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Background: Plasma concentration of retinol is an accepted indicator to assess the vitamin A (retinol) status in cattle. However, the determination of vitamin A requires a time consuming multi-step procedure, which needs specific equipment to perform extraction, centrifugation or saponification prior to high-performance liquid chromatography (HPLC).
Methods: The concentrations of retinol in whole blood (n = 10), plasma (n = 132) and serum (n = 61) were measured by a new rapid cow-side test (iCheck™ FLUORO) and compared with those by HPLC in two independent laboratories in Germany (DE) and Japan (JP).
Results: Retinol concentrations in plasma ranged from 0.033 to 0.532 mg/L, and in serum from 0.043 to 0.360 mg/L (HPLC method). No significant differences in retinol levels were observed between the new rapid cow-side test and HPLC performed in different laboratories (HPLC vs. iCheck™ FLUORO: 0.320 ± 0.047 mg/L vs. 0.333 ± 0.044 mg/L, and 0.240 ± 0.096 mg/L vs. 0.241 ± 0.069 mg/L, lab DE and lab JP, respectively). A similar comparability was observed when whole blood was used (HPLC vs. iCheck™ FLUORO: 0.353 ± 0.084 mg/L vs. 0.341 ± 0.064 mg/L). Results showed a good agreement between both methods based on correlation coefficients of r2 = 0.87 (P < 0.001) and Bland-Altman blots revealed no significant bias for all comparison.
Conclusions: With the new rapid cow-side test (iCheck™ FLUORO) retinol concentrations in cattle can be reliably assessed within a few minutes and directly in the barn using even whole blood without the necessity of prior centrifugation. The ease of the application of the new rapid cow-side test and its portability can improve the diagnostic of vitamin A status and will help to control vitamin A supplementation in specific vitamin A feeding regimes such as used to optimize health status in calves or meat marbling in Japanese Black cattle.
A novel method based on liquid-liquid extraction with subsequent gas chromatography separation and mass spectrometric detection (GC-MS) for the quantification of organic carbonates in cell culture materials is presented. Method parameters including the choice of extraction solvent, of extraction method and of extraction time were optimised and the method was validated. The setup allowed for determination within a linear range of more than two orders of magnitude. The limits of detection (LODs) were between 0.0002 and 0.002 mmol/L and the repeatability precisions were in the range of 1.5-12.9%. It could be shown that no matrix effects were present and recovery rates between 98 and 104% were achieved. The methodology was applied to cell culture models incubated with commercial lithium ion battery (LIB) electrolytes to gain more insight into the potential toxic effects of these compounds. The stability of the organic carbonates in cell culture medium after incubation was studied. In a porcine model of the blood-cerebrospinal fluid (CSF) barrier, it could be shown that a transfer of organic carbonates into the brain facing compartment took place.
Systemic trafficking and storage of essential metal ions play fundamental roles in living organisms by serving as essential cofactors in various cellular processes. Thereby metal quantification and localization are critical steps in understanding metal homeostasis, and how their dyshomeostasis might contribute to disease etiology and the ensuing pathologies. Furthermore, the amount and distribution of metals in organisms can provide insight into their underlying mechanisms of toxicity and toxicokinetics. While in vivo studies on metal imaging in mammalian experimental animals are complex, time- and resource-consuming, the nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans) provides a suitable comparative and complementary model system. Expressing homologous genes to those inherent to mammals, including those that regulate metal homeostasis and transport, C. elegans has become a powerful tool to study metal homeostasis and toxicity. A number of recent technical advances have been made in the development and application of analytical methods to visualize metal ions in C. elegans. Here, we briefly summarize key findings and challenges of the three main techniques and their application to the nematode, namely sensing fluorophores, microbeam synchrotron radiation X-ray fluorescence as well as laser ablation ( LA) coupled to inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS).
Small selenium (Se) species play a major role in the metabolism, excretion and dietary supply of the essential trace element selenium. Human cells provide a valuable tool for investigating currently unresolved issues on the cellular mechanisms of Se toxicity and metabolism. In this study, we developed two isotope dilution inductively coupled plasma tandem-mass spectrometry based methods and applied them to human hepatoma cells (HepG2) in order to quantitatively elucidate total cellular Se concentrations and cellular Se species transformations in relation to the cytotoxic effects of four small organic Se species. Species-and incubation time-dependent results were obtained: the two major urinary excretion metabolites trimethylselenonium (TMSe) and methyl-2-acetamido-2-deoxy-1-seleno-beta- D-galactopyranoside (SeSugar 1) were taken up by the HepG2 cells in an unmodified manner and did not considerably contribute to the Se pool. In contrast, Se-methylselenocysteine (MeSeCys) and selenomethionine (SeMet) were taken up in higher amounts, they were largely incorporated by the cells (most likely into proteins) and metabolized to other small Se species. Two new metabolites of MeSeCys, namely gamma-glutamyl-Se-methylselenocysteine and Se-methylselenoglutathione, were identified by means of HPLC-electrospray-ionization-Orbitrap-MS. They are certainly involved in the (de-) toxification modes of Se metabolism and require further investigation.
Selenium (Se) is an essential micronutrient for human health. Se deficiency affects hundreds of millions of people worldwide, particularly in developing countries, and there is increasing awareness that suboptimal supply of Se can also negatively affect human health. Selenium enters the diet primarily through the ingestion of plant and animal products. Although, plants are not dependent on Se they take it up from the soil through the sulphur (S) uptake and assimilation pathways. Therefore, geographic differences in the availability of soil Se and agricultural practices have a profound influence on the Se content of many foods, and there are increasing efforts to biofortify crop plants with Se. Plants from the Brassicales are of particular interest as they accumulate and synthesize Se into forms with additional health benefits, such as methylselenocysteine (MeSeCys). The Brassicaceae are also well-known to produce the glucosinolates; S-containing compounds with demonstrated human health value. Furthermore, the recent discovery of the selenoglucosinolates in the Brassicaceae raises questions regarding their potential bioefficacy. In this review we focus on Se uptake and metabolism in the Brassicaceae in the context of human health, particularly cancer prevention and immunity. We investigate the close relationship between Se and S metabolism in this plant family, with particular emphasis on the selenoglucosinolates, and consider the methodologies available for identifying and quantifying further novel Se-containing compounds in plants. Finally, we summarize the research of multiple groups investigating biofortification of the Brassicaceae and discuss which approaches might be most successful for supplying Se deficient populations in the future.
Hintergrund: Die Untersuchung von Ernährungsmustern als komplementärer Ansatz zu der Untersuchung einzelner Lebensmittel nimmt stetig zu. Generell können drei verschiedene Ansätze unterschieden werden um Ernährungsmuster herzuleiten: A priori Indizes, welche das Wissen über gesundheitsförderliche und –schädliche Eigenschaften eines Lebensmittels für einen gewissen Endpunkt nutzen; A posteriori (exploratorische) Ernährungsmuster, welche die populationsspezifischen vorliegenden Daten ohne eine vorangegangene Hypothese nutzen; gemischte Methoden, die das Wissen über bestimmte Nährstoffe oder Biomarker, welche in der Krankheitsentstehung eine Rolle spielen, nutzen und mit einer exploratorischen Methode kombinieren um krankheitsrelevante Ernährungsmuster zu generieren. Vorangegangene systematische Übersichtsarbeiten, welche die Evidenz der Assoziation zwischen Ernährungsmustern und Diabetes mellitus Typ 2 zusammenfassten, waren entweder beschränkt auf eine Mustermethode oder kombinierten die Muster verschiedener Methoden, ohne die Zusammensetzung der Ernährungsmuster zu berücksichtigen.
Ziel: Das Ziel dieser Dissertation war eine umfassende Untersuchung der Assoziation von Ernährungsmustern mit Diabetes mellitus Typ 2. Das erste Teilprojekt zielte auf die Erstellung einer systematischen Übersichtsarbeit von prospektiven Studien ab, unter der Berücksichtigung der verschiedenen Methoden zur Herleitung von Ernährungsmustern in der meta-analytischen Zusammenfassung, was in vorangegangen Übersichtsarbeiten eine Limitation darstellte. Das zweite Teilprojekt hatte die Untersuchung der Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 von exploratorischen Ernährungsmustern, welche mit der Hauptkomponentenanalyse in einer multi-zentrischen europäischen Fall-Kohorten Studie hergeleitet wurden, zum Ziel. Des Weiteren wurde der eingeschränkten Anwendbarkeit von exploratorischen Mustern in anderen Studienpopulationen mit Methoden der Replikation dieser Ernährungsmuster begegnet.
Methoden: Im ersten Teilprojekt wurde eine systematische Literatursuche in den Datenbanken MEDLINE und Web of Science vorgenommen, sowie ein dreistufiger Screeningprozess. Die identifizierten Studien wurden nach den jeweiligen Methoden zur Erstellung von Ernährungsmustern zusammengefasst und Meta-Analysen nur für diejenigen Ernährungsmuster mit vergleichbarer Zusammensetzung vorgenommen. Im zweiten Teilprojekt wurden länderspezifische Ernährungsmuster mittels Hauptkomponentenanalyse aus 36 standardisierten Lebensmittelgruppen hergeleitet. Die Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 Risiko wurde mit verschieden adjustierten Cox Regressionsmodellen zur Berechnung von Hazardratenverhältnissen untersucht. Die Ernährungsmuster, welche eine signifikante Assoziation mit dem Diabetesrisiko aufzeigten, wurden anschließend über alle Länder in der EPIC-InterAct Studie repliziert: Entweder wurden Summenscores ungewichteter standardisierter Lebensmittelgruppen berechnet (wenn die Korrelation mit dem originalen Ernährungsmuster r ≥ 0.90 war) oder Summenscores der Produkte von standardisierten Scoringkoeffizienten mit standardisierten Lebensmittelgruppen (wenn die Korrelation mit dem originalen Ernährungsmuster r < 0.90). Die resultierenden Scores wurden standardisiert nach der Verteilung der gesamten EPIC-InterAct Subkohorte, dann in jedem Land angewendet und die Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 anhand der Cox Regressionsmodelle berechnet. Anschließend wurden Meta-Analysen zur Berechnung der gepoolten Schätzer durchgeführt.
Ergebnisse: Im ersten Teilprojekt ergab die Literatursuche 48 Artikel, welche 16 Kohorten umfassten. Die Einhaltung der Mediterranen Diät (relatives Risiko (RR) für den Vergleich der extremen Quantile: 0,87; 95%-Konfidenzintervall (KI): 0,82, 0,93), der DASH Diät (RR: 0,81; 95%-KI: 0,72, 0,92) und des Alternative Healthy Eating Index (AHEI) (RR: 0,79; 95%-KI: 0,69, 0,90) war mit einer signifikanten Reduzierung des Diabetesrisikos assoziiert. Exploratorische Ernährungsmuster, charakterisiert durch rotes und verarbeitetes Fleisch, prozessiertes Getreide, hochfette Milchprodukte, Eier und frittierte Produkte, waren positiv mit dem Diabetesrisiko assoziiert (RR: 1,44; 95%-KI: 1,27, 1,62), während Ernährungs-muster, charakterisiert durch Gemüse, Hülsenfrüchte, Obst, Geflügel und Fisch, invers mit dem Diabetesrisiko assoziiert waren (RR: 0,84; 95%-KI: 0,77, 0,91). Ernährungsmuster, welche mit reduzierter Rangregression hergeleitet wurden und charakterisiert waren durch eine hohe Aufnahme von prozessiertem Getreide, zuckergesüßten Getränken und verarbeitetem Fleisch und einen niedrigen Weinkonsum, waren alle signifikant mit dem Diabetesrisiko assoziiert. Im zweiten Teilprojekt konnten zwei wesentliche Ernährungsmuster in jedem Land mit der Hauptkomponentenanalyse hergeleitet werden. Ein Ernährungsmuster, welches in Frankreich hergeleitet wurde und charakterisiert war durch Nüsse, andere Früchte, verarbeitetes Fleisch, Fisch, Eier, Kuchen und Kekse, Kaffee und andere alkoholische Getränke, war signifikant assoziiert mit einem erniedrigten Diabetesrisiko. Drei andere Ernährungsmuster, hergeleitet in Spanien, Norfolk und Oxford, welche sich erheblich in ihrer Zusammensetzung unterschieden, waren mit einem erhöhten Diabetesrisiko assoziiert. Keine der Replikationen dieser vier Ernährungsmuster konnte die signifikante Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 über andere Länder bestätigen.
Schlussfolgerung: Aus der systematischen Übersichtsarbeit ließ sich schlussfolgern, dass Ernährungsweisen gemäß der Mediterranen Diät, DASH und AHEI ein starkes Potenzial zur Prävention von Diabetes mellitus Typ 2 zu haben, obwohl sie sich in einigen Komponenten unterscheiden. Exploratorische Ernährungsmuster wurden basierend auf konkordanten Lebensmitteln gruppiert und waren signifikant mit dem Diabetesrisiko assoziiert, auch wenn die Untersuchungen einzelner Lebensmittel eher begrenzte Evidenz für einen Zusammenhang aufwiesen. Trotzdem bleiben sie populationsspezifische Beobachtungen. Das wurde auch in dem zweiten Teilprojekt unterstrichen, als länderspezifische Ernährungsmuster generiert wurden und keines der Ernährungsmuster, welches signifikant mit dem Diabetesrisiko assoziiert war, durch Simplifizierung oder Replikation der Musterstruktur des Originalmusters über alle Länder bestätigt werden konnte. Für drei RRR-Muster konnten konsistente positive Assoziationen mit dem Diabetesrisiko über verschiedene Studienpopulationen beobachtet werden.