Thrombospondin-1 (TSP1) ist ein matrizelluläres, Calcium-bindendes Glykoprotein, das an der Regulation verschiedener zellulärer Prozesse beteiligt ist. TSP1 wird von unterschiedlichen Zelltypen gebildet und ist vor allem in den α-Granula der Thrombozyten zu finden, aus denen es nach deren Aktivierung sekretiert wird. Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) sind Gram-positive humanpathogene Bakterien. Sie besiedeln asymptomatisch den menschlichen Respirationstrakt und können schwerwiegende lokale Infektionen und lebensbedrohliche Erkrankungen, wie z.B. Sepsis, bakterielle Meningitis oder invasive Pneumonien auslösen. Die Anheftung von S. pneumoniae an Wirtsstrukturen ist ein initialer Schritt für die Kolonisierung mukosaler Epitheloberflächen. In dieser Arbeit wird die Bedeutung des humanen TSP1 für die Pathogen-Wirt Interaktion analysiert und der Effekt für die Pathogenese demonstriert. Verschiedene Bindungsstudien und durchflusszytometrische Analysen zeigten eine Assoziation von S. pneumoniae an aktivierte Thrombozyten und an lösliches und immobilisiertes TSP1. In in vitro Infektionsversuchen konnte nachgewiesen werden, dass wirtszellgebundenes TSP1 die Adhärenz an und Invasion in Epithel- bzw. Endothelzellen vermittelt. TSP1 übernimmt die Funktion als Brückenmolekül zwischen S. pneumoniae und eukaryontischen Wirtszellen. Zur Charakterisierung des bakteriellen Adhäsins für TSP1 wurden die Pneumokokken mit dem proteolytischen Enzym Pronase E bzw. mit der Zucker oxidierenden Substanz Natriumperiodat inkubiert. Eine Behandlung mit Natriumperiodat reduzierte die TSP1 vermittelte Adhärenz der Pneumokokken an humane Wirtszellen. Im Gegensatz dazu hatte die Behandlung mit Pronase E keinen Einfluss auf die TSP1 vermittelte Anheftung von S. pneumoniae an eukaryontische Zellen. Diese Ergebnisse deuten an, dass es sich bei dem bakteriellen Adhäsin für TSP1 um eine oberflächenlokalisierte Glykostruktur der Pneumokokken handelt. Die TSP1 vermittelte bakterielle Adhärenz der Pneumokokken an Wirtszellen konnte durch Pneumokokken-spezifisches Phosphorylcholin bzw. durch Lipoteichonsäuren nicht reduziert werden. Im Gegensatz dazu wurde die TSP1 vermittelte Adhärenz von S. pneumoniae an Wirtszellen durch Zugabe von löslichem Peptidoglykan signifikant inhibiert. In verschiedenen Bindungsstudien wurde das Peptidoglykan als Pneumokokken-Adhäsin für TSP1 identifiziert. Weiterhin wurde herausgestellt, dass nicht nur S. pneumoniae, sondern auch andere Gram-positive pathogene Bakterien, wie Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Listeria monocytogenes und verschiedene apathogene Bakterien mit TSP1 interagieren, im Gegensatz zu Gram-negativen Bakterien. Es konnte gezeigt werden, dass TSP1 das Peptidoglykan aller getesteten Gram-positiven Bakterien erkennt. Diese Beobachtung weist auf einen allgemeingültigen Mechanismus der Bakterien-Wirt Interaktion hin, der wahrscheinlich von großer Bedeutung für die Pathogenese Gram-positiver Bakterien ist. Als Rezeptoren für TSP1 auf der Wirtszellseite wurden Proteoglykane auf der Oberfläche von eukaryontischen Zellen identifiziert. Weiterhin konnte herausgestellt werden, dass eine Interaktion der Gram-positiven Bakterien mit TSP1 nicht nur eine Adhärenz an Wirtszellen vermittelt, sondern die Bakterien vor einer Phagozytose durch primäre Granulozyten schützt. Zusammenfassend beweisen diese Ergebnisse eine spezifische Interaktion von Gram-positiven Bakterien mit TSP1, die zur bakteriellen Kolonisierung des Wirtsgewebes beiträgt. Das Peptidoglykan übernimmt die Funktion eines bakteriellen Adhäsins für TSP1, so dass TSP1 als molekulare Brücke die Interaktion von Gram-positiven Bakterien und Wirtszell-Proteoglykanen vermittelt. Diese Untersuchungen tragen in bedeutender Weise zu einem besseren Verständnis der Pathogenese von Infektionen durch S. pneumoniae und anderen Gram-positiven Bakterien bei. / Thrombospondin-1 (TSP1) is a matricellular glycoprotein that has key roles in interactions between human cells and components of the extracellular matrix. TSP1 is produced by different cell types and is mainly found in the α-granules of human thrombocytes and secreted upon their stimulation. Streptococcus pneumoniae are Gram-positive human bacteria which reside asymptomatically in the human respiratory tract, but can also cause local infections and life-threatening diseases such as sepsis, bacterial meningitis and pneumonia. A prerequisite for pneumococcal colonization of mucosal epithelial cells is the bacterial interaction with host cell structures. This study reports a novel role for human TSP1 in pathogen-host interactions. Binding assays and flow cytometric analysis demonstrate that S. pneumoniae specifically interacts with human TSP1. It is shown that S. pneumoniae binds to activated thrombocytes and recruits TSP1 from human plasma. Host-cell bound TSP1 promotes adherence of S. pneumoniae to human epithelial and endothelial cells, thereby acting as a molecular bridge between pneumococci and eukaryotic cells. To identify the bacterial adhesin for TSP1, pneumococci were incubated with the proteolytic enzyme pronase E and with sodium periodate, which oxidizes surface-exposed sugars. Pretreatment of the bacteria with sodium periodate, but not pronase E substantially reduced TSP1 mediated adherence to host cells, suggesting a glycoconjugate as the pneumococcal receptor for TSP1. Pneumococcal phosphorylcholine and lipoteichoic acids did not affect TSP1 mediated adherence of S. pneumoniae to host cells. In contrast, attachment of pneumococci to host cells via TSP1 was blocked by soluble peptidoglycan, indicating the recognition of bacterial peptidoglycan by TSP1. Further studies demonstrate that in addition to S. pneumoniae other Gram-positive bacteria including Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Listeria monocytogenes and several apathogenic bacteria interact with TSP1. Gram-negative bacteria did not interact with TSP1. Further it is shown that TSP1 recognizes the peptidoglycan of all tested Gram-positive bacteria, suggesting a general mechanism of bacteria-host protein interaction which probably has a significant impact on the pathogenesis of Gram-positive bacteria. Host cell proteoglycans were identified as the cellular receptors for TSP1. It is demonstrated that the bacterial binding to TSP1 does not only support adhesion to host cells, but can also protect the bacteria from phagocytosis by granulocytes. In conclusion, the results demonstrate an exploitation of TSP1 by Gram-positive bacteria which supports bacterial colonization of host tissues. In this scenario peptidoglycan functions as adhesin and TSP1 acts as a molecular bridge, linking Gram-positive bacteria with proteoglycan receptors on the host cells. These studies contribute to a better understanding of infections by S. pneumoniae and other Gram-positive bacteria.

Die kieferorthopädische Behandlung mit festsitzenden Apparaturen wirft schon immer das Problem der Ästhetik auf. Durch die Verwendung von Keramiken konnten in dieser Hinsicht große Fortschritte gemacht werden. Jedoch stellt sich in der alltäglichen Praxis die Frage, ob ein Keramikbracket einem Metallbracket in allen Belangen gleichwertig ist. Ziel dieser Untersuchung war es, handelsübliche Metall- und Keramikbrackets unter- und miteinander auf ihre Haftfestigkeit zu überprüfen. Dabei wurde auch das neu auf dem Markt erschienene Keramikbracket QuicKlear der Firma Forestadent in den Vergleich mit einbezogen. Neben den Brackets QuicKlear für den mittleren und seitlichen Oberkiefer Schneidezahn, wurden noch drei weitere Keramikbrackets für die Untersuchung verwendet: das Bracket Fascination 2 (Dentaurum), das Bracket InOvation C (GAC) und das Bracket Clarity SL (3M Unitek). Als Metallbrackets wurden, das Bracket Quick 2.0 (Forestadent), das Bracket MiniMono (Forestadent), das Bracket MiniSprint (Forestadent), das Bracket Discovery SL (Dentaurum), das Bracket InOvation R (GAC) und das Bracket SmartClip SL (3M Unitek) verwendet. Um die Versuche zu standardisieren, wurde nach Anleitung der DIN 13990-2 verfahren. Alle Brackets wurden für den Abscherversuch auf extrahierte, unbeschädigte und in Kunststoff eingebettete dritte humane Molaren geklebt. Als Adhäsiv wurde Transbond XT (3M Unitek) verwendet. Jedes Bracket wurde 24 mal an einer Materialprüfmaschine (Typ 1445 der Firma Zwick/Roell) mit einer Abschergeschwindigkeit von 1 mm pro Minute mittels eines Zugscherbügels in okklusal-gingivaler Richtung abgeschert. Um Einflüsse des Mundmilieus zu simulieren, wurden 12 der 24 Proben vor dem Abscherversuch durch Thermocycling (500 Temperaturzyklen für je 20 sek. in 5° C und 55° C temperiertem Wasser) belastet. Für jede einzelne Probe wurde die Abscherkraft in MPa gemessen und der Zahn danach mittels eines Mikroskops auf Schmelzdefekte untersucht. Die Bruchstellenlokalisation wurde dem ARI-Schema von Bishara et al. zugeordnet. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Programm PASW Statistics Version 18. Bei den Metallbrackets zeigten lediglich die Messergebnisse ohne Thermocycling des Brackets InOvation R mit 12,7(±4,7) MPa signifikant niedrigere Unterschiede in Haftfestigkeit und auch ARI. Bei den Ergebnissen mit Thermocycling waren weder bei den Haftfestigkeitswerten noch beim ARI signifikante Unterschiede zu sehen. Das Thermocycling hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse. Insgesamt erreichten die Metallbrackets zusammen einen Mittelwert von 17,8(±6,1) MPa ohne Thermocycling und 17,7(±7,8) MPa mit Thermocycling. In 12,5 % aller Proben traten nach dem Abscherversuch Schmelzdefekte auf. Bei den Keramikbrackets ohne Thermocycling gab es keine signifikanten Unterschiede innerhalb der Haftfestigkeiten. Beim ARI unterschied sich das zusätzlich zur mechanischen Retention noch durch Silanisierung chemisch haftende Bracket Fascination 2 signifikant höher als die Brackets InOvation C und Clarity SL. Bei den Werten mit Thermocycling unterschied sich in den Haftfestigkeitswerten das Bracket Fascination 2 signifikant höher als das Bracket InOvation C. Beim ARI unterschied sich Fascination 2 signifikant höher als InOvation C und Clarity SL, sowie QuicKlear für den OK 2er signifikant höher als InOvation C. Thermocycling hatte lediglich bei den Haftfestigkeitswerten des Brackets Clarity SL einen signifikant erhöhenden Einfluss. Insgesamt erreichten die Keramikbrackets im Mittel ohne Thermocycling einen Wert von 12,8(±4,5) MPa und mit Thermocycling einen Wert von 13,7(±5) MPa. Lediglich bei einer Probe (Bracket Fascination 2) war ein Schmelzdefekt nach dem Abscheren zu sehen. Metallbrackets unterschieden sich ohne und mit Thermocycling hoch signifikant höher von den Keramikbrackets, wobei der ARI bei den Metallbrackets die Tendenz zu Werten von 3 und höher hatte. Beim silanisierten Keramikbracket Fascination 2 war ein ähnlich hohes Auftreten von ARI 3 und höher zu erkennen. Die Keramikbrackets InOvation C und Clarity SL zeigten dagegen eher niedrigere ARI Werte. Alle gemessenen Brackets erreichten die in der Literatur geforderten minimalen Haftwerte für eine klinische Anwendung. Die rein mechanisch haftenden Keramikbrackets waren dabei mit niedrigeren Haftfestigkeitswerten und keinem Auftreten von Schmelzdefekten den Metall- und chemisch haftenden Keramikbrackets überlegen. Auch das neu auf dem Markt erschienene Bracket QuicKlear ordnet sich in die Werte anderer handelsüblicher Keramikbrackets ein und kann als potentielle Alternative angesehen werden. Das silanisierte Keramikbracket Fascination 2 zeigt durch höhere Abscherkräfte und ARI-Werte ein schlechtes Verhältnis zwischen ausreichendem Haftverbund und sicherer Entfernbarkeit. / The orthodontic treatment with tight apparatuses always raises the problem of the aesthetics. Big progress could be made in this regard by the use of ceramics. However, the question in practice is whether a ceramic bracket and a metal bracket is equivalent in all interests. The aim of this study was to check customary metal and ceramic brackets for their bonding strength. Besides, the new available ceramic bracket QuicKlear designed by Forestadent was also incorporated in the testing. Beside the brackets QuicKlear for the middle and lateral upper jaw incisor, another three other ceramic brackets were used for the investigation: the bracket Fascination 2 (Dentaurum), the bracket InOvation C (GAC) and the bracket Clarity SL (3M Unitek). As metal brackets were used, the bracket Quick 2.0 (Forestadent), the bracket Minimono (Forestadent), the bracket Minisprint (Forestadent), the bracket Discovery SL (Dentaurum), the bracket InOvation R (GAC) and the bracket Smart clip SL (3M Unitek). To standardize the attempts, the DIN 13990-2 was used. All brackets were bonded on extracted, intact third human molars. Trans-Bond XT (3M Unitek) was used as adhesive. Each bracket was sheared 24 times with a material testing machine (type 1445 by Zwick/Roell) with a shearing speed of 1 mm per minute occlusal gingival direction. To simulate influence of the oral environment, 12 of 24 tests were loaded before the shear test by thermocycling (500 temperature cycles for 20 sec. in 5 ° C and 55 ° C tempered water). For every single test the bonding strength was measured in MPa. Afterwards each tooth was examined for enamel defects under a microscope. The crack localization became assigned to the ARI pattern by Bishara et al. The statistical evaluation was collected with the program PASW Statistics version 18. Within the metal brackets merely the results of the bracket InOvation R without thermocycling (12.7 (±4.7) MPa) showed significantly lower differences in bonding strength and ARI. No significant differences between the results after thermocycling could be found for bonding strength and for ARI. The thermocycling had no significant influence on the results. All together the metal brackets reached an average from 17.8 (±6.1) MPa without thermocycling and 17.7 (±7.8) MPa after thermocycling. In 12.5% of all tests enamel defects appeared after shearing. The ceramic brackets without thermocycling showed no significant differences for bonding strength. For ARI the bracket Fascination 2 with its mechanical and chemical retention differed significantly higher than the brackets InOvation C and Clarity SL. The values of bond strength for the bracket Fascination 2 after thermocycling differed significantly higher to the values of the bracket InOvation C. For ARI Fascination 2 differed significantly higher than InOvation C and Clarity SL, as well as QuicKlear (OK 2nd) significantly higher than InOvation C. Thermocycling had an increasing influence on the bond strength values of the bracket Clarity SL. All together the ceramic brackets reached on average a value from 12.8 (±4.5) MPa without thermocycling and after thermocycling a value of 13.7 (±5) MPa. Only one enamel defect could be found after shearing test (bracket Fascination 2). Metal brackets differed without and after thermocycling significantly higher from the ceramic brackets. The ARI of metal brackets showed the trend towards values of 3 and higher. The ceramic bracket Fascination 2 showed as well an ARI value of 3 or higher. In contrast the ceramic brackets InOvation C and Clarity SL showed lower values of ARI. All measured brackets reached the minimum values demanded in the literature for clinical use. Besides, the mechanically bonded ceramic brackets showed lower bonding strength values and no appearance of enamel defects compared to the metal brackets and chemically bonded ceramic brackets. Also the bracket QuicKlear adjusts itself to the values of other customary ceramic brackets and can be seen as a potential alternative. The ceramic bracket Fascination 2 showed a bad relation between sufficient bonding and safe debonding caused by higher bond strength and ARI values.

Pathogens causing African animal trypanosomiasis (AAT), the major livestock disease in sub-Saharan Africa, belong to the salivarian group of the African trypanosomes, which are transmitted by the bite of the tsetse fly (Glossina spec.). T. vivax, T. congolense and T. brucei brucei are major pathogens of cattle in particular, causing nagana, with dramatic socio-economic consequences for the affected regions. The parasites additionally have a huge reservoir of other livestock and wild animal hosts. T. brucei, the species which also includes the subspecies pathogenic to humans causing sleeping sickness, has been extensively studied as the cultivatable model trypanosome. But less is known about the other salivarian species, which are not routinely held in culture, if at all possible. A hallmark of trypanosomal lifestyle is the protozoan flagellates incessant motility, which enables them to populate an enormous range of habitats in very diverse hosts. We were now able to characterize, for the first time with high spatiotemporal resolution microscopy, the swimming behaviour and mechanism of the most relevant salivarian species isolated directly from blood. We show the influence of viscosity on the motility of bloodstream form (BSF) cells and simulate their movement between erythrocytes, giving a clear picture of how all analyzed species move under varying environmental conditions. We show that although the basic mechanism of flagellar motility applies to all analyzed species, there are clear morphological differences that produce different reactions to the physical environment. We could define specific conditions for highly increased swimming persistence and speed for compared to the behaviour in standard culture. These results have important implications for the parasites survival strategies in the host, e.g. regarding the capacity for antibody clearance. Although we show all species to effectively remove antibodies from the cell surface, T. congolense differed markedly in its motility behaviour, which gives rise to interesting questions about this species behaviour in the bloodstream. Most of the T. congolense parasites (and to a lesser extent T. vivax) adhere to sheep erythrocytes. Further in vitro studies showed that T. congolense and T. vivax adhered to rabbit, goat, pig and cattle erythrocytes- but binding behaviour was absent in murine blood. Notably, both T. brucei and T. evansi lacked adherence to all studied host erythrocytes. Generally, attachment to blood cells caused reduction of swimming velocities. Judging from its cell architecture, as well as the motility studies in higher media viscosity and in micropillar arrays, T. congolense is not adapted to swim at high speeds in the mammalian bloodstream. Low swimming speeds could allow these purely intravascular parasites to remain bound to the host erythrocytes. / Die wichtigste Viehseuche des subsaharischen Afrika, die afrikanische Trypanosomiasis (AAT), wird durch Pathogene ausgelöst, die zu einer Gruppe der afrikanischen Trypanosomen gehört, die durch den Stich der Tsetsefliege übertragen werden (Salivaria). T. vivax, T. congolense und T. brucei brucei sind die Haupt-Erreger in Rindern, wo sie Nagana verursachen, mit dramatischen sozio-ökonomischen Folgen für die betroffenen Regionen. Die Parasiten haben zusätzlich ein riesiges Reservoir an Zucht- und Wildtieren als Wirte zur Verfügung. T. brucei, die Spezies die auch die humanpathogenen Subspezies umfasst, die Erreger der Schlafkrankheit, ist eingehend als das kultivierbare Trypanosomenmodell untersucht worden, aber es ist weniger über die anderen Salivaria Spezies bekannt, die nicht routinemäßig in Kultur gehalten werden, wenn überhaupt die Möglichkeit besteht. Ein Kennzeichen des trypanosomalen Lebensstils ist die unablässige Motilität der protozooischen Flagellaten, die es ihnen ermöglicht eine riesige Bandbreite an Habitaten in sehr diversen Wirten zu besiedeln. Wir waren in der Lage, zum ersten Mal mit räumlich und zeitlich hochauflösender Mikroskopie, das Schwimmverhalten und den Schwimmmechanismus der wichtigsten Salivaria Spezies zu charakterisieren, die direkt aus dem Blut isoliert wurden. Wir zeigen wie Viskosität die Motilität der Blutstromform (BSF)-Zellen beeinflußt und simulieren deren Bewegung zwischen Erythrozyten. Durch diese Ergebnisse erhalten wir ein klares Bild davon, wie die analysierten Spezies sich unter variierenden experimentellen Bedingungen bewegen. Wir zeigen, dass obwohl der grundlegende Mechanismus der flagellaren Motilität bei allen Spezies gleich ist, es klare morphologische Unterschiede gibt, die verschiedene Reaktionen auf die physikalische Umgebung zur Folge haben. Wir konnten spezifische Konditionen für stark erhöhte Persistenz und Schwimmgeschwindigkeit, im Vergleich zum Verhalten in der Standardkultur, bei T. vivax, T. evansi and T. brucei definieren. Diese Ergebnisse haben wichtige Implikationen für die Überlebensstrategien im Wirt, z.B. bezüglich der Kapazität für die Antikörperentfernung. Obwohl wir zeigen konnten, dass alle Spezies effektiv gebundene Antikörper von ihrer Oberfläche entfernen können, unterscheidet sich T. congolense stark in seinem motilen Verhalten, was interessante Fragen über das Verhalten dieser Spezies im Blutstrom aufwirft. Die meisten T. congolense Parasiten (und in geringerem Ausmaß T. vivax) adhärieren an Erythrozyten des Schafs. Weitere in vitro Versuche zeigten, dass T. congolense und T. vivax auch an Erythrozyten von Kaninchen, Ziege, Schwein und Rind binden, aber nicht im Blut von Mäusen. Interessanterweise adhärierten weder T. brucei noch T. evansi an Erythrozyten irgendeiner Wirts-Spezies. Im Allgemeinen hat die Bindung an Erythrozyten eine Reduktion der Schwimmgeschwindigkeit zur Folge. Nach der Zellarchitektur und dem Verhalten in Medien höherer Viskosität und zwischen Micropillar-Strukturen zu urteilen, ist T. congolense nicht adaptiert, um mit hohen Geschwindigkeiten im Blutstrom von Säugern zu schwimmen. Niedrige Schwimmgeschwindigkeiten könnten diesem rein intravaskulären Parasiten erlauben an den Erythrozyten des Wirts haften zu bleiben.

Kohlenhydrat-Protein-Wechselwirkungen sind häufig entscheidend beteiligt an verschiedenen einer Infektion oder malignen Erkrankung zugrunde liegenden molekularen Erkennungs-prozessen, die zu Adhäsion, Zell-Zell-Interaktion sowie Immunreaktion und -toleranz führen. Trotz der hohen Relevanz für Diagnostik und Therapie dieser Erkrankungen sind die betreffenden Strukturen und Mechanismen bisher nur ungenügend untersucht und verstanden. Ziel dieser stark interdisziplinär angelegten Arbeit war es daher, Methoden der Fachbereiche Chemie und Pharmazie, Biologie und Medizin, aber auch Physik zu kombinieren, um Kohlenhydraterkennungsprozesse im Detail zu untersuchen und auf dieser Basis strukturell neuartige diagnostische und therapeutische Anwendungen zu entwerfen. Die hochkomplexe Zusammensetzung einer Zelloberfläche wurde zunächst auf ihren Glycan-anteil reduziert und stark vereinfacht auf der Oberfläche sogenannter Glycochips imitiert. Die verwendeten Systeme auf Basis einer Gold- bzw. Glasoberfläche ergänzen sich optimal in ihrer Eignung für komplementäre analytische Methoden wie Massenspektrometrie sowie quantifizierbare Fluoreszenzspektroskopie. Der Übergang auf die lebende Zelloberfläche gelang mit Hilfe des Metabolic Glyco-engineering, das die kovalente Präsentation definierter Motive durch eine Cycloaddition zwischen zwei bioorthogonalen Reaktionspartnern (z.B. Azid und Alkin) ermöglicht. Auf diese Weise wurden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Sauer (Universität Würzburg) zunächst die Dichte und Verteilung verschiedener Oberflächenglycane auf humanen Zellen mittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie (dSTORM) bestimmt. Diese Parameter zeigten im Modell des Glycochips einen entscheidenden Einfluss auf Bindungsereignisse und multivalente Erkennung und zählen auch auf natürlichen Zelloberflächen – in engem Zusammenhang mit der lateralen und temporalen Dynamik der Motive – zu den wichtigen Faktoren molekularer Erkennungsprozesse. Die gezielte Modifikation zellulärer Oberflächenglycane eignet sich aber auch selbst als Methode zur Beeinflussung molekularer Wechselwirkungsprozesse. Dies wurde anhand des humanpathogenen Bakteriums S. aureus gezeigt, dessen Adhäsion auf Epithelzellen der Blasenwand durch Metabolic Glycoengineering partiell unterdrückt werden konnte. In einem ergänzenden Projekt wurden zwei potentielle Metabolite eines konventionellen Antibiotikums – des Nitroxolins – mit bakteriostatischer sowie antiadhäsiver Wirksamkeit dargestellt. Diese dienten als Referenzsubstanzen zur Verifizierung der postulierten Struktur der Derivate, werden aber auch selbst auf ihr Wirkprofil hin untersucht. Gleichzeitig stehen sie zusammen mit der Grundverbindung zudem als Referenz für die Wirkstärke potentieller neu entwickelter Antiadhäsiva zur Verfügung. / Interactions between carbohydrates and proteins often are crucial factors in the molecular recognition processes of infectious diseases or cancer, leading to adhesion and cell cell interaction, as well as immune response and immune tolerance. Despite of their high pertinence for diagnostics and successful therapeutic treatment of those diseases, the structures and mechanisms involved are still insufficiently studied and poorly understood. So it was the aim of this strongly interdisciplinary oriented dissertation, to study carbohydrate recognition processes on molecular basis and in detail by combining methods from different scientific schools like chemistry and pharmacy, biology and medicine, as well as physics. Based on the achieved results innovative diagnostic and therapeutic applications should be proposed. Initially the highly complex structural composition of a living cells’ surface was reduced to its’ glycan fraction and mimicked on the surface of so-called glycochips in a very simplified manner. Two systems, based on gold and glass surfaces respectively, were used due to their complementary applicability for different analytical methods like mass spectrometry and quantitative fluorescence spectroscopy. The step forward towards living cell surfaces was achieved by metabolic glycoengineering, a method that enables the covalent installation of defined binding motifs by performing a cycloaddition between two bioorthogonal reaction partners (e.g. azide and alkyne). In cooperation with the group of Prof. Dr. Markus Sauer (Universität Würzburg) this technique was used to determine the density and spatial distribution of different cell surface glycans on human cell lines with high resolution fluorescence microscopy (dSTORM). In the glycochip model these parameters exhibited a key value for binding processes and multivalent recognition. Even on native cell surfaces they are crucial factors of molecular recognition processes – closely related to the lateral and temporal dynamics of the structural motifs. In addition the specific modification of cell surface glycans itself can be used to manipulate molecular interaction processes. This could be shown for the human pathogenic bacterium Staphylococcus aureus by significant reduction of its adhesion potential towards epithelial cells derived from the human bladder after metabolic glycoengineering. Finally a supplementary project aimed to synthesize two prior postulated metabolites of the conventional antibiotic agent nitroxoline that shows bacteriostatic as well as antiadhesive effects. They were used as reference compounds to verify the postulated structure of the two derivatives and currently undergo further studies concerning their intrinsic mode of action. In addition to the parent molecule they also serve as reference compounds to estimate the potential of novel antiadhesives.

Einwirkung elektrostatischer Aufladungen auf den Negativaufbau im Rollenoffsetdruck.

Ziel der Arbeit war die Bestimmung der Haftfestigkeit und des Debondingverhaltens verschiedener Bracket- und Adhäsivsysteme unter Berücksichtigung eines neu entwickelten Basisdesigns. Hierbei wurden zwei unterschiedliche Testmethoden sowie differierende Untergrundmaterialien verwendet. Zur Prüfung des Verbundes zwischen Bracket, Adhäsiv und Untergrund wurden gemäß der DIN 13990-2 die Brackets Bio Quick (Forestadent), Micro Sprint (Forestadent), Micro Sprint mit neu entwickelter Stotzenbasis (Forestadent), Equilibrium mini (Dentaurum) und In-Ovation mini (Dentsply) im Abscher- und Abzugversuch getestet. Sie wurden mit den Adhäsiven Transbond XT, Kurasper F und GC Ortho Connect auf bovine Zähne sowie auf PMMA-Ringe geklebt und anschließend hinsichtlich ihrer Haftfestigkeit untersucht. Vergleiche konnten außerdem zwischen den Testmethoden der Abscher- und Abzugtests wie auch der Untergrundmaterialien Zahn und Ring angestellt werden. Die Menge des Restadhäsivs auf der Bracketbasis wurde anschließend mikroskopisch bestimmt und anhand des Adhesive Remnant Index (ARI) dargestellt. Im Vergleich der Abscher- und Abzugprüfungen sowie der Untergründe Zahn und Ring konnten beim Abscheren der Brackets und der Anbringung auf Zähnen signifikant höhere Haftwerte erzielt werden. Unabhängig der Brackets ist auf den Zähnen kein signifikanter Unterschied zwischen den Adhäsiven zu erkennen, auf den Ringen hingegen erreicht GC Ortho Connect signifikant geringere Haftfestigkeiten. Die höchsten Haftfestigkeitswerte (in MPa) erreichten beim Abscheren vom Zahn und bei beiden Debondingmethoden vom Ring das Equilibrium mini in Kombination mit den Adhäsiven Kurasper auf dem Ring (Abscher 23,4 MPa/Abzug 8,1 MPa) und GC Ortho Connect auf dem Zahn (23,55 MPa). Beim Abzug vom Zahn erreichte das Micro Sprint mit Stotzenbasis in Kombination mit Transbond XT die höchste Haftfestigkeit (8,02 MPa). In der Untersuchung des ARI verblieb größtenteils mehr als 50% Restadhäsiv auf der Bracketbasis. / The objective of the work was to determine the bond strength and debonding behavior of different bracket and adhesive systems. Hereby, a newly developed basic design was taken into account. Two different test methods and different substrate materials were used. For testing the bond between bracket, adhesive, and substrate, the brackets Bio Quick (Forestadent), Micro Sprint (Forestadent), Micro Sprint with newly developed stotzen base (Forestadent), Equilibrium mini (Dentaurum), and In-Ovation mini (Dentsply) were tested by using shear and tensile tests in accordance with DIN 13990-2. The brackets were bonded to bovine teeth and PMMA rings using the adhesives Transbond XT, Kurasper F and GC Ortho Connect, and subsequently, their bond strength was analyzed. Comparisons could also be made between the test methods of the shear and tensile tests as well as the substrate materials tooth and ring. The residual adhesive on the bracket base was then determined microscopically and presented using the Adhesive Remnant Index (ARI). Comparing the shear and tensile tests and the tooth and ring bases, significantly higher adhesive values were obtained when the brackets were sheared off and attached to teeth. Regardless of the brackets, no significant difference between the adhesives can be seen on the teeth, but GC Ortho Connect achieved significantly lower bond strengths while using rings. In the conducted experiments, the highest bond strength (in MPa) were achieved when shearing from the tooth, and for both debonding methods from the ring by Equilibrium mini in combination with the adhesives Kurasper on the ring (shear bond strength 23.4 MPa/tensile bond strength 8.1 MPa) and GC Ortho Connect on the tooth (23.55 MPa). When pulled off the tooth, the Micro Sprint with stotzen base combined with Transbond XT achieved the highest bond strength (8.02 MPa). Mostly, more than 50% residual adhesive remained on the bracket base in the ARI examination.

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung einer Passivierungsschicht auf Silber, um es vor Degradation unter Feuchte oder Schadgasen zu schützen. Dazu wurden Al\(_2\)O\(_3\) und Ta\(_2\)O\(_5\) mittels Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition: ALD) auf polykristallinen Silberoberflächen abgeschieden und deren Wachstum und Haftung analysiert. Zum Vergleich wurden die Edelmetalle Gold und Platin herangezogen. Die Beurteilung der Barriereeigenschaften gegenüber Schadgas erfolgte mittels einer Ozon-Behandlung in der ALD-Prozesskammer. Es zeigte sich, dass nur ALD-Schichten, die bis zu eine Abscheidetemperatur von unter 140~°C abgeschieden wurden, eine ausreichende Barrierewirkung liefern konnten. Erklärt werden konnte dieses Phänomen durch unterschiedliche Wachtumsregime für unterschiedliche Abscheidetemperaturen zwischen 100 und 300~°C, die in einer temperaturabhängigen Bedeckung der Silberoberfläche resultieren. Während bei niedrigen Temperaturen eine geschlossene Schicht aufwächst, findet ALD-Wachstum bei höheren Temperaturen, beginnend über 115~°C, nur an Korngrenzen, Stufenkanten und Defekten statt. Es wurden verschiedene Oberflächenbehandlungen untersucht und nur eine Vorbehandlung mit H\(_2\)O bei 100~°C in der ALD-Prozesskammer konnte auch bei höheren Temperaturen zu einem geschlossenen Schichtwachstum führen. In-vacuo XPS Untersuchungen der ersten Zyklen des Al\(_2\)O\(_3\)-Wachstums bei 100 und 200~°C auf Silber wurden miteinander und mit einer Silizium Referenzprobe verglichen. Bei beiden Wachstumstemperaturen kam es nicht zur Oxidation von Ag. Ab dem ersten TMA-Puls konnten Al-Verbindungen auf der Oberfläche nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass TMA auf der Ag-Oberfläche zu Methylaluminium und Methylresten dissoziieren und an Adsorbaten anbinden kann. Zusätzlich zeigte sich ein erhöhtes, nicht gesättigtes Wachstumsverhalten bei 200~°C, das über einen Sauerstoffdiffusionsprozess erklärt werden kann. Sauerstoff-Verunreinigungen, die sich in der Silberschicht befinden, konnten über Korngrenzendiffusion an die Oberfläche gelangen und dort mit TMA reagieren. Aufgrund von Oberflächendiffusion bei höheren Temperaturen gab es eine stabile Adsorption nur an Korngrenzen, Stufenkanten und Defekten. Nur die Si-Oberfläche zeigte ein typisches ALD-Wachstum. Auf Pt und Au lag unabhängig von weiteren Vorbehandlungen bei allen Beschichtungstemperaturen ein geschlossenes ALD-Anwachsen vor. Damit eignete sich Au gut um die Barriere-Eigenschaften der ALD-Schicht gegen Feuchtigkeit in Abhängigkeit von der Wachstumstemperatur nachzuweisen. Dies wurde mit einer cyanidischen Ätzlösung getestet. Während für eine Barriere gegen Ozon bereits eine dünne geschlossene Schicht, abgeschieden bei 100~°C ausreicht, musste gegen die Ätzlösung eine höhere Beschichtungstemperatur verwendet werden. Für die Bewertung der Haftung der Passivierungsschicht wurde neben den üblichen einfachen Tesatest und Schertest, ein pneumatischer Haftungstest entwickelt und eingesetzt. Dafür wurde die Methode des Blistertest angepasst, der ursprünglich für die Bestimmung der Haftung organischer Schichten, wie beispielsweise Kleber und Lacke, eingesetzt wurde, sodass er sich für die Untersuchung dünner Schichten eignet. Dazu wurde die zu testende Grenzfläche mittels eines Si-Trägers mechanisch unterstützt. Hierdurch kann die Deformation der Schicht minimiert werden und es kommt stattdessen zu einem Bruch. Die Delamination der Testschicht wurde durch das Anlegen des hydrostatischen Drucks erreicht, was eine gleichmäßige Kraftverteilung gewährleistet. Die Proben ließen sich mittels Standard-Dünnfilmtechnologie herstellen und können damit industriell gut eingesetzt werden. Sowohl der Messaufbau als auch die Probenpräparation wurden in dieser Arbeit vorgestellt. Es wurde mittels der beiden Bondmaterialien AuSn und Indium die maximal bestimmbare Adhäsionsspannung evaluiert und dafür Werte von (0,26 \(\pm\) 0,03) \(\cdot 10^9 \) Pa für AuSn und (0,09 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa für In bestimmt. Da im In bereits bei sehr niedrigen Drücken ein kohäsives Versagen auftritt, eignet sich AuSn besser für die Messung anderer Grenzflächen. Damit wurden schließlich die Grenzflächen ALD-Al\(_2\)O\(_3\) und ALD-Ta\(_2\)O\(_5\) auf Ag mit H\(_2\)O-Vorbehandlung sowie ALD-Al\(_2\)O\(_3\) auf Pt untersucht. Es wurden die folgenden Adhäsionsspannungen erreicht: Für ALD-Al\(_2\)O\(_3\) auf Ag: (0,23 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa, für ALD-Ta\(_2\)O\(_5\) auf Ag: (0,15 \(\pm\) 0,03) \(\cdot 10^9 \) Pa und für ALD-Al\(_2\)O\(_3\) auf Pt: (0,20 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa. Somit wurde bestätigt, dass mit Hilfe der Vorbehandlung der Ag-Oberfläche die ALD-Al\(_2\)O\(_3\)-Schicht nicht nur geschlossen ist, sondern auch ausreichend gut haftet und sich damit hervorragend als Barriere eignet. / In this thesis, a barrier layer against degradation under humidity or corrosive gases on silver was studied. For this purpose Al\(_2\)O\(_3\) und Ta\(_2\)O\(_5\) using atomic layer deposition (ALD) were grown on polycrystalline silver surfaces and the growth mechanism as well as the adhesion were analyzed. The resulting characteristics were compared with gold and platinum. The barrier effect against corrosive gases was evaluated by an ozone treatment in the ALD-process chamber. Only ALD-layers grown below 140~°C could protect the underlying Ag. This fact could be explained by different growth regimes for varying process temperatures between 100 and 300~°C, resulting in a temperature dependent coverage of the Ag-surface. Only for temperatures below 115~°C a complete ALD-layer on Ag could be grown. However, at temperatures above 115~°C, the Al\(_2\)O\(_3\)-growth on silver only occurred on grain boundaries, step edges and defects, whereas no growth on single-crystalline facets could be observed. Different pretreatments of the surface were analyzed, but only a H\(_2\)O-pretreatment at 100~°C inside the ALD-process chamber resulted in a closed layer growth at elevated temperatures. In-situ XPS measurements of the first cycles of Al\(_2\)O\(_3\)-growth on Ag at 100 and 200~°C were compared, while a Silicon-sample served as reference. At both deposition temperatures, the silver substrate was not oxidized during the ALD process. Aluminum species could be identified immediately after the first TMA pulse. It was found, that on the Ag-surface TMA could dissoziate to methyl aluminum and methyl residues and bind on adsorbates. In addition, an unsaturated growth at 200~°C deposition temperature occured, which could be explained by an oxygen diffusion mechanism. Oxygen impurities stored in the silver film were proposed to be the source of reactants for this growth. This oxygen could diffuse along grain boundaries to the surface, where they react with TMA. Due to surface diffusions mechanism at increased temperatures, a stable adsorption only occurred at step edges, grain boundaries and defects. Only for the Si-surface a typical ALD-growth was reported. For Au and Pt a closed layer growth of ALD-Al\(_2\)O\(_3\) was found independent of pretreatments at all deposition temperatures. Au is therefore well suited for the evaluation of the barrier properties against humidity. The temperature dependency was investigated with an immersion in cyanide solution. While as barrier against ozone a very thin layer grown at 100~°C is sufficient, against etching solution a higher deposition temperature is necessary. For evaluation of the adhesion of the passivation layer a high pressure supported blister testing method was set up and used besides the common simple scotch tape test and a shear test. In contrast to the standard blister test, the examined interface is supported mechanically by silicon in order to avoid the formation of a blister and a possible film rupture. Thereby, a vertical detachment of the layer can be expected. Since the deformation of the tested layers is minimized, there is no constraint to ductile materials, as it is the case in standard blister tests. In contrast, it can be applied to various materials. Contactless delamination of the film is achieved by applying hydrostatic pressure to the interface that causes an even force distribution. The samples could be processed with standard thin film technology, with the benefit that the test can be applied industrially. In this thesis, the the setup of the test and the sample preparation were presented. In order to determine the maximum adhesion range of the test, samples with two different bonding techniques are compared. AuSn eutectic bonding resulted in (0,26 \(\pm\) 0,03) \(\cdot 10^9 \) Pa, In bonding in (0,09 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa. In showed a cohesive failure mode allready at very low pressures, while eutectic bonding offered enough stability to be applied for following experiments. With this setup ALD-Al\(_2\)O\(_3\) and ALD-Ta\(_2\)O\(_5\) on Ag with the H\(_2\)O-pretreatment as well as ALD-Al\(_2\)O\(_3\) on Pt were measured. The test resulted in the following adhesion strength: ALD-Al\(_2\)O\(_3\) on Ag: (0,23 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa, ALD-Ta\(_2\)O\(_5\) on Ag: (0,15 \(\pm\) 0,03) \(\cdot 10^9 \) Pa and ALD-Al\(_2\)O\(_3\) on Pt: (0,20 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa. These values verify that the pretreatment of silver leads not only to a complete covered ALD-Al\(_2\)O\(_3\)-layer, but also to a sufficent adhesion. Therefore the ALD-layer was most suitable as a barrier.

Ziel dieser Arbeit war es, eine Reihe von 17 ausgewählten Kohlehydraten auf deren Fähigkeit zu bewerten, die Adhärenz humanpathogener Enteritis-/Diärrhoe-Erreger zu reduzieren oder gänzlich zu verhindern. Gestestet wurde die Adhärenz an Kryoschnitten humaner Darmbiopsien. Hierbei wurde die bakterielle Adhäsion ohne Zusatz der Kohlehydrate bestimmt und als Vergleichswert gegenüber dem Ansatz mit Zusatz der Kohlehydrate herangezogen. Dabei kamen Stämme folgender Spezies zum Einsatz: entero-aggregative E. coli, entero-hämorrhagische E. coli, entero-pathogene E. coli, entero-toxigene E. coli, Salmonella enterica Serovar Typhimurium und Shigella flexneri. Als Positiv-Kontrolle wurde Citrobacter freundii verwendet. / Anti-adhesion therapy of bacterial infections

Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) gehört zu den am besten untersuchten und charakterisierten probiotischen Bakterienstämmen. Seit Beginn des letzten Jahrhunderts wird er als Medikament eingesetzt, um verschiedene Darmerkrankungen wie z.B. Diarrhöe, entzündliche Darmerkrankungen und Verstopfung zu behandeln. Die Flagelle des EcN vermittelt Beweglichkeit und kann die Produktion von humanem β-Defensin 2 (hBD2) durch Epithelzellen induzieren. Somit ist dieses Organell direkt in die probiotische Funktion des EcN involviert. Es konnte gezeigt werden, dass die Flagellen anderer Bakterien, wie z.B. dem probiotischen Stamm Bacillus cereus CH oder den pathogenen Stämmen Pseudomonas aeruginosa und Clostridium difficile, die Adhäsion an intestinalen Mucus, welcher von Epithelzellen sekretiert wird, vermitteln. Allerdings blieb unklar, welcher Teil der Flagelle an welche Mucuskomponente bindet. Die Fähigkeit effizient an Wirtgewebe zu adhärieren wird als wichtiges Attribut eines probiotischen Stammes angesehen. Ex vivo Adhäsionsstudien mit Kryoschnitten humaner Darmbiopsien haben gezeigt, dass die Flagelle des EcN in die effiziente Adhäsion an humanes Darmgewebe involviert sein muss. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit die Funktion der Flagelle des EcN als Adhäsin untersucht. Zunächst wurde die hyperflagellierte Variante EcN ATHF isoliert und durch verschiedene Experimente, z.B. Schwärmagartests und Elektronenmikroskopie, charakterisiert. Weitere ex vivo Adhäsionsstudien mit EcN ATHF zeigten eine höhere Adhäsionseffizienz dieser hyperflagellierten Variante und bestätigten damit die Rolle der Flagelle bei der effizienten Adhäsion von EcN an die Kryoschnitte der humanen Darmbiopsien. Interessanterweise fungierte die Flagelle in in vitro Studien mit den humanen Epithelzellen Caco-2 und T24 nicht als Adhäsin. Diese Unterschiede zwischen den in vitro und ex vivo Studien führten zu der Annahme, dass die Flagelle des EcN in vivo die Adhäsion an Mucus vermittelt, welcher von den Caco-2- und T24-Zellen nicht produziert wird, aber in den Kryoschnitten der Darmbiopsien nachgewiesen wurde. Diese Vermutung wurde durch in vitro Adhäsionsstudien mit der Mucin-produzierenden Epithelzelllinie LS174-T bestätigt, da die Flagellen für eine effektive Adhäsion an diese Zellen essentiell waren. Zudem reduzierte die Präinkubation flagellierter EcN-Stämme mit Mucin2 ihre Adhäsionseffizienz an Kryoschnitte humaner Darmbiopsien. Um die direkte Interaktion zwischen Flagellen des EcN Wildtyps und Mucus zu zeigen, wurde ein ELISA etabliert. Es konnte eine direkte konzentrationsabhängige Interaktion zwischen isolierten Flagellen des EcN Wildtyps und Mucin2, bzw. humanem Mucus (Kolon) beobachtet werden. Interessanterweise konnte keine Interaktion zwischen isolierten Flagellen des EcN Wildtyps und murinem Mucus (Duodenum, Ileum, Caecum, Colon) festgestellt werden. Dies weist darauf hin, dass die Mucuszusammensetzung zwischen verschiedenen Spezies variiert. Verschiedene Kohlenhydrate, welche bekannte Mucusbestandteile sind, wurden auf ihre Interaktion mit der Flagelle von EcN getestet und Gluconat wurde als ein Rezeptor identifiziert. Die Präinkubation isolierter Flagellen mit Gluconat reduzierte ihre Interaktion mit Mucin2, bzw. humanem Mucus signifikant. Zudem wurde die oberflächenexponierte Domäne D3 des Flagellins, der Hauptuntereinheit der Flagelle, als möglicher Interaktionspartner von Mucin2, bzw. humanem Mucus ausgeschlossen. Flagellen, die aus einer Domäne D3 Deletionsmutante isoliert wurden, zeigten sogar eine effizientere Bindung an Mucin2, bzw. humanen Mucus. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Änderungen des pH-Wertes signifikante Effekte auf die Interaktion zwischen Mucus und isolierten Flagellen hatten, vermutlich aufgrund von Konformationsänderungen. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die Flagelle als neues und scheinbar wichtigstes Adhäsin in vivo für den probiotischen Stamm EcN identifiziert. Hierfür wurden sowohl eine hyperflagellierte Variante, eine ΔfliC Mutante, sowie der dazugehörige komplementierte Stamm verwendet. EcN ist zudem der erste probiotische Stamm für den eine direkte Bindung der Flagellen an humanen Mucus nachgewiesen werden konnte. Die Mucuskomponente Gluconat konnte dabei als wichtiger Rezeptor identifiziert werden. Da einige pathogene Bakterien ihre Flagelle zur Adhäsion an Wirtsgewebe nutzen, könnte dieses Organell EcN dazu befähigen, mit Pathogenen um die erfolgreiche Kolonisierung des Darms zu konkurrieren, was als wichtige Eigenschaft eines Probiotikums betrachtet wird. / Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) is one of the best studied and characterized probiotic bacterial strains. It is in use as a drug since the beginning of last century to treat various diseases and dysfunctions of the human intestinal tract, e.g. diarrhea, inflammatory bowel diseases and obstipation. The flagellum of EcN mediates motility and is able to induce human beta defensin 2 (hBD2) production by epithelial cells. Therefore, this organelle is directly involved in EcN’s probiotic function. It has been shown that the flagella of several other bacteria, including the probiotic strain Bacillus cereus CH or the pathogenic strains Pseudomonas aeruginosa and Clostridium difficile, mediate adhesion to intestinal mucus, which is secreted by epithelial cells. However it remained unclear which part of the flagella binds to which mucus component. The ability to adhere efficiently to host tissue is considered to be an important attribute for a probiotic strain. Ex vivo adhesion studies with cryosections of human gut biopsies have revealed, that the flagellum of EcN must be involved in efficient adhesion to human intestinal tissue. Thus, the function of EcN’s flagellum as an adhesin was investigated in this work. First, the hyperflagellated variant EcN ATHF was isolated and characterized by several experiments, e.g. motility tests and electron microscopy. Further ex vivo adhesion studies with EcN ATHF demonstrated a higher adhesion efficiency of this hyperflagellated variant confirming the role of the flagellum for adhesion of EcN to cryosections of human gut biopsies. Interestingly, EcN’s flagellum did not function as an adhesin in in vitro adhesion studies with the human epithelial cells Caco-2 and T24. These differences between the in vitro and ex vivo studies led to the assumption, that in vivo the flagellum of EcN mediates adhesion to mucus, which is not produced by Caco-2 and T24 cells, but was shown to be present in the cryosections of human gut biopsies. This was confirmed by in vitro adhesion studies with the mucin-producing epithelial cell line LS174-T, as flagella were essential for efficient adhesion to these cells. Furthermore, preincubation of flagellated EcN strains with mucin2 (porcine stomach) reduced their adhesion effiency to cryosections of human gut biopsies. To demonstrate the direct interaction between flagella from EcN wildtype and mucus, an ELISA was established. A direct concentration-dependent interaction between isolated flagella from EcN wildtype and mucin2 as well as human mucus (Colon) could be observed. In contrast, there was no direct interaction between isolated flagella from EcN wildtype and murine mucus (Duodenum, Ileum, Ceacum, Colon), indicating that mucus composition varies among different species. By testing different carbohydrates - known to be constituents of mucus - for their interaction with the flagellum of EcN, gluconate was identified as one receptor. Preincubation of isolated flagella with gluconate significantly reduced their interaction with mucin2 or human mucus. Additionally, the surface exposed domain D3 of flagellin, the major subunit of the flagellum, could be excluded to be responsible for the interaction with mucin2 or human mucus. Flagella, which were isolated from a domain D3 deficient mutant, bound even more efficient to mucin2 as well as to human mucus. Furthermore the change of pH had significant effects on the interaction between mucus and isolated flagella, probably due to conformational changes. In summary, this study identified the flagellum as a novel and apparently major adhesin in vivo of the probiotic EcN by employing a hyperflagellated variant, a ΔfliC mutant as well as the corresponding complemented strain. Additionally, EcN is so far the first probiotic strain, for which it has been shown, that its flagella directly bind to human mucus. Thereby the mucus component gluconate was identified as an important receptor. As some pathogens have been reported to use their flagella for adhesion to human host tissue, this organelle might enable EcN to compete with pathogens for successful colonization of the gut, which has been postulated to be a prerequisite for probiotics.

Intraperitoneal adhesions are fibrous bands that connect tissues in the peritoneal cavity that are usually separated. These adhesions form as a consequence of trauma, inflammation or surgical interventions and often result in severe consequences such as chronic pain, small bowel obstructions or female infertility. The aim of this thesis was to develop a synthetic barrier device for adhesion prevention made of modified poly(lactide) [PLA]. Solid PLA films (SurgiWrap®) are already successfully in clinical use due to the good biocompatibility and the biodegradability of the material resulting in non-toxic degradation products since lactic acid is naturally part of the metabolic circles of the human body. Considering the brittleness and stiffness of the films, the long degradation time of several months as well as the need for suturing, there is potential for optimization. Through a copolymerization with the hydrophilic poly(ethylene glycol) [PEG], a reduction of the degradation time was intendend. Moreover, the copolymerization should also lead to an improvement of the mechanical properties of the films since PEG acts as plasticizer for PLA. Linear PLA-PEG-PLA triblock copolymers as well as star-shaped PEG-PLA copolymers were synthesized via standard ring opening polymerization to tailor the barrier properties. Besides solid films, solution electrospun meshes from PLA and the synthesized PEG-PLA copolymers were investigated for a potential application as well. Since suturing of a barrier additionally induces adhesion formation, alginate coated membranes were prepared in order to achieve self-adhesiveness. With the intention to reduce infections and consequently inflammation, electrospun meshes and solvent cast films were loaded with the antibacterial drug triclosan and drug release as well as antibacterial efficacy was investigated. Mechanical tests confirmed that through the variation of the PEG content and branching the mechanical properties can be tailored and are in good accordance with the glass transition temperatures [Tg] of the polymers. Consequently, potentially adequate mechanical properties for surgical handling as well as for the performance within the patient’s body were successfully achieved. Degradation studies revealed that the degradation time was significantly shorter for PEG-PLA membranes than for PLA films and with an appropriate PEG content could be adjusted to the intended time frame. Cell adhesion and viability tests confirmed the non-toxicity of the clinically used PLA films as well as of PEG-PLA films and meshes. With a bioadhesion test the benefit of an alginate coated side towards the pure PLA film concerning self-adhesiveness was successfully demonstrated. Moreover, optical evaluations and a T-peel test of different alginate coated PLA films showed that the cohesion between the chemically different layers was distinctly enhanced by the use of an appropriate PEG-PLA mesh as intermediate cohesion promoting layer. In in vitro release studies with triclosan loaded films a higher release was determined for PEG-PLA than for PLA films. In agar diffusion tests a higher and longer inhibition of staphylococcus aureus growth was observed confirming the release results. Moreover, drug loaded meshes (especially drug loaded after electrospinning) showed enhanced and elongated bacterial inhibition in comparison to films. / Intraperitoneale Adhäsionen sind fibröse Bänder, die Gewebe in der Peritonealhöhle miteinander verbinden, die normalerweise voneinander getrennt sind. Diese Adhäsionen entstehen als Folge von Trauma, Entzündung oder chirurgischen Eingriffen und bringen oft schwerwiegende Folgen mit sich wie chronische Schmerzen, Dünndarmobstruktionen oder Unfruchtbarkeit bei Frauen. Ziel dieser Arbeit war es, synthetische Barrieren aus modifiziertem Poly(laktid) [PLA] für die Adhäsionsprävention zu entwickeln. PLA-Filme (SurgiWrap®) werden bereits erfolgreich klinisch eingesetzt aufgrund der guten Biokompatibilität und der Bioabbaubarkeit des Materials mit seinen ungiftigen Abbauprodukten, da Milchsäure natürlicher Bestandteil der metabolischen Zyklen im menschlichen Körper ist. Betrachtet man jedoch die Sprödigkeit und Steifigkeit der Filme, die lange Abbauzeit von mehreren Monaten sowie die Notwendigkeit des Annähens, erkennt man noch Verbesserungspotential. Durch eine Copolymerisation mit hydrophilem Poly(ethylen glykol) [PEG] wurde eine Reduktion der Abbauzeit angestrebt. Zusätzlich sollte die Copolymerisation zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Filme führen, da PEG als Weichmacher von PLA dient. Lineare PLA-PEG-PLA-Triblock-Copolymere sowie sternförmige PEG-PLA-Copolymere wurden über eine Standard-Ringöffnungspolymerisation synthetisiert um die Barriereeigenschaften maßzuschneidern. Neben massiven Filmen wurden aus der Lösung elektrogesponnene Vliese aus PLA und den synthetisierten PEG-PLA-Copolymeren für eine potentielle Anwendung untersucht. Da das Annähen einer Barriere zusätzlich Adhäsionsbildung hervorruft, wurden mit Alginat beschichtete Membranen hergestellt um eine Selbsthaftung zu erreichen. Mit der Intention, Infektionen und damit Entzündungen zu reduzieren, wurden elektrogesponnene Vliese und aus der Lösung gegossene Filme mit dem antibakteriellen Arzneistoff Triclosan beladen und die Freisetzung sowie die antibakterielle Wirksamkeit untersucht. Mechanische Tests bestätigten, dass mit der Variation von PEG-Gehalt und Verzweigung die mechanischen Eigenschaften zugeschnitten werden können und gut mit den Glasübergangstemperaturen der Polymere in Einklang stehen. Folglich konnten potentiell passende mechanische Eigenschaften für die chirurgische Handhabung sowie für das Verhalten im Körper des Patienten erfolgreich erreicht werden. Abbaustudien zeigten, dass die Abbauzeit von PEG-PLA-Membranen signifikant kürzer war als von PLA-Filmen und mit geeignetem PEG-Gehalt erfolgreich auf den erzielten Zeitraum hin angepasst werden konnte. Zelladhäsion und Zellviabilitätstests bestätigten die Ungiftigkeit der klinisch eingesetzten PLA-Filme sowie der PEG-PLA-Filme und –Vliese. Mit einem Bioadhäsionstest konnte der Nutzen einer Alginatbeschichtung gegenüber einem reinen PLA-Film bezüglich einer Selbsthaftung erfolgreich gezeigt werden. Außerdem ergaben visuelle Begutachtungen und ein T-Peeltest von verschiedenen mit Alginat beschichteten PLA-Filmen, dass die Kohäsion zwischen den chemisch unterschiedlichen Schichten durch den Einsatz eines geeigneten PEG-PLA-Vlieses als kohäsionsfördernde Zwischenschicht deutlich verstärkt wurde. In in vitro Freisetzungsstudien mit Triclosan-beladenen Filmen wurde eine höhere Freisetzung für PEG-PLA- als für PLA-Filme bestimmt. In Agardiffusionstests wurde eine höhere und längere Wachstumshemmung von Staphylococcus aureus beobachtet, was die Freisetzungsergebnisse bestätigt. Weiterhin zeigten Arzneistoff-beladene Vliese (insbesondere mit Arzneistoffbeladung nach dem Elektrospinning) eine verstärkte und verlängerte bakterielle Inhibition im Vergleich zu Filmen.