TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Sprenger, Tobias A1 - Riemer, Janine T1 - 1,2,3-Triazol-1,4-diyl-Fluoroionophores for Zn2+, Mg2+ and Ca2+ based on Fluorescence Intensity Enhancements in Water JF - ChemistrySelect N2 - Herein, we represent cation-responsive fluorescent probes for the divalent cations Zn2+, Mg2+ and Ca2+, which show cation-induced fluorescence enhancements (FE) in water. The Zn2+-responsive probes Zn1, Zn2, Zn3 and Zn4 are based on o-aminoanisole-N,N-diacetic acid (AADA) derivatives and show in the presence of Zn2+ FE factors of 11.4, 13.9, 6.1 and 8.2, respectively. Most of all, Zn1 and Zn2 show higher Zn2+ induced FE than the regioisomeric triazole linked fluorescent probes Zn3 and Zn4, respectively. In this set, ZN2 is the most suitable probe to detect extracellular Zn2+ levels. For the Mg2+-responsive fluorescent probes Mg1, Mg2 and Mg3 based on o-aminophenol-N,N,O-triacetic acid (APTRA) derivatives, we also found that the regioisomeric linkage influences the fluorescence responds towards Mg2+ (Mg1+100 mM Mg2+ (FEF=13.2) and Mg3+100 mM Mg2+ (FEF=2.1)). Mg2 shows the highest Mg2+-induced FE by a factor of 25.7 and an appropriate K-d value of 3 mM to measure intracellular Mg2+ levels. Further, the Ca2+-responsive fluorescent probes Ca1 and Ca2 equipped with a 1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid (BAPTA) derivative show high Ca2+-induced FEs (Ca1 (FEF=22.1) and Ca2 (FEF=23.0)). Herein, only Ca1 (K-d=313 nM) is a suitable Ca2+ fluorescent indicator to determine intracellular Ca2+ levels. KW - calcium KW - fluorescence KW - magnesium KW - probes KW - zinc Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/slct.202003695 SN - 2365-6549 VL - 5 IS - 41 SP - 12727 EP - 12735 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Behrends, Nicole T1 - Funktionalisierte OS(T)K-Stäbe und Sensorfluorophore zur optischen Sensorik T1 - Functionalized OS(T)K-rods and dyes for optical sensor systems N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum einen erste Oligospiro(thio)ketal (OS(T)K)-basierte Modellsysteme (molekulare Sonden) für abstandsabhängige Messungen mittels Förster-Resonanz-Energietransfer (FRET) und zum anderen Sensorfluorophore, basierend auf einem DBD-Fluorophor und BAPTA, zur Messung der intrazellulären Calcium-Konzentration dargestellt. Für die Synthese von molekularen Sonden für abstandsabhängige Messungen wurden verschiedenste einfach- und doppelt-markierte OS(T)K-Stäbe entwickelt und spektroskopisch untersucht. Die OS(T)K-Stäbe, sogenannte molekulare Stäbe, dienten als starre Abstandshalter zwischen den Fluorophoren. Als Fluorophore wurden Derivate von 6,7-Dihydroxy-4-methylcoumarin (Donor) und Acyl-DBD (Akzeptor) verwendet, die zusammen ein FRET-Paar bilden. Die Fluorophore wurden so funktionalisiert, dass sie sowohl unbeweglich bzw. „starr“, als auch beweglich bzw. „flexibel“ an den OS(T)K-Stab gebunden werden konnten. Für die Synthese der OS(T)K-Stäbe wurden ebenfalls eine Reihe an unterschiedlich langen und kurzen Stabbausteinen synthetisiert. Auf diese Weise wurden eine Vielzahl an verschiedensten einfach- und doppelt-markierten OS(T)K-Stäben dargestellt, deren Fluorophore sowohl „starr“ als auch „flexibel“ gebunden sind. Die dargestellten Stäbe wurden in verschiedensten Lösungsmitteln spektroskopisch untersucht, um anschließend das Verhalten in Vesikel, die eine biomimetische Umgebung darstellen, zu beurteilen. Es wurde festgestellt, dass sich die Stäbe erfolgreich in die Vesikelmembran einlagerten und hohe FRET-Effizienzen aufweisen. Des Weiteren wurde ein FRET-Paar dargestellt, das sich durch 2-Photonenabsorpion im NIR-Bereich anregen lässt. Es wurde in den lebenden Zellen mittels Fluoreszenzlebenszeitmikroskopie (FLIM) untersucht. Zur Untersuchung von intrazellulärem Calcium wurden zwei verschiedene DBD-Fluorophore über einen kurzen Linker mit dem Calcium-Chelator BAPTA verknüpft. Die dargestellten Fluorophore wurden sowohl in vitro als auch in vivo auf ihre Calcium-Sensitivität überprüft. Mittels FLIM wurden in lebenden Zellen die Fluoreszenzlebenszeitverteilungen der Fluorophore nach Calcium-Konzentrationsänderungen detektiert. N2 - In this work, Oligospiro(thio)ketal (OS(T)K)-based model systems (molecular probes) for distance-dependent measurements by Förster resonance energy transfer (FRET) and sensor dyes, based on [1,3]dioxolo[4,5-f][1,3]benzodioxole (DBD) dyes and BAPTA, for measuring the intracellular calcium concentration, were presented. For synthesis of molecular probes, for distance-dependent measurements, various single and double-labeled OS(T)K rods were developed and examined spectroscopically. The OS(T)K rods, called molecular rods, served as rigid spacers between the fluorophores. The FRET pairs consist of a Coumarin (Cou) dye as donor and a DBD dye as acceptor. Cou and DBD were functionalized in such a way that they could be connected both "rigid" as well as "flexible" to the OS(T)K rod. For synthesis of the OS(T)K rods, a number of different long and short rod units were synthesized. In this way, a variety of different single- and double-labeled OS(T)K rods were presented. The rods were spectroscopically analyzed in various solvents to subsequently evaluate the behavior in large unilamellar vesicles (LUVs) that represent a biomimetic system for cell membranes. It was found that the rods successfully incorporated in the vesicle membrane. Furthermore, a FRET pair was shown that can be excited by 2-photon absorption in the NIR region. It was examined in living cells by fluorescence lifetime microscopy (FLIM). To study intracellular calcium, two different DBD dyes were linked via a short linker to the calcium chelator BAPTA. The dyes were examined for their calcium sensitivity both in vitro and in vivo. Using FLIM, the fluorescence lifetime distributions of the dyes were detected in living cells after calcium concentration changes. KW - DBD KW - Coumarin KW - FRET KW - BAPTA KW - Calcium KW - 2P-FRET KW - OSK KW - OSTK KW - molekulare Stäbe KW - DBD KW - coumarin KW - FRET KW - BAPTA KW - calcium KW - 2P-FRET KW - OSK KW - OSTK KW - molecular rods Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404213 ER - TY - JOUR A1 - Haase, Andrea A1 - Rott, Stephanie A1 - Mantion, Alexandre A1 - Graf, Philipp A1 - Plendl, Johanna A1 - Thünemann, Andreas F. A1 - Meier, Wolfgang P. A1 - Taubert, Andreas A1 - Luch, Andreas A1 - Reiser, Georg T1 - Effects of silver nanoparticles on primary mixed neural cell cultures: Uptake, oxidative stress and acute calcium responses JF - Toxicological sciences N2 - In the body, nanoparticles can be systemically distributed and then may affect secondary target organs, such as the central nervous system (CNS). Putative adverse effects on the CNS are rarely investigated to date. Here, we used a mixed primary cell model consisting mainly of neurons and astrocytes and a minor proportion of oligodendrocytes to analyze the effects of well-characterized 20 and 40 nm silver nanoparticles (SNP). Similar gold nanoparticles served as control and proved inert for all endpoints tested. SNP induced a strong size-dependent cytotoxicity. Additionally, in the low concentration range (up to 10 mu g/ml of SNP), the further differentiated cultures were more sensitive to SNP treatment. For detailed studies, we used low/medium dose concentrations (up to 20 mu g/ml) and found strong oxidative stress responses. Reactive oxygen species (ROS) were detected along with the formation of protein carbonyls and the induction of heme oxygenase-1. We observed an acute calcium response, which clearly preceded oxidative stress responses. ROS formation was reduced by antioxidants, whereas the calcium response could not be alleviated by antioxidants. Finally, we looked into the responses of neurons and astrocytes separately. Astrocytes were much more vulnerable to SNP treatment compared with neurons. Consistently, SNP were mainly taken up by astrocytes and not by neurons. Immunofluorescence studies of mixed cell cultures indicated stronger effects on astrocyte morphology. Altogether, we can demonstrate strong effects of SNP associated with calcium dysregulation and ROS formation in primary neural cells, which were detectable already at moderate dosages. KW - silver nanoparticles KW - neurons KW - oxidative stress KW - protein carbonyls KW - calcium Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1093/toxsci/kfs003 SN - 1096-6080 VL - 126 IS - 2 SP - 457 EP - 468 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Sinn, Cornelia G. T1 - Ion binding to polymers and lipid membranes in aqueous solutions : Ionenbindung an Polymeren und Lipidmembranen in wässrigen Lösungen N2 - Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Ionenbindung an Polymeren und Lipidmembranen in wässrigen Lösungen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener anorganischer Salze und Polyelektrolyte auf die Struktur des Wassers mit Hilfe Isothermer Mikrotitrationskalorimetrie (ITC) erforscht. Die Verdünnungswärme der Salze wurde als Maß für die Fähigkeit der Ionen, die geordnete Struktur des Wassers zu stabilisieren oder zu zerstören, verwendet. Die Verdünnungswärmen konnten auf Hofmeister Effekte zurückgeführt werden. Im Anschluss daran wurde die Bindung von Ca2+ an Natrium- Poly(acrylsäure) (NaPAA) untersucht. Mit Hilfe von ITC und einer Ca2+- selektiven Elektrode wurde die Reaktionsenthalpie und Bindungsisotherme gemessen. Es wurde gezeigt, dass die Binding von Ca2+ - Ionen an NaPAA stark endotherm und daher entropiegetrieben ist. Anschließend wurde die Bindung von Ca2+ an die eindimensionale Polymerkette mit der an ein Lipidvesikel mit denselben funktioniellen Gruppen verglichen. Es wurde beobachtet, dass die Ionenbindung –wie auch im Fall des Polymers- endotherm ist. Ein Vergleich der Ca2+- Bindung an die Lipidmembran mit der an das Polymer konnte zeigen, dass das Ion schwächer an die Membran bindet. Im Zusammenhang mit diesen Experimenten wurde auch beobachtet, dass Ca2+ nicht nur an geladene, sondern auch an zwitterionische Lipidvesikel bindet. Schließlich wurde die Wechselwirkung zweier Salze, KCl and NaCl, mit einem neutralen Polymergel, PNIPAAM, und dem geladenen Polymer PAA untersucht. Mit Hilfe von Kalorimetrie und einer kaliumselektiven Elektrode wurde beobachtet, dass die Ionen mit beiden Polymeren wechselwirken, unabhängig davon, ob diese Ladungen tragen, oder nicht. N2 - The goal of this work was to study the binding of ions to polymers and lipid bilayer membranes in aqueous solutions. In the first part of this work, the influence of various inorganic salts and polyelectrolytes on the structure of water was studied using Isothermal Titration Calorimetry (ITC). The heat of dilution of the salts was used as a scale of water structure making and breaking of the ions. The heats of dilution could be attributed to the Hofmeister Series. Following this, the binding of Ca2+ to poly(sodium acrylate) (NaPAA) was studied. ITC and a Ca2+ Ion Selective Electrode were used to measure the reaction enthalpy and binding isotherm. Binding of Ca2+ ions to PAA, was found to be highly endothermic and therefore solely driven by entropy. We then compared the binding of ions to the one-dimensional PAA polymer chain to the binding to lipid vesicles with the same functional groups. As for the polymer, Ca2+ binding was found to be endothermic. Binding of calcium to the lipid bilayer was found to be weaker than to the polymer. In the context of these experiments, it was shown that Ca2+ not only binds to charged but also to zwitterionic lipid vesicles. Finally, we studied the interaction of two salts, KCl and NaCl, to a neutral polymer gel, PNIPAAM, and to the ionic polymer PAA. Combining calorimetry and a potassium selective electrode we observed that the ions interact with both polymers, whether containing charges or not. T2 - Ion binding to polymers and lipid membranes in aqueous solutions : Ionenbindung an Polymeren und Lipidmembranen in wässrigen Lösungen KW - Ionen KW - Bindung KW - Salz KW - Wasser KW - Struktur KW - Hofmeister KW - Polyelektrolyt KW - Isotherme Titrationskalorimetrie KW - ionenselektive Elektrode KW - Vesikel KW - Calcium KW - Micr KW - ions KW - binding KW - salt KW - water KW - structure KW - Hofmeister KW - polyelectrolyte KW - Isothermal Titration Calorimetry KW - ion selective electrode KW - vesicle KW - calcium KW - micro Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001778 ER -