Diplomarbeiten

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2011

Stefanie Girst:
Anomalous subdiffusion of DNA repair protein foci after ion microirradiation.
Technische Universität München, 2011.
Abstract: DNA repair processes, starting after the irradiation of cell nuclei, can be made visible by tagging DNA repair proteins (here MDC1) with the green fluorescent protein GFP, so that microscopic accumulations of the repair proteins ( at the ion-induced
damages (mostly DNA double-strand breaks) can be observed and analyzed "live" under a fluorescence microscope.
The aim of this work is to determine the dynamics of the MDC1-foci in the nucleus. Living U2OS osteosarcoma cells were irradiated in a 5x5 µm^2 matrix pattern with one carbon ion (43MeV) per point or 32 protons (20 MeV) respectively at the ion microprobe SNAKE at the Munich 14MV Tandem accelerator. The relative movement (i.e. the distance) of neighboring foci within the living cells was monitored over several hours "online" at the irradiation site at SNAKE. This relative measure is more robust against cell movement than absolute position determination. The distribution of the change of distance dl between two foci in a time interval dt is a measure for the underlying diffusion. The square of its standard deviation sigma^2(dt) is in general described by
sigma^2(dt) = G*dt^a, with a = 1 for normal, a The diffusion data gathered in the performed experiments are in agreement with an anomalous subdiffusion. The anomalous diffusion exponent found is a = 0.50 +/- 0.04 for both proton and carbon irradiation on a time scale of dt =10 s till 10 000 s,
indicating that the degree of anomality does not depend on the density of double-strand breaks. The transport coefficient G and thus the apparent and the instantaneous diffusion coefficient, however, were clearly bigger in proton-irradiated cell nuclei
(G = (7+/-2)x10^(-3) µm^2/s^0.5) than in those irradiated with the higher-LET carbon ions (G = (3 +/- 1) x 10^(-3) µm^2/s^0.5). This probably arises from the fact that protons produce isolated double-strand breaks (DSBs) which move faster than the larger number of DSBs that form the foci in a carbon ion track.
BibTeX:
	@mastersthesis{Girst2011da,
	  author = {Girst, Stefanie},
	  title = {Anomalous subdiffusion of DNA repair protein foci after ion microirradiation.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2011}
	}
	

2010

Christian Burgdorf:
Quantitative Analyse der LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit von Proteinkinetiken nach Ionenmikrobestrahlung
Universität der Bundeswehr München, 2010.
Abstract: In dieser Arbeit wurde eine quantitative Analyse von Proteinkinetiken nach Ionenmikrobestrahlung hinsichtlich einer LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit durchgeführt.
Zur Auswertung der ablaufenden Reparaturprozesse wurden die mit dem Rasterionenmikroskop SNAKE fluoreszenzmikroskopisch aufgenommenen Zeitserien analysiert. In diesen Zeitserien bildeten sich in bestrahlten Bereichen innerhalb von verschiedenen Zeitintervallen Foci aus. Diese Foci beschreiben Orte, in denen sich die Konzentration von Proteinen erhöht, was mit der Anlagerung von Reparaturproteinen an beschädigten DNA-Sequenzen gleich zusetzen ist. Bei Beobachtung dieser Focibildung wurde des Weiteren deutlich, dass die Foci mit den Bestrahlungsorten kolokalisieren.
In dieser Arbeit wurden die Kinetiken der Proteine MDC1 und 53BP1 mit Hilfe von Helligkeitsmessungen ihrer Foci ausgewertet. Eine entwickelte Modellfunktion wurde an die gemessenen Helligkeitsverläufe angepasst. Die Proteinanlagerung und der Proteinabbau wurden mit Hilfe von zwei Zeitkonstanten Tau_1 und Tau_2 charakterisiert. Eine mögliche zeitliche Verzögerung beim Start des Reparaturvorganges konnte mit einem Zeitoffset T0 modelliert werden.
Zum Abschluss der Helligkeitsmessungen wurden probenübergeifend einzelne Bestrahlungsexperimente zusammengefasst, die unter gleichen biophysikalischen Bedingungen durchgeführt wurden. Die Klassifizierung erfolgte nach der verwendeten Strahlungsart und -dosis sowie nach dem untersuchten Reparaturprotein.
Hinsichtlich einer LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit konnten für das Reparaturprotein MDC1 nach 20MeV H+, wie auch bei einer 55MeV C+ Bestrahlung, Abhängigkeiten festgestellt werden. Dabei zeigte sich für die Bestrahlung mit H+, dass die Erhöhung der Strahlungsdosis von 4,8 Gy auf 12,05 Gy (Faktor 2,5) eine Beschleunigung der Anlagerungszeit Tau_1,( 4,8 Gy) = 1052 ± 272 s zu Tau_1,(12,05 Gy) = 522 ± 148 s zur Folge hatte. Das Starten der Reparaturprozesse hingegen war nahezu konstant nach einem Zeitoffset von
T0,(4,8 Gy) = 73 ± 16 s und T0,(12,05 Gy) = 80 ± 11 s.
Für die Zeitkonstanten nach 55MeV C+ Bestrahlung zeigte sich ein ähnliches Bild, wobei deutlich wurde, dass weitaus geringere Strahlungsdosen nötig waren, um vergleichsweise schnelle Reaktionen für die Proteinanlagerung zu erreichen. Die Zeit für den Anlagerungsprozess wurde mit steigender Strahlungsdosis weiter verringert. Bei einer Dosis von 3,1Gy betrug Tau_1,(3,1 Gy) = 218 ± 55 s, die sich bei der Dosis von 4,4 Gy auf Tau_1,(4,4 Gy) = 98 ± 11 s verringerte. Eine signifikante Dosisabhängigkeit für die Offset-Zeiten
T0 konnte nicht bestimmt werden (T0,(3,1 Gy) = 14 ± 4 s, T0,(4,4 Gy) = 17 ± 2 s).
Die Auswertung des zweiten Reparaturproteins 53BP1 erbrachte für die Bestrahlung mit 20MeV H+ keine linearen Dosisabhängigkeiten. Die Werte für die Zeitkonstanten Tau_1 liegen in niedrigen (3,4 Gy) und hohen Strahlungsdosisbereichen (13,7 Gy) nahezu konstant
bei Tau_1,(3,4 Gy) = 237 ± 33 s und Tau_1,(13,7 Gy) = 226 ± 60 s. Für den mittleren Dosisbereich ist mit Tau_1,(6,9 Gy) = 460 ± 100 s die benötigte Zeit für die Proteinanlagerung doppelt so groß. Derselbe Effekt ist auch bei der Offset-Zeit T0 zu erkennen (T0, 3,4 Gy = 118 ± 14 s, T0, 6,9 Gy = 160 ± 12 s, T0, 13,7 Gy = 120 ± 22 s).
Die Auswertung des 53BP1 nach 55 MeVC+ Bestrahlung erbrachte ein Tau_1,(6,3 Gy) = 375 ± 58 s und einen Zeitoffset T0,(6,3 Gy) = 89 ± 8 s. Dabei wurde deutlich, dass sich die Zeitkonstanten für unterschiedliche Strahlungsarten trotz einer ähnlichen applizierten Strahlungsdosis stark unterschieden. Dennoch zeigte sich, wie bei der Untersuchung von MDC1, dass 55MeV C+ bestrahlte 53BP1 Proben eine schnellere Reaktion zeigten.
BibTeX:
	@mastersthesis{Burgdorf2010da,
	  author = {Burgdorf, Christian},
	  title = {Quantitative Analyse der LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit von Proteinkinetiken nach Ionenmikrobestrahlung},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2010}
	}
	
Christian Siebenwirth:
Tumorbestrahlung mit gepulsten und kontinuierlichen Protonen am Mausmodell.
Technische Universität München, 2010.
Abstract: Zur Qualifizierung der Tumortherapie mit gepulsten Protonenstrahlen mit Pulsbreiten von 1 ns, wie sie bei der Laserbeschleunigung erzeugt werden, wurden am Münchner 14 MV Tandembeschleuniger menschliche Tumore am Mausmodell mit 20 Gy bestrahlt. Anhand des Parameters der Tumorwachstumsverzögerung wurde überprüft, ob ein Unterschied in der relativen biologischen Wirksamkeit (RBW) zwischen Protonenstrahlung, die ihre Dosis in Pulsen der Breite von 1 ns applizieren, und kontinuierlicher Protonenbestrahlung auftritt.
Da es noch keine laserbeschleunigten Ionenstrahlen in hinreichender Qualität gibt, um eine Tumorbestrahlung durchzuführen, wurde am Rasterionenmikroskop SNAKE ein laserbeschleunigter Protonenstrahl simuliert. Dazu wurde das 5 MHz Pulsungssystem des Tandembeschleunigers verwendet, das ein 23 MeV Protonenstrahl mit einer Pulsbreite von 1 ns erzeugt. Durch die Fokussierung des Strahls an SNAKE auf einen Durchmesser von 100 ?m konnte in einem einzelnen Puls eine Ionenstrahldichte von 10^9 Protonen/cm² erreicht werden und so eine Dosis von 20 Gy mit einem Puls im Target deponiert werden. Die Strahlflecke wurden in lateraler Richtung durch Strahlablenkung und Bewegen des Tumors inklusive Maus zu einem homogenen Feld von ca. 1 cm² zusammengesetzt. Die homogene Tiefendosis wurde mittels Aluminiumplättchen als diskrete Energieabsorber kurz vor dem Target verwirklicht. So besaß das homogen bestrahlte Gesamtvolumen eine Tiefe von 4,8 mm und einen Durchmesser von 9 mm. Durch die Realisierung der kontinuierlichen Protonenbestrahlung am selben Gerät, wurden systematische Fehler im Vergleich der beiden Bestrahlungsarten minimiert.
Zur Kontrolle der Protonenfluenz diente ein vor dem Tumor platzierter Gafchromic EBT2 Film, der in Abhängigkeit von der durch die Protonen deponierten Dosis verdunkelt. Damit konnte die Dosis der gepulsten und kontinuierlichen Bestrahlung mit einer relativen Genauigkeit von 3 % rekonstruiert werden.
Es wurden insgesamt 11 XF354 und 12 FaDu Tumore bestrahlt, davon 12 im gepulsten und 11 im kontinuierlichen Modus. Die sich aus der Dosisrekonstruktion ergebende mittlere Tiefendosis lag für die gepulsten Bestrahlungen durchschnittlich bei 17,6 Gy mit einer Breite von 0,2 Gy bzw. für die kontinuierliche Bestrahlung bei 19,6 Gy mit einer Breite von 0,3 Gy. Annähernd die Hälfte des 10 % Dosisunterschieds zwischen gepulst und kontinuierlicher Bestrahlung konnten auf systematische Fehler der Bestrahlungsdurchführung und der Dosisrekonstruktion zurückgeführt werden. Diese sind
in zukünftigen Experimenten einfach zu korrigieren. Die andere Hälfte liegt vermutlich in der Strahlstrommessung begründet und sollte nach näheren Untersuchungen ebenfalls reduziert werden können.
Bei den XF354 Tumoren erreichte ein Tumor je Bestrahlungsmodus das dreifache Bestrahlungsvolumen, das für die Wachstumsverzögerung als Bezugspunkt dient, wobei die Wachstumsverzögerung 103 d für die gepulste und 35 d für die kontinuierliche Bestrahlung ergab. Die übrigen Tumore wurden kontrolliert, wodurch sich wegen der geringen Statistik keine Aussage über eine unterschiedliche RBW treffen lässt. Für die FaDu Tumore konnte eine mittlere Wachstumsverzögerung von (34 ± 4) d aus fünf gepulst bestrahlten und (36 ± 4) d aus vier kontinuierlich bestrahlten nicht kontrollierten Tumoren bestimmt werden.
Die gewonnenen Ergebnisse zeigen keinen signifikanten Unterschied bezüglich der Tumorwachstumsverzögerung von gepulster und kontinuierlicher Protonenbestrahlung.
BibTeX:
	@mastersthesis{Siebenwirth2010da,
	  author = {Siebenwirth, Christian},
	  title = {Tumorbestrahlung mit gepulsten und kontinuierlichen Protonen am Mausmodell.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2010}
	}
	

2008

Tino Brüning:
Quantitative Analyse von Proteinkinetiken nach Bestrahlung lebender Zellen mit energetischen Schwerionen am Rasterionenmikroskop SNAKE
Universität der Bundeswehr München, 2008.
BibTeX:
	@mastersthesis{Bruening2008da,
	  author = {Brüning, Tino},
	  title = {Quantitative Analyse von Proteinkinetiken nach Bestrahlung lebender Zellen mit energetischen Schwerionen am Rasterionenmikroskop SNAKE},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2008}
	}
	

2005

Christoph Greubel:
Dynamik der Verteilung von DNA-Reparaturfaktoren in lebenden Zellen nach fraktionierter Bestrahlung am Rasterionenmikroskop SNAKE
Technische Universität München, 2005.
BibTeX:
	@mastersthesis{Greubel2005da,
	  author = {Greubel, Christoph},
	  title = {Dynamik der Verteilung von DNA-Reparaturfaktoren in lebenden Zellen nach fraktionierter Bestrahlung am Rasterionenmikroskop SNAKE},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2005}
	}
	

2004

Volker Hable:
Untersuchung der Dynamik von DNA-Reparaturproteinen nach Bestrahlung lebender Zellen am Rasterionenmikroskop SNAKE.
Technische Universität München, 2004.
Abstract: In dieser Arbeit wurde die Dynamik der Reparaturvorgänge von DNA-Schäden in biologischen Zellen nach Schwerionenbestrahlung untersucht. Dazu wurden lebende HeLa-Zellen am Rasterionenmikroskop SNAKE mit 100MeV Sauerstoff-Ionen des Münchner 14MV Tandembeschleuniger bestrahlt. Die dort installierte Bestrahlungseinrichtung ermöglicht es, Zellkernen eine definierte Anzahl von Ionen und somit eine definierte Dosis mikroskopisch genau zu applizieren. Die erreichbare Strahlauflösung konnte im Rahmen dieser Arbeit mittels einer 50 Hz-Pulsung in x auf 0.55?m fwhm und in y auf 0.40?m verbessert werden. Durch die Entwicklung mikrostrukturierter Zellträgerfolien wurde das Auffinden der bestrahlten Zellen deutlich erleichtert und somit erstmals Experimente zur gezielten Bestrahlung einzelner Zellkerne ermöglicht.
Die schwersten Schäden, die hochenergetische Ionen in Zellkernen bewirken, sind Doppelstrangbrüche der DNA. Zu deren Reparatur stehen der Zelle verschiedene Mechanismen zur Verfügung. An der Reparatur direkt oder indirekt beteiligte Proteine
wie gH2AX, 53BP1, Rad51 und Mdc1 werden an Doppelstrangbrüchen angehängt und bilden sogenannte Foci aus. Ihre Funktion und Dynamik wurde in dieser Arbeit untersucht. Mittels biochemischer Prozesse wurden diese Proteine nach der Bestrahlung
angefärbt und unter dem Fluoreszenzmikroskop in einer Fokusserie abgebildet. So gewonnene und rechnergestützt entfaltete, dreidimensionale Bilder lieferten die Grundlage für eine quantitative Auswertung der Proteinverteilungen, um so die Dynamik der
Reparaturproteine zu studieren.
In Zeitreihenstudien wurde in der Zellkernmitte innerhalb der ersten 2 – 4 Stunden nach Bestrahlung ein Anwachsen der Focigröße (fwhm) von 1.2?m auf 1.5?m bei gH2AX und von 0.8?m auf 1.1?m bei 53BP1 beobachtet. In den folgenden zwei Stunden
fällt sie wieder in etwa auf den Anfangswert ab, und bleibt über 24 Stunden nahezu konstant. Am Zellkernrand wächst die Größe der gH2AX-Foci von ebenfalls 1.2?m innerhalb der ersten Stunde um knapp 0.1?m an und fällt daraufhin auf ca. 0.8?m
ab.
Des weiteren wurde die Bewegung der geschädigten DNA im Zellkern untersucht. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse sind mit dem Modell einer Diffusion verträglich. Die Diffusionskonstante ließ sich zu (7 · 10^(?7) ± 4 · 10^(?7))?m^2/s bestimmen. Dabei waren keine signifikanten Unterschiede zwischen Zellkernmitte und -rand erkennbar.
Darüber hinaus wurde durch markiertes Bestrahlen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten festgestellt, dass in Zellkernen, die gerade Doppelstrangbrüche reparieren, neu hinzukommende Strahlenschäden eine Unterversorgung von Protein 53BP1 erleiden.
Dieser Effekt tritt auf, wenn die Zeitdauer zwischen den beiden Bestrahlungen unter einer Stunde liegt.
BibTeX:
	@mastersthesis{Hable2004da,
	  author = {Hable, Volker},
	  title = {Untersuchung der Dynamik von DNA-Reparaturproteinen nach Bestrahlung lebender Zellen am Rasterionenmikroskop SNAKE.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2004}
	}
	

1999

Andreas Hauptner:
Der 0°-Spektrograph am Raster-Ionenmikroskop SNAKE.
Technische Universität München, 1999.
Abstract: Das Ziel dieser Arbeit bestand im Aufbau und der Inbetriebnahme des 0°-Spektrographen am Raster-Ionenmikroskop SNAKE. Dieses Instrument erweitert die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des Ionenmikroskops um Transmissionsmessungen mit einer Energieauflösung im Bereich von dE/E   1 x 10^(-5). Dadurch werden sowohl Dickenmessungen mit Auflösungen bis zu einatomaren Schichten als auch ganz grundlegende Experimente möglich, die sich mit der Wechselwirkung zwischen hochenergetischen Ionen und Materie beschäftigen.
Die ionenoptischen Grundlagen des Spektrographen werden ausführlich behandelt. Der vertikale 90°-Magnet als zentrales Element erlaubt dabei eine ionenoptische Abbildung in die Fokalebene mit hoher Qualität. Um die projektierte Energieauflösung
zu erreichen, ist jedoch eine weitergehende, flexible Fokussierung des Ionenstrahls notwendig.
Daher wurde der Spektrograph durch zwei Quadrupol-Linsen vervollständigt.
Um den Spektrographen betreiben zu können, wurde ein CCD (charge coupled device) Zeilensensor als Fokalebenendetektor gewählt. Dieser bietet eine Ortsauflösung von 14µm. Seine prinzipielle Eignung für die Detektion sowohl von leichten wie auch
von schweren Ionen wurde experimentell mit 20 MeV Protonen und 90 MeV Schwefelionen nachgewiesen. Bei 20 MeV Protonen konnten dabei effektive Zählraten von ca. 100kHz erreicht werden. Es zeigte sich, dass die Strahlenbeständigkeit des CCD-
Detektors ausreicht, um auf einem Pixel des Detektors zwischen 10^7 und 10^8 Protonen nachzuweisen.
In ersten Experimenten konnte die Einsetzbarkeit des Spektrographen einschließlich des Fokalebenendetektors demonstriert werden.
Mit 20 MeV Protonen wurde eine relative Energieauflösung von dE_(FWHM)/E = 1.3 x 10^(-4) erreicht und Energieverlustmessungen an Goldfolien durchgeführt. Die Auflösung war hier noch durch den Strahl beschränkt.
In einer Strahlzeit mit 90 MeV Schwefelionen wurde eine relative Energieauflösung von dE_(FWHM)/E = 3.8 x 10^(-5) erreicht. Dadurch scheint die projektierte Energieauflösung und damit auch der Einsatz des 0°-Spektrographen für die geplanten Experimente in absehbarer Zeit möglich.
BibTeX:
	@mastersthesis{Hauptner1999da,
	  author = {Hauptner, Andreas},
	  title = {Der 0°-Spektrograph am Raster-Ionenmikroskop SNAKE.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1999}
	}
	
Patrick Reichart:
Entwicklung eines Detektors zur 3-dimensional ortsauflösenden Wasserstoffanalytik mittels Proton-Proton-Streuung.
Technische Universität München, 1999.
Abstract: Mit dem neuen Raster–Ionenmikroskop SNAKE (Supraleitendes Nanoskop für Angewandte Kernphysikalische Experimente) am Münchener 15MV Tandembeschleuniger wird eine Einrichtung zur Verfügung stehen, mit der 20MeV Protonen bei einem Strahlstrom von 100 pA auf einen Strahlfleck von 100 nm Durchmesser fokussiert werden können. Dies eröffnet die Möglichkeit eines sensitiven, 3–dimensionalen Nachweises von Wasserstoffverteilungen unter Anwendung der sogenannten Proton–Proton–Streuung. Dabei ermöglicht die koinzidente Detektion der gestreuten Projektilprotonen und der rückgestreuten Wasserstoffkerne in Transmissionsrichtung hinter der Probe einen untergrundfreien Nachweis der Proton–Proton–Streuereignisse.
In dieser Arbeit werden die wesentlichen Merkmale der Proton–Proton–Streuung für dieWasserstoffanalytik diskutiert und die experimentellen Anforderungen für ein sensitives Detektorsystem zur tiefenaufgelösten Wasserstoff–Mikroskopie erarbeitet.
Der große Vorteil der Methode ist die geringst mögliche Strahlenschädigung in der Wasserstoffanalytik mit Ionenstrahlen, aufgrund eines gegenüber reiner Coulombstreuung 500–fach überhöhten Streuquerschnitts bei hohen Protonenenergien.
Zusätzlich kann fast der komplette Raumwinkel hinter der Probe für einen Nachweis genutzt werden. Daher wird das Verhältnis des Nachweisquerschnitts zum Schädigungsquerschnitt größer als in irgendeiner vergleichbaren Ionenstrahl–Analysetechnik und eine Wasserstoffanalyse bei Konzentrationen unter 100 ppm oder die Analyse von biologischen Proben jeweils mit sub–?m–Auflösung möglich.
Tiefenprofile von Wasserstoffverteilungen können durch die Analyse der Summenenergie der beiden Protonen gewonnen werden. Durch die hohe Projektilenergie ist zudem eine Untersuchung von Schichtdicken über 200 ?m möglich.
In der Arbeit wurde ein Silizium–Streifendetektor mit 48 Streifen und 16 Sektoren aufgebaut, mit dem es möglich ist, einen Raumwinkel von 2.3 sr für die Proton–Proton–Streuung zu nutzen und gleichzeitig eine optimale Tiefenauflösung zu erreichen. Mit einer Winkelauflösung von unter 1° können die geometrischen Effekte so stark begrenzt werden, daß zur hohen lateralen Auflösung Tiefenauflösungen unter 10 ?m erzielt werden.
Die Signalauslese wurde unter Verwendung einer speziell angepaßten Vielkanal–Elektronik mit einer Integration in das Beschleuniger–Datenaufnahmesystem realisiert. In einem ersten Experiment konnte die Funktion des Detektorsystems und die Sensitivität der Methode demonstriert werden.
BibTeX:
	@mastersthesis{Reichart1999da,
	  author = {Reichart, Patrick},
	  title = {Entwicklung eines Detektors zur 3-dimensional ortsauflösenden Wasserstoffanalytik mittels Proton-Proton-Streuung.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1999}
	}
	

1998

Christian Goeden:
Aufbau einer Quelle hochbrillanter, negativer Ionen.
Technische Universität München, 1998.
BibTeX:
	@mastersthesis{Goeden1998da,
	  author = {Goeden, Christian},
	  title = {Aufbau einer Quelle hochbrillanter, negativer Ionen.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1998}
	}
	

1997

Gerd Datzmann:
Eine supraleitende Multipollinse zur Fokussierung hochenergetischer Ionen.
Technische Universität München, 1997.
BibTeX:
	@mastersthesis{Datzmann1997da,
	  author = {Datzmann, Gerd},
	  title = {Eine supraleitende Multipollinse zur Fokussierung hochenergetischer Ionen.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1997}
	}
	
Created by JabRef on 07/02/2017.