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In dieser Arbeit wurde ein Sensorkonzept mit Hilfe der Si-basierten Lichtemitter (MOSLED) zum Östrogennachweis in wässrigen Lösungen entwickelt. Das Sensorkonzept basiert auf einer direkten Fluoreszenzanalyse und besteht aus der Anordnung der Bio-Komponenten und dem Verfahren zu ihrer Herstellung sowie dem eigentlichen Meßverfahren. Die Anordnung besteht aus drei Teilen: die Funktionalisierung der MOSLED-Oberfläche, die Immobilisierung des hER_-Rezeptors und die Herstellung der Referenzlösung. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Ausführung dieser drei Teile. Die Funktionalisierung der SiO2-Oberfläche der MOSLED wurde mit Hilfe eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten SSC (Spraying Spin Coating)- Verfahrens realisiert. Die Ausgangsmaterialien dieses Verfahrens sind organofunktionelle Silangruppen mit drei unterschiedlichen funktionellen Gruppen, nämlich die Amino-, Carboxyl- und die Thiolgruppen. Die Optimierung dieser Methode erfolgte mittels der zwei Silangruppen APMS ((3-Aminopropyl)trimethoxysilane und Triamino-APMS (N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine mit der gleichen Molekülstruktur, aber mit einer unterschiedlichen Anzahl an funktionellen Gruppen. Diese Resultate wurden mit in der Literatur beschriebenen Verfahren verglichen. Die Optimierung der SSC-Methode wurde zuerst auf einfache SiO2-Oberflächen und dann auf der Oberfläche der MOSLED angewendet. Die Proben wurden mit Hilfe üblicher Methoden der Oberflächenphysik- wie FTIR-, Raman- und XPS-Spektroskopie untersucht. Die Oberflächenrauhigkeit wurde mittels AFM-Spektroskopie ermittelt, deren Aufnahmen eine glatte Oberfläche bei den mit der SSC-Methode silanisierten Proben zeigen. Während die Hydrophobizität der funktionalisierten SiO2-Oberflächen zunimmt, sinkt dabei die Oberflächenenergie, welche die Anbindung eines hER_-Rezeptors mit großer Bindungsenergie begünstigt. Zur Immobilisierung des hER_-Rezeptors wurde dieser erst an das Hüllenmolekül des QDots R-655-Farbstoffs gebunden und anschließend an der SSC-silanisierten SiO2-Oberflächen adsorbiert. Der Anteil der immobilisierten Rezeptoren wurde mittels PL-Messung kontrolliert. Eine andere Immobilisierungstrategie des hER_-Rezeptors an die SiO2-Oberfläche kann mit Hilfe eines Aminosäure-Derivates um den Rezeptor realisiert werden. Eine Adsorption der Lysinaminosäure an die SSC-APMS silanisierten SiO2- Oberflächen als Funktion des pH-Wertes wurde durchgeführt, und der Adsorbatsanteil des Lysins mittels XPS-Messung durch die Bindungsenergien der Energieniveaus C1s und N1s berechnet. Eine Referenzlösung mit QDots R800-Farbstoff markierten Östrogenmolekülen kommt zum Einsatz. Dabei wird die Position 17 des β-Estradiolmoleküls, welches mit einem N-Hydroxysuccinimide Derivat versehen ist, an das Hüllenmolekül des QDots R800-Farbstoff gebunden, sodass der Phenolring des β-Estradiols frei bleibt. Insbesondere ist bei den FTIR-Spektren eine nichtgebunden OH-Gruppe des β-Estradiolmoleküls gut erkennbar. Das gesamte Sensorkonzept wurde an zwei mit Östrogen mit einer Konzentration von 1mM und 1μM versetzten Wasserproben getestet. Die Anordnung der Bio-Komponenten wurde mittels PL nachgewiesen. Der Östrogennachweis wurde mit Hilfe des Ge- und Tb-basierten Lichtemitters demonstriert. / A sensor concept for estrogen detection in waterish solutions by Silicon based light emitters (MOSLED) was developed. This concept is based on direct fluorescence analysis and consists of a certain arrangement of the bio- components and their fabrication methods as well as the measurements protocol, which consists of for main steps: Passing the prepared MOSLED surface by the water sample, a washing step, passing the MOSLED surface by the reference solution, and the final optical measurement. The arrangement consists of three parts: the functionalisation of the MOSLEDs surface, the immobilization of the hERff receptor und finally the fabrication of the reference solution. The focus of this work is set on the achievement of these three parts. The functionalisation of the SiO2-surface of the MOSLED was realized by means of the new developed SSC (Spraying Spin Coating) method. The chemical precursor of this method are the organofunctional silane groups with three different functional groups, namely the amino-, carboxyl-, and thiolgroups. The optimization of the procedure was investigated with two types of silane groups APMS ((3-Aminopropyl)trimethoxysilane und Triamino-APMS (N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine), which have the same molecular structure but a different number of functional groups per molecule. These results have been compared with those of the literature. The optimization of the SSC-method was analyzed by means of standard surface science techniques like FTIR-, Raman-, and XPS-spectroscopy. The surface roughness was applied by using AFM-spectroscopy, which showed a smooth surface by the samples treated with the SSC-method. Whereas the hydrophobicity of the functionalized SiO2 surface increases, the surface energy decreases, which favours the binding of a hERff receptor with large binding energy. In order to immobilize the hERff receptor at the surface, the receptor was bound to the molecular shell of the QDots655-dye and finally adsorbed to the silanized SiO2 surfaces. The fraction of the immobilized hERff receptors was controlled via PL-measurements. Another labelling strategy to immobilize the receptor at the SiO2 surface can be realized by using the amino acid as derivate to modify the receptor. For this aim the adsorption of the lysine at silanized SiO2 surfaces was investigated as function of the pH-value. The adsorbent part of the lysine was calculated via XPS by measuring the binding energy of both energy levels C1s and N1s . The reference solution with QDots800-dye marked estrogen molecules was used. The optimal binding was achieved by attaching the molecular shell of the QDots 800-dye to position 17 of the β-Estradiol molecule, which contains of a N-Hydroxysuccinimid derivate so that the phenol ring of the β-Estradiol remains free. In particular the FTIR-spectra showed the non-binding OH-groups of the β-Estradiol molecule. The whole concept of the sensor was tested at two water samples containing estrogen in a concentration of 1mM and 1μM. The adjustment of the Biokomponents was proven by PL, and the estrogen detection was demonstrated by using the Ge- and Tb-based light emitters.

I hjärnan finns neuron och gliaceller. Förut trodde man att neuroner var dem enda som hade en viktig funktion i hjärnan men på senare tid har upptäckt att gliaceller har en större betydande roll än man tidigare trott. Gliaceller är ett samlingsnamn som innefattar bland annat microglia celler, oligodendrocyter och astrocyter. Östrogen är ett steroidhormon som har många viktiga funktioner i kroppen som bland annat reproduktionen, immunförsvaret, skelettet och endokrina system. Östrogen binder till östrogenreceptorer och de finns 3 stycken olika som kallas för östrogenreceptor alfa (α), östrogenreceptor beta (β) och G-proteinkopplade östrogenreceptor (GRP30). Alla dessa östrogenreceptorer har man funnit i hjärnan. Syftet med detta projektarbete är att ge en djupare förståelse om östrogens signalering i hjärnans gliaceller och om östrogens signalering kan ge någon relevant funktion till framtida farmakologiska behandlingar.  Systematisk litteraturstudie gjordes och sökningar på databasen PubMed. Begränsade antalet träffar med sökord, inklusionskriterier och exklusionskriterier. Artiklar granskades sedan via ett urvalssystem och relevanta artiklar användes för att besvara syfte och frågeställningar.  Östrogensignaleringen på gliaceller har många olika effekter. En signalering på östrogenreceptor β på oligodendrocyter leder till mognad, differentiering, bättre överlevd och att remyeliniseringen aktiverades. Medan en östrogens signalering på microglia cellens östrogenreceptorer α, β och GRP30 leder dämpning av inflammation och förbättrad kognitiv funktion. Östrogensignaleringen på astrocyter ger flera olika effekter såsom metabolismen av glukos, progesteron syntesen, glutamattransportören GLT-1, tillväxtfaktorn TGF-α, upptaget av glutamat samt ökad proteinproduktion av AMPA-receptor. Den nya kunskapen om östrogens signalering på hjärnans gliaceller kan leda till framtida farmakologiska behandlingar vid hjärnskada och ischemisk stroke. Östrogenet har visat på neuronskyddande effekter via signalering på gliaceller. Svagheten är att de endast är djurstudier som ligger till grund för kunskapen om östrogens signalering på gliaceller. I framtiden skulle det behövas styrkas med studier gjorda på människa. En styrka är att djurstudierna ger en fingervisning om östrogen signaleringen eftersom hjärnans uppbyggnad är likvärdig.

In dieser Arbeit wurde ein Sensorkonzept mit Hilfe der Si-basierten Lichtemitter (MOSLED) zum Östrogennachweis in wässrigen Lösungen entwickelt. Das Sensorkonzept basiert auf einer direkten Fluoreszenzanalyse und besteht aus der Anordnung der Bio-Komponenten und dem Verfahren zu ihrer Herstellung sowie dem eigentlichen Meßverfahren. Die Anordnung besteht aus drei Teilen: die Funktionalisierung der MOSLED-Oberfläche, die Immobilisierung des hER_-Rezeptors und die Herstellung der Referenzlösung. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Ausführung dieser drei Teile. Die Funktionalisierung der SiO2-Oberfläche der MOSLED wurde mit Hilfe eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten SSC (Spraying Spin Coating)- Verfahrens realisiert. Die Ausgangsmaterialien dieses Verfahrens sind organofunktionelle Silangruppen mit drei unterschiedlichen funktionellen Gruppen, nämlich die Amino-, Carboxyl- und die Thiolgruppen. Die Optimierung dieser Methode erfolgte mittels der zwei Silangruppen APMS ((3-Aminopropyl)trimethoxysilane und Triamino-APMS (N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine mit der gleichen Molekülstruktur, aber mit einer unterschiedlichen Anzahl an funktionellen Gruppen. Diese Resultate wurden mit in der Literatur beschriebenen Verfahren verglichen. Die Optimierung der SSC-Methode wurde zuerst auf einfache SiO2-Oberflächen und dann auf der Oberfläche der MOSLED angewendet. Die Proben wurden mit Hilfe üblicher Methoden der Oberflächenphysik- wie FTIR-, Raman- und XPS-Spektroskopie untersucht. Die Oberflächenrauhigkeit wurde mittels AFM-Spektroskopie ermittelt, deren Aufnahmen eine glatte Oberfläche bei den mit der SSC-Methode silanisierten Proben zeigen. Während die Hydrophobizität der funktionalisierten SiO2-Oberflächen zunimmt, sinkt dabei die Oberflächenenergie, welche die Anbindung eines hER_-Rezeptors mit großer Bindungsenergie begünstigt. Zur Immobilisierung des hER_-Rezeptors wurde dieser erst an das Hüllenmolekül des QDots R-655-Farbstoffs gebunden und anschließend an der SSC-silanisierten SiO2-Oberflächen adsorbiert. Der Anteil der immobilisierten Rezeptoren wurde mittels PL-Messung kontrolliert. Eine andere Immobilisierungstrategie des hER_-Rezeptors an die SiO2-Oberfläche kann mit Hilfe eines Aminosäure-Derivates um den Rezeptor realisiert werden. Eine Adsorption der Lysinaminosäure an die SSC-APMS silanisierten SiO2- Oberflächen als Funktion des pH-Wertes wurde durchgeführt, und der Adsorbatsanteil des Lysins mittels XPS-Messung durch die Bindungsenergien der Energieniveaus C1s und N1s berechnet. Eine Referenzlösung mit QDots R800-Farbstoff markierten Östrogenmolekülen kommt zum Einsatz. Dabei wird die Position 17 des β-Estradiolmoleküls, welches mit einem N-Hydroxysuccinimide Derivat versehen ist, an das Hüllenmolekül des QDots R800-Farbstoff gebunden, sodass der Phenolring des β-Estradiols frei bleibt. Insbesondere ist bei den FTIR-Spektren eine nichtgebunden OH-Gruppe des β-Estradiolmoleküls gut erkennbar. Das gesamte Sensorkonzept wurde an zwei mit Östrogen mit einer Konzentration von 1mM und 1μM versetzten Wasserproben getestet. Die Anordnung der Bio-Komponenten wurde mittels PL nachgewiesen. Der Östrogennachweis wurde mit Hilfe des Ge- und Tb-basierten Lichtemitters demonstriert. / A sensor concept for estrogen detection in waterish solutions by Silicon based light emitters (MOSLED) was developed. This concept is based on direct fluorescence analysis and consists of a certain arrangement of the bio- components and their fabrication methods as well as the measurements protocol, which consists of for main steps: Passing the prepared MOSLED surface by the water sample, a washing step, passing the MOSLED surface by the reference solution, and the final optical measurement. The arrangement consists of three parts: the functionalisation of the MOSLEDs surface, the immobilization of the hERff receptor und finally the fabrication of the reference solution. The focus of this work is set on the achievement of these three parts. The functionalisation of the SiO2-surface of the MOSLED was realized by means of the new developed SSC (Spraying Spin Coating) method. The chemical precursor of this method are the organofunctional silane groups with three different functional groups, namely the amino-, carboxyl-, and thiolgroups. The optimization of the procedure was investigated with two types of silane groups APMS ((3-Aminopropyl)trimethoxysilane und Triamino-APMS (N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine), which have the same molecular structure but a different number of functional groups per molecule. These results have been compared with those of the literature. The optimization of the SSC-method was analyzed by means of standard surface science techniques like FTIR-, Raman-, and XPS-spectroscopy. The surface roughness was applied by using AFM-spectroscopy, which showed a smooth surface by the samples treated with the SSC-method. Whereas the hydrophobicity of the functionalized SiO2 surface increases, the surface energy decreases, which favours the binding of a hERff receptor with large binding energy. In order to immobilize the hERff receptor at the surface, the receptor was bound to the molecular shell of the QDots655-dye and finally adsorbed to the silanized SiO2 surfaces. The fraction of the immobilized hERff receptors was controlled via PL-measurements. Another labelling strategy to immobilize the receptor at the SiO2 surface can be realized by using the amino acid as derivate to modify the receptor. For this aim the adsorption of the lysine at silanized SiO2 surfaces was investigated as function of the pH-value. The adsorbent part of the lysine was calculated via XPS by measuring the binding energy of both energy levels C1s and N1s . The reference solution with QDots800-dye marked estrogen molecules was used. The optimal binding was achieved by attaching the molecular shell of the QDots 800-dye to position 17 of the β-Estradiol molecule, which contains of a N-Hydroxysuccinimid derivate so that the phenol ring of the β-Estradiol remains free. In particular the FTIR-spectra showed the non-binding OH-groups of the β-Estradiol molecule. The whole concept of the sensor was tested at two water samples containing estrogen in a concentration of 1mM and 1μM. The adjustment of the Biokomponents was proven by PL, and the estrogen detection was demonstrated by using the Ge- and Tb-based light emitters.

Ziel dieser vorliegenden, vergleichenden Literaturarbeit ist es, den heutigen Wissensstand in Bezug auf den Kohlenhydratstoffwechsel einer Frau darzustellen. Hierbei werden die physiologischen Veränderungen des Metabolismus zu verschiedenen Zeitpunkten im Leben einer Frau, begonnen mit der Kindheit und Pubertät, über Menstruation und Schwangerschaft bis hin zur Menopause, betrachtet und es werden die Ursachen und möglichen Mechanismen aufgezeigt, die zu Abweichungen der Insulinresistenz und der Insulinsekretion und damit möglicherweise zu einer Glukoseintoleranz bzw. einem Typ-2 Diabetes mellitus führen können. Der Kohlenhydratstoffwechsel wird nicht nur bezüglich der physiologischen, sondern auch in bezug auf die iatrogen verursachten Veränderungen, d.h. unter oraler hormonaler Kontrazeption, unter Hormonersatztherapie im Klimakterium, sowie hinsichtlich bestimmter Pathologien, wie dem zur Infertilität führenden polyzystischem Ovarsyndrom oder dem Gestationsdiabetes, untersucht. Ergebnis: Es scheint eine starke Verknüpfung zwischen dem weiblichen Reproduktionssystem und dem Kohlenhydratstoffwechsel zu geben, deren Interaktion von den unterschiedlichsten Faktoren beeinflusst wird. Der Frauenarzt sollte sich bei der Verschreibung hormoneller Kontrazeptiva, der Hormonersatztherapie und im Besonderen bei der Therapie des polyzystischen Ovarsyndroms sowie bei der Untersuchung seiner Patientinnen bewusst sein, dass verschiedene Lebensphasen, wie Pubertät, Schwangerschaft und Klimakterium und die damit verknüpften Veränderungen des Reproduktionssystems und der Sexualhormone auch deutliche metabolische Veränderungen nach sich ziehen können. Besonders eine erhöhte Insulinresistenz, die mit einer gesteigerten Insulinsekretion einhergeht, muss bedacht werden. Nicht nur das Syndrom X, eine Zusammenfassung von metabolischen Abnormitäten (Dyslipidämie, Insulinresistenz, Adipositas, Hypertonie), die mit einem deutlich erhöhten Risiko kardiovaskulärer Krankheiten und besonders der Atherosklerose einhergehen, sondern die daraus folgende steigende Prävalenz von Typ-2 Diabetes mellitus und das stark vermehrte Auftreten von Adipositas verlangen nach einer fachübergreifenden Zusammenarbeit zwischen Frauenärzten und Internisten. / The aim of this comparative review is to reveal the current standard of knowledge concerning carbohydrate metabolism in women. The study demonstrates the physiological changes in metabolism at various stages in a female life, from childhood and puberty, through menstruation and pregnancy and ending with the menopause, whilst also evaluating different causes and possible mechanisms that lead to aberrance in insulin resistance and insulin secretion and thereby potentially to glucose intolerance and/or type 2 Diabetes mellitus. In addition to presenting physiological alterations in glucose metabolism, this work also analyses changes generated by iatrogenic treatment such as oral contraceptives and hormone replacement therapy, as well as those caused by different pathologies like polycystic ovary syndrome or gestational diabetes. The results indicate a strong correlation between the female reproduction system and the carbohydrate metabolism. The interaction is influenced by the many very different factors. Before prescribing oral contraceptives, hormone replacement therapy in climacteric (especially during the treatment of infertility in PCOS), or examining patients, the gynaecologist needs to be aware of the fact that different phases in life along with sex steroids and connected changes in the reproductive system, might lead to severe metabolic diversifications. Special attention should be paid to an increased insulin resistance, associated with an augmentation in insulin secretion. Not only the metabolic syndrome, the simultaneous appearance of metabolic abnormalities (dyslipidaemia, insulin resistance, adiposity, hypertonia), which holds a higher risk of cardiovascular diseases, especially arteriosclerosis, but also the consequential increased prevalence of type 2 diabetes mellitus and the highly increased prevalence of adiposity, demand for a multidisciplinary collaboration between gynaecologists and internists.