Small intestine neuroendocrine tumors (SI-NETs) and lung carcinoids (LCs) are relatively indolent tumors, which originate from neuroendocrine (NE) cells of the diffuse NE system. Metastases can spread before diagnosis. Thus, potential cures become unavailable, which entitles new biomarker development. Indeed, we aimed at developing Ma2 autoantibodies and olfactory receptor 51E1 (OR51E1) as potential novel biomarkers and exploring other candidate protein markers in patients’ serum. First, we established a sensitive, specific and reliable anti-Ma2 indirect ELISA to distinguish SI-NET patients from healthy controls. We detected longer progression-free and recurrence-free survivals in patients expressing low anti-Ma2 titers. Moreover, a high anti-Ma2 titer was more sensitive than chromogranin A for the risk of recurrence after radical operation of SI-NET patients. We then investigated OR51E1 expression in SI-NETs and LCs. OR51E1 mRNA expression, analyzed by quantitative real-time PCR, was high in microdissected SI-NET cells, in LC cell lines and in frozen LC specimens. Immunohistochemistry (IHC) showed abundant OR51E1 protein expression in SI-NETs. OR51E1 co-expressed with vesicular-monoamine-transporter-1 in the majority of normal and neoplastic enterochromaffin cells. Furthermore, the study on LCs revealed that OR51E1, somatostatin receptor (SSTR) 2, SSTR3, and SSTR5 are expressed in 85%, 71%, 25% and 39% of typical carcinoids (TCs), whereas in 86%, 79%, 43% and 36% of atypical carcinoids (ACs). Based on the proposed IHC scoring system, in the LC cases, where all SSTR subtypes were absent, membrane OR51E1 expression was detected in 10 out of 17 TCs and 1 out of 2 ACs. Moreover, higher OR51E1 scores were detected in 5 out of 6 OctreoScan-negative LC lesions. In addition, the last presented study used a novel suspension bead array, which targeted 124 unique proteins, by using Human Protein Atlas antibodies, to profile biotinylated serum samples from SI-NET patients and healthy controls. We showed 9 proteins, IGFBP2, IGF1, SHKBP1, ETS1, IL1α, STX2, MAML3, EGR3 and XIAP as significant contributors to tumor classification. In conclusion, we proposed Ma2 autoantibodies as a sensitive circulating marker for SI-NET recurrence; OR51E1 as a candidate therapeutic target for SI-NETs; whereas as a novel diagnostic marker for LCs and 9 serum proteins as novel potential SI-NET markers. / 小肠神经内分泌肿瘤(SI-NET)和肺类癌(LC)是起源于不同神经内分泌细胞的生长缓慢的肿瘤。肿瘤往往于诊断前已经转移。这导致目前缺乏有效的治疗方法，同时也使得对于新的生物标记物的研发变得有意义。因此，我们在本论文中分别研究了Ma2自身抗体(抗Ma2)，以及潜在的新型生物标记物嗅觉受体51E1(OR51E1)。我们还探讨了患者血清中的其他候选蛋白标记物。 首先，我们建立了一个灵敏特异而可靠的抗Ma2间接酶联免疫吸附试验，用以区分SI-NET患者组和健康对照组。在表达低滴度抗Ma2的患者中，我们检测到了较长的病情无恶化存活率以及肿瘤无复发存活率。此外，高滴度抗Ma2比嗜铬粒蛋白A更为灵敏地检测到了SI-NET患者根治手术后复发的风险。     接下来，我们研究了SI-NET和LC患者肿瘤中的OR51E1受体蛋白的表达。我们用实时定量PCR技术检测到了OR51E1信使核糖核酸在显微切除的SI-NET肿瘤细胞中，以及在LC细胞系和冷冻LC标本中的高度表达。免疫组化结果显示出OR51E1蛋白在SI-NET肿瘤组织中的高度表达。OR51E1与囊泡单胺转运蛋白1在大多数正常和肿瘤的肠嗜铬细胞中可共表达。 另外，我们针对LC患者的研究显示，OR51E1受体蛋白以及促生长素抑制素受体(SSTR)2，SSTR3和SSTR5分别在85％，71％，25％和39％的典型性肺类癌(TC)，以及86％，79％，43％和36的非典型性肺类癌(AC)中表达。基于我们我提出的免疫组化结果得分系统，在无SSTR表达的LC中，OR51E1蛋白在17个TC中的10个以及2个AC中的1个中呈细胞膜表达。而且，在6个OctreoScan显象呈阴性的LC中，有5个OR51E1免疫组化得分很高。     此外，在本论文最后的一项研究中，我们采用了一种新型的悬浮磁珠阵列技术，通过使用来自于人类蛋白质图谱项目的针对124种独特蛋白质的抗体，对SI-NET患者和健康对照组的用生物素标记过的血清样本进行了分析。结果显示，通过利用9种蛋白，即IGFBP2，IGF1，SHKBP1，ETS1，STX2，IL1α，MAML3，EGR3和XIAP，我们可以显著的对肿瘤进行分类。     综上所述，我们提出Ma2自身抗体可作为一个体液中灵敏的生物标记物用以暗示SI-NET肿瘤的复发; OR51E1受体蛋白可作为一个在SI-NET治疗中所能用及的候选生物靶分子，并在LC中作为一种新型的潜在生物标记物。此外，我们在SI-NET患者血清中检测到了9种新的候选标记物蛋白。

Multipotent mesenchymal stem cells (MSCs), found in many adult tissues, may be useful for regenerative medicine applications. Their identification and purification have been difficult due to their low frequency and lack of unambiguous markers. Using a magnetic micro-beads negative selection technique to remove contaminating hematopoietic cells from mouse bone marrow stromal cells (BMSCs), our lab recently isolated a highly purified osteoprogenitor (HipOp) population that was also enriched for other mesenchymal precursors, including MSCs (Itoh and Aubin, 2009). To further enhance enrichment, we positively selected BMSCs and HipOps for CD73, a putative MSC marker, which resulted in no significant additional enrichment for osteoprogenitors when the population was tested in vitro. However, we also found that HipOps were enriched in vascular endothelial cells, and that removing these cells by further negative selection with CD31/PECAM resulted in a CD31(-) HipOp population with higher osteogenic capacity than HipOps in vitro and in vivo.

Multipotent mesenchymal stem cells (MSCs), found in many adult tissues, may be useful for regenerative medicine applications. Their identification and purification have been difficult due to their low frequency and lack of unambiguous markers. Using a magnetic micro-beads negative selection technique to remove contaminating hematopoietic cells from mouse bone marrow stromal cells (BMSCs), our lab recently isolated a highly purified osteoprogenitor (HipOp) population that was also enriched for other mesenchymal precursors, including MSCs (Itoh and Aubin, 2009). To further enhance enrichment, we positively selected BMSCs and HipOps for CD73, a putative MSC marker, which resulted in no significant additional enrichment for osteoprogenitors when the population was tested in vitro. However, we also found that HipOps were enriched in vascular endothelial cells, and that removing these cells by further negative selection with CD31/PECAM resulted in a CD31(-) HipOp population with higher osteogenic capacity than HipOps in vitro and in vivo.

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Traditional medicines prepared from Sutherlandia frutescens are used to manage diseases including HIV and cancer. This study aimed at isolating and identifying biologically active compounds isolated from S. frutescens. Sutherlandia frutescens plants were collected in Petrusburg and Paarl. Powdered plant material was extracted using ethanol or water and their metabolite composition was compared using UPLC-MS. A novel cycloartane, an acetylated variant of this compound as well as a Sutherlandioside B triterpenoid was isolated and characterised using chromatographic and analytical techniques such as NMR and UPLC-MS. Preliminary biological studies were conducted to assess the activity of plant extracts on cell toxicity, herpes virus replication and cytokine expression. The results of this study suggest that aqueous extracts from S. frutescens do not appear to be cytotoxic or show anti-herpetic activity, but may activate the immune system by increasing expression of IL-6, IL-10 and TNFα. Further research should be conducted to confirm and optimise these results. / Life and Consumer Sciences / M. Sc. (Life Science)

Cette étude a pour objectifs la caractérisation expérimentale des frottements saccadés dans les matériaux granulaires modèles constitués des billes de verre monodisperses en compression triaxiale drainée et l'identification des paramètres de contrôle. Cinq paramètres macroscopiques caractérisent ces frottements saccadés : la chute de déviateur et la contraction volumique, l'intermittence de déformation axiale, le module d'Young et le coefficient de Poisson. Les frottements saccadés affectent simultanément le déviateur et la déformation volumique. Le comportement macroscopique est globalement contractant tandis que le matériau tend vers un état limite critique en grandes déformations, à la manière des sables lâches. Cependant il présente localement, dans les phases de blocage qui suivent immédiatement les ruptures temporaires, le comportement dilatant des sables denses, qui obéit à une relation contrainte-dilatance linéaire et unique. Les frottements saccadés disparaissent au-delà d'une vitesse critique d'écrasement axial, qui dépend de la contrainte de confinement et de la taille des grains. Le module d'Young dynamique par propagation d'ondes varie avec la contrainte de confinement selon une loi de puissance. Le module d'Young quasi-élastique au départ des phases de blocage est constant à l'intérieur du domaine élastique, de même que le coefficient de Poisson. Le suivi par granulométrie laser et par analyse d'images des matériaux après un ou plusieurs essais triaxiaux permet de suivre l'évolution de la taille moyenne et de la forme des grains. Tandis que les instabilités par saccade disparaissent suite à un certain nombre d'essais, on observe, simultanément à une légère diminution du volume moyen, l'apparition progressive de populations d'objets non sphériques par une fusion des grains analogue au frittage. / The objectives of this study are the experimental characterisatino of the stick-slip instabilities in a model granular material and the identification of relevant control parameters. As monodisperse glass beads are subjected to drained triaxial compression tests, five macroscopic parameters characterize the stick-slip phenomenon: the deviator drop, the jump in volumetric contraction, the intermittence of the axial strain, Young’s modulus and Poisson’s ratio. The stick-slip events simultaneously affect the deviator stress and the volumetric strain. While the global material behavior is that of a loose sand, gradually contracting and hardening as it approaches its large strain critical state, its response in the “stick” phases immediately following the “slip” instabilities is similar to that of dense, dilatant sands, with a unique, linear stress-dilatancy relationship. Stick-slip events disappear beyond a critical axial strain rate, depending on the confining stress and on the grain diameter. The Young modulus associated to wave propagation varies with the confining stress according to a power law. The quasi-elastic modulus measured at the beginning of the stick phase is constant inside the elastic domain, as well as the Poisson ratio. The evolution of grain size and shape after one or several triaxial tests is monitored by laser granulometry and image analysis. The gradual vanishing of stick-slip events, on repeating the tests, is likely related to the global decreasing trend of average particle volume and to the formation of non-spherical objects, apparently by some phenomenon analogous to sintering.

Charakteristisch für Perlcellulose als Regenerat vom Typ Cellulose II sind sphärisch geformte, poröse Partikel mit einer hohen spezifischen Oberfläche und einer guten Bioverträglichkeit. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind diese Cellulosemikropartikel besonders gut für medizinische Anwendungen geeignet. Im Mittelpunkt der Arbeit standen Herstellung, Charakterisierung und Modifizierung von Perlcellulosen mit Partikelgrößen von etwa 1 bis10 µm. Im Rahmen der Arbeit wurden zunächst sieben technische Cellulose-2,5-acetate mit vergleichbaren molekularen Eigenschaften auf ihre Eignung zur Herstellung von Perlcellulose nach dem in EP0750007 beschriebenen Acetatverfahren untersucht. Dabei erfolgte der Vergleich verschiedener Eigenschaften. Aus allen untersuchten Celluloseacetaten können Perlcellulosen synthetisiert werden. Als besonders geeignet erwies sich ein Produkt mit einer Molmasse von über 100.000, einem Verhältnis der Molmasse zur numerischen Molmasse von etwa 1,5 und einer guten Löslichkeit in Ethylacetat / Methanol (100:17,5). Die hergestellte Perlcellulose hat eine geringe Partikelgröße und eine relativ enge Größenverteilung. Damit erfüllt dieses Cellulose-2,5-acetat alle Anforderungen für die Synthese von Perlcellulose. Der entscheidende Verfahrensschritt zur Herstellung von Perlcellulose ist das Dispergieren der Emulsion mittels Inline-Ultraturrax. Die Partikelgrößenverteilung hängt im Wesentlichen von den Bedingungen während des Dispergierens ab. Im Rahmen der Arbeit gelang die reproduzierbare Herstellung von Cellulosemicrospheres mit einer Partikelgröße unter 5 µm. Für die Herstellung von Cellulosemikropartikeln mit definierten Eigenschaften ist neben den Synthesebedingungen auch die Charakterisierung der Perlcellulosen von entscheidender Bedeutung. Dafür wurden zunächst etablierte Verfahren verwendet (Partikelgrößenmessung, REM und Quecksilberporosimetrie). Parallel dazu erfolgte die Entwicklung bzw. Einführung neuer Methoden. Im Vordergrund stand die Untersuchung des Sedimentationsverhaltens der Perlcellulosen durch analytisches Zentrifugieren. Davon ausgehend konnte ein Verfahren zur Berechnung der Porosität aus dem Sedimentationsvolumen entwickelt werden. Zum Nachweis der kompletten Deacetylierung der Proben wurde die Ramanspektroskopie genutzt. Durch die Anwendung vorhandener und die Entwicklung neuer Methoden wird die genaue Einstellung von Eigenschaften der Perlcellulosen (z. B. Partikelgröße und deren Verteilung, Morphologie sowie Porosität) ermöglicht und deren Reproduzierbarkeit gewährleistet. Weitere Versuche hatten die Entwicklung von Endotoxinadsorbermaterial auf Basis von Perlcellulose und Polymyxin-B-sulfat (PMB) zum Ziel. Die Kopplung des PMB erfolgte meist nach Aktivierung der Proben mit Epichlorhydrin. Zunächst wurde die eingesetzte Epichlorhydrinmenge variiert, um das Optimum für die Aktivierung der Perlcellulosen zu finden. Weiterhin wurden unterschiedliche Mengen PMB angebunden und die Anbindung an nicht aktivierte Proben untersucht. Die Planung aller Versuche erfolgte jeweils nach Auswertung der an der Donau-Universität Krems durchgeführten Limulus- Amöbocyten- Lysat (LAL)-Tests. Mittels dieser Batchtests wurde die Wirksamkeit des Endotoxinadsorbermaterials sowohl im Vergleich zu unbehandeltem Blutplasma und als auch zu kommerziell erhältlichen Adsorbern auf Polystyrenbasis getestet. Endotoxinadsorber, die bei diesen Tests besonders gut bewertet wurden, konnten in einem up-scale- Versuch erstmals in größeren Mengen synthetisiert werden. Auch die direkte Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial aus Perlcelluloseacetat konnte realisiert werden. Bei diesem neu entwickelten Verfahren erfolgen Deacetylierung und Aktivierung in einem Schritt. Damit kann die Herstellung vereinfacht werden. Zur Gewährleistung der Erstfehlersicherheit in extrakorporalen Blutreinigungssystemen sollen magnetisierte Perlcellulosepartikel als bioverträgliche Marker eingesetzt werden. Versuche zur Magnetisierung von Cellulosemikropartikeln während des Herstellungsprozesses zeigten, dass die Einbindung von Magnetit bei Erhalt der sphärischen Partikelstruktur prinzipiell auch auf diesem homogenen Syntheseweg möglich ist.:1. EINLEITUNG 3 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 5 2.1 CELLULOSE 5 2.1.1 Molekulare Struktur 7 2.1.2 Morphologische Struktur 9 2.1.3 Polymorphie 9 2.1.3.1 Native Cellulose 11 2.1.3.2 Weitere Cellulosemodifikationen 12 2.1.3.3 Umwandlung von Cellulose I in Cellulose II 13 2.1.4 Aktivierung 15 2.2 CELLULOSEACETAT 17 2.2.1 Herstellung 17 2.2.1.1 Technische Herstellung 18 2.2.1.2 Homogene Herstellungsmethoden 19 2.2.2 Eigenschaften und Charakterisierung 20 2.2.3 Verwendung 21 2.3 PERLCELLULOSE 22 2.3.1 Herstellung 23 2.3.1.1 Sprühverfahren 23 2.3.1.2 Suspensionsverfahren 24 2.3.1.3 Acetatverfahren 24 2.3.2 Charakterisierung 26 2.3.2.1 Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung 26 2.3.2.2 Porosität 27 2.2.2.3 Quellwert 28 2.3.2.4 Weitere Methoden 28 2.3.3 Verwendung 30 2.3.3.1 Perlcellulose als Adsorbermaterial 30 2.3.3.2 Adsorption von Endotoxinen 31 2.3.4 Magnetisierung 36 2.3.4.1 Einsatz und Herstellung magnetischer Partikel 36 2.3.4.2 Einbindung von Magnetit in Perlcellulose 39 3. HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE 41 3.1 CELLULOSEACETAT ALS AUSGANGSSTOFF FÜR DIE SYNTHESE VON PERLCELLULOSE 41 3.1.1 Charakterisierung von Celluloseacetaten 41 3.1.1.1 Löslichkeit 41 3.1.1.2 Trübungsmessungen 42 3.1.1.3 Molmassenverteilung 44 3.1.1.4 Verteilung der Substituenten 45 3.1.1.5 Bestimmung des Substitutionsgrades mittels NMR und SEC 46 3.1.2 Einfluss der Celluloseacetate auf die Eigenschaften der Perlcellulose 47 3.1.2.1 Herstellung der Perlcellulosen 47 3.1.2.2 Messung der Partikelgröße 48 3.1.2.3 Charakterisierung der Perlcellulosen mittels Rasterelektronenmikroskopie 49 3.1.3 Schlussfolgerungen 51 3.2 HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE MIT DEFINIERTEN EIGENSCHAFTEN 52 3.2.1 Bildung der Celluloseperlen 52 3.2.2 Dispergieren im Inline- Ultraturrax 54 3.2.2.1 Einfluss der Drehzahl 54 3.2.2.2 Mehrfaches Dispergieren 56 3.2.2.3 Geschwindigkeit der Schlauchpumpe 58 3.2.2.4 Vergleich der Ergebnisse 59 3.2.3 Zusammensetzung der Emulsion 60 3.2.3.1 Salzgehalt 61 3.2.3.2 Methylcellulosekonzentration 62 3.2.3.3 Ethylacetatkonzentration 63 3.2.3.4 Tensidgehalt 65 3.2.3.5 Gleichzeitige Veränderung mehrerer chemischen Parameter 66 3.2.4 Aufbereitung des Perlcelluloseacetats 68 3.2.4.1 Abrotieren der Lösungsmittel 68 3.2.4.2 Reinigung und Deacetylierung 69 3.2.5 Standardbedingungen 69 4. CHARAKTERISIERUNG VON PERLCELLULOSEN 70 4.1 PARTIKELGRÖßENMESSUNG 70 4.2 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 70 4.3 QUECKSILBERPOROSIMETRIE 71 4.4 SEDIMENTATIONSVERHALTEN 73 4.4.1 Sedimentationsgeschwindigkeit 73 4.4.2 Berechnung der mittleren Teilchengröße 79 4.4.3 Sedimentationsvolumen 82 4.5 BESTIMMUNG DER POROSITÄT AUS DEM SEDIMENTATIONSVOLUMEN 83 4.5.1 Porositätsuntersuchungen an einer analytischen Multiprobenzentrifuge 83 4.5.2 Porositätsuntersuchungen an einer Laborzentrifuge 84 4.5.3 Vergleich der ermittelten Porositätswerte 85 4.6 RAMANSPEKTROSKOPIE 87 5. PERLCELLULOSE ALS ENDOTOXINADSORBERMATERIAL 88 5.1 ENTWICKLUNG VON ENDOXINADSORBERN AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 88 5.1.1 Aktivierung von Perlcellulose 88 5.1.2 Anbindung von Polymyxin-B-Sulfat 90 5.2 CHARAKTERISIERUNG UND OPTIMIERUNG DES ENDOTOXINADSORBERMATERIALS 90 5.3 UP- SCALE- VERSUCH 96 5.4 WEITERE VERSUCHE MIT PERLCELLULOSE 98 5.5 ANBINDUNG VON PMB AN PERLCELLULOSEACETAT 102 5.6 BEWERTUNG UND AUSBLICK 107 6. MAGNETISCHE MARKERPARTIKEL AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 109 6.1 HOMOGENE EINBINDUNG VON MAGNETIT IN PERLCELLULOSE 109 6.1.1 Auswahl des Dispergiergerätes 111 6.1.2 Optimierung der BUT- Drehzahl und der Dispergierzeit 112 6.1.3. Versuche mit Methylcellulose als Schutzkolloid 120 6.2 CHARAKTERISIERUNG DER MAGNETISIERTEN PERLCELLULOSEPARTIKEL 122 6.2.1 Partikelgröße 122 6.2.2 Rasterelektronenmikroskopie 124 6.2.3 Energiedispersive Röntgenmikroanalyse 126 6.2.4 Bestimmung des Eisengehaltes mittels AAS 128 6.2.5 Magnetische Messungen 129 6.3 BEWERTUNG DER BISHERIGEN ERGEBNISSE 130 7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 132 8. EXPERIMENTELLES 135 8.1 CHEMIKALIEN 135 8.2 METHODISCHES 135 8.3 PRÄPARATIONSVORSCHRIFTEN UND ARBEITSANLEITUNGEN 136 8.3.1 Herstellen der Ausgangslösungen 136 8.3.2 Herstellung der Perlcellulosen 137 8.3.2.1 Herstellung des Perlcelluloseacetates 137 8.3.2.2 Deacetylierung des Perlcelluloseacetates 138 8.3.3 Aktivierung von Perlcellulosen 138 8.3.4 Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial 138 8.3.5 Magnetitanbindung 139 LITERATUR 140 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 152 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 154 TABELLENVERZEICHNIS 158 / Bead cellulose is regenerated cellulose II characterized by spherically shaped, porous particles with a high specific surface and a good biocompatibility. Because of their properties these cellulose microspheres are especially suited for medical applications. The focus of this work was the synthesis, characterization and modification of bead cellulose with particle sizes between 1 to 10 µm. In the frame of this work seven technical cellulose-2.5-acetates were investigated with regard to their suitability for making bead cellulose according to the process described in EP0750007. These cellulose acetates have comparable molecular characteristics. Different properties were compared. Bead celluloses can be synthesized from all investigated cellulose acetates. A product with a molecular weight of more than 100,000 and with a ratio between molecular weight and numeric molecular weight of about 1.5 is special suited. This cellulose-2.5-acetate has a good solubility in ethyl acetate / methanol (100:17.5). The bead cellulose made from it has a low particle size and a relative narrow size distribution. Thus this cellulose acetate complies with the requirements for making bead cellulose. The most important process step for making bead cellulose is the dispersing of the emulsion using an inline-ultraturrax. The distribution of particle size depends mainly on the conditions during dispersing. A reproducible synthesis of cellulose microspheres with a particle size range below 5 µm was successfully achieved. In addition to determining conditions for manufacturing bead cellulose the characterization of the microspheres is essential to obtain bead cellulose with well defined properties. At first well-established methods of characterization were used (particle size measurement, SEM and mercury porosimetry). In parallel new methods were developed and implemented. The main focus was the investigation of sedimentation behaviour of bead cellulose using analytical centrifugation. Based on this knowledge of the sedimentation volume a new method to calculate the porosity was designed. Raman spectroscopy was used for detecting the complete deacetylation of the samples. By using well-established and newly developed methods properties of bead cellulose such as particle size and distribution, morphology and porosity can be accurately adjusted. In this way the reproducible synthesis of cellulose microspheres can be ensured. The aim of further experiments was to develop an endotoxin adsorber material based on a coupling of bead cellulose with Polymyxin B sulfate (PMB). The coupling with PMB was carried out after activation of the samples by using epichlorohydrin. At first the added epichlorohydrin amount was diversified in order to find the optimum for the activation of bead cellulose. Later the coupling of different amounts of PMB took place and the linking of PMB to non activated samples was investigated too. The planning of all experiments occurred after evaluation of Limulus amebocyte lysate (LAL) tests at Danube-University Krems. Using these batch tests the effectiveness of the endotoxin adsorber material was tested compared to untreated blood plasma as well as commercial available adsorbers based on polystyrene. Endotoxin adsorbers showing the best adsorption rate were then synthesized for the first time in larger quantities. Also the direct synthesis of endotoxin adsorber material based on bead cellulose acetate could be realized. Using this newly developed method, deacetylation and activation occur during the same step. This means manufacturing process can be simplified. Using magnetized bead cellulose as biocompatible marker particles is planned to achieve first fault safety in case of a membrane rupture during extracorporeal blood purification. Initial tests have shown that the magnetization of cellulose microspheres is possible during the manufacturing process. The incorporation of magnetite can be realized while keeping the spherical shape of the particles using this homogenous synthesis pathway.:1. EINLEITUNG 3 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 5 2.1 CELLULOSE 5 2.1.1 Molekulare Struktur 7 2.1.2 Morphologische Struktur 9 2.1.3 Polymorphie 9 2.1.3.1 Native Cellulose 11 2.1.3.2 Weitere Cellulosemodifikationen 12 2.1.3.3 Umwandlung von Cellulose I in Cellulose II 13 2.1.4 Aktivierung 15 2.2 CELLULOSEACETAT 17 2.2.1 Herstellung 17 2.2.1.1 Technische Herstellung 18 2.2.1.2 Homogene Herstellungsmethoden 19 2.2.2 Eigenschaften und Charakterisierung 20 2.2.3 Verwendung 21 2.3 PERLCELLULOSE 22 2.3.1 Herstellung 23 2.3.1.1 Sprühverfahren 23 2.3.1.2 Suspensionsverfahren 24 2.3.1.3 Acetatverfahren 24 2.3.2 Charakterisierung 26 2.3.2.1 Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung 26 2.3.2.2 Porosität 27 2.2.2.3 Quellwert 28 2.3.2.4 Weitere Methoden 28 2.3.3 Verwendung 30 2.3.3.1 Perlcellulose als Adsorbermaterial 30 2.3.3.2 Adsorption von Endotoxinen 31 2.3.4 Magnetisierung 36 2.3.4.1 Einsatz und Herstellung magnetischer Partikel 36 2.3.4.2 Einbindung von Magnetit in Perlcellulose 39 3. HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE 41 3.1 CELLULOSEACETAT ALS AUSGANGSSTOFF FÜR DIE SYNTHESE VON PERLCELLULOSE 41 3.1.1 Charakterisierung von Celluloseacetaten 41 3.1.1.1 Löslichkeit 41 3.1.1.2 Trübungsmessungen 42 3.1.1.3 Molmassenverteilung 44 3.1.1.4 Verteilung der Substituenten 45 3.1.1.5 Bestimmung des Substitutionsgrades mittels NMR und SEC 46 3.1.2 Einfluss der Celluloseacetate auf die Eigenschaften der Perlcellulose 47 3.1.2.1 Herstellung der Perlcellulosen 47 3.1.2.2 Messung der Partikelgröße 48 3.1.2.3 Charakterisierung der Perlcellulosen mittels Rasterelektronenmikroskopie 49 3.1.3 Schlussfolgerungen 51 3.2 HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE MIT DEFINIERTEN EIGENSCHAFTEN 52 3.2.1 Bildung der Celluloseperlen 52 3.2.2 Dispergieren im Inline- Ultraturrax 54 3.2.2.1 Einfluss der Drehzahl 54 3.2.2.2 Mehrfaches Dispergieren 56 3.2.2.3 Geschwindigkeit der Schlauchpumpe 58 3.2.2.4 Vergleich der Ergebnisse 59 3.2.3 Zusammensetzung der Emulsion 60 3.2.3.1 Salzgehalt 61 3.2.3.2 Methylcellulosekonzentration 62 3.2.3.3 Ethylacetatkonzentration 63 3.2.3.4 Tensidgehalt 65 3.2.3.5 Gleichzeitige Veränderung mehrerer chemischen Parameter 66 3.2.4 Aufbereitung des Perlcelluloseacetats 68 3.2.4.1 Abrotieren der Lösungsmittel 68 3.2.4.2 Reinigung und Deacetylierung 69 3.2.5 Standardbedingungen 69 4. CHARAKTERISIERUNG VON PERLCELLULOSEN 70 4.1 PARTIKELGRÖßENMESSUNG 70 4.2 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 70 4.3 QUECKSILBERPOROSIMETRIE 71 4.4 SEDIMENTATIONSVERHALTEN 73 4.4.1 Sedimentationsgeschwindigkeit 73 4.4.2 Berechnung der mittleren Teilchengröße 79 4.4.3 Sedimentationsvolumen 82 4.5 BESTIMMUNG DER POROSITÄT AUS DEM SEDIMENTATIONSVOLUMEN 83 4.5.1 Porositätsuntersuchungen an einer analytischen Multiprobenzentrifuge 83 4.5.2 Porositätsuntersuchungen an einer Laborzentrifuge 84 4.5.3 Vergleich der ermittelten Porositätswerte 85 4.6 RAMANSPEKTROSKOPIE 87 5. PERLCELLULOSE ALS ENDOTOXINADSORBERMATERIAL 88 5.1 ENTWICKLUNG VON ENDOXINADSORBERN AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 88 5.1.1 Aktivierung von Perlcellulose 88 5.1.2 Anbindung von Polymyxin-B-Sulfat 90 5.2 CHARAKTERISIERUNG UND OPTIMIERUNG DES ENDOTOXINADSORBERMATERIALS 90 5.3 UP- SCALE- VERSUCH 96 5.4 WEITERE VERSUCHE MIT PERLCELLULOSE 98 5.5 ANBINDUNG VON PMB AN PERLCELLULOSEACETAT 102 5.6 BEWERTUNG UND AUSBLICK 107 6. MAGNETISCHE MARKERPARTIKEL AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 109 6.1 HOMOGENE EINBINDUNG VON MAGNETIT IN PERLCELLULOSE 109 6.1.1 Auswahl des Dispergiergerätes 111 6.1.2 Optimierung der BUT- Drehzahl und der Dispergierzeit 112 6.1.3. Versuche mit Methylcellulose als Schutzkolloid 120 6.2 CHARAKTERISIERUNG DER MAGNETISIERTEN PERLCELLULOSEPARTIKEL 122 6.2.1 Partikelgröße 122 6.2.2 Rasterelektronenmikroskopie 124 6.2.3 Energiedispersive Röntgenmikroanalyse 126 6.2.4 Bestimmung des Eisengehaltes mittels AAS 128 6.2.5 Magnetische Messungen 129 6.3 BEWERTUNG DER BISHERIGEN ERGEBNISSE 130 7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 132 8. EXPERIMENTELLES 135 8.1 CHEMIKALIEN 135 8.2 METHODISCHES 135 8.3 PRÄPARATIONSVORSCHRIFTEN UND ARBEITSANLEITUNGEN 136 8.3.1 Herstellen der Ausgangslösungen 136 8.3.2 Herstellung der Perlcellulosen 137 8.3.2.1 Herstellung des Perlcelluloseacetates 137 8.3.2.2 Deacetylierung des Perlcelluloseacetates 138 8.3.3 Aktivierung von Perlcellulosen 138 8.3.4 Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial 138 8.3.5 Magnetitanbindung 139 LITERATUR 140 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 152 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 154 TABELLENVERZEICHNIS 158

Stem cell therapy and transplantation is a quickly evolving field with many clinical applications. However, several problems need to be overcome before they can be applied on an allogenic scale, and among them is ensuring of the purity of the applied differentiated stem cell culture. Separation using magnetic beads which attach to the wanted cells has proven to be an effective and easy method to separate them from a sample. An important factor with the method is the choice of specific surface antigens on the beads which determines how well the beads are attached to the cell.  This report will provide some fact of the immunotherapy and some of the most important stem cells and their differentiation to an active cell. It will be elucidated which cytokines are important for differentiation, and current clinical studies in the immunotherapeutic field of stem cells and their useful surface antigens. Furthermore, regenerative medicine using stem cells will be covered. A brief overview mesenchymal and induced pluripotent stem cells, their biological markers, and their various uses. Specific projects using regenerative medicine will be described and an overview of ever-expanding market for regenerative medicine will also be included.

Affinity-based proteomics utilizes affinity binders to detect target proteins in a large-scale manner. This thesis describes a high-throughput method, which enables the search for biomarker candidates in human plasma and serum. A highly multiplexed antibody-based suspension bead array is created by coupling antibodies generated in the Human Protein Atlas project to color-coded beads. The beads are combined for parallel analysis of up to 384 analytes in patient and control samples. This provides data to compare protein levels from the different groups. In paper I osteoporosis patients are compared to healthy individuals to find disease-linked proteins. An untargeted discovery screening was conducted using 4608 antibodies in 16 cases and 6 controls. This revealed 72 unique proteins, which appeared differentially abundant. A validation screening of 91 cases and 89 controls confirmed that the protein autocrine motility factor receptor (AMFR) is decreased in the osteoporosis patients. Paper II investigates the risk proteome of inflammatory bowel disease (IBD). Antibodies targeting 209 proteins corresponding to 163 IBD genetic risk loci were selected. To find proteins related to IBD or its subgroups, sera from 49 patients with Crohn’s disease, 51 with ulcerative colitis and 50 matched controls were analyzed. From these targeted assays, the known inflammation-related marker serum amyloid protein A (SAA) was shown to be elevated in the IBD cases. In addition, the protein laccase (multi-copper oxidoreductase) domain containing 1 (LACC1) was found to be decreased in the IBD subjects. In conclusion, assays using affinity-based bead arrays were developed and applied to screen human plasma and serum samples in two disease contexts. Untargeted and targeted screening strategies were applied to discover disease-associated proteins. Upon further validation, these potential biomarker candidates could be valuable in future disease studies. / <p>QC 20180412</p>

Topologieoptimierte Geometrie wird vom Konstrukteur in einem Format benötigt, das im CAD verwendet werden kann. Die Herausforderung ist, dass man als Optimierungsergebnis eine STL-Geometrie bekommt, doch fürs CAD soll die Oberfläche möglichst glatt und vereinfacht sein. Die Software MSC Apex erzeugt aus einer STL-Geometrie eine echte, geglättete Parasolid-Geometrie. Eine spezielle Form der Topologieoptimierung ist die Topometrieoptimierung, welche die Rippenstruktur auf einem Blech vorschlägt. Auch hierfür ist Geometrierückführung möglich. Auch stark verformte Bauteile, z.B. Gummiteile, kann man als Geometrie im verformten Zustand ans CAD zurückgeben, um zu sehen, wie sie dann in die Baugruppe passen. / Topology optimized geometry must be provided to the designer in a format that can be used in CAD. The challenge is that the optimization result is typically an STL geometry, but for CAD the surface should be as smooth and simplified as possible. The MSC Apex software creates a real, smoothed parasolid geometry from an STL geometry. A special form of topology optimization is topometry optimization, which suggests the rib structure on a sheet. Reverse engineering is also possible for this. Even heavily deformed components, e.g. rubber parts, can be returned to CAD as geometry in the deformed state, to see how they fit into the assembly in this state.