Das Problem des Missbrauchs von Erythropoietin (EPO) als Dopingsubstanz zur Steigerung der Ausdauerleistung wurde schlagartig weltweit durch den Skandal zur Tour de France 1998 bekannt. Das Internationale Olympische Komitee (IOC) führte ab 1992 Erythropoietin explizit auf der Liste der verbotenen Wirkstoffe auf, ohne des es möglich war zwischen den rekombinantem und dem körpereigene Erythropoietin zu unterscheiden. Bei der im Institut für Dopinganalytik und Sportbiochemie Kreischa durchgeführten Arbeit wurden zwei generelle Strategien verfolgt: zum einen ein indirekter Nachweis des rhEPO, basisierend auf dessen Auswirkungen auf die Erythropoese, und zum anderen der direkte Nachweis des Unterschieds zwischen rekombinantem und humanem Erythropoietin. In der ersten durchgeführten Populationsuntersuchung von 229 Leistungssportlern konnte bei der Auswertung der Daten lediglich eine signifikante Erhöhung des löslichen Transferrinrezeptors (sTfR) bei den Ausdauerathleten gefunden werden, während sich die hämatologischen Parameter nicht unterschieden. In der anschließenden Verlaufsuntersuchung von Ausdauerathleten des Deutschen Leichtathletikverbandes wurden zusätzlich zu den bereits in der Populationsstudie untersuchten Parametern erstmalig von Hochleistungs-athleten Retikulozyten und deren Reifeparameter untersucht. Bei den Hochleistungs-sportlern konnten, insbesondere für die Retikulozyten-parameter, über den Zeitraum der Studie konstante Werte gefunden werden. Die Untersuchung der zirkadianen Rhythmik zeigte lediglich für den Parameter Erythropoietin einen signifikante Veränderung mit einem Maximum in den späten Abendstunden (20:00 bis 23:00 Uhr) erreichte. Die Untersuchung der Variation der indirekten Parameter über den Zeitraum eines Jahres zeigte, dass im Gegensatz zu der Verlaufsuntersuchung der DLV-Athleten, bei der der längste Untersuchungs-zeitraum sechs Monate betrug, eine Veränderung aller Parameter, mit Ausnahme von Erythropoietin, bestand. Bei der Auswertung der Belastungsstudien wurde für die gut trainierten Athleten nur ein geringer Einfluss auf die hämatologischen Parameter gefunden, während bei einigen Retikulozytenparametern signifikante Erhöhungen durch die Belastung festgestellt werden konnten. Mit der Etablierung der direkten Nachweismethode für EPO im Urin und der Anpassung der ursprünglichen Methode an das neue Präparat ARANESP, ein modifiziertes EPO, änderte sich die Aufgabenstellung für die indirekten Parameter, da es ab sofort möglich war eine große Anzahl Proben unter Verwendung von niedrigeren Grenzwerten zu screenen. Anhand der Werte der weltbesten Ausdauerathleten wurden allgemein gültige Grenzwerte und eine globale Strategie für ein Screening aufgestellt. Bei einem auffälligen Befund würde in jedem Fall die korrespondierende Urinprobe mittels der direkten Methode untersucht und erst mit dem Nachweis des rekombinanten Erythropoietins als positiv bewertet werden. Zusätzlich zu den indirekten Parametern wurden Untersuchungen hinsichtlich des direkten Nachweis, d. h. der Anreicherung von Erythropoietin und einer massenspektrometrischen Analyse einzelner Glykanketten, durchgeführt, bei denen mit der Kombination Nanospray und TOF-MS die notwendigen Nachweisgrenzen erreicht werden konnten. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass ausgewählter Blutparameter sehr gut geeignet sind, um als Screeningmethode für erythropoesesteigernde Substanzen zu dienen. Im Gegensatz zur Methode des direkten Nachweises von EPO im Urin, die durch die Verfügbarkeit der Referenzsubstanzen limitiert ist, bietet der indirekte Nachweis über Blutparameter den Vorteil, Veränderungen des erythropoetischen Systems, verursacht durch neue Substanzen oder Methoden, erfassen zu können.

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。

The aim of this study is to optimize the storage and shipping processes of Plasma Separation Cards (PSC) by developing a novel prototype designed to reduce manual labore and ensure sample integrity. An experimental design was employed to address current limitations in PSC handling. These limitations include labor-intensive processes and potential sample degradation. In this approach rigorous testing was done to evaluate the prototype's performance in various environments and different materials. The research in this study include lab testing of samples stored in the prototype, assessment of different storage conditions and analysis of shipping processes. The main research question was: “How can a prototype for PSC storage be optimized to reduce manual labor in PSC handling while ensuring sample integrity during storage and shipping?”. To answer this question the prototype was tested for its effectiveness in reducing storage space and facilitating automated handling The findings of this study show that the prototype that was created can significantly reduce the required storage space while still being usable by liquid handling robots. During the study it was noted that minor misalignment issues were present due to the limitations of the type of 3D printers used. These issues could be addressed with more precise printing technologies such as Stereolithography (SLA) or Selective Laser Sintering (SLS). Both materials used in this study, PLA (Polylactic acid) and PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol) materials were found suitable for storing PSC samples under most conditions. However, the measurements for the samples with PLA indicated limitations at 65 °C under certain conditions, making PETG a safer choice under higher temperature. The study contributes to the field by providing an innovating solution for PSC sampling that is scalable. This enhances the possibility for remote monitoring end predictive diagnostics. The prototype indicates a promising direction for future research and application and medical diagnostics by improving operational efficiency while aligning with sustainability goals. This study explores the following aspects: sample handling, storage and shipping. The practical implication includes reduced manual labor, minimized human error and increased efficiency for these aspects.

Die Systematische Toxikologische Analyse (STA) stellt auf Grund der großen Vielfalt und der ständigen Zunahme an toxikologisch relevanten Substanzen eine der größten Herausforderungen in der chemischen Analyse dar. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Eignung der Flüssigchromatographie in Kombination mit der Hybrid-Quadrupol-Flugzeitmassenspektrometrie (LC-QTOF-MS) für diesen Zweck untersucht. Dazu wurden eine Datenbank mit über 7360 und eine CID-Spektrenbibliothek mit mehr als 2720 toxikologisch relevanten Substanzen erstellt und geeignete Probenvorbereitungsmethoden entwickelt. Die Erprobung der Methoden erfolgte an dotierten Blut- und Haarproben. Hierbei zeigte sich, dass die Analyse im Auto-MS/MS-Modus (Messzyklen von MS- und MS/MS-Spektren) eine Identifizierung basischer Substanzen mittels CID-Spektren zwischen 0,5 und 2 ng/ml im Blut ermöglichte. Die Nachweisgrenzen der für 24 Wirkstoffe validierten Methode in Haaren lagen bei 3 bis 15 pg/mg. Die Eignung der LC-QTOF-MS zur STA von Haarproben wurde an 30 Drogentodesfällen und 60 Todesfällen mit bekannter chronischer Medikamenteneinnahme zu Lebzeiten sowie an 77 Blutproben nachgewiesen. Für die Suche nach Metaboliten wurde ein Metaboliten-Tool entwickelt. In der praktischen Anwendung auf Datenfiles von Blut- und Haarproben erwies sich das Tool als wertvolles Hilfsmittel zur Identifizierung unbekannter Peaks und zur Bestätigung von Suchergebnissen in der Datenbank. Zur automatischen Konzentrationsabschätzung identifizierter Substanzen wurde ein Tool „Estimate Concentration“ geschaffen. Die Überprüfung des Verfahrens an realen Blut- und Haarproben durch Vergleich mit HPLC-DAD- und GC-MS-Ergebnissen wies eine gute Übereinstimmung der Konzentrationen auf. Insgesamt zeigten die Untersuchungen, dass die LC-QTOF-MS zurzeit die am besten geeignete Methode für die STA darstellt. Auch bei einem erst später aufkommenden Verdacht kann eine gezielte Suche in dem bereits gemessenen Datenfile durchgeführt werden. / Due to the large variety and the steady increase of toxicologically relevant substances, systematic toxicological analysis (STA) is one of the most difficult tasks in analytical chemistry and, therefore, a steady topic of research and methodical improvement. For this reason, the suitability of liquid chromatography in combination with hybrid quadrupole time-of-flight mass spectrometry (LC-QTOF-MS) for STA was investigated. For this purpose, a database of more than 7360 and a CID spectra library of more than 2720 toxicologically relevant substances and suitable methods for sample preparation were developed. The application was evaluated at spiked blood and hair samples. It was found that the analysis in Auto-MS/MS mode (alternating measurement cycles of MS and MS/MS spectra) allowed substance identification in blood using CID spectra between 0.5 and 2 ng/ml for basic substances. The detection limits of the validated method in hair ranged from 3 to 15 pg/mg for 24 drugs. The suitability of LC-QTOF-MS for STA was tested for hair samples from 30 drug-related death cases and from 60 death cases with known chronic medication as well as for 77 blood samples. For the search of metabolites, a metabolite tool was developed. In the practical application to data files from blood and hair samples, the tool proved to be very helpful for identification of unknown peaks and for confirmation of results obtained only from the database without CID spectra. A tool "Estimate Concentration" was created for automatic estimation of concentrations of identified substances. The application to real blood and hair samples and the comparison of the concentrations with results from HPLC-DAD and GC-MS showed good agreement. Overall, these investigations showed that LC-QTOF-MS is currently the most favorable method for STA. Because of the comprehensive registration of all substances in a sample, the data files can be checked for the presence of certain poisons even later without new measurements.