TY - THES A1 - Schumann, Anne T1 - Development of GIPR antagonists for targeted radiotherapy in neuroendocrine neoplasms N2 - Die Theorie der zielgerichteten Radiotherapie basiert auf der Überexpression von spezifischen Rezeptoren auf der Oberfläche von entarteten Zellen. In präklinischen Studien konnte der Gastric inhibitory polypeptide receptor (GIPR) in besonders hoher Dichte in neuroendokrinen Neoplasien (NENs) identifiziert werden, wohingegen er in gesundem Gewebe kaum vorkommt (Waser 2012). Die Verwendung von Somatostatinrezeptor 2 (SSTR2) bindenden Molekülen, welche mit radioaktiven Isotopen verbunden sind, wird in der klinischen Praxis zur Diagnose und Therapie (Theranostik) von NEN´s eingesetzt, wodurch die Tumorzellen gezielt sichtbar gemacht oder zerstört werden können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung von Molekülen mit besonders hoher Affinität gegenüber dem GIPR zum Einsatz in der zielgerichteten Radiotherapie. Es sollte die Hypothese überprüft werden, ob ein neuartiger GIPR Antagonist bei der Detektion von GIPR-positiven Tumoren, bessere Ergebnisse als der GIPR Agonist GIP(1-30) generieren kann. (Reubi 2017). Darüber hinaus wurde auch ein direkter Vergleich mit dem SSTR2 Agonist DOTATATE und Antagonist JR11 für die Detektion von NENs angestellt. Die im Rahmen der Arbeit entwickelten neuen GIPR-bindenden Antagonisten sind nicht von GIP abgeleitet. Die Konjugation mit DOTA erlaubt die Komplexbildung mit diagnostischen (z.B. 111In) und therapeutischen Radionukliden (z.B. 177Lu). Unter der Vielzahl entwickelten Verbindungen, war das Molekül 3BP-3775 der vielversprechendste Kandidat für eine klinische Weiterentwicklung. Es zeigte sich ein hohe GIPR Affinität und langanhaltende Rezeptorbindung in vitro und darüber hinaus bei in vivo Versuchen eine starke und persistente Aufnahme in den Tumor. Die geringe Verteilung in den Nieren repräsentiert dabei die herausragenden Eigenschaften von 3BP-3775 im Gegensatz zu bereits publizierten Daten mit GIP abgeleiteten Verbindungen (Gourni 2014). Mit 177Lu-3BP-3775 konnte zum ersten Mal eine therapeutische Wirksamkeit eines GIPR-Binders nachgewiesen werden. Mittels in vitro Rezeptor Autoradiographie wurde zudem gezeigt, dass ein neu entwickelter GIPR Antagonist (111In-3BP-3626) eine 6-fach höhere Bindung an gastroenteropankreatische (GEP) und bronchiale NENs zeigt als der heute klinisch relevanteste SSTR2 Agonist DOTATATE. Zwar war die Bindung des SSTR2 Antagonist JR11 vergleichbar stark, jedoch wurde bei JR11 eine deutlich höhere Bindung in gesundem Gewebe detektiert, weshalb sich für 3BP-3626 ein zu favorisierendes Tumor-zu-Hintergrund Bindungsverhältnis errechnen ließ. Die Bindung des GIPR Agonisten 111In GIP(1 30) war in allen untersuchten Proben sehr gering. Anhand der Ergebnisse ergab sich folgende Reihenfolge bei der Beurteilung der untersuchten Verbindung und ihrer Fähigkeit NENs gezielt zu detektieren: 111In 3BP 3626 ~ 111In-JR11> 111In-DOTATATE > 111In-GIP(1-30). Die erfolgreiche Entwicklung von neuartigen Molekülen für zielgerichtete Anwendungen gegen den GIPR bildet das Kernstück der vorliegenden Arbeit. Die erzielten in vitro und in vivo Ergebnisse sind die Grundlage für die Weiterentwicklung des GIPR Antagonisten 3BP-3775 um dessen klinischen Einsatz in der Radiotherapie von GEP- und bronchialen NENs zu realisieren. N2 - Receptors predominantly expressed on tumor cells represent one of the key prerequisites of targeted radiotherapy. The gastric inhibitory polypeptide receptor (GIPR) has emerged as a promising target due to its substantial overexpression in neuroendocrine neoplasms (NENs) and virtual absence in healthy tissues (Waser 2012). So far, only radiolabeled peptides targeting the somatostatin receptor 2 (SSTR2) are approved for targeted radiotherapy of inoperable, metastatic NENs. The aim of this thesis was to develop highly affine GIPR tracers for targeted radiotherapy by continuous in vitro and in vivo characterization of peptide sequence modifications. It was hypothesized that a GIPR antagonist might increase the sensitivity to detect GIPR-positive tumors relative to the agonist GIP(1-30), as shown for SSTR2 tracers (Reubi 2017). Further comparison to the SSTR2 agonist and antagonist (DOTATATE, JR11) should allow compound ranking regarding their ability to detect NENs. The novel GIPR-targeting antagonists were conjugated to DOTA, enabling complexation of diagnostic (e. g. 111In) and therapeutic radionuclides (e. g. 177Lu). Among the high number of compounds screened, 3BP-3775 proved to be the most promising candidate for further preclinical and clinical development. High GIPR affinity and long receptor residence time in vitro were reflected in strong tumor uptake and retention in vivo. Low initial kidney accumulation and fast subsequent clearance represented a major advantage relative to previously described GIPR-targeting molecules (Gourni 2014). Furthermore, administration of 177Lu-3BP-3775 demonstrated for the first time strong therapeutic efficacy of a GIPR-targeting compound. In vitro receptor autoradiography with 111In-3BP-3626 (GIPR antagonist) demonstrated up to 6-fold higher signals in gastroenteropancreatic and bronchial NENs, relative to the clinically utilized SSTR2 agonist 111In-DOTATATE. Both receptor antagonists, however, revealed similar signal strength. In contrast to 111In-JR11, 111In-3BP-3626 showed no binding to non-target tissues, which led to higher tumor-to-background ratios for 111In-3BP-3626. Signal strength of the GIPR agonist 111In-GIP(1-30) was close to background in all investigated tumor samples. The ranking of compounds according to their ability to detect NENs based on autoradiographic signal intensities was determined to be: 111In-3BP-3626 ~ 111In-JR11> 111In-DOTATATE > 111In GIP(1-30). In summary, this thesis proposes the application of the GIPR antagonist 3BP-3775 for a targeted radiotherapy in GEP- and bronchial NENs. KW - Theranostic KW - Neuroendocrine tumors KW - targeted therapy KW - gastric inhibitory polypeptide receptor Y1 - 2022 ER - TY - THES A1 - Dreymann, Nico T1 - Identification and functional characterization of aptamers targeting human urokinase and NDM-1 for therapeutic and diagnostic applications T1 - Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von Aptameren gegen humane Urokinase und NDM-1 für therapeutische und diagnostische Anwendungen N2 - Aptamers are single-stranded DNA (ssDNA) or RNA molecules that can bind specifically and with high affinity to target molecules due to their unique three-dimensional structure. For this reason, they are often compared to antibodies and sometimes even referred to as “chemical antibodies”. They are simple and inexpensive to synthesize, easy to modify, and smaller than conventional antibodies. Enzymes, especially hydrolases, are interesting targets in this context. This class of enzymes is capable of hydrolytically cleaving various macromolecules such as proteins, as well as smaller molecules such as antibiotics. Hence, they play an important role in many biological processes including diseases and their treatment. Hydrolase detection as well as the understanding of their function is therefore of great importance for diagnostics and therapy. Due to their various desirable features compared to antibodies, aptamers are being discussed as alternative agents for analytical and diagnostic use in various applications. The use of aptamers in therapy is also frequently investigated, as the binding of aptamers can have effects on the catalytic activity, protein-protein interactions, or proteolytic cascades. Aptamers are generated by an in vitro selection process. Potential aptamer candidates are selected from a pool of enriched nucleic acid sequences with affinity to the target, and their binding affinity and specificity is investigated. This is one of the most important steps in aptamer generation to obtain specific aptamers with high affinity for use in analytical and diagnostic applications. The binding properties or binding domains and their effects on enzyme functions form the basis for therapeutic applications. In this work, the binding properties of DNA aptamers against two different hydrolases were investigated. In view of their potential utility for analytical methods, aptamers against human urokinase (uPA) and New Delhi metallo-β-lactamase-1 (NDM-1) were evaluated for their binding affinity and specificity using different methods. Using the uPA aptamers, a protocol for measuring the binding kinetics of an aptamer-protein-interaction by surface plasmon resonance spectroscopy (SPR) was developed. Based on the increased expression of uPA in different types of cancer, uPA is discussed as a prognostic and diagnostic tumor marker. As uPA aptamers showed different binding sites on the protein, microtiter plate-based aptamer sandwich assay systems for the detection of uPA were developed. Because of the function of urokinase in cancer cell proliferation and metastasis, uPA is also discussed as a therapeutic target. In this regard, the different binding sites of aptamers showed different effects on uPA function. In vitro experiments demonstrated both inhibition of uPA binding to its receptor as well as the inhibition of uPA catalytic activity for different aptamers. Thus, in addition to their specificity and affinity for their targets, the utility of the aptamers for potential diagnostic and therapeutic applications was demonstrated. First, as an alternative inhibitor of human urokinase for therapeutic purposes, and second, as valuable recognition molecules for the detection of urokinase, as a prognostic and diagnostic marker for cancer, and for NDM-1 to detect resistance to carbapenem antibiotics. N2 - Aptamere sind einzelsträngige DNA- oder RNA-Moleküle, die aufgrund ihrer charakteristischen dreidimensionalen Struktur spezifisch und mit hoher Affinität an Zielmoleküle binden. Häufig werden sie mit Antikörpern verglichen und als „chemische Antikörper“ bezeichnet. Sie sind einfach und kostengünstig zu synthetisieren, leicht zu modifizieren und kleiner als herkömmliche Antikörper. Enzyme, insbesondere Hydrolasen, sind hierbei unter anderem interessante Zielmoleküle. Diese Klasse von Enzymen ist in der Lage verschiedene Makromoleküle wie z.B. Proteine, aber auch kleinere Moleküle, wie z.B. Antibiotika, hydrolytisch zu spalten. Sie spielen in vielen biologischen Prozessen und somit auch in Erkrankungen und deren Behandlung eine wichtige Rolle. Daher ist ihre Detektion, sowie das Verständnis ihrer Funktion für die Diagnostik und Therapie von hoher Bedeutung. Durch ihre Vorteile gegenüber Antikörpern werden Aptamere als Alternativen für den analytischen und diagnostischen Einsatz in verschiedenen Applikationen diskutiert. Der Einsatz von Aptameren in der Therapie wird ebenfalls häufig untersucht, da die Bindung der Aptamere Auswirkungen auf die katalytische Aktivität, Protein-Protein-Interaktionen oder proteolytische Kaskaden haben kann. Aptamere werden mittels in vitro Selektion generiert. Aus einem Pool angereicherter Nukleinsäuren mit Affinität zum Zielmolekül werden anschließend potentielle Aptamerkandidaten identifiziert und ihre Bindung zum Zielmolekül untersucht. Dies ist einer der wichtigsten Schritte in der Aptamergenerierung, um spezifische Aptamere mit hoher Affinität für den späteren Einsatz in analytischen und diagnostischen Applikationen zu erhalten. Die Bindungseigenschaften einschließlich der Bindedomänen und deren Auswirkungen auf die Funktion des Zielmoleküls stellen die Grundlage für spätere therapeutische Anwendungen dar. In dieser Arbeit wurden die Bindungseigenschaften von DNA Aptameren gegen zwei verschiedene Hydrolasen untersucht. Für den potentiellen Nutzen in analytischen Methoden wurden Aptamere gegen die humane Urokinase (uPA), sowie gegen die New-Delhi metallo β-lactamase-1 (NDM-1) mittels molekularbiologischer Methoden auf deren Bindungsaffinität und Spezifität untersucht. Anhand der uPA-Aptamere wurde ein Protokoll für die Messung der Bindungskinetik einer Aptamer-Protein-Bindung mittels Oberflächenplasmonenresonanz Spektroskopie (SPR) entwickelt. Durch die erhöhte Expression von uPA in vielen Krebserkrankungen, wird dieser als prognostischer und diagnostischer Tumormarker diskutiert. Die in dieser Arbeit untersuchten Aptamere gegen die Urokinase zeigten unterschiedliche Bindestellen, wodurch Aptamer-basierte Sandwich Assay Systeme auf Mikrotiterplattenbasis für die Detektion von uPA etabliert werden konnten. Durch die Funktion der Urokinase in der Zellproliferation und Metastasierung in Krebserkrankungen wird uPA ebenfalls als therapeutisches Zielprotein diskutiert. Hierbei zeigten die unterschiedlichen Bindestellen der Aptamere verschiedene Auswirkungen auf die Funktion von uPA. Mittels in vitro Experimenten konnte die Inhibierung der Bindung von uPA zu ihrem Rezeptor, sowie die Inhibierung der katalytischen Aktivität von uPA mit Hilfe verschiedener Aptamere nachgewiesen werden. Somit wurde für die Aptamere, neben ihrer Spezifität und Affinität zu ihren Zielmolekülen, der Nutzen für potentielle diagnostische und therapeutische Anwendungen gezeigt. Zum einen als alternativer Inhibitor der Urokinase für therapeutische Zwecke, als auch als wertvolle Erkennungsmoleküle für den Nachweis von Urokinase, als prognostischer und diagnostischer Marker für Krebserkrankungen, sowie für NDM-1, zum Nachweis der Resistenz gegen Carbapenem-Antibiotika. KW - DNA-Aptamer KW - protein-aptamer interaction KW - Surface Plasmon Resonance (SPR) KW - Microscale Thermophoresis (MST) KW - aptamer-based sandwich assay KW - cancer biomarker KW - cancer therapy KW - cancer detection KW - Urokinase-type Plasminogen Activator (uPA) KW - antibiotic resistance KW - New Delhi metallo-β-lactamase 1 (NDM-1) KW - DNA-Aptamer KW - Microscale Thermophoresis (MST) KW - Neu-Delhi Metallo-Beta-Laktamase 1 (NDM-1) KW - Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR-Spektroskopie) KW - Urokinase-Typ Plasminogen Aktivator (uPA) KW - Antibiotikaresistenz KW - Sandwich-Assay auf Basis von Aptameren KW - Krebsbiomarker KW - Krebserkennung KW - Krebstherapie KW - Protein-Aptamer Interaktion Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-612919 ER - TY - THES A1 - Danckert, Lena T1 - Immunscreening Virulenz-adaptierter Expressionsbibliotheken aus einem in vitro Infektionsmodell mit Salmonella Enteritidis T1 - Immunoscreening of virulence adapted expressionlibraries of an in vitro infection model with salmonella enteritidis N2 - Die Folgen einer lebensmittelbedingten Erkrankung sind zum Teil gravierend, insbesondere für Kinder und immunsupprimierte Menschen. Hierbei gehören Salmonella und Campylobacter zu den häufigsten Erregern, die verantwortlich für gastrointestinale Erkrankungen in Deutschland sind. Trotz umfassender Maßnahmen der EU zur Prävention und Bekämpfung von Salmonellen in Geflügelbeständen und der Lebensmittel-Industrie, wird von einem stagnierenden Trend von Infektionszahlen berichtet. Zoonose-Erreger wie Salmonellen können über Nutztiere in die Nahrungskette des Menschen gelangen, wodurch sich Infektionsherde schnell ausbreiten können. Dabei sind bestehende Präventionsstrategien für Geflügel vorhanden, die aber nicht auf den Menschen übertragbar sind. Folglich sind Diagnostik und Prävention in der Lebensmittelindustrie essentiell. Deshalb besteht ein hoher Bedarf für spezifische, sensitive und zuverlässige Nachweismethoden, die eine Point-of-care Diagnostik gewährleisten. Durch ein wachsendes Verständnis der wirtsspezifischen Faktoren von S. enterica Serovaren kann die Entwicklung sowohl neuartiger diagnostischer Methoden, als auch neuartiger Therapien und Impfstoffe maßgeblich vorangetrieben werden. Infolgedessen wurde in dieser Arbeit ein infektionsähnliches in vitro Modell für S. Enteritidis etabliert und darauf basierend eine umfassende Untersuchung zur Identifizierung neuer Zielstrukturen für den Erreger durchgeführt. Während einer Salmonellen-Infektion ist die erste zelluläre Barriere im Wirt die Epithelschicht. Dementsprechend wurde eine humane Zelllinie (CaCo 2, Darmepithel) für die Pathogen-Wirt-Studie ausgewählt. Das Salmonellen-Transkriptom und morphologische Eigenschaften der Epithelzellen wurden in verschiedenen Phasen der Salmonellen-Infektion untersucht und mit bereits gut beschriebenen Virulenzfaktoren und Beobachtungen in Bezug gesetzt. Durch dieses Infektionsmodell konnte ein spezifischer Phänotyp für die intrazellulären Salmonellen in den Epithelzellen nachgewiesen werden. Zudem wurde aufgezeigt, dass bereits die Kultivierung in Flüssigmedium einen invasionsaktiven Zustand der Salmonellen erzeugt. Allerdings wurde durch die Kokultivierung mit Epithelzellen eine zusätzliche Expression relevanter Gene induziert, um eine effiziente Adhäsion und Transmembran-Transport zu gewährleisten. Letzterer ist charakteristisch für die intrazelluläre Limitierung von Nährstoffen und prägt den infektionsrelevanten Status. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ergab sich ein Phänotyp, der eindeutig Mechanismen zur Wirtsadaptation und möglicherweise auch Pathogenese aufzeigt. Die intrazellulären Bakterien müssen vom Wirt separiert werden, was ein wesentlicher Schritt für Pathogen-bestimmende Analysen ist. Hierbei wurde mithilfe einer Detergenz-basierten Lyse der eukaryotischen Zellmembran und differentieller Zentrifugation, der eukaryotische Eintrag minimal gehalten. Unter Verwendung der Virulenz-adaptierten Salmonellen wurden Untersuchungen in Hinblick auf die Identifizierung neuer Zielstrukturen für S. Enteritidis durchgeführt. Mithilfe eines immunologischen Screenings wurden neue potentielle Antigene entdeckt. Zu diesem Zweck wurden bakterielle cDNA-basierte Expressionsbibliotheken hergestellt, die durch eine vereinfachte Microarray-Anwendung ein Hochdurchsatzscreening von Proteinen als potentielle Binder ermöglichen. Folglich konnten neue unbeschriebene Proteine identifiziert werden, die sich durch eine Salmonella-Spezifität oder Membranständigkeit auszeichnen. Ebenso wurde ein Vergleich der im Screening identifizierten Proteine mit der Regulation der kodierenden Gene im infektionsähnlichen Modell durchgeführt. Dabei wurde deutlich, dass die Häufigkeit von Transkripten einen Einfluss auf die Verfügbarkeit in der cDNA-Bibliothek und folglich auch auf die Expressionsbibliothek nimmt. Angesichts eines Ungleichgewichts zwischen der Gesamtzahl protein-kodierender Gene in S. Enteritidis zu möglichen Klonen, die während des Microarray-Screenings untersucht werden können, besteht der Bedarf einer Anreicherung von Proteinen in der Expressionsbibliothek. Das infektionsähnliche Modell zeigte, dass nicht nur Virulenz-assoziierte, sondern auch Stress- und Metabolismus-relevante Gene hochreguliert werden. Durch die Konstruktion dieser spezifischen cDNA-Bibliotheken ist die Erkennung von charakteristischen molekularen Markern gegeben. Weiterhin wurden anhand der Transkriptomanalyse spezifisch hochregulierte Gene identifiziert, die relevant für das intrazelluläre Überleben von S. Enteritidis in humanen Epithelzellen sind. Hiervon wurden drei Gene näher untersucht, indem ihr Einfluss im infektionsähnlichen Modell mittels entsprechender Gen-Knockout-Stämme analysiert wurde. Dabei wurde für eine dieser Mutanten ein reduziertes Wachstum in der späten intrazellulären Phase nachgewiesen. Weiterführende in vitro Analysen sind für die Charakterisierung des Knockout-Stamms notwendig, um den Einsatz als potenzielles Therapeutikum zu verifizieren. Zusammenfassend wurde ein in vitro Infektionsmodell für S. Enteritidis etabliert, wodurch neue Zielstrukturen des Erregers identifiziert wurden. Diese sind für diagnostische oder therapeutische Anwendungen interessant. Das Modell lässt sich ebenso für andere intrazelluläre Pathogene übertragen und gewährleistet eine zuverlässige Identifizierung von potentiellen Antigenen. N2 - The outcomes of food-borne diseases are in part severe, especially for children and immunocompromised people. Salmonella and Campylobacter are among the most common pathogens responsible for gastrointestinal diseases in Germany. Despite the comprehensive EU efforts to prevent and control salmonella in poultry flocks and the food industry, a trend of stagnating outbreaks is reported. Zoonotic agents like salmonella can enter the human food chain through livestock, allowing colonies to spread rapidly. There are existing prevention strategies for poultry, but they are not transferable to humans. Consequently, diagnostics and prevention are essential in the food industry. Therefore, a high demand exists for specific, sensitive and reliable detection methods that guarantee point-of-care diagnostics. Through a growing understanding of the host-specific factors of S. enterica serovars, the development of novel diagnostic methods as well as novel therapies and vaccines can be significantly advanced. As a result, an infection-like in vitro model for S. Enteritidis was established and a comprehensive study was conducted to identify new target structures for the pathogen. During a salmonella infection, the first cellular barrier in the host is the epithelial layer. Accordingly, a human cell line (CaCo-2, intestinal epithelium) was selected for the pathogen-host study. The salmonella transcriptome and morphological properties of epithelial cells were studied at different stages of salmonella infection and were compared with well-described virulence factors and findings. Through this infection model, a specific phenotype for intracellular salmonella in epithelial cells could be detected. In addition, it was shown that cultivation in liquid medium already induces an invasion-active state of salmonella. However, co-cultivation with epithelial cells induced additional expression of specific genes to ensure efficient adhesion and transport of the membrane. The latter is characteristic for the intracellular limitation of nutrients and determines the infection-relevant status. Taking these factors into account, a phenotype with clear mechanisms for host adaptation and also potentially pathogenesis was observed. The intracellular bacteria must be separated from the host, which is an essential step for pathogen-determined analyses. With the help of detergent-based lysis of the eukaryotic cell membrane and differential centrifugation, the eukaryotic input was kept to a minimum. Using virulence-adapted Salmonella RNA, experiments were conducted to identify new target structures for S. Enteritidis. With the help of immunological screening, new potential antigens were discovered. For this purpose, bacterial cDNA-based expression libraries were created that enable high-throughput protein screening through a simplified microarray application providing potential binders. Consequently, new undescribed proteins characterised by salmonella specificity or membrane origin could be identified. A comparison of the identified screening proteins with the regulation of the coding genes in the infection-like model was also carried out. It became clear that the frequency of transcripts has an influence on their availability in the cDNA library and consequently also on the expression library. Given an imbalance between the total number of protein-coding genes in S. Enteritidis and possible clones that can be tested during microarray screening, there is a need for protein enrichment in the expression library. The infection-like model showed that not only genes associated with virulence but also genes relevant to stress and metabolism are upregulated. The construction of such specific cDNA libraries enables the recognition of characteristic molecular markers. Furthermore, transcriptome analysis was used to identify specifically up-regulated genes that are relevant for the intracellular survival of S. Enteritidis in human epithelial cells. Three of these genes were investigated in more detail by examining their influence in the infection-like model using corresponding gene knockout strains. For one of these mutants, reduced growth in the late intracellular phase was proven. Further in vitro analyses are necessary for the characterization of the knockout strain in order to verify its use as a potential therapeutic agent. In summary, an in vitro infection model for S. Enteritidis was established, which revealed new target structures of the pathogen. These are interesting for diagnostic or therapeutic applications. The model can also be transferred to other intracellular pathogens and provides reliable identification of potential antigens. KW - Diagnostik KW - Immunscreening KW - Salmonellen KW - diagnostic KW - immunoscreening KW - salmonella Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421108 ER - TY - THES A1 - Michelchen, Sophia T1 - Etablierung einer Antigen-spezifischen Aktivierung von B-Lymphozyten in vitro N2 - Monoklonale Antikörper sind essenzielle Werkzeuge in der modernen Laboranalytik sowie in der medizinischen Therapie und Diagnostik. Die Herstellung monoklonaler Antikörper ist ein zeit- und arbeitsintensiver Prozess. Herkömmliche Methoden beruhen auf der Immunisierung von Labortieren, die mitunter mehrere Monate in Anspruch nimmt. Anschließend werden die Antikörper-produzierenden B-Lymphozyten bzw. deren Antikörpergene isoliert und in Screening-Verfahren untersucht, um geeignete Binder zu identifizieren. Der Transfer der humoralen Immunantwort in eine in vitro Umgebung erlaubt eine Verkürzung des Prozesses und umgeht die Notwendigkeit der in vivo Immunisierung. Das komplexe Zusammenspiel aller involvierten Immunzellen in vitro abzubilden, stellt sich allerdings als schwierig dar. Der Schwerpunkt dieser Arbeit war deshalb die Realisierung einer vereinfachten In vitro Immunisierung, die sich auf die Protagonisten der Antikörper-Produktion konzentriert: die B-Lymphozyten. Darüber hinaus sollte eine permanente Zelllinie etabliert werden, die zur Antikörper-Herstellung eingesetzt werden und die Verwendung von Primärzellen ersetzen würde. Im ersten Teil der Arbeit wurde ein Protokoll zur In vitro Immunisierung muriner BLymphozyten etabliert. In Vorversuchen wurden die optimalen Konditionen für die Antigenspezifische Aktivierung gereinigter Milz-B-Lymphozyten aus nicht-immunisierten Mäusen determiniert. Dazu wurde der Einfluss verschiedener Stimuli auf die Produktion unspezifischer und spezifischer Antikörper untersucht. Eine Kombination aus dem Modellantigen VP1 (Hamster Polyomavirus Hüllprotein 1), einem Anti-CD40-Antikörper, Interleukin 4 (IL 4) und Lipopolysaccharid (LPS) oder IL 7 induzierte nachweislich eine Antigen-spezifische Antikörper-Antwort in vitro. Als Indikatoren einer erfolgreichen Aktivierung der B-Lymphozyten infolge der in vitro Stimulation wurden die rapide Proliferation und die Expression charakteristischer Aktivierungsmarker auf der Zelloberfläche nachgewiesen. In einer Zeitreihe über zehn Tage wurde am zehnten Tag der In vitro Immunisierung die verhältnismäßig höchste Konzentration Antigen-spezifischer IgG-Antikörper im Kulturüberstand der stimulierten Zellen nachgewiesen. Als nächster Schritt sollte eine permanente Zelllinie hergestellt werden, die statt primärer BLymphozyten für die zuvor etablierte In vitro Immunisierung eingesetzt werden könnte. Zu diesem Zweck wurden retrovirale Vektoren hergestellt, die durch den Transfer verschiedener Onkogene in murine B-Lymphozyten bzw. deren Vorläuferzellen das Proliferationsverhalten der Zellen manipulieren sollen. Es wurden Retroviren mit Doxycyclin-induzierbaren Expressionskassetten mit den Onkogenen cmyc, Bcl2, BclxL und dem Fusionsgen NUP98HOXB4 generiert. Eine Testzelllinie wurde erfolgreich mit den hergestellten Retroviren transduziert und die Funktionalität der hergestellten Viren anhand verschiedener Assays belegt. Die transferierten Gene konnten in der Testzelllinie auf DNAEbene nachgewiesen oder die Überexpression der entsprechenden Proteine im Western Blot detektiert werden. Es wurden schließlich B-Lymphozyten bzw. unreife Vorläuferzellen derselben mit den generierten Retroviren transduziert und mit Knochenmark-ähnlichen Stromazellen co-kultiviert. Aus keinem der transduzierten Ansätze konnte bisher eine Zelllinie oder eine Langzeit-Kultur etabliert werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde die Effektivität und Übertragbarkeit des zuvor etablierten Protokolls zur In vitro Immunisierung muriner B-Lymphozyten anhand verschiedener Antigene gezeigt. Es konnten in vitro spezifische IgG-Antworten gegen VP1, Legionella pneumophila und das Protein Mip, von dem ein Peptid in das zur Immunisierung eingesetzte VP1 integriert wurde, induziert werden. Die stimulierten B-Lymphozyten wurden durch Fusion mit Myelomzellen in permanente Antikörper-produzierende Zelllinien transformiert. Dabei konnten mehrere Hybridomzelllinien generiert werden, die spezifische IgGAntikörper gegen VP1 oder Mip produzieren. Die generierten Antikörper konnten sowohl im Western Blot als auch im ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) das entsprechende Antigen spezifisch binden. Die hier etablierte In vitro Immunisierung bietet eine effektive Alternative zu bisherigen Verfahren zur Herstellung spezifischer Antikörper. Sie ersetzt die Immunisierung von Versuchstieren und reduziert den Zeitaufwand erheblich. In Kombination mit der Hybridomtechnologie können die in vitro immunisierten Zellen, wie hier demonstriert, zur Generation von Hybridomzelllinien und zur Herstellung monoklonaler Antikörper genutzt werden. Um die Verwendung von Versuchstieren in dieser Methode durch eine adäquate permanente Zelllinie zu ersetzen, muss die genetische Veränderung von B-Lymphozyten und unreifen hämatopoetischen Zellen optimiert werden. Die Ergebnisse bieten eine Basis für eine universelle, Spezies-unabhängige Methodik zur Antikörperherstellung und für die Etablierung einer idealen, tierfreien In vitro Immunisierung. N2 - Monoclonal antibodies are essential tools in modern analytics as well as medical therapy and diagnostics. The production of such is a time consuming and labor intensive process. Common methods rely on the immunization of laboratory animals which comprises up to several months. Subsequently antibody producing B lymphocytes or their antibody coding genes are isolated and screened for suitable binders. The transfer of the humoral immune reaction into an in vitro setting allows to shorten this process and circumvents the necessity of in vivo immunization. The imitation of the complex interaction between all involved immune cells however is difficult to mimic in vitro. Consequently, the main focus of this thesis was the establishment of a simplified in vitro immunization focusing only on the protagonists of antibody production: B lymphocytes. Furthermore a permanent cell line should be generated for the implementation in antibody production and to replace the use of primary cells. In the first part of this work a protocol for the in vitro immunization of murine B lymphocytes was established. In preliminary experiments the optimal conditions for the antigen specific activation of spleen B lymphocytes isolated from non-immunized mice were determined. Therefore the influence of various stimuli on the production of unspecific and specific antibodies was investigated. A combination of the model antigen VP1 (Hamster Polyomavirus capsid protein 1), an anti-CD40 antibody, interleukin 4 (IL 4) and lipopolysaccharide (LPS) or IL 7 evidently induced an antigen specific antibody response in vitro. To proof successful B lymphocyte activation following the in vitro stimulation rapid cell proliferation and the expression of characteristic activation markers on cell surfaces were shown. Over the course of ten days of in vitro immunization the production of antigen specific IgG antibodies in the supernatant of stimulated B lymphocytes was monitored peaking on day ten. Next a permanent cell line was to be established for replacing primary B lymphocytes in the previously established in vitro immunization. For this purpose several retroviral vectors were generated to manipulate the proliferative behavior of B lymphocytes or their progenitor cells by transferring different oncogenes into those cells. Retroviruses with doxycycline inducible expression cassettes carrying the oncogenes cmyc, Bcl2, BclxL and the fusion gene NUP98HOXB4 were generated. A model cell line was successfully transduced with the generated retroviruses. The functionality of these viruses was shown in several assays. In the model cell line the transferred genes were shown to be part of their genome or the overexpression of the corresponding proteins was shown in Western Blots or fluorescent microscopy. Finally, B lymphocytes or respectively immature progenitor cells of such were transduced with the generated retroviruses and co-cultured with bone marrow-like stroma cells. Cells could be cultured for several weeks past their natural lifespan. However, none of the approaches led to the generation of a permanent cell line or the establishment of a long term culture system. In the final part of this thesis the effectivity and transferability of the previously established protocol for the in vitro immunization of murine B lymphocytes was shown by applying various antigens. Specific IgG responses were induced in vitro against VP1, Legionella pneumophila and the protein Mip, a peptide of which had been included in a VP1 carrier protein used for immunization. The stimulated B lymphocytes were fused with myeloma cells to produce permanent antibody secreting cell lines. Thereby several hybridoma cell lines were generated producing specific IgG antibodies against VP1 or Mip. The generated antibodies were purified and shown to specifically bind their antigen in ELISA and Western Blot. This protocol for in vitro immunization presented here poses an effective alternative to conventional methods for the production of specific antibodies. It replaces the immunization of laboratory animals and greatly reduces the time needed. As shown here, in combination with the hybridoma technology these in vitro immunized cells can be used for the generation of hybridoma cell lines and subsequently for the production of monoclonal antibodies. To replace the use of laboratory animals used in this method by a permanent cell line the genetic manipulation of B lymphocytes and immature hematopoietic cells needs to be optimized. The results provide a foundation for a universal, species-independent method for antibody production and for the establishment of an ideal, animal-free in vitro immunization. KW - B-Lymphozyten KW - Antikörper KW - Antibodies KW - B lymphocytes KW - in vitro immunization KW - In vitro-Immunisierung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-530272 ER - TY - THES A1 - Sun, Xianlei T1 - Elasticity of fiber meshes derived from multiblock copolymers influences cell behaviors T1 - Elastizität von Fasergeweben abgeleitet Multiblockcopolymere beeinflussen das Zellverhalten. N2 - Objective: The behaviors of endothelial cells or mesenchymal stem cells are remarkably influenced by the mechanical properties of their surrounding microenvironments. Here, electrospun fiber meshes containing various mechanical characteristics were developed from polyetheresterurethane (PEEU) copolymers. The goal of this study was to explore how fiber mesh stiffness affected endothelial cell shape, growth, migration, and angiogenic potential of endothelial cells. Furthermore, the effects of the E-modulus of fiber meshes on human adipose-derived stem cells (hADSCs) osteogenic potential was investigated. Methods: Polyesteretherurethane (PEEU) polymers with various poly(p-dioxanone) (PPDO) to poly (ε-caprolactone) (PCL) weight percentages (40 wt.%, 50 wt.%, 60 wt.%, and 70 wt.%) were synthesized, termed PEEU40, PEEU50, PEEU60, and PEEU70, accordingly. The electrospinning method was used for the preparation of PEEU fiber meshes. The effects of PEEU fiber meshes with varying elasticities on the human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) shape, growth, migration and angiogenic potential were characterized. To determine how the E-modulus of fiber meshes affects the osteogenic potential of hADSCs, the cellular and nuclear morphologies and osteogenic differentiation abilities were evaluated. Results: With the increasing stiffness of PEEU fiber meshes, the aspect ratios of HUVECs cultivated on PEEU materials increased. HUVECs cultivated on high stiffness fiber meshes (4.5 ± 0.8 MPa) displayed a considerably greater proliferation rate and migratory velocity, in addition demonstrating increased tube formation capability, compared with those of the cells cultivated on lower stiffness fiber meshes (2.6 ± 0.8 MPa). Furthermore, in comparison to those cultivated on lower stiffness fiber meshes, hADSCs adhered to the highest stiffness fiber meshes PEEU70 had an elongated shape. The hADSCs grown on the softer PEEU40 fiber meshes showed a reduced nuclear aspect ratio (width to height) than those cultivated on the stiffer fiber meshes. Culturing hADSCs on stiffer fibers improved their osteogenic differentiation potential. Compared with cells cultured on PEEU40, osteocalcin expression and alkaline phosphatase (ALP) activity increased by 73 ± 10% and 43 ± 16%, respectively, in cells cultured on PEEU70. Conclusion: The mechanical characteristics of the substrate are crucial in the modulation of cell behaviors. These findings indicate that adjusting the elasticity of fiber meshes might be a useful method for controlling the blood vessels development and regeneration. Furthermore, the mechanical characteristics of PEEU fiber meshes might be modified to control the osteogenic potential of hADSCs. N2 - Ziel: Das Verhalten von Endothelzellen oder mesenchymalen Stammzellen wird erheblich von den mechanischen Eigenschaften der Mikroumgebung beeinflusst. Hier wurden elektrogesponnene Fasernetze mit unterschiedlicher Elastizität aus Polyetheresterurethan (PEEU) hergestellt. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Elastizität von Fasernetzen auf die Zellmorphologie, Proliferation, Migration und Angiogenese von Endothelzellen zu untersuchen. Außerdem war der Einfluss des E-Moduls von Fasersubstraten auf die Bindung an die Abstammungslinie von humanen Fettstammzellen (hADSCs) untersucht. Methoden: Polyesteretherurethane (PEEU) mit unterschiedlichen Poly(p-dioxanon) (PPDO) to Poly (ε-Caprolacton) （PCL）-Gewichtsverhältnissen (40:60, 50:50, 60:40, 70:30) wurden synthetisiert und als PEEU40, PEEU50, PEEU60 bzw. PEEU70 bezeichnet. Die Fasernetze wurden durch Elektrospinnen von PEEU hergestellt. Dann wurden humane Endothelzellen der Nabelschnurvene (HUVECs) auf diesen elektrogesponnenen Fasernetzen aus Polyetheresterurethan (PEEU) kultiviert, die sich in ihrer Elastizität unterscheiden. Zellmorphologie, Proliferation, Migration und Angiogenese von Endothelzellen auf den abbaubaren Substraten wurden charakterisiert. Für den Einfluss des E-Moduls von Fasersubstraten auf die Bindung an die Abstammungslinie von hADSCs-Zellen und die Kernmorphologie wurde die Fähigkeit zur osteogenen Differenzierung bewertet. Ergebnisse: Das Aspektverhältnis von HUVECs, die auf den Fasernetzen aus PEEU-Materialien kultiviert wurden, nahm mit zunehmender Steifheit der Materialien zu. HUVECs, die auf Fasernetzen mit hoher Steifheit (Young-Modul E = 4,5 ± 0,8 MPa) kultiviert wurden, zeigten eine höhere Proliferationsrate und eine signifikant schnellere Migrationsgeschwindigkeit sowie ein höheres Röhrenbildungsvermögen als die Zellen, die auf Fasernetzen mit niedriger Steifheit kultiviert wurden (E = 2,6 ± 0,8 MPa). Des Weiteren zeigten an steiferen PEEU70-Fasernetzen (PPDO: PCL = 70:30) gebundene hADSCs eine verlängerte Morphologie im Vergleich zu jenen, die auf weicheren Fasern kultiviert wurden. Das Kernaspektverhältnis (Breite gegen Länge eines Kerns) von hADSCs, die auf weicheren PEEU40-Fasern (PPDO: PCL = 40:60) kultiviert wurden, war niedriger als auf steiferen Fasern. Die osteogene Differenzierung von hADSCs wurde durch Kultivierung auf steiferen Fasern verstärkt. Im Vergleich zu PEEU40 wurde in Zellen auf PEEU70 eine 73 ± 10% ige Steigerung der Osteocalcin-Expression und eine 34 ± 16% ige Steigerung der Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) beobachtet. Schlussfolgerung: Die mechanischen Eigenschaften des Substrats spielen eine Schlüsselrolle bei der Modulation des Zellverhaltens. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Einstellen der Elastizität der Fasernetze eine potenzielle Strategie zur Modulation der Bildung oder Regeneration von Blutgefäßen sein könnte. Darüber hinaus könnte die Differenzierung von hADSCs durch die Anpassung der mechanischen Eigenschaften von elektrogesponnenen Fasern gestaltet werden. KW - PEEU KW - fiber mesh scaffolds KW - osteogenesis KW - angiogenesis KW - stiffness KW - hADSC KW - HUVEC KW - HUVEC KW - PEEU KW - Angiogenese KW - Gerüste aus Fasergeflecht KW - hADSC KW - Osteogenese KW - Steifheit Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535285 ER - TY - THES A1 - Bhaskar, Thanga Bhuvanesh Vijaya T1 - Biomimetic layers of extracellular matrix glycoproteins as designed biointerfaces N2 - The goal of regenerative medicine is to guide biological systems towards natural healing outcomes using a combination of niche-specific cells, bioactive molecules and biomaterials. In this regard, mimicking the extracellular matrix (ECM) surrounding cells and tissues in vivo is an effective strategy to modulate cell behaviors. Cellular function and phenotype is directed by the biochemical and biophysical signals present in the complex 3D network of ECMs composed mainly of glycoproteins and hydrophilic proteoglycans. While cellular modulation in response to biophysical cues emulating ECM features has been investigated widely, the influence of biochemical display of ECM glycoproteins mimicking their presentation in vivo is not well characterized. It remains a significant challenge to build artificial biointerfaces using ECM glycoproteins that precisely match their presentation in nature in terms of morphology, orientation and conformation. This challenge becomes clear, when one understands how ECM glycoproteins self-assemble in the body. Glycoproteins produced inside the cell are secreted in the extra-cellular space, where they are bound to the cell membrane or other glycoproteins by specific interactions. This leads to elevated local concentration and 2Dspatial confinement, resulting in self-assembly by the reciprocal interactions arising from the molecular complementarity encoded in the glycoprotein domains. In this thesis, air-water (A-W) interface is presented as a suitable platform, where self-assembly parameters of ECM glycoproteins such as pH, temperature and ionic strength can be controlled to simulate in vivo conditions (Langmuir technique), resulting in the formation of glycoprotein layers with defined characteristics. The layer can be further compressed with surface barriers to enhance glycoprotein-glycoprotein contacts and defined layers of glycoproteins can be immobilized on substrates by horizontal lift and touch method, called Langmuir-Schäfer (LS) method. Here, the benefit of Langmuir and LS methods in achieving ECM glycoprotein biointerfaces with controlled network morphology and ligand density on substrates is highlighted and contrasted with the commonly used (glyco)protein solution deposition (SO) method on substrates. In general, the (glyco)protein layer formation by SO is rather uncontrolled, influenced strongly by (glyco)protein-substrate interactions and it results in multilayers and aggregations on substrates, while the LS method results in (glyco)proteins layers with a more homogenous presentation. To achieve the goal of realizing defined ECM layers on substrates, ECM glycoproteins having the ability to self-assemble were selected: Collagen-IV (Col-IV) and fibronectin (FN). Highly packed FN layer with uniform presentation of ligands was deposited on polydimethysiloxane VIII (PDMS) by LS method, while a heterogeneous layer was formed on PDMS by SO with prominent aggregations visible. Mesenchymal stem cells (MSC) on PDMS equipped with FN by LS exhibited more homogeneous and elevated vinculin expression and weaker stress fiber formation than on PDMS equipped with FN by SO and these divergent responses could be attributed to the differences in glycoprotein presentation at the interface. Col-IV are scaffolding components of specialized ECM called basement membranes (BM), and have the propensity to form 2D networks by self-polymerization associated with cells. Col- IV behaves as a thin-disordered network at the A-W interface. As the Col-IV layer was compressed at the A-W interface using trough barriers, there was negligible change in thickness (layer thickness ~ 50 nm) or orientation of molecules. The pre-formed organization of Col-IV was transferred by LS method in a controlled fashion onto substrates meeting the wettability criterion (CA ≤ 80°). MSC adhesion (24h) on PET substrates deposited with Col-IV LS films at 10, 15 and 20 mN·m-1 surface pressures was (12269.0 ± 5856.4) cells for LS10, (16744.2 ± 1280.1) cells for LS15 and (19688.3 ± 1934.0) cells for LS20 respectively. Remarkably, by selecting the surface areal density of Col-IV on the Langmuir trough on PET, there is a linear increase between the number of adherent MSCs and the Col-IV ligand density. Further, FN has the ability to self-stabilize and form 2D networks (even without compression) while preserving native β-sheet structure at the A-W interface on a defined subphase (pH = 2). This provides the possibility to form such layers on any vessel (even on standard six-well culture plates) and the cohesive FN layers can be deposited by LS transfer, without the need for expensive LB instrumentation. Multilayers of FN can be immobilized on substrates by this approach, as easily as Layer-by-Layer method, even without the need for secondary adlayer or activated bare substrate. Thus, this facile glycoprotein coating strategy approach is accessible to many researchers to realize defined FN films on substrates for cell culture. In conclusion, Langmuir and LS methods can create biomimetic glycoprotein biointerfaces on substrates controlling aspects of presentation such as network morphology and ligand density. These methods will be utilized to produce artificial BM mimics and interstitial ECM mimics composed of more than one ECM glycoprotein layer on substrates, serving as artificial niches instructing stem cells for cell-replacement therapies in the future. N2 - Ziel der regenerativen Medizin ist es, Regenerationsprozesse in biologischen Systemen mit Hilfe von nischenspezifischen Zellen, bioaktiven Molekülen und Biomaterialien zu modulieren. In diesem Zusammenhang ist die Nachahmung der extrazellulären Matrix (ECM), die Zellen und Gewebe in vivo umgibt, eine wirksame Strategie zur Modulation des Zellverhaltens. Die zelluläre Funktion und der Phänotyp werden durch die biochemischen und biophysikalischen Signale gesteuert, die in dem komplexen 3D-Netzwerk von ECMs vorhanden sind, welches hauptsächlich aus Glykoproteinen und hydrophilen Proteoglykanen besteht. Während die zelluläre Modulation als Reaktion auf biophysikalische Signale, die ECM-Merkmale nachahmen, umfassend untersucht wurde, ist der Einfluss der biochemischen Charakterisierung von ECM-Glykoproteinen, die deren Darstellung in vivo nachahmen, nicht gut charakterisiert. Es bleibt eine bedeutende Herausforderung, künstliche Biogrenzflächen mit ECM-Glykoproteinen zu schaffen, die in Bezug auf Morphologie, Orientierung und Konformation genau ihrer Darstellung in der Natur entsprechen. Diese Herausforderung wird deutlich, wenn man versteht, wie sich die ECM-Glykoproteine im Körper selbst zusammensetzen. Glykoproteine, die im Inneren der Zelle produziert werden, werden im extrazellulären Raum ausgeschieden, wo sie durch spezifische Interaktionen an die Zellmembran oder andere Glykoproteine gebunden werden. Dies führt zu einer erhöhten lokalen Konzentration und zweidimensionalen Raumbegrenzung, was durch die wechselseitigen Wechselwirkungen, die sich aus der in den Glykoprotein-Domänen kodierten molekularen Komplementarität ergeben, zur Selbstorganisation führt. In dieser Arbeit wird die Luft-Wasser (A-W)-Grenzfläche als eine geeignete Umgebung vorgestellt, mit der die Selbstorganisationsparameter von ECM-Glykoproteinen wie pH-Wert, Temperatur und Ionenstärke kontrolliert werden können, um in vivo-Bedingungen zu simulieren (Langmuir-Technik), was zur Bildung von Glykoproteinschichten mit definierten Eigenschaften führt. Die Schicht kann mit Oberflächenbarrieren weiter komprimiert werden, um die Glykoprotein-Glykoprotein-Kontakte zu verstärken, und definierte Schichten von Glykoproteinen können auf Substraten durch eine horizontale Hebe- und Berührungsmethode, sie sogenannte Langmuir-Schäfer (LS)-Methode, immobilisiert werden. Hier wird der Vorteil der Langmuir- und LS-Methode bei der Erzielung von ECM-Glykoprotein-Biogrenzflächen mit kontrollierter Netzwerkmorphologie und Ligandendichte auf Oberflächen hervorgehoben und mit der üblicherweise verwendeten Methode der (Glyko)Protein-Lösungsabscheidung (SO) auf Oberflächen gegenübergestellt. Im Allgemeinen ist die (Glyko)ProteinX Schichtbildung durch SO eher unkontrolliert, wird stark durch (Glyko)Protein-Substrat- Wechselwirkungen beeinflusst und führt zu Mehrfachschichten und Ansammlungen auf Oberflächen, während die LS-Methode zu (Glyko)Protein-Schichten mit einer homogeneren Darstellung führt. Um definierte ECM-Schichten auf Oberflächen zu erzeugen, wurden ECM-Glykoproteine mit der Fähigkeit zur Selbstorganisation ausgewählt: Kollagen-IV (Col-IV) und Fibronektin (FN). Eine dicht gepackte FN-Schicht mit gleichmäßiger Verteilung der Liganden wurde mit der LSMethode auf Polydimethysiloxan (PDMS) aufgetragen, während auf PDMS mit SO eine heterogene Schicht mit klar erkennbaren Verdichtungen gebildet wurde. Mesenchymale Stammzellen (MSC) auf PDMS, denen FN nach der LS-Methode hinzugefügt wurde, wiesen eine homogenere und erhöhte Vinculin-Expression und eine schwächere Stressfaserbildung auf als MSC Stammzellen auf PDMS, dem FN nach der SO-Methode hinzugefügt wurde, und diese verschiedenen Reaktionen konnten auf die Unterschiede in der Glykoprotein-Verteilung an der Grenzfläche zurückgeführt werden. Col-IV ist eine Komponente spezialisierter ECMs, die Basalmembranen (BM) genannt werden, und neigen zur Bildung von 2D-Netzwerke durch Selbstpolymerisation, die mit Zellen assoziiert sind. Col-IV verhält sich wie ein dünnes ungeordnetes Netzwerk an der A-WGrenzfläche. Während die Col-IV-Schicht an der A-W-Grenzfläche mit Hilfe von Trogbarrieren zusammengerückt wurde, gab es eine vernachlässigbare Änderung der Dicke (Schichtdicke ~ 50 nm) oder der Orientierung der Moleküle. Die vorgeformte Organisation von Col-IV wurde mit der LS-Methode kontrolliert auf Oberflächen aufgetragen, die das Kriterium der Benetzbarkeit erfüllten (CA ≤ 80°). Die MSC-Adhäsion (24h) auf Polyethylenterephthalat (PET)-Oberflächen, die mit Col-IV LS-Folien bei Oberflächendrücken von 10, 15 und 20 mN·m-1 aufgebracht wurden, waren (12269,0 ± 5856,4) Zellen für LS10, (16744,2 ± 1280,1) Zellen für LS15 (19688,3 ± 1934,0) Zellen für LS20. Bemerkenswert ist dabei, dass durch die Auswahl der Oberflächen-Flächendichte von Col-IV am Langmuir-Trog auf PET ein linearer Anstieg zwischen der Anzahl der adhärenten MSCs und der Col-IV-Ligandendichte erfolgt. Auch FN die Fähigkeit, sich selbst zu stabilisieren und 2D-Netzwerke zu bilden (sogar ohne Kompression), während die native β-Faltblattstruktur an der A-W-Grenzfläche auf einer definierten Subphase (pH = 2) erhalten bleibt. Dies bietet die Möglichkeit, solche Schichten auf jedem beliebigen Gefäß (sogar auf Platten mit Standard-Six-Well-Kulturen) zu bilden, und die kohäsiven FN-Schichten können durch LS-Transfer abgelagert werden, ohne dass eine teure LB-Instrumentierung erforderlich ist. Mehrfachschichten aus FN können auf diese Weise XI auf Oberflächen immobilisiert werden, genauso einfach wie bei der Layer-by-Layer-Methode, auch ohne die Notwendigkeit einer zweiten adsorbierenden Schicht oder einer aktivierten blanken Oberfläche. Somit ist dieser Ansatz einer einfachen Glykoprotein- Beschichtungsstrategie vielen Forschern zugänglich, um definierte FN-Filme auf Oberflächen für die Zellkultur zu realisieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Langmuir- und LSMethoden biomimetische Glykoprotein-Bioschnittstellen auf Oberflächen erzeugen können, die makroskopische Darstellungen wie Netzwerkmorphologie und Ligandendichte kontrollieren. Diese Methoden werden genutzt, um künstliche BM und ECM zu generieren, die aus mehr als einer Glykoproteinschicht bestehen. Diese können dann als künstliche Nischen für Stammzellen, die in zukünftigen Zellersatztherapien zum Einsatz kommen könnte. KW - Extracellular Matrix KW - Biomimetics KW - Glycoproteins KW - Langmuir-Schaefer method KW - Designed Biointerfaces KW - Extrazelluläre Matrix KW - Biomimetik KW - Glykoproteine KW - Langmuir-Schäfer-Methode KW - Designte Biointerface Y1 - 2020 ER - TY - THES A1 - Göthel, Markus T1 - Entwicklung eines Verfahrens zur Generierung von spezifischen monoklonalen Antikörpern gegen Mikroorganismen basierend auf in silico Epitopanalysen T1 - A new workflow to generate monoclonal antibodies against microorganisms based on in silico epitope predictions N2 - Monoklonale Antikörper (mAK) sind eines der wichtigsten Biomoleküle für die Umweltanalytik und die medizinische Diagnostik. Für die Detektion von Mikroorganismen bilden sie die Grundlage für ein schnelles und präzises Testverfahren. Bis heute gibt es, aufgrund des hohen zeitlichen und materiellen Aufwandes und der unspezifischen Immunisierungsstrategien, nur wenige mAK, die spezifisch Mikroorganismen erkennen. Zu diesem Zweck sollte ein anwendbares Verfahren für die Generierung von mAK gegen Mikroorganismen entwickelt werden, welches anhand von Escherichia coli O157:H7 und Legionella pneumophila validiert wurde. In dieser Dissertation konnten neue Oberflächenstrukturen auf den Mikroorganismen mittels vergleichender Genomanalysen und in silico Epitopanalysen identifiziert werden. Diese wurden in das Virushüllprotein VP1 integriert und für eine gezielte Immunisierungsstrategie verwendet. Für die Bestimmung antigenspezifischer antikörperproduzierender Hybridome wurde ein Immunfärbeprotokoll entwickelt und etabliert, um die Hybridome im Durchflusszytometer zu sortieren. In der vorliegenden Studie konnten für E. coli O157:H7 insgesamt 53 potenzielle Proteinkandidaten und für L. pneumophila 38 Proteine mithilfe der bioinformatischen Analyse identifiziert werden. Fünf verschiedene potenzielle Epitope wurden für E. coli O157:H7 und drei verschiedenen für L. pneumophila ausgewählt und für die Immunisierung mit chimären VP1 verwendet. Alle Immunseren zeigten eine antigenspezifische Immunantwort. Aus den nachfolgend generierten Hybridomzellen konnten mehrere Antikörperkandidaten gewonnen werden, welche in Charakterisierungsstudien eine starke Bindung zu E. coli O157:H7 bzw. L. pneumophila vorwiesen. Kreuzreaktivitäten zu anderen relevanten Mikroorganismen konnten keine bzw. nur in geringem Maße festgestellt werden. Folglich konnte der hier beschriebene interdisziplinäre Ansatz zur Generierung spezifischer mAK gegen Mikroorganismen nachweislich spezifische mAK hervorbringen und ist als hocheffizienter Arbeitsablauf für die Herstellung von Antikörpern gegen Mikroorganismen einsetzbar. N2 - Monoclonal antibodies (mAbs) are one of the most important biomolecules for environmental analysis and medical diagnostics. For the detection of microorganisms, they form the basis for a rapid and precise test procedure. Until today, due to the substantial time and material effort and the non-specific immunization strategies, there are only a few mAbs that specifically detect microorganisms. Therefore, an easy-to-use methodology for the generation of mAbs against microorganisms was developed and validated using Legionella pneumophila and Escherichia coli O157:H7. In this dissertation, several new surface structures on the microorganisms were identified using comparative genomic analyses and in silico epitope modeling. These were integrated into the VP1 viral envelope protein and used for a specific immunization strategy. For the identification of antigen-specific antibody-producing hybridomas, an immunostaining protocol was developed and established to sort the hybridomas. In the present study, 53 potential protein candidates were identified for E. coli O157:H7 and 38 proteins for L. pneumophila using bioinformatic analysis methods. Five different peptide epitopes were selected for E. coli O157:H7 and three different peptide epitopes for L. pneumophila for immunization using chimeric VP1. All immune sera showed an antigen-specific immune response. Several antibody candidates were obtained from the generated hybridoma cells, which showed strong binding to E. coli O157:H7 and L. pneumophila. Cross-reactivity to other relevant microorganisms could not be detected or could only be observed to a minor extent. Consequently, the interdisciplinary approach to generate specific mAbs against microorganisms has been shown to generate specific mAbs and is applicable as a highly efficient workflow for the generation of antibodies against microorganisms. KW - Antikörper KW - antibody KW - Epitopvorhersage KW - epitop prediction KW - Escherichia coli KW - legionella pneumophila Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-588017 ER - TY - THES A1 - Folikumah, Makafui Yao T1 - Stimuli-promoted in situ formation of hydrogels with thiol/thioester containing peptide precursors T1 - Stimuli-induzierte In-Situ-Bildung von Hydrogelen durch Peptid-Prekursor mit Thiol/Thioestergruppen N2 - Hydrogels are potential synthetic ECM-like substitutes since they provide functional and structural similarities compared to soft tissues. They can be prepared by crosslinking of macromolecules or by polymerizing suitable precursors. The crosslinks are not necessarily covalent bonds, but could also be formed by physical interactions such as π-π interactions, hydrophobic interactions, or H-bonding. On demand in situ forming hydrogels have garnered increased interest especially for biomedical applications over preformed gels due to the relative ease of in vivo delivery and filling of cavities. The thiol-Michael addition reaction provides a straightforward and robust strategy for in situ gel formation with its fast reaction kinetics and ability to proceed under physiological conditions. The incorporation of a trigger function into a crosslinking system becomes even more interesting since gelling can be controlled with stimulus of choice. The use of small molar mass crosslinker precursors with active groups orthogonal to thiol-Michael reaction type electrophile provides the opportunity to implement an on-demand in situ crosslinking without compromising the fast reaction kinetics. It was postulated that short peptide sequences due to the broad range structural-function relations available with the different constituent amino acids, can be exploited for the realisation of stimuli-promoted in situ covalent crosslinking and gelation applications. The advantages of this system over conventional polymer-polymer hydrogel systems are the ability tune and predict material property at the molecular level. The main aim of this work was to develop a simplified and biologically-friendly stimuli-promoted in situ crosslinking and hydrogelation system using peptide mimetics as latent crosslinkers. The approach aims at using a single thiodepsipeptide sequence to achieve separate pH- and enzyme-promoted gelation systems with little modification to the thiodepsipeptide sequence. The realization of this aim required the completion of three milestones. In the first place, after deciding on the thiol-Michael reaction as an effective in situ crosslinking strategy, a thiodepsipeptide, Ac-Pro-Leu-Gly-SLeu-Leu-Gly-NEtSH (TDP) with expected propensity towards pH-dependent thiol-thioester exchange (TTE) activation, was proposed as a suitable crosslinker precursor for pH-promoted gelation system. Prior to the synthesis of the proposed peptide-mimetic, knowledge of the thiol-Michael reactivity of the would-be activated thiol moiety SH-Leu, which is internally embedded in the thiodepsipeptide was required. In line with pKa requirements for a successful TTE, the reactivity of a more acidic thiol, SH-Phe was also investigated to aid the selection of the best thiol to be incorporated in the thioester bearing peptide based crosslinker precursor. Using ‘pseudo’ 2D-NMR investigations, it was found that only reactions involving SH-Leu yielded the expected thiol-Michael product, an observation that was attributed to the steric hindrance of the bulkier nature of SH-Phe. The fast reaction rates and complete acrylate/maleimide conversion obtained with SH-Leu at pH 7.2 and higher aided the direct elimination of SH-Phe as a potential thiol for the synthesis of the peptide mimetic. Based on the initial studies, for the pH-promoted gelation system, the proposed Ac-Pro-Leu-Gly-SLeu-Leu-Gly-NEtSH was kept unmodified. The subtle difference in pKa values between SH-Leu (thioester thiol) and the terminal cysteamine thiol from theoretical conditions should be enough to effect a ‘pseudo’ intramolecular TTE. In polar protic solvents and under basic aqueous conditions, TDP successfully undergoes a ‘pseudo’ intramolecular TTE reaction to yield an α,ω-dithiol tripeptide, HSLeu-Leu-Gly-NEtSH. The pH dependence of thiolate ion generation by the cysteamine thiol aided the incorporation of the needed stimulus (pH) for the overall success of TTE (activation step) – thiol-Michael addition (crosslinking) strategy. Secondly, with potential biomedical applications in focus, the susceptibility of TDP, like other thioesters, to intermolecular TTE reaction was probed with a group of thiols of varying thiol pKa values, since biological milieu characteristically contain peptide/protein thiols. L-cysteine, which is a biologically relevant thiol, and a small molecular weight thiol, methylthioglycolate both with relatively similar thiol pKa, values, led to an increase concentration of the dithiol crosslinker when reacted with TDP. In the presence of acidic thiols (p-NTP and 4MBA), a decrease in the dithiol concentration was observed, an observation that can be attributed to the inability of the TTE tetrahedral intermediate to dissociate into exchange products and is in line with pKa requirements for successful TTE reaction. These results additionally makes TDP more attractive and the potentially the first crosslinker precursor for applications in biologically relevant media. Finally, the ability of TDP to promote pH-sensitive in situ gel formation was probed with maleimide functionalized 4-arm polyethylene glycol polymers in tris-buffered media of varying pHs. When a 1:1 thiol: maleimide molar ratio was used, TDP-PEG4MAL hydrogels formed within 3, 12 and 24 hours at pH values of 8.5, 8.0 and 7.5 respectively. However, gelation times of 3, 5 and 30 mins were observed for the same pH trend when the thiol: maleimide molar was increased to 2:1. A direct correlation of thiol content with G’ of the gels at each pH could also be drawn by comparing gels with thiol: maleimide ratios of 1:1 to those with 2:1 thiol: maleimide mole ratios. This is supported by the fact that the storage modulus (G') is linearly dependent on the crosslinking density of the polymer. The values of initial G′ for all gels ranged between (200 – 5000 Pa), which falls in the range of elasticities of certain tissue microenvironments for example brain tissue 200 – 1000 Pa and adipose tissue (2500 – 3500 Pa). Knowledge so far gained from the study on the ability to design and tune the exchange reaction of thioester containing peptide mimetic will give those working in the field further insight into the development of new sequences tailored towards specific applications. TTE substrate design using peptide mimetic as presented in this work has revealed interesting new insights considering the state-of-the-art. Using the results obtained as reference, the strategy provides a possibility to extend the concept to the controlled delivery of active molecules needed for other robust and high yielding crosslinking reactions for biomedical applications. Application for this sequentially coupled functional system could be seen e.g. in the treatment of inflamed tissues associated with urinary tract like bladder infections for which pH levels above 7 were reported. By the inclusion of cell adhesion peptide motifs, the hydrogel network formed at this pH could act as a new support layer for the healing of damage epithelium as shown in interfacial gel formation experiments using TDP and PEG4MAL droplets. The versatility of the thiodepsipeptide sequence, Ac-Pro-Leu-Gly-SLeu-Leu-Gly-(TDPo) was extended for the design and synthesis of a MMP-sensitive 4-arm PEG-TDPo conjugate. The purported cleavage of TDPo at the Gly-SLeu bond yields active thiol units for subsequent reaction of orthogonal Michael acceptor moieties. One of the advantages of stimuli-promoted in situ crosslinking systems using short peptides should be the ease of design of required peptide molecules due to the predictability of peptide functions their sequence structure. Consequently the functionalisation of a 4-arm PEG core with the collagenase active TDPo sequence yielded an MMP-sensitive 4-arm thiodepsipeptide-PEG conjugate (PEG4TDPo) substrate. Cleavage studies using thiol flourometric assay in the presence of MMPs -2 and -9 confirmed the susceptibility of PEG4TDPo towards these enzymes. The resulting time-dependent increase in fluorescence intensity in the presence of thiol assay signifies the successful cleavage of TDPo at the Gly-SLeu bond as expected. It was observed that the cleavage studies with thiol flourometric assay introduces a sigmoid non-Michaelis-Menten type kinetic profile, hence making it difficult to accurately determine the enzyme cycling parameters, kcat and KM . Gelation studies with PEG4MAL at 10 % wt. concentrations revealed faster gelation with MMP-2 than MMP-9 with 28 and 40 min gelation times respectively. Possible contributions by hydrolytic cleavage of PEG4TDPo has resulted in the gelation of PEG4MAL blank samples but only after 60 minutes of reaction. From theoretical considerations, the simultaneous gelation reaction would be expected to more negatively impact the enzymatic than hydrolytic cleavage. The exact contributions from hydrolytic cleavage of PEG4TDPo would however require additional studies. In summary this new and simplified in situ crosslinking system using peptide-based crosslinker precursors with tuneable properties exhibited in situ crosslinking gelation kinetics on similar levels with already active dithiols reported. The advantageous on-demand functionality associated with its pH-sensitivity and physiological compatibility makes it a strong candidate worth further research as biomedical applications in general and on-demand material synthesis is concerned. Results from MMP-promoted gelation system unveils a simple but unexplored approach for in situ synthesis of covalently crosslinked soft materials, that could lead to the development of an alternative pathway in addressing cancer metastasis by making use of MMP overexpression as a trigger. This goal has so far not being reach with MMP inhibitors despite the extensive work this regard. N2 - Hydrogele sind synthetische, potenziell ECM-ähnliche Substituenten, die funktionelle und strukturelle Ähnlichkeiten mit Weichteilgeweben aufweisen. Sie können durch Vernetzung von Makromolekülen oder durch Polymerisation geeigneter Precursoren hergestellt werden. Die Vernetzungen müssen nicht unbedingt aus kovalenten Bindungen bestehen, sondern können auch durch physikalische Wechselwirkungen wie π-π-Wechselwirkungen, hydrophoben Wechselwirkungen oder Wasserstoff-Brückenbindungen entstehen. In-situ-Hydrogele, die on-demand gebildet werden, haben vor allem für biomedizinische Anwendungen gegenüber vorgefertigten Gelen zunehmend an Interesse gewonnen, da sie relativ einfach in-vivo eingebracht und somit Fehlstellen gefüllt werden können. Die Thiol-Michael-Additionsreaktion bietet mit ihrer schnellen Reaktionskinetik und ihrer Fähigkeit, unter physiologischen Bedingungen abzulaufen, eine unkomplizierte und robuste Strategie für die in-situ-Gelbildung. Der Einbau einer Triggerfunktion in ein Vernetzungssystem ist besonders interessant, da die Gelierung durch einen gewählten Stimulus gesteuert werden kann. Die Verwendung eines Precursors mit geringer Molmasse und aktiven Gruppen, die orthogonal zu den Elektrophilen des Thiol-Michael-Reaktionstyps sind, bietet die Möglichkeit, eine bedarfsgesteuerte in-situ-Vernetzung zu realisieren, ohne die schnelle Reaktionskinetik zu beeinträchtigen. Es wurde postuliert, dass kurze Peptidsequenzen aufgrund der weitreichenden Struktur-Funktions-Beziehungen, die mit den verschiedenen konstituierenden Aminosäuren zur Verfügung stehen, für die Realisierung von Stimulus-ausgelösten, in-situ kovalenten Vernetzungs- und Gelierungsanwendungen genutzt werden können. Die Vorteile dieses Systems gegenüber herkömmlichen Polymer-Polymer-Hydrogelsystemen liegen in der Möglichkeit, die Materialeigenschaften auf molekularer Ebene zu justieren und vorherzusagen. Das Hauptziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines vereinfachten und biologisch-geeigneten, stimulierungsgeförderten in-situ-Vernetzungs- und Hydrogelierungssystems unter Verwendung von Peptidmimetika als latente Vernetzer. Der Ansatz zielt darauf ab, eine einzige Thiodepsipeptidsequenz zu verwenden, um getrennte pH- und enzymausgelöste Gelierungssysteme mit geringen Modifikationen der Thiodepsipeptidsequenz zu erreichen. Zur Verwirklichung dieses Ziels, mussten drei Meilensteine erreicht werden. Nach der Wahl der Thiol-Michael-Reaktion als in-situ-Vernetzungsstrategie, musste ein Thiodepsipeptid, Ac-Pro-Leu-Gly-SLeu-Leu-Gly-NEtSH (TDP) mit einer zu erwartenden Neigung zu einer pH-abhängigen Thiol-Thioester-Austausch-Aktivierung (TTE), als geeignetem Vernetzer-Precursor für das pH-unterstützte Gelierungssystem designt werden. Vor der Synthese dieses Peptid-Mimetikums war die Untersuchung der Thiol-Michael-Reaktivität der potenziell aktivierten Thiolkomponente SH-Leu erforderlich, die intern in das Thiodepsipeptid eingebettet ist. In Übereinstimmung mit den pKa-Anforderungen für eine erfolgreiche TTE wurde auch die Reaktivität eines saureren Thiols, SH-Phe, untersucht, um die Auswahl des besten Thiols zu ermöglichen, das in den Thioester-tragenden Peptid-basierten Vernetzer-Precursor eingebaut werden sollte. Pseudo-2D-NMR-Untersuchungen zeigten, dass nur Reaktionen mit SH-Leu das erwartete Thiol-Michael-Produkt ergaben, eine Beobachtung, die auf die sterische Hinderung durch die sperrige Natur von SH-Phe zurückzuführen ist. Wegen der schnellen Reaktionsgeschwindigkeiten und der vollständigen Acrylat/Maleimid-Umwandlung, die mit SH-Leu bei einem pH-Wert von 7,2 und höher erzielt wurde, kam SH-Phe als potenzielles Thiol für die Synthese des Peptidmimetikums nicht mehr infrage. Auf der Grundlage der ersten Studien wurde für das pH-basierte Gelierungssystem das vorgeschlagene Ac-Pro-Leu-Gly-SLeu-Leu-Gly-NEtSH unverändert beibehalten. Der geringe Unterschied in den pKa-Werten zwischen SH-Leu (Thioesterthiol) und dem terminalen Cysteaminthiol sollte ausreichen, um eine "pseudo"-intramolekulare TTE zu bewirken. In polaren protischen Lösungsmitteln und unter basischen wässrigen Bedingungen verläuft die "pseudo"-intramolekulare TTE-Reaktion bei TDP erfolgreich, bei der ein α,ω-Dithiol-Tripeptid, HSLeu-Leu-Gly-NEtSH, entsteht. Die pH-Abhängigkeit der Thiolat-Ionen-Generierung durch das Cysteamin-Thiol trug dazu bei, den notwendigen Stimulus (pH) für den Gesamterfolg der TTE (Aktivierungsschritt) - Thiol-Michael-Addition (Vernetzung) Strategie einzubauen. Zweitens wurde mit Blick auf potenzielle biomedizinische Anwendungen die Empfindlichkeit von TDP, wie auch anderer Thioester, für die intermolekulare TTE-Reaktion mit einer Gruppe von Thiolen mit unterschiedlichen Thiol-pKa-Werten untersucht, da biologische Milieus typischerweise Peptid-/Proteinthiole enthalten. L-Cystein, ein biologisch relevantes Thiol, und ein Thiol mit geringem Molekulargewicht, Methylthioglykolat, die beide relativ ähnliche Thiol-pKa-Werte besitzen, führten bei der Reaktion mit TDP zu einer erhöhten Konzentration des Dithiol-Vernetzers. In Gegenwart von sauren Thiolen (p-NTP und 4MBA) wurde eine Abnahme der Dithiolkonzentration beobachtet, eine Beobachtung, die auf die Unfähigkeit des tetraedrischen TTE-Zwischenprodukts in Austauschprodukte zu dissoziieren zurückgeführt werden kann und mit den pKa-Anforderungen für eine erfolgreiche TTE-Reaktion in Einklang steht. Diese Ergebnisse machen TDP noch attraktiver und zum potenziell ersten Vernetzer-Precursor für Anwendungen in biologisch relevanten Medien. Schließlich wurde die Fähigkeit von TDP, die pH-empfindliche in-situ-Gelbildung zu fördern, mit Maleimid-funktionalisierten 4-armigen Polyethylenglykolpolymeren in tris-gepufferten Medien mit unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Bei einem Molverhältnis von 1:1 Thiol zu Maleimid bildeten sich TDP-PEG4MAL-Hydrogele innerhalb von 3, 12 und 24 Stunden bei pH-Werten von 8,5, 8,0 bzw. 7,5. Bei einer Erhöhung des Molverhältnisses von Thiol zu Maleimid auf 2:1 wurden jedoch Gelierzeiten von 3, 5 und 30 Minuten für denselben pH-Trend beobachtet. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem Thiolgehalt und G' der Gele bei jedem pH-Wert konnte auch durch den Vergleich von Gelen mit einem Thiol/Maleimid-Molverhältnis von 1:1 mit solchen mit einem Thiol/Maleimid-Molverhältnis von 2:1 hergestellt werden. Dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass der Speichermodulus (G') linear von der Vernetzungsdichte des Polymers abhängig ist. Die Werte des anfänglichen G′ für alle Gele lagen bei 200 - 5000 Pa, was in den Bereich der Elastizitäten bestimmter Gewebe-Mikroumgebungen fällt, z. B. Gehirngewebe (200 - 1000 Pa) und Fettgewebe (2500 - 3500 Pa). Die bisher aus der Studie gewonnenen Erkenntnisse über die Möglichkeit, die Austauschreaktion von Thioester-haltigen Peptidmimetika zu entwerfen und abzustimmen, geben weitere Einblicke in die Entwicklung neuer, auf spezifische Anwendungen zugeschnittener Sequenzen. Das Design von TTE-Substraten unter Verwendung von Peptidmimetika, wie es in dieser Arbeit vorgestellt wurde, hat interessante neue Erkenntnisse im Hinblick auf den Stand der Technik gebracht. Mit den erzielten Ergebnissen als Basis bietet die Strategie die Möglichkeit, das Konzept auf die kontrollierte Freisetzung aktiver Moleküle zu erweitern, die für andere robuste Vernetzungsreaktionen mit hohem Umsatz für biomedizinische Anwendungen benötigt werden. Dieses sequentiell gekoppelte funktionelle System könnte z. B. bei der Behandlung von entzündetem Gewebe im Zusammenhang mit Harnwegsinfektionen wie Blasenentzündungen eingesetzt werden, für die pH-Werte über 7 berichtet wurden. Durch die Einbeziehung von Zelladhäsionspeptidmotiven könnte das bei diesem pH-Wert gebildete Hydrogelnetz als neue Stützschicht für die Heilung von geschädigtem Epithel fungieren, wie in Experimenten zur Bildung von Grenzflächengelen mit TDP- und PEG4MAL-Tropfen gezeigt wurde. Die Vielseitigkeit der Thiodepsipeptidsequenz Ac-Pro-Leu-Gly-SLeu-Leu-Gly-(TDPo) wurde um Design und die Synthese eines MMP-empfindlichen 4-armigen PEG-TDPo-Konjugats erweitert. Die beabsichtigte Spaltung von TDPo an der Gly-SLeu-Bindung liefert aktive Thiol-Einheiten für die anschließende Reaktion orthogonaler Michael-Akzeptor-Einheiten. Einer der Vorteile stimulierungsgestützter in-situ-Vernetzungssysteme unter Verwendung kurzer Peptide dürfte darin liegen, dass sich die erforderlichen Peptidmoleküle aufgrund der Vorhersagbarkeit der Peptidfunktionen und ihrer Sequenzstruktur leicht entwerfen lassen. Die Funktionalisierung eines vierarmigen PEG-Kerns mit der kollagenaseaktiven TDPo-Sequenz führte zu einem MMP-empfindlichen vierarmigen Thiodepsipeptid-PEG-Konjugat (PEG4TDPo). Spaltungs-Studien unter Verwendung eines thiolfluorimetrischen Assays in Gegenwart der MMPs -2 und -9 bestätigten die Spaltbarkeit von PEG4TDPo durch diese Enzyme. Der daraus resultierende zeitabhängige Anstieg der Fluoreszenzintensität in Anwesenheit des Thiol-Assays deutet auf die erfolgreiche Spaltung von TDPo an der Gly-SLeu-Bindung hin. Es wurde festgestellt, dass die Spaltungsstudien mit dem thiol-fluorimetrischen Assay ein sigmoides, nicht-Michaelis-Menten-artiges kinetisches Profil ergeben, was eine genaue Bestimmung der Enzymzyklusparameter, kcat und KM, erschwert. Gelierungsstudien mit PEG4MAL in einer Konzentration von 10 Gew.-% ergaben eine schnellere Gelierung mit MMP-2 als mit MMP-9 mit Gelierungszeiten von 28 bzw. 40 Minuten. Eventuelle Beiträge durch hydrolytische Spaltung von PEG4TDPo an der Gelierung wurden an PEG4MAL-Blindproben untersucht und führten erst nach 60 Minuten Reaktionszeit zu einer Gelierung. Aus theoretischen Überlegungen heraus wäre zu erwarten, dass sich die gleichzeitige Gelierungsreaktion negativer auf die enzymatische als auf die hydrolytische Spaltung auswirkt. Genaues zum Beitrag der hydrolytischen Spaltung von PEG4TDPo bedürfte jedoch weiterer Untersuchungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses neue in-situ-Vernetzungssystem, bei dem Peptid-basierte Vernetzungs-Precursor mit einstellbaren Eigenschaften verwendet werden, eine in-situ-Vernetzungs-Gelierungskinetik auf ähnlichem Niveau wie bei bereits berichteten aktiven Dithiole aufweist. Die vorteilhafte On-Demand-Funktionalität in Verbindung mit ihrer pH-Sensitivität und physiologischen Verträglichkeit macht sie zu einem interessanten Kandidaten für weitere Forschungen im Bereich biomedizinischer Anwendungen im Allgemeinen und der On-Demand-Materialsynthese. Die Ergebnisse des MMP-geförderten Gelierungssystems weisen einen einfachen, aber unerforschten Ansatz für die in-situ-Synthese kovalent vernetzter weicher Materialien, der zur Entwicklung eines alternativen Weges zur Bekämpfung der Krebsmetastasierung führen könnte, indem er die MMP-Überexpression als Auslöser nutzt. Mit MMP-Inhibitoren wurde dieses Ziel trotz umfangreicher Arbeiten in dieser Hinsicht bisher nicht erreicht. KW - hydrogels KW - stimuli KW - peptide KW - thioester KW - crosslinker KW - Hydrogele KW - Vernetzer KW - Peptid KW - Thioester KW - Stimuli Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-569713 ER -