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Background Vitamin-D-binding protein (VDBP) is a low molecular weight protein that is filtered through the glomerulus as a 25-(OH) vitamin D 3/VDBP complex. In the normal kidney VDBP is reabsorbed and catabolized by proximal tubule epithelial cells reducing the urinary excretion to trace amounts. Acute tubular injury is expected to result in urinary VDBP loss. The purpose of our study was to explore the potential role of urinary VDBP as a biomarker of an acute renal damage. Method We included 314 patients with diabetes mellitus or mild renal impairment undergoing coronary angiography and collected blood and urine before and 24 hours after the CM application. Patients were followed for 90 days for the composite endpoint major adverse renal events (MARE: need for dialysis, doubling of serum creatinine after 90 days, unplanned emergency rehospitalization or death). Results Increased urine VDBP concentration 24 hours after contrast media exposure was predictive for dialysis need (no dialysis: 113.06 +/- 299.61ng/ml, n = 303; need for dialysis: 613.07 +/- 700.45 ng/ml, n = 11, Mean +/- SD, p < 0.001), death (no death during follow-up: 121.41 +/- 324.45 ng/ml, n = 306; death during follow-up: 522.01 +/- 521.86 ng/ml, n = 8; Mean +/- SD, p < 0.003) and MARE (no MARE: 112.08 +/- 302.00ng/ml, n = 298; MARE: 506.16 +/- 624.61 ng/ml, n = 16, Mean +/- SD, p < 0.001) during the follow-up of 90 days after contrast media exposure. Correction of urine VDBP concentrations for creatinine excretion confirmed its predictive value and was consistent with increased levels of urinary Kidney Injury Molecule1 (KIM-1) and baseline plasma creatinine in patients with above mentioned complications. The impact of urinary VDBP and KIM-1 on MARE was independent of known CIN risk factors such as anemia, preexisting renal failure, preexisting heart failure, and diabetes. Conclusions Urinary VDBP is a promising novel biomarker of major contrast induced nephropathy-associated events 90 days after contrast media exposure.
Vitamin A (VA) deficiency in very low birth weight (VLBW) infants is associated with an increased risk for disorders related to kidney and lung maturation and function. VA losses through increased urinary retinol (ROH) excretion might contribute to this deficiency risk. The mechanism accounting for ROH loss in the urine has not yet been clarified. The aim of this study was to assess the excretion of ROH, retinol-binding protein 4 (RBP4) and transthyretin (TTR) in urine from VLBW infants in comparison with that in term infants in relation to kidney function. Urine specimens were collected from 15 VLBW infants (birth weight < 1,500 g) as well as from 20 term infants during the first 2 days after birth. ROH in urine was detectable in 14 of the 15 VLBW infants at a median concentration of 234 nmol/g creatinine. In the group of term infants, 17 of the 20 excreted ROH, but at an approximately five-times lower concentration (P<0.001). Excretion of RBP4 and TTR was also much higher in VLBW infants (both P<0.001). The urinary ROH excretion in VLBW infants may be related to the impaired tubular handling of its carrier proteins RBP4 and TTR. Thus, ROH excretion might contribute to an increased risk of VA deficiency, especially in VLBW infants.
Aims: Contrast media-induced nephropathy (CIN) is associated with increased morbidity and mortality. The renal endothelin system has been associated with disease progression of various acute and chronic renal diseases. However, robust data coming from adequately powered prospective clinical studies analyzing the short and long-term impacts of the renal ET system in patients with CIN are missing so far. We thus performed a prospective study addressing this topic.
Main methods: We included 327 patients with diabetes or renal impairment undergoing coronary angiography. Blood and spot urine were collected before and 24 h after contrast media (CM) application. Patients were followed for 90 days for major clinical events like need for dialysis, unplanned rehospitalization or death.
Key findings: The concentration of ET-1 and the urinary ET-1/creatinine ratio decreased in spot urine after CM application (ET-1 concentration: 0.91 +/- 1.23pg/ml versus 0.63 +/- 1.03pg/ml, p<0.001; ET-1/creatinine ratio: 0.14 +/- 0.23 versus 0.09 +/- 0.19, p<0.001). The urinary ET-1 concentrations in patients with CIN decreased significantly more than in patients without CIN (-0.26 +/- 1.42pg/ml vs. -0.79 +/- 1.69pg/ml, p=0.041), whereas the decrease of the urinary ET-1/creatinine ratio was not significantly different (non-CIN patients: -0.05 +/- 0.30; CIN patients: -0.11 +/- 0.21, p=0.223). Urinary ET-1 concentrations as well as the urinary ET-1/creatinine ratio were not associated with clinical events (need for dialysis, rehospitalization or death) during the 90day follow-up after contrast media exposure. However, the urinary ET-1 concentration and the urinary ET-1/creatinine ratio after CM application were higher in those patients who had a decrease of GFR of at least 25% after 90days of follow-up.
Significance: In general the ET-1 system in the kidney seems to be down-regulated after contrast media application in patients with moderate CIN risk. Major long-term complications of CIN (need for dialysis, rehospitalization or death) are not associated with the renal ET system. (C) 2014 The Authors. Published by Elsevier Inc. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.
Background The use of iodine-based contrast agents entails the risk of contrast induced nephropathy (CIN). Radiocontrast agents elicit the third most common cause of nephropathy among hospitalized patients, accounting for 11-12% of cases. CIN is connected with clinically significant consequences, including increased morbidity, prolonged hospitalization, increased risk of complications, potential need for dialysis, and increased mortality rate. The number of in hospital examinations using iodine-based contrast media has been significantly increasing over the last decade. In order to protect patients from possible complications of such examinations, new biomarkers are needed that are able to predict a risk of contrast-induced nephropathy. Urinary and plasma cyclic guanosine monophosphate (cGMP) concentrations are influenced by renal function. Urinary cGMP is primarily of renal cellular origin. Therefore, we assessed if urinary cGMP concentration may predict major adverse renal events (MARE) after contrast media exposure during coronary angiography. Methods Urine samples were prospectively collected from non-randomized consecutive patients with either diabetes or preexisting impaired kidney function receiving intra-arterial contrast medium (CM) for emergent or elective coronary angiography at the Charite Campus Mitte, University Hospital Berlin. Urinary cGMP concentration in spot urine was analyzed 24 hours after CM exposure. Patients were followed up over 90 days for occurrence of death, initiation of dialysis, doubling of plasma creatinine concentration or MARE. Results In total, 289 consecutive patients were included into the study. Urine cGMP/creatinine ratio 24 hours before CM exposure expressed as mean +/- SD was predictive for the need of dialysis (no dialysis: 89.77 +/- 92.85 mu M/mM, n = 277; need for dialysis: 140.3 +/- 82.90 mu M/mM, n = 12, p = 0.008), death (no death during follow-up: 90.60 +/- 92.50 mu M/mM, n = 280; death during follow-up: 169.88 +/- 81.52 mu M/mM, n = 9; p = 0.002), and the composite endpoint MARE (no MARE: 86.02 +/- 93.17 mu M/mM, n = 271; MARE: 146.64 +/- 74.68 mu M/mM, n = 18, p<0.001) during the follow-up of 90 days after contrast media application. cGMP/creatinine ratio stayed significantly increased at values exceeding 120 pM/mM in patients who developed MARE, required dialysis or died. Conclusions Urinary cGMP/creatinine ratio >= 120 mu M/mM before CM exposure is a promising biomarker for the need of dialysis and all-cause mortality 90 days after CM exposure in patients with preexisting renal impairment or diabetes.
Der Embryonale Stammzelltest (EST) ist ein validierter In-vitro-Embryotoxizitätstest, der zur Untersuchung embryotoxischer Wirkungen von Chemikalien eingesetzt werden kann. Während des zehntägigen Differenzierungsassays differenzieren sich die pluripotenten murinen embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) der Linie D3 in vitro in spontan kontrahierende Herzmuskelzellen. Dabei rekapitulieren sie Prozesse der frühen Embryogenese in vivo. Ein Zytotoxizitätsassay mit D3-Zellen und ausdifferenzierten, adulten 3T3-Maus-Fibroblasten dient der Ermittlung allgemeiner zytotoxischer Effekte und unterschiedlicher Sensitivitäten beider Zelllinien. Somit basiert der EST auf den beiden wichtigsten Mechanismen pränataler Toxizität, der Störung der Differenzierung und der Zytotoxizität. Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe des EST das embryotoxische Potential der vier Chemikalien Trichostatin A (TSA), Methylazoxymethanolacetat (MAMac), Natriumdodecylsulfat (SDS) und Benzoesäure (BA) abzuschätzen. Dazu wurde mikroskopisch ermittelt, bei welcher Testsubstanzkonzentration in 50 % der während der In-vitro-Differenzierung gebildeten Embryonalkörperchen die Kardiomyozytendifferenzierung inhibiert wird (ID50). Außerdem wurde die halbmaximale Hemmkonzentration des Zellwachstums auf die beiden Zelllinien bestimmt (IC50D3 bzw. IC503T3). Als Erweiterung dieses konventionellen EST wurden mittels quantitativer Real Time-PCR an den Tagen 5, 7 und 10 der Differenzierung zusätzlich Genexpressionsanalysen etablierter herzmuskelspezifischer Markergene (Mesoderm Posterior 1, Tag 5; Myosin light chain 1, Tag 7 und 10) durchgeführt. Deren Expression korreliert in den ES-Zellen mit der embryonalen Herzdifferenzierung in vivo und kann zur Ermittlung der von der Prüfsubstanz hervorgerufenen halbmaximalen Hemmung der Genexpression in den Kardiomyozyten (IC50 Exp) herangezogen werden. Um letztlich embryotoxische Effekte in vivo auf Grundlage der ermittelten In-vitro-Daten abschätzen zu können, wurden die ermittelten Parameter mittels eines für den EST empirisch abgeleiteten mathematischen Prädiktionsmodells (PM) zur Klassifizierung der Testsubstanzen als nicht, schwach oder stark embryotoxisch herangezogen. Für jede der Substanzen waren die ermittelten Halbhemmkonzentrationen in den überwiegenden Fällen vergleichbar und führten unter Verwendung des PMs im konventionellen und im molekularen EST zu deren identischer Klassifizierung. TSA wurde als „stark embryotoxisch“ klassifiziert und beeinflusste insbesondere das Differenzierungspotential der ES-Zellen. Das als „schwach embryotoxisch“ klassifizierte SDS wirkte auf die D3-Zellen stärker differenzierungsinhibierend als zytotoxisch, hemmte jedoch das Wachstum der 3T3-Zellen bereits in deutlich niedrigeren Konzentrationen. MAMac und BA wurden als „nicht embryotoxisch“ klassifiziert. Bei ihnen stand die zytotoxische Wirkung deutlich im Vordergrund. Diese Prädiktionen stimmten mit In-vivo-Befunden überein, was von der Stabilität und der Brauchbarkeit der im konventionellen und molekularen EST ermittelten Parameter zeugte. Einzige Ausnahme war das als Entwicklungsneurotoxin in vivo bekannte MAMac. Da der EST auf mesodermaler Differenzierung basiert, können spezifische Effekte auf neuronale Entwicklungsprozesse offenbar nicht vollständig erfasst werden. Substanzkonzentrationen, die sich als differenzierungsinhibierend auf die morphologische Kardiomyozytendifferenzierung erwiesen haben, führten auch zu einer messbaren Repression der herzmuskelspezifischen Genexpression. Dabei erwies sich die IC50 Exp als ebenso sensitiv wie die konventionellen Parameter und als nutzbringende Ergänzung zu diesen, da sie bereits nach 5 bzw. 7 Tagen der In-vitro-Differenzierung eine mit dem mikroskopischen Parameter übereinstimmende Einschätzung des embryotoxischen Potentials der Chemikalien in vivo ermöglichte. Genexpressionsanalysen weiterer differenzierungsspezifischer Gene können zusätzlich zur Aufklärung zu Grunde liegender Mechanismen der Embryotoxizität von Testsubstanzen dienen. Somit kann der EST durch die Vorteile der Stammzelltechnologie und der Genexpressionsanalyse als neues prädiktives Screening-Instrument zur frühzeitigen Detektion embryotoxischer Substanzeffekte in der pharmazeutischen und chemischen Industrie genutzt werden.
Die Zahl der Kolonkarzinome in den westlichen Industrieländern steigt in den letzten Jahren stetig an. Zu den Verbindungen, die mit der Zubereitung der Nahrung entstehen, mit ihr aufgenommen werden und die Kolonkanzerogenese möglicherweise begünstigen, gehört das heterozyklische aromatische PhIP, das bei der Erhitzung proteinreicher Nahrungsmittel entsteht. Neben zahlreichen Fütterungsversuchen an Nagern existieren auch Zellkulturmodelle zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der PhIP-induzierten Kolonkanzerogenese. Die chemische Transformation von Zellen sollte durch wiederholte Exposition gegenüber dem hydroxylierten Metaboliten des Kanzerogens (N2-OH-PhIP) erzielt werden. Es wurden IEC-18-Zellen der Ratte und HCEC-Zellen des Menschen zur Untersuchung verwendet. Die Behandlung der IEC-18-Zellen führt nach 25 Behandlungszyklen mit Konzentrationen von 5 bis 20 µM nicht zur Transformation der Zellen. Die Anwesenheit von N2-OH-PhIP führt zu einer zehnfach erhöhten Induktion der GST-Aktivität, insbesondere der Untereinheiten GST-A1, -A3, -Pi und -T2, die für die effiziente Detoxifizierung des N-Acetoxy-Metaboliten vom N2-OH-PhIP verantwortlich sind. Bereits nach drei Behandlungen mit 1,5 µM N2-OH-PhIP konnte eine maligne Transformation der HCEC-Zellen erzielt werden. Die Zellen zeigten die charakteristischen Zeichen der Transformation: veränderte Wachstumseigenschaften wie klonales dreidimensionales Zellwachstum („pilling up“), Hemmung der Zell-Zell-Kontaktinhibierung, verkürzte Populationsverdopplungszeiten und tumorigene und metastasierende Eigenschaften. Außerdem exprimierten die N2-OH-PhIP-exponierten humanen Kolonzellen mit steigender Anzahl der Behandlungen größere Mengen des trunkierten APC-Proteins. Die bekannten PhIP-spezifischen Mutationen im APC-Gen resultieren in der Expression eines trunkierten Proteinproduktes und werden als frühe Ereignisse in der Kolonkanzerogenese betrachtet. Die zusammenfassende Betrachtung aller Ergebnisse zeigt, dass die IEC-18-Zelllinie zur chemischen Transformation durch N2-OH-PhIP ungeeignet ist. Dagegen wurde erstmalig eine vollständige chemische Transformation von Humandickdarmepithelzellen in vitro durch Exposition der humanen Kolonepithelzelllinie HCEC gegenüber dem Kolonkarzinogen N2-OH-PhIP erzielt.