werden. Besonders Android-Geräte sammeln eine große Menge an Positionsdaten, die für verschiedene Wissenschafts-Domänen, wie beispielsweise Medizin oder Forensik, eine Rolle spielen. Für verschiedene Anwendungsfälle kann eine Aggregation der einzelnen GPS-Positionen zu Orten und verbindenden Strecken relevant sein.
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Algorithmus zur Aggregation von GPS-Standorten zu Orten, deren Besuchen und Verbindungen. Nach Implementierung des Algorithmus wurde dieser in eine Java-Applikation eingebettet, die unter anderem der Visualisierung der erzielten Ergebnisse dient. Für die Evaluation des Algorithmus wurden über einen Zeitraum von zwei Monaten Standortdaten mit Hilfe eines Android-Smartphones erhoben, welche unter Verwendung des implementierten Algorithmus ausgewertet wurden. Die Evaluation resultierte in einem Parameterset, welches sich für die Auswertung des vorliegenden Testdatensatzes als geeignet herausstellte. Das Ergebnis der Arbeit ist ein funktionstüchtiger Algorithmus, der vielfältige Anwendungsmöglichkeiten aufweist und dessen Erweiterung ein hohes Potenzial für Folgeprojekte bietet.
Ziel dieser Masterarbeit ist eine Analyse des Voice-over-LTE-Netzwerkes auf Sicherheitsschwachstellen. Zuerst findet dafür eine theoretische Untersuchung des VoLTE-Protokolls mit einer Fokussierung auf seine sicherheitsrelevanten Merkmale statt. Anschließend wird das Session-Initiation-Protokoll (SIP) als Element für die praktische Untersuchung ausgewählt. Praktisch wird zuerst gezeigt, dass VoLTE-SIP-Pakete sensitive Daten enthalten, die auf den Endgeräten mitgelesen werden können. Anschließend werden manipulierte SIP-Pakete in das Netzwerk gesendet, die das Abfragen von Informationen und den Datenaustausch mit anderen VoLTE-Nutzern ermöglichen. Durch einen Vergleich der Arbeit mit anderen Veröffentlichungen wird gezeigt, dass es bereits ähnliche Ansätze gibt, die in dieser Arbeit verwendeten SIP-Pakete aber noch nicht für ein Auslösen unautorisierter Prozesse verwendet wurden. Zum Schluss wird dargestellt, in welchen Bereichen auf Basis dieser Arbeit weiter geforscht werden kann und welche Konsequenzen die gefundenen Ergebnisse für die VoLTE-Nutzer haben.
A relatively new research field of neurosciences, called Connectomics, aims to achieve a full understanding and mapping of neural circuits and fine neuronal structures of the nervous system in a variety of organisms. This detailed information will provide insight in how our brain is influenced by different genetic and psychiatric diseases, how memory traces are stored and ageing influences our brain structure. It is beyond question that new methods for data acquisition will produce large amounts of neuronal image data. This data will exceed the zetabyte range and is impossible to annotate manually for visualization and analysis. Nowadays, machine learning algorithms and specially deep convolutional neuronal networks are heavily used in medical imaging and computer vision, which brings the opportunity of designing fully automated pipelines for image analysis. This work presents a new automated workflow based on three major parts including image processing using consecutive deep convolutional networks, a pixel-grouping step called connected components and 3D visualization via neuroglancer to achieve a dense three dimensional reconstruction of neurons from EM image data.
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Thematik der vergleichenden Untersuchung zur Ausprägung sehnenspezifischer Marker in Scaffold- versus Sphäroid-basierten Tissue Engineering Konstrukten. Dafür sollten humane aus dem Knochenmark stammende mesenchymale Stammzellen verwendet und tenogen differenziert werden und auf einem Kollagen-Scaffold oder als Sphäroid im Kollagen-Hydrogel kultiviert werden. Aussagen über eine mögliche Differenzierung sollten durch mikroskopische Untersuchungen und durch qPCR ermittelt werden.
Die Bildung von Sphäroiden sollte durch die Kultivierung im Hanging-Drop mit der Kultivierung in Mikrotiterplatten mit zellabweisender Oberfläche vergleichend untersucht werden. Dafür wurden neben mikroskopischen Untersuchungen, Färbemethoden und Gefriermikrotomschnitte herangezogen.
Als Positivkontrolle wurden humane Tenozyten (Sehnenzellen) verwendet.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Streifentestsystems, mit einer integrierten Amplifikationsmethode und Read-out-System, zum Nachweis pathogener Bakterien in Wunden. Dabei wird als Amplifikationsmethode die Rekombinase-Polymerase-Amplifikation (RPA) unter Verwendung des TwistAmp® nfo Kits, der Firma TwistDX Ltd., gewählt. Zur Detektion sollen Milenia HybriDetect Streifentests, der Firma Milenia Biotec GmbH, verwendet werden, da diese mit dem TwistAmp® nfo Kit kombiniert werden können. Diese zwei Methoden sollen in die onsite.flow Kartusche, der Firma BiFlow Systems GmbH, eingebracht werden. Um dies zu realisieren, sollen thermographische Charakterisierungen mit der onsite.flow Kartusche durchgeführt werden. Wichtig ist dabei, vor allem die Temperatur bei 37° C, da die RPA hier ihr Optimum findet. Um dies zu testen, sollen zwei Regelungsarten der onsite.flow Kartusche untersucht werden. Zum einen die Regelung über die Stromstärke und zum anderen die Regelung über die Temperatur. Weiterhin soll die Nachregelung der Temperatur durch ein Offset untersucht werden und das Beheizen von Flüssigkeiten im Näpfchen mit der onsite.flow Kartusche. Zudem sollen mit dem TwistAmp® nfo Kit, mithilfe von Agarosegelen, erste Versuche unter verschiedenen Reaktionsbedingungen durchgeführt und in Hinblick auf eine quantitative Aussage, untersucht werden. Außerdem sollen die Milenia HybriDetect Streifentest auf verschiedene Bedingungen, die in der onsite.flow Kartusche vorliegen, im Reaktionsgefäß getestet werden. Anschließend soll die RPA im Näpfchen der onsite.flow Kartusche durchgeführt werden und mit den Streifentests das Amplifikationsprodukt detektiert werden. Zuletzt sollen der Streifentest und die Reaktionsbestandteile des TwistAmp® nfo Kits, in die onsite.flow Kartusche eingebracht werden.
It is possible to obtain a common updating rule for k-means and Neural Gas algorithms by using a generalized Expectation Maximization method. This result is used to derive two variants of these methods. The use of a similarity measure, specifically the gaussian function, provides another clustering alternative to the before mentioned methods. The main benefit of using the gaussian function is that it inherently looks for a common cluster center for similar data points (depending on the value of the parameter s ). In different experiments we report similar behaviour of batch and proposed variants. Also we show some useful results for the “alternative” similarity method, specifically when there is no clue about the number of clusters in the data sets.
Sequences are an important data structure in molecular biology, but unfortunately it is difficult for most machine learning algorithms to handle them, as they rely on vectorial data. Recent approaches include methods that rely on proximity data, such as median and relational Learning Vector Quantization. However, many of them are limited in the size of the data they are able to handle. A standard method to generate vectorial features for sequence data does not exist yet. Consequently, a way to make sequence data accessible to preferably interpretable machine learning algorithms needs to be found. This thesis will therefore investigate a new approach called the Sensor Response Principle, which is being adapted to protein sequences. Accordingly, sequence similarity is measured via pairwise sequence alignments with different sequence alignment algorithms and various substitution matrices. The measurements are then used as input for learning with the Generalized Learning Vector Quantization algorithm. A special focus lies on sequence length variability as it is suspected to affect the sequence alignment score and therefore the discriminative quality of the generated feature vectors. Specific datasets were generated from the Pfam protein family database to address this question. Further, the impact of the number of references and choice of substitution matrices is examined.
In dieser Masterarbeit werden verschiedene Angriffsverfahren auf LTE-Systeme vorgestellt und deren Funktionsweise erläutert. Eine Auswahl dieser Verfahren, welche für Downgrading-Attacks nutzbar sind, werden im Rahmen dieser Arbeit implementiert und in einer definierten Testumgebung auf Funktion getestet und ausgewertet. Ziel ist es dabei die Grundlage für ein Testsetup zu schaffen, bzw. existierende Testsetups zu erweitern, um so effektiv LTE-Systeme Testen zu können.
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Evaluierung des Realtime Multi-Person 2D Pose Estimation Frameworks OpenPose. Dazu wird die Forschungsfrage gestellt, bis zu welcher Pixelgröße ein Mensch allgemein von dem System mit einer Sicherheit von über 50% richtig detektiert und dargestellt wird. Um die Forschungsfrage zu beantworten ist eine Studie mit sieben Probanden durchgeführt wurden. Aus der Datenerhebung geht hervor, dass der gesuchte Confidence Value zwischen 110px und 150px Körpergröße in von Menschen digitalen Bildern erreicht wird.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Modifizierung von Titanoberflächen mit Kalziumphosphatbeschichtungen unter Einbeziehung der biologisch aktiven Spurenelemente Strontium und Kupfer untersucht. Hierfür bildet die Methode der elektrochemisch gestützten Abscheidung (ECAD) von Kalziumphosphaten aus wässrigen Elektrolyten die Grundlage. Mit der Modifizierung der Kalziumphosphatbeschichtung soll die Einheilphase der Implantate verkürzt werden, indem durch sukzessive Degradation sowie der Phasenumwandlung der unter Bruschitbedingung abgeschiedenen Beschichtungszustände die immobilisierten Ionen in das Umgebungsgewebe freigesetzt werden. Für die Bruschitabscheidung mit bzw. ohne Strontium wurden drei unterschiedliche Beschichtungsstrategien zur Immobilisierung von Kupfer in die Kalziumphosphatbeschichtung angewendet. Diese spurenelementhaltigen Beschichtungen wurden hinsichtlich der Belegungsdichten der Hauptkomponenten der Kalziumphosphatmatrix sowie der eingelagerten Spurenelemente sowie der Morphologie der Beschichtungsoberfläche untersucht. Zur weiteren Oberflächencharakterisierung wurden der chemische Status von Kupfer und Strontium sowie die Phasenzusammensetzung der abgeschiedenen Beschichtung analysiert. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit unterschiedliche Belegungsdichten bzw. die verschiedenen Beschichtungsvarianten das Freisetzungsverhalten der Spurenelemente unter annähernd physiologischen Verhältnissen beeinflusst. Die kupferhaltigen Beschichtungszustände wurden hinsichtlich ihres antimikrobiellen Potentials untersucht.
In der letzten Dekade hat sich die Verwendung von Cloud-Computing für das verlässliche und kostengünstige Betreiben von IT-Ressourcen und Applikationen weitgehend etabliert. Für Anwendungsszenarien mit hochsensitiven Daten können jedoch inakzeptable Restrisiken in Bezug auf deren Vertraulichkeit und Integrität – insbesondere während der eigentlichen Datenverarbeitung – verbleiben. Mit Hilfe von Intel SGX ist die Entwicklung dahingehend abgesicherter Anwendungen möglich, eine Nutzung dessen Funktionalität durch bereits bestehende Applikationen dagegen nicht ohne Weiteres. Um diese vor Angriffen auf die Vertraulichkeit oder Integrität mittels SGX zu schützen, wurden in der Forschung verschiedene Ansätze zur Migration entwickelt. Insbesondere serviceorientierte, aus mehreren Einzeldiensten bestehende, Anwendungen bedürfen dafür jedoch einer ausführlichen Planung und strukturierten Vorgehens. Die vorliegende Masterarbeit hat das Ziel, ein grundlegendes Verständnis für SGX zu vermitteln und die Migration solcher Anwendungen zu vereinfachen. Dafür wird eine generische Methodik vorgestellt sowie anhand des Beispiels einer populären Webanwendung hinsichtlich ihrer Funktionalität, Sicherheit und Performanz evaluiert. Zusätzlich erfolgt die Diskussion der Migration von Container-Anwendungen sowie deren Besonderheiten und Möglichkeiten zur Orchestrierung.
In meiner Masterarbeit habe ich mich mit Wasserlinsen als neuartige Energieträger für die Energiebranche beschäftigt. Dazu wurden im Labor Wasserlinsen in kleinen Becken angezüchtet und später dann als Substrat für die Biogasherstellung verwendet. Hierzu wurde ein Kleinfermentersystem im Labormaßstab aufgebaut, in dem erste Tests zur Erzeugung von Biogas aus Wasserlinsen erfolgten. Durch verschiedene Analysen wurde im Anschluss
bewertet, inwieweit sich Wasserlinsen zur Biogasproduktion eignen und welchen Einfluss Indol-3-Essigsäure auf die Synthese hatte.