Hannover, Universiẗat, Diss., 2000.

Hannover, University, Diss., 2003.

Ausarbeitung der Vorteile einer pharmakokinetisch gesteuerten Gentamicintherapie bei Intensivpatienten. / facts why a pharmacokinetic driven dosing regimen is neccessary in critically ill patients

Wuppertal, Univ., Diss., 2005. / Computerdatei im Fernzugriff.

Wuppertal, Universiẗat, Diss., 2005.

Pseudomonas aeruginosa ist ein gramnegatives Bakterium, welches insbesondere bei abgeschwächter Immunabwehr schwere Infektionen auslösen kann. Es besitzt eine hohe intrinsische Resistenz gegenüber Antibiotika, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Antimikrobiotika wie beispielsweise Aminoglykoside für die Behandlung zur Verfügung steht. Unter Antibiotikatherapie wird zudem eine schnelle Resistenzentwicklung beobachtet, daher ist die Weiterentwicklung und Optimierung der Therapieoptionen von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Colistin auf die Aminoglykosidresistenz bei Pseudomonas aeruginosa. 25 Bakterienstämme, die zu Beginn gegenüber Amikacin, Tobramycin und Gentamicin resistent waren, wurden Colistin ausgesetzt. Mithilfe des Epsilometertests wurde die minimale Hemmkonzentration (MHK) der Antibiotika für die zu untersuchenden Bakterienstämme vor und nach Colistineinfluss bestimmt. Es konnte ein signifikanter Rückgang der minimalen Hemmkonzentration nach Colistineinwirkung dokumentiert werden. Zu den Hauptresistenzmechanismen von Pseudomonas aeruginosa gehören die Effluxpumpen, welche die Antibiotika aus dem Bakterium ausschleusen. Für den Transport von Aminoglykosiden ist die MexXY-Pumpe verantwortlich, die in dieser Arbeit weiteruntersucht wurde. Durch eine quantitative Echtzeit-PCR unter Nutzung des Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) wurde die Expression der Pumpe vor und nach Colistin verglichen. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch Colistin die Expression reduziert wurde. Ein linearer Zusammenhang zwischen MHK-Veränderung und mexXY-Expressionslevel wurde anhand der Untersuchungsergebnisse nicht ermittelt. Es ist dementsprechend davon auszugehen, dass andere Resistenzmechanismen ebenfalls durch Colistin beeinflusst werden und so die MHK-Reduktion erklären können.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden kapillarelektrophoretische Methoden entwickelt, mit denen es möglich ist, Gentamicinsulfat in Haupt- und Nebenkomponenten zu trennen. Ausgelöst wurden die Untersuchungen im Jahr 2000, da in den USA über 60 Patienten durch Gentamicin starben. Es wurde vermutet, dass dies auf Verunreinigungen in gewissen Chargen zurückzuführen ist. Gentamicin wird fermentativ aus Micromonospora purpurea gewonnen. Durch leichte Abweichungen im Herstellungsprozess können Produkte entstehen, die mit den bisher angewendeten Analysenmethoden nicht nachzuweisen sind. In der momentanen Arzneibuch-Monographie von Gentamicinsulfat wird zur Prüfung der verwandten Substanzen eine HPLC-Methode beschrieben, die Gentamicin ohne Derivatisierung mit einem gepulsten amperometrischen Detektor detektiert. Vorteil dieser Methode ist, dass Gentamicin nicht derivatisiert werden muss. Der große Nachteil dieser Methode ist aber, dass die einzelnen Peaks sehr lange Migrationszeiten haben (bis über 10 Minuten) und somit Verunreinigungen überdeckt werden können. Außerdem sind viele Bestandteile nicht von den Hauptkomponenten abgetrennt. Weiterhin ist diese Methode nicht sehr robust, da der Detektor sehr empfindlich ist. Eigene HPLC-Messungen an mehreren Gentamicin-Chargen zeigten die Probleme auf. Da Gentamicin kein chromophores System hat, kann es nicht mit einem UV/VIS-Detektor detektiert werden. Um dies dennoch zu ermöglichen, kann Gentamicin mit verschiedenen Reagenzien derivatisiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden alle Aminoglykoside mit ortho-Phthaldialdehyd und 2-Mercaptoessigsäure derivatisiert. Somit war eine Detektion bei 330 nm bzw. 340 nm möglich. Zur Trennung von Gentamicinsulfat wurde eine spezielle kapillarelektrophoretische Methode entwickelt. Die mizellare elektrokinetische Chromatographie (MEKC) ist nach Derivatisierung in der Lage, nahezu alle in der Monographie beschriebenen aber auch einige nicht aufgeführte Verunreinigungen zu trennen. Die Trennung erfolgt in einer Kieselgelkapillare mit einer Gesamtlänge von 33.0 cm, einer effektiven Länge von 24.5 cm und einem Innendurchmesser von 50 µm. Als Hintergrundelektrolyt wird ein Natriumtetraborat-Puffer verwendet (100 mM, pH 10.0), zu dem Desoxycholsäure-Natrium als mizellbildendes Reagenz in einer Konzentration von 20 mM und weiterhin beta-Cyclodextrin in einer Konzentration von 15 mM zugegeben wird. Die Proben werden hydrodynamisch bei 5000 Pa innerhalb 5 Sekunden auf der Anodenseite injiziert. Die Trennung erfolgt bei einer Kapillartemperatur von 25 °C und einer Trennspannung von +12 kV. Pikrinsäure wird als Interner Standard benutzt. Die Detektion erfolgt UV-spektroskopisch bei 340 nm. Die Hauptpeaks konnten durch „spiken“ mit den Einzelkomponenten, die u.a. säulenchromatographisch gewonnen wurden, identifiziert werden. Die vier Hauptkomponenten Gentamicin-C1, C1a, C2 und C2a sind basisliniengetrennt ebenso wie Gentamicin-C2b, die Verunreinigungen Garamin, Desoxystreptamin und Sisomicin. Bei den Untersuchungen von über 40 Gentamicin-Chargen verschiedener Hersteller und Händler fielen sowohl deutliche Unterschiede bezüglich der einzelnen Gehalte der Hauptkomponenten auf, als auch verschiedene Grade der Verunreinigungen. Anhand der Menge der Verunreinigungen konnten die Chargen in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Die Verunreinigung Sisomicin kann als Leitsubstanz der Verunreinigungen bezeichnet werden, da bei allen stärker verunreinigten Chargen Sisomicin in beträchtlichen Mengen vorhanden ist. Unter den untersuchten Proben befanden sich auch die Proben, die in den USA die eingangs erwähnten Todesfälle verursacht haben. Diese Proben konnten der Gruppe der stärker verunreinigten Gentamicin-Chargen eindeutig zugewiesen werden. Die Richtigkeit aller Messungen wurde durch 1H-NMR-Messungen bestätigt. Die Anwendbarkeit der entwickelten MEKC-Methode wurde auch an weiteren Aminoglykosiden untersucht. Die Methode ist ohne Änderung auf Sisomicin übertragbar. Der Sisomicin-Peak ist deutlich abgetrennt vom OPA-Reagenzpeak. Selbst kleine Verunreinigungen der CRS-Substanz können mit dieser Methode erkannt werden. Netilmicin und Amikacin können nicht ohne Änderungen mit der Methode vermessen werden, da sie unter diesen Bedingungen mit dem OPA-Peak komigrieren. Eine Anhebung der Trennspannung von +12 kV auf +14 kV lassen die Peaks hervortreten. Eine Unterscheidung der beiden Substanzen ist im Elektropherogramm nicht möglich, allerdings können sie durch 1H-NMR-spektroskopische Messungen identifiziert und unterschieden werden. Netilmicin wurde in vielen Gentamicin-Proben nachgewiesen. Bei Kanamycin liegen mit dieser Methode im Elektropherogramm sehr viele kleine Peaks sehr nahe beieinander. Durch Absenkung der Kapillartemperatur auf 20 °C können diese Peaks etwas besser getrennt werden... / The aim of this study was to separate gentamicin sulfate into its major and minor components by means of capillary electrophoresis. In May 2000 the death of 17 people and 60 people, respectively, was reported, following the administration of the commonly used broad spectrum antibiotic gentamicin sulfate. In addition hundreds of patients suffering from severe side effects were reported. Since this could not be explained by the pharmacological and toxicological properties of gentamicin, it was assumed that the side effects were related to impurities. Due to the fact that gentamicin is a fermentation product of Micromonospora purpurea, minor variations in the fermentation procedure may cause products, that cannot be detected by the analytical methods applied thus far. The current European Pharmacopoeia limits for related substance of gentamicin by means of an HPLC-method in combination with a pulsed amperometric detector. The advantage of this method is the fact, that it is not necessary to derivatize gentamicin. However, a major disadvantage of the method is the broadness of the main peaks (>10 minutes/peak). Hence, minor products could be covered by the main peaks. Furthermore, various peaks are not baseline separated and the method is not very robust owing to the highly sensitive detector. Due to the lack of a chromophore, gentamicin needs to be derivatized to allow detection by means of an UV-detector. In this study all aminoglycosides were labeled with orthophthaldialdehyde (OPA) in combination with 2-mercaptoacetic acid, which enabled detection at a wavelength of 340 nm. To separate gentamicin as OPA derivative, a method based on micellar electrokinetic chromatography (MEKC) was developed. This technique makes it possible to separate most of the impurities specified in the gentamicin monograph (garamine, deoxystreptamine, and sisomicin) and some additional, not further specified impurities such as paromamine and unknown products. The separation is carried out in a fused-silica capillary with a total length of 33.0 cm, an effective length of 24.5 cm and an inner diameter of 50 µm. Using sodium tetraborate buffer (100 mM, pH 10.0) as background electrolyte (BGE), deoxycholic acid sodium in a concentration of 20 mM as micelle forming agent and beta-cyclodextrin in a concentration of 15 mM are added. The samples are loaded hydrodynamically at 5000 Pa for 5 seconds on the anode side of the capillary and the separation is carried out at +12 kV and 25 °C. Picric acid is used as an internal standard and UV-detection is performed at 340 nm. Spiking experiments were performed using reference substances, obtained by column chromatography and commercially purchased reference substances for the impurities. The four major components gentamicin C1, C1a, C2, and C2a as well as the minor component C2b and the impurities garamine, deoxystreptamine, and sisomicin are baseline separated. Over 40 gentamicin batches of different pharmaceutical companies and producers were analyzed with respect to the content of the major components as well as the amount of the impurities. Varying levels of the major compounds as well as the impurities were identified, which allowed the grouping of the samples. All samples exhibiting a high amount of impurities were found to a high sisomicin concentration. Hence, sisomicin can be referred to as an impurity indicator. Some of the batches under scrutiny were responsible for the deaths found in the US. All these samples could be unambiguously assigned to the group which is characterized by a high number and a relatively high quantity of most unspecified impurities. All CE-measurements were verified by 1H NMR measurements. To investigate the applicability of the developed MEKC method, other aminoglycosides were also investigated. For sisomicin the standard method can be used without modification, since the sisomicin peak is separated from the OPA reagent peak and even small amounts of impurities of the CRS-substance can be detected with this method. For netilmicin and amikacin the developed method has to be modified. Under standard conditions the peaks of both substances co-migrates with the OPA reagent peak. Raising the voltage from +12 kV to +14 kV both peaks are separated. All Gentamicin samples were measured again using these new conditions. Netilmicin was often found in gentamicin samples. However, for these new conditions the migration time of netilmicin and amikacin are similar. Hence, they cannot be differentiated from each other in the same sample. Nevertheless, this differentiation can be carried out with 1H NMR measurements. Kanamycin samples show many peaks in a small zone of the electropherogram using the MEKC standard method. A slightly better separation can be obtained by using a lower temperature of the capillary of 20 °C instead of 25 °C...

Pseudomonas aeruginosa ist ein gramnegatives Bakterium, welches insbesondere bei abgeschwächter Immunabwehr schwere Infektionen auslösen kann. Es besitzt eine hohe intrinsische Resistenz gegenüber Antibiotika, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Antimikrobiotika wie beispielsweise Aminoglykoside für die Behandlung zur Verfügung steht. Unter Antibiotikatherapie wird zudem eine schnelle Resistenzentwicklung beobachtet, daher ist die Weiterentwicklung und Optimierung der Therapieoptionen von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Colistin auf die Aminoglykosidresistenz bei Pseudomonas aeruginosa. 25 Bakterienstämme, die zu Beginn gegenüber Amikacin, Tobramycin und Gentamicin resistent waren, wurden Colistin ausgesetzt. Mithilfe des Epsilometertests wurde die minimale Hemmkonzentration (MHK) der Antibiotika für die zu untersuchenden Bakterienstämme vor und nach Colistineinfluss bestimmt. Es konnte ein signifikanter Rückgang der minimalen Hemmkonzentration nach Colistineinwirkung dokumentiert werden. Zu den Hauptresistenzmechanismen von Pseudomonas aeruginosa gehören die Effluxpumpen, welche die Antibiotika aus dem Bakterium ausschleusen. Für den Transport von Aminoglykosiden ist die MexXY-Pumpe verantwortlich, die in dieser Arbeit weiteruntersucht wurde. Durch eine quantitative Echtzeit-PCR unter Nutzung des Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) wurde die Expression der Pumpe vor und nach Colistin verglichen. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch Colistin die Expression reduziert wurde. Ein linearer Zusammenhang zwischen MHK-Veränderung und mexXY-Expressionslevel wurde anhand der Untersuchungsergebnisse nicht ermittelt. Es ist dementsprechend davon auszugehen, dass andere Resistenzmechanismen ebenfalls durch Colistin beeinflusst werden und so die MHK-Reduktion erklären können.

miRNA sind kurze 21 – 23 nukleotidlange nicht kodierende RNAs endogenen Ursprungs und regulieren auf post-transkriptionaler Ebene die Genexpression. Da aberrante Expressionsmuster der miRNAs im Zusammenhang mit verschiedenen Krankheiten stehen, ist das Interesse groß, Kontrolle über die miRNA-vermittelte Genexpression zu erhalten. Bei Krankheitsbildern, die eine Überexpression der miRNA aufweisen, kann die Inhibition der miRNA Reifung als Therapieansatz dienen. Inhibition kann z. B. durch peptidische Strukturen und durch small molecules, wie Aminoglykoside erfolgen. Ziel dieser Arbeit war die nahezu vollständig festphasenbasierte Synthese von zyklischen Peptiden und Peptid-Aminoglykosid-Konjugaten als potentielle Inhibitoren der miRNA Reifung. Ferner sollte die Guanidinylierung an fester Phase mit verschiedenen Testsubstraten gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden im ersten Teilprojekt zehn zyklische Peptide mit Hilfe eines bisfunktionalen Linkermoleküls in den Seitenketten zweier im Peptid enthaltener Cysteine synthetisiert und isoliert. Basierend darauf wurden neun weitere zyklische Peptide an fester Phase synthetisiert, mit ausgewählten Aminoglykosiden in einer CuAAC gebunden und erfolgreich isoliert. Im zweiten Teilprojekt dieser Arbeit wurde die Guanidinylierung an fester Phase mittels des Goodman’s Reagent gezeigt. In ersten Studien wurden vier Testpeptide an fester Phase guanidinyliert. Im Anschluss wurde die Limitierung dieser Methode geprüft. Dazu wurden Aminoglykoside mittels CuAAC an verschiedene Peptid- und Peptid PNA-Rückgrate geknüpft und guanidinyliert. Nicht für alle Substrate konnte die vollständige Guanidinylierung an fester Phase gezeigt werden. Ein weiteres Teilprojekt zeigte die Funktionalisierung von kommerziell erhältlichen Polymeren für die SPPS in Hinsicht auf fluorophorbasierte „Hochdurchsatz Screening-Methoden“. Dazu wurde ein peptidischer Spacer entworfen, der eine Knüpfungsstelle für Fluorophore mittels CuAAC enthielt. / miRNA are short long non-coding RNAs endogenous origin with a length of 21 – 23 nucleotides. MicroRNAs regulate the gene expression on post-transcriptionally level. Starting in the nucleus, primary transcripts are processed into precursor-miRNAs. Accordingly, the miRNA matures after export into cytosol. Since aberrant expression patterns are related to different diseases, it’s from interest to gain control about miRNA mediated gene expression. Some diseases are related to over expression of miRNA. For that reason, the inhibition of the miRNA maturing is object of research. The inhibition can be resulted from peptide structures or with small molecules like aminoglycosides. Aim of this work was the solid phase synthesis of cyclic peptides derivatives and peptide aminoglycoside conjugates as potential inhibitors of the miRNA maturing. In addition, the guanidinylation on solid phase should be evidenced with different substrates. In the first part of the project ten cyclic peptides were synthesized on solid phase. The cyclization was carried out with a bifunctional linking molecule in the side chains of two cysteines. Based on that nine cyclic peptides were synthesized and elected aminoglycosides were bound with help of CuAAC. The second part of this work showed the guanidinylation on solid phase by using Goodman’s reagent under mild conditions. Four peptides were used for initial studies. Due to the success of this method the limit was evaluated. Therefore, aminoglycosides were bound via CuAAC to different peptide and peptide-PNA backbones. By mischance, not all the chosen substrates were fully guanidinylated on solid phase. A further short project showed the functionalization of commercially available resins for solid phase peptide synthesis in relation to fluorophore based high throughput screening methods. For this purpose, a peptide spacer was devised with a binding site for fluorophores via CuAAC.

Selenoproteine spielen eine wichtige Rolle in der antioxidativen Abwehr und bei Immunreaktionen. Der Selen(Se)metabolismus wird von Hepatozyten gesteuert, die das Se-Transportprotein Selenoprotein P (SEPP) synthetisieren und sezernieren. SEPP nimmt bei kritischen Erkrankungen, z. B. Sepsis ab und führt zu niedrigen Se-Spiegeln. Sepsis triggert die übermäßige Produktion von proinflammatorischen Zytokinen. Aminoglykosid-Antibiotika (AG), die oft bei schwerer Sepsis eingesetzt werden, induzieren Fehlinterpretationen der mRNA inklusive des Stoppcodons UGA welches für die Selenoprotein-Biosynthese notwendig ist. Es wurden daher die molekularen Wechselwirkungen zwischen den Zytokinen IL-6, IL-1b und TNFa, AG und dem Se-Status mit der Biosynthese in Leberzelllinien untersucht. IL-6 führte zu einer starken Reduktion der SEPP-mRNA und einer dosisabhängigen Reduktion von SEPP. Parallel dazu reduzierte IL-6 das Transkriptlevel, die Proteinexpression und die Enzymaktivität der Typ-I-Dejodase (DIO1). Auf die Expression der antioxidativ-wirkenden Glutathionperoxidasen (GPX) wirkte IL-6 isozymspezifisch; während die Transkriptkonzentrationen von GPX2 anstiegen und die von GPX4 abnahmen, blieb GPX1 unbeeinflusst. Die IL-6-abhängigen Effekte bestätigten sich auch in Reportergenassays von SEPP-, DIO1-, GPX2- und GPX4-Promotorkonstrukten. Um die Wirkungen von AG auf die Selenoprotein-Translation besser zu verstehen, wurden die SECIS-Elemente von GPX1-, GPX4- und SEPP-Transkripten in ein Reportersystem kloniert und auf eine Regulation durch AG und Se analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der korrekte Se-Einbau vom Se-Status, von der AG-Konzentration und dem spezifischen SECIS-Element abhängig ist. Auf transkriptionaler und translationaler Ebene führten AG zu stark erhöhten SEPP-Spiegeln, während die Expression und Enzymaktivität von GPX und DIO1 nur in geringerem Ausmaß beeinflusst wurden. Eine Analyse der Se-Beladung zeigte, dass der Se-Gehalt von SEPP stark durch AG reduziert und vom Se-Status abhängig war. / Selenoproteins play important roles in antioxidant defence and immunoregulation. Selenium (Se) metabolism is controlled by hepatocytes synthesizing and secreting the Se-transporter selenoprotein P (SEPP) declining in critical illness, e.g., sepsis. Sepsis triggers excessive production of pro-inflammatory cytokines. Aminoglycoside (AG) antibiotics applied in sepsis in induce mRNA misinterpretation including the stop codon UGA required during selenoproteins biosynthesis. The molecular interplay between the cytokines IL-6, IL-1b and TNFa, AG and Se-status on selenoprotein expression was investigated in hepatic-derived cell lines. IL-6 strongly reduced the level of SEPP mRNA and secreted SEPP in a dose-dependent manner. Likewise, expression of selenoenzyme type 1 deiodinase (DIO1) declined at the transcript, protein and enzyme activity level. The effects of IL-6 on the expression of antioxidative-acting glutathione peroxidases (GPX) were isozyme-specific; while transcript level of GPX2 increased and those of GPX4 decreased, GPX1 remained unaffected. IL-6-dependent effects were reflected in reporter gene experiments of selenoprotein promoter constructs. Characterising the effects of AG on selenoprotein translation, the SECIS-elements of GPX1, GPX4 and SEPP transcripts were cloned into a reporter system and analysed for their response to AG and Se. The results indicate that the correct co-translational Se-insertion depends on the Se-status, AG concentration and the specific SECIS-element. At both transcriptional and translational levels, SEPP levels were strongly increased in response to AG, whereas the expression and enzyme activity of GPX and DIO1 were affected to a lower degree. Analysis Se-status indicate that the Se-content of SEPP was strongly reduced by AG and depends on Se-status.