O Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas da ONU (IPCC) tem comprovado com nível de confiança cada vez maior, ao longo dos últimos anos, a forte relação entre o aumento da temperatura média global e o aumento dos gases de efeito estufa (GEEs) principalmente quanto ao gás que mais contribui para a composição desses gases: o gás carbônico ou CO2. O Brasil se insere no rol dos emissores desse gás, principalmente devido ao desmatamento das reservas florestais que possui. Assim, assumiu o compromisso na Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (United Nations Framework Convention on Climate Change UNFCCC) de estabilizar suas emissões e inventariar periodicamente os seus GEEs. Dentro deste contexto, cabe também à indústria levantar sua parcela de responsabilidade significativa neste processo ameaçador para a vida no planeta terra. Desta forma, o principal objetivo do presente trabalho foi o de levantar e contabilizar o Inventário dos GEEs emitidos em 2006 por uma empresa que produz importantes insumos para a indústria de petróleo. A pesquisa bibliográfica sobre a metodologia mais adequada e sua aplicação para a empresa em estudo foram os principais objetivos específicos. A autora não encontrou fatores de emissão de CO2 (kg CO2/TJ do combustível, detalhado no decorrer deste trabalho) desenvolvidos no Brasil para levantar o inventário, com um nível razoável de confiança, que reflita a situação real e local. Toda a pesquisa bibliográfica feita mostrou que os trabalhos realizados mesmo por órgãos governamentais brasileiros usaram a metodologia do IPCC (versão anterior à usada neste trabalho) que foi elaborada por países desenvolvidos, que não é o nosso caso ou realidade. Foram feitas diversas visitas à empresa, levantadas todas as fontes potenciais de emissão, consumos e características de todos os combustíveis usados, bem como o levantamento do trabalho desenvolvido sobre geração de mudas de plantas no seu horto. Através de cálculos por essa metodologia reconhecida mundialmente (IPCC) a autora encontrou um valor em torno de 76.000 toneladas de CO2 emitidos pela empresa em 2006. A empresa neutralizou cerca de 80 toneladas de CO2, através da produção de mudas (para doação e plantio em torno de uma área que é um passivo ambiental) em seu horto e o que plantou na área desse passivo em 2006. Isso significou cerca de 0,1% do que emitiu / The Intergovernamental Panel Climate Change - IPCC from ONU has proved with higher level of confidence, along last years, a strong relation between the global average temperature increasing and the Greenhouse Gases increasing mainly about the biggest contributor to the composition in these gases: the carbonic gas or CO2. Brazil is included in the list of these gas polluters, mainly because of its deforestation. Then, it assumed the commitment with United Nations Framework Convention on Climate Change UNFCCC of stabilize and calculate his Greenhouse Gases (GHG) Inventory. In this context, the industries must to survey their part of responsibility in this threatening process for the life in this planet. For the reasons above, the main purpose from the present work is to calculate the Greenhouse Gases emissions inventory in 2006 from a enterprise that produces important inputs for a petroleum industry. The specific purposes were to research the bibliography about the most suitable methodology and its application for this enterprise. The author of this work didnt find any emission factors for CO2 developed in Brazil for calculate the inventory, with a reasonable level of confidence, which can show the real and local situation about this subject. Then, the entire bibliographic search done showed that the works found even in governmental institutions used the IPCC methodology, done by developed countries, that isnt our reality. For this study, it was done several visits to that enterprise and identified all the sources from these GHG, fuel uses and their quantities and intensive bibliographic searches about several national and international methodologies. It was seen the developed work done by this enterprise about generation of seedling (plants) in its market garden. It was chosen the IPCC methodology that was the tool to calculate about 76.000 t of CO2 emitted by the enterprise in 2006. This studied enterprise neutralized 80 t of CO2, through the production of plants cuttings (for donation to people and to plant in around an area that is an environmental passive) in its market garden and what it planted in that passive area in 2006. This was about 0,1% on that it emitted

A Política Estadual de São Paulo de Mudanças Climática (PEMC) foi lançada em 2009. Esta política voluntária, independente de qualquer acordo nacional ou internacional, foi estabelecida para reduzir a emissão dos gases de efeito estufa em 2020 em 20%, de acordo com os níveis de 2005. Uma vez que a melhoria da eficiência energética está entre as ações de mitigação de emissões de carbono especificadas pela PEMC, este trabalho visa avaliar as emissões diretas e indiretas e o consumo energético das cadeias produtivas na economia do Estado de São Paulo. Conseqüentemente, este estudo combina dados da Matriz Insumo Produto com o Primeiro Inventário de Gases de Efeito Estufa do Estado de São Paulo (2011) e o Balanço Energético (2010). Todos os dados estão baseados nos valores do ano de 2004. O trabalho avalia três simulações. A primeira simulação compara as emissões totais e energia por unidade de demanda final, já a segunda simulação aplica o mesmo método, porém apenas contabiliza as emissões de energia. A terceira simulação é baseada na massa total de emissões diretas e indiretas e foi determinada por meio dos multiplicadores. Além disso, o efeito total de cada setor está relacionado às emissões diretas e indiretas geradas por uma unidade de demanda final. Baseado nos resultados das três simulações foi possível observar que as emissões indiretas representam quase 30% sobre as emissões totais, e que apesar deste número não ser mais representativo, a responsabilidade do setor é maior se as emissões indiretas forem consideradas. Os resultados da Simulação 1, identificam os setores que se destacam devido a altos geradores de emissões e energia: Outros da indústria extrativa e Cimento, de outro modo, se apenas os geradores das emissões fossem considerados Cimento e Pecuária teriam se destacado com aproximadamente 3,5 GgCO2e emitidos direta e indiretamente por 1 milhão de reais de demanda final. Já, de acordo com a Simulação 2, os setores que se destacam são: Cimento e Frabricação de aço e derivadoscom respectivamente 1,4 GgCO2e e 0,5GgCO2e de emissões totais emitidas por 1 milhão de reais de demanda final. Por fim, na Simulação 3, o setor de Transportes se destaca com 23% das emissões diretas, enquanto é responsável por 9% das emissões indiretas, correspondentes às emissões incorporadas pela demanda por serviços e produtos. Por outro lado, o setor Alimentos e bebidas é o que mais se destaca devido a 17% das emissões indiretas apesar de apresentar apenas 2% do total das emissões diretas. / The Sao Paulo State Climate Change Policy (CCP) was established in 2009. This voluntary policy, independent of any domestic and international accord, was established to reduce greenhouse gas emissions in 2020 by 20%, according to 2005\'s emission levels. Once the energy efficiency improvements are among the carbon mitigation actions specified by CCP, this present work aims to evaluate direct and indirect carbon dioxide equivalent emissions and energy consumption of supply chains in the Sao Paulo State\'s economy. Consequently, this study combines data from the Sao Paulo input-output matrix with the First Greenhouse Gas Emissions Inventory of Sao Paulo State (2011) and the Sao Paulo States Energy Balance (2010). All data used are based on 2004 values. Based on the CCP goal to reduce 20% in total emissions, this work assesses three simulations. The first simulation compares total emissions and energy by each final demand unit, whereas the second simulation applies the same method, but accounts for energy related emissions only. The third simulation is based on total direct and indirect emission mass. In addition, the work presents a comparison between all sectors in terms of their direct and indirect emissions, which is conveyed by emission multipliers. In addition, the total effect of each sector which is related to the direct and indirect emissions generated to one final demand unit, was assessed. Based on the results of the 3 simulations it was possible to see that indirect emissions represent almost 30% of the total emissions, and although this number is not more representative, in some cases sector\'s responsibility is greater if indirect emissions are accounted for. Results from Simulation 1 identify the sectors that stand out because of high energy and emission total effects: Other extractive industry and Cement. In comparision, if only total emissions effect are considered Cement and Livestock sectors stand out with approximately 3.5 GgCO2e emitted direct and indirectly for each 1 mi BRL of final demand, for each sector. Then, according to Simulation 2, the sectors that stand out are: Cement and Steel manufacture and products with respectvely 1.4 GgCO2e and 0.5 GgCO2e of total emissions emitted by each 1 mi BRL consumed by sector. Lastly, on Simulation 3, Transport is the sector that stands out with 23% of direct emissions, and 9% of the sum of indirect emissions, due to embodied emissions on services and products demand. Regarding indirect emissions, Food and beverage stands out, encompassing 17% of the indirect emissions and only 2% of total direct emissions.

La pollution de l’air liée au trafic automobile constitue un problème de santé majeure et est reconnue comme un facteur de risque important pour les maladies cardiovasculaires. La contribution de la phase particulaire des émissions de moteur Diesel dans ces effets sanitaires a été bien établie. Cependant, les études portant sur la phase gazeuse sont peu nombreuses alors que l’évolution des systèmes de dépollution permettant un abattement des particules Diesel, ont conduit à un accroissement des polluants de la phase gazeuse tels que le Dioxyde d’azote (NO2),un polluant majeur et toxique. Par conséquent, l’objectif général de ce travail a été d’évaluer la part imputable de la phase gazeuse, et plus spécifiquement du NO2, dans les effets cardiovasculaires induits par des émissions Diesel représentatives du parc automobile actuel. Dans un premier temps, une étude comparative a été réalisée chez le rat Wistar exposé par inhalation au NO2 seul ou à des émissions Diesel, produisant du NO2, et prélevées en amont et en aval d’un filtre à particules(Fap). Afin de comprendre les mécanismes d’action mis en jeu, la fonction mitochondriale et le stress oxydant ont été évalués, parallèlement aux mesures de fonction cardiaque après une exposition unique (une seule exposition de 3h) et après une exposition répétée (3h/jour, 5jr/semaine pendant 3 semaines). Dans un deuxième temps, une étude portant plus spécifiquement sur les effets du NO2sur la fonction vasculaire et ses conséquences éventuelles dans un modèle d’hypertension artérielle a été réalisée en utilisant deux modèles expérimentaux : un modèle physiologique (rat Wistar) et un modèle d’hypertension artérielle (rat SHR). L’évaluation de la fonction vasculaire a été réalisée par une approche ex vivo à partir d’artères coronaires isolées après des expositions uniques et répétées chez le rat Wistar et uniquement après une exposition unique chez le rat SHR. Pour ce dernier, des expositions répétées ont également été réalisées pour explorer la fonction mitochondriale. Nos résultats montrent que l’exposition unique aux émissions, en amont et en aval du Fap induisent une légère altération de la fonction cardiaque, qui est cependant plus importante lors des expositions à 5 ppm de NO2 mais réversible. Après trois semaines d’expositions répétées, la dysfonction cardiaque persiste puisque le lendemain de la dernière exposition, les diamètres ventriculaires restent élevés, que ce soit après les expositions aux émissions Diesel, amont et aval, et au NO2. La dysfonction cardiaque est accompagnée d’une altération de la vasorelaxation des artères exposées au NO2. En parallèle à ces altérations, nous avons observé une dysfonction mitochondriale, plus particulièrement lors des expositions au NO2 indépendamment d’un stress oxydant myocardique ou systémique. L’exposition au NO2 aggrave la dysfonction mitochondriale préexistante au cours de l’hypertension artérielle, ce qui suggère l’aggravation de la fonction cardiovasculaire. L’ensemble de ces résultats démontre l’effet de la phase gazeuse, notamment du NO2 sur la fonction mitochondriale dans les deux modèles expérimentaux témoignant de l’importance de la prise en considération de l’action de la phase gazeuse dans les systèmes de dépollution à venir. / Air pollution from car traffic is a major health issue and is recognized as an importantrisk factor for cardiovascular disease. The contribution of the particulate phase of Diesel engine emissions to these health effects has been well established. However, studies on the gas phase are few in number, while the evolution of the depollution systems allowing a reduction of the Diesel particles, led to an increase in pollutants of the gas phases such as nitrogen dioxide (NO2) a major and toxic pollutant. consequently, the general objective of this work was to evaluate the attributable part of the gaseous phase, and more specifically NO2, in the cardiovascular effects induced by Diesel emissions representative of the current fleet. In a first step, a comparative study was conducted in the Wistar rat exposed by inhalation to NO2 alone or to Diesel emissions, producing NO2, and taken upstream and downstream of a particulate filter (PF). In order to understand the mechanisms of action involved, mitochondrial function and oxidative stress were evaluated, in parallel with cardiacfunction measurements after a single exposure (a single exposure of 3 h) and after repeated exposure (3 h / day, 5 days / week for 3 weeks). Second, a more specific study on the effects of NO2 on vascular function and its possible consequences in a hypertension model was carried out using two experimental models: a physiological model (Wistar rat) and a model of hypertension (SHR). Evaluation of the vascular function was performed by an ex vivo approach from isolated coronary arteries following single and repeated exposures in the Wistar rat and only after a single exposure in the SHR. For the latter, repeated exposures were also performed to explore mitochondrial function. Our results show that single exposure to emissions upstream and downstream of PF induces a slight alteration of cardiac function, which is more important at 5 ppm NO2 but reversible. After three weeks of repeated exposure, cardiac dysfunction persists as ventricular diameters remain high the day after the last exposure, both after exposures to upstream and downstream Diesel emissions and to NO2. Cardiac dysfunction is accompanied by an alteration in the vasorelaxation of the arteries exposed to NO2. In parallel with these alterations, weobserved mitochondrial dysfunction, particularly during NO2 exposures independently of myocardial or systemic oxidative stress. Exposure to NO2 aggravates pre-existingmitochondrial dysfunction during hypertension, suggesting worsening of cardiovascular function. All these results demonstrate the effect of the gaseous phase, in particular NO2, on the mitochondrial function in the two experimental models, indicating the importance of taking into account the action of the gas phase in the depollution systems to come up.

This master’s thesis discusses the impact of air traffic on our environment. The fuels combustion, the conditions necessary for realization of air traffic, or the situations resulting from it, such as aircraft maintenance, noise, emergencies, etc., have a negative impact on not only on the environment, but also on health and comfort of people, as well as flora and fauna, exposed to these conditions. Apart from the air traffic impacts on our environment mentioned above, the thesis also describes especially the possibilities of their reduction and companies dealing with them. The large main part of thesis paper is dedicated to an analysis of a new aircraft design technology, which should reduce the production of emissions in the future.

Le bruit affecte la santé humaine, provoquant de la gêne, des troubles du sommeil et augmentant le risque de crise cardiaque. Les quantifications de l’impact du bruit montrent que c’est un problème de santé publique et que le trafic routier en est majoritairement responsable. L’analyse du cycle de vie (ACV) est une méthode d’évaluation globale des impacts environnementaux d’un produit, d’un service ou d’un processus. Malgré la prise en compte de nombreux problèmes environnementaux, l’impact du bruit sur la santé humaine n’est pas encore correctement pris en compte dans l’ACV. L’objet de ce doctorat est d’intégrer dans l’ACV l’impact du bruit du trafic routier sur la santé humaine.Les différents éléments d’acoustique et d’épidémiologie qui permettent cette intégration sont présentés. Une analyse des méthodes existantes est conduite en les appliquant à un cas d’étude. Cela permet de comprendre les avantages et inconvénients des différentes approches tout en comparant les résultats qu’elles fournissent. Une méthode pour intégrer l’impact du bruit du trafic routier sur la santé humaine dans l’ACV est ensuite proposée. Cette méthode repose sur les logiciels de prédiction acoustique et les données rendues disponibles par la directive 2002/49/CE. Elle permet d’établir, avec une grande précision, des facteurs de caractérisations (CFs) reliant des flux élémentaires de l’inventaire ACV à un impact sur la santé humaine.La méthode est ensuite appliquée sur un échantillon de petites zones géographiques sélectionnées dans la région lyonnaise. L’application de la méthode et l’analyse des résultats apportent de nombreux enseignements sur l’existence potentielle d’une typologie pour la différentiation géographique, la meilleure forme pour la collecte d’information sur le bruit au niveau de l’inventaire ACV, la variabilité spatiale des CFs ou encore l’incertitude qui peut leur être associée. Les CFs obtenus montrent que l’intégration de l’impact du bruit en ACV pourrait doubler l’impact du transport routier sur la santé humaine. Ce doctorat identifie également des pistes de recherche. Des travaux similaires doivent être menés pour les autres moyens de transport (principalement trains et avions) pour permettre une comparaison équitable des études ACV les impliquant. Répéter la méthode dans d’autres zones géographiques, avec d’autres modèles d’émission et de propagation acoustique et/ou d’autres logiciels de propagation acoustique apporterait également des éléments intéressants. / Noise affects human health, causing annoyance, sleep disturbance and increasing the risk of cardiovascular disease. The quantification of noise impacts highlights it as a public health problem for which road traffic is mainly responsible. Life cycle assessment (LCA) is a technique to assess the environmental impacts of a product, a service or a process. Despite taking into account many environmental problems, the impact of noise on human health is not yet properly taken into account in LCA. The aim of this PhD thesis is to integrate the impact of traffic noise on human health in the LCA framework.The scientific elements of acoustics and epidemiology that allow this integration are presented. An analysis of the existing methods is conducted by applying them to a case study. This helps to understand the advantages and drawbacks of the different approaches while comparing the results they provide. A method to integrate the impact of road traffic noise on human health in the LCA framework is then proposed. The method is based on noise prediction software and data made available by the Directive 2002/49/EC. This makes it possible to establish, with great precision, characterisation factors (CFs) connecting elementary flows of the LCA inventory with an impact on human health.The method is then applied to a sample of small geographic areas selected in the region surrounding the city of Lyon (France). The application of the method and the analysis of the results provides a multitude of information regarding the potential existence of a typology for spatial differentiation, the best form for the collection of noise information at the LCA inventory level, the spatial variability of the CFs and the uncertainties that may be associated with them. The CFs obtained show that integrating the impact of noise into LCA could double the impact of road transport on human health. This PhD thesis also identifies further potential research topics. Similar work needs to be done for other transport modes (mainly trains and airplanes) to allow for a fair comparison of different transport modes in LCA studies. Repeating this method in other geographical areas with other acoustic emission and propagation models and/or other noise prediction software would also help the generalisation of this work and the assessment of possible sources of uncertainties.

Global warming is currently a major challenge facing the world. There are widespread ongoing efforts in the form of summits, conferences, etc., to find satisfactory ways of surmounting this challenge. The basic objective of all such efforts can be summarized as conception and formation of protocols to reduce the pace of global carbon levels. Game theory and mechanism design provide a natural modeling tool for capturing the strategic dynamics involved in global warming related problems. This dissertation explores for the first time the use of voting mechanisms in the context of solving the central problems, namely, allocation of emission caps and reduction quotas to strategic emitting agents (countries). The contribution of this dissertation is two-fold. The first contribution is to develop an elegant game theoretic model that accurately captures the strategic interactions among different emitting agents in a global warming setting. This model facilitates a convenient way of exploring a mechanism design approach for solving important allocation problems in the global warming context. The second contribution is to propose and explore a novel approach, based on voting mechanisms, to solve two problems: (1) allocating emission caps and (2) allocating reduction quotas to strategic agents. Our work investigates the use of voting mechanisms that satisfy four desirable properties: (1) non-dictatorship, (2) strategy-proofness, (3) efficiency, and (4) anonymity. In particular, we explore the median selection, maximum order statistic selection, and general Kth order statistic selection voting mechanisms. Our results clearly show that only trivial allocations satisfy all the above properties simultaneously. We next investigate the use of voting mechanisms for the dual problem, namely, allocation of emission reductions to emitting agents. Here, we show that non-trivial allocations are possible, however an important property, individual rationality, might be compromised. The investigations in the thesis bring out certain limitations in applying voting mechanisms that satisfy all the four properties above. Nevertheless, the insights obtained provide valuable guidelines for solving emission allocation related problems in a principled and informed way.

Cette thèse propose une approche quantitative intégrée pour l'analyse du rôle de la dimension spatiale de l'économie sur la demande énergétique des secteurs résidentiel et transports, ainsi que sur les émissions de carbone associées. L'approche comprend cinq étapes méthodologiques distinctes et consécutives. Après une méta-analyse des travaux économiques soulignant l'impact significatif de la structure spatiale sur la demande énergétique pour les transports (Chapitre 1), on développe et estime un modèle économétrique en coupe transversale sur la France afin d'explorer la nature causale de cet impact et d'en révéler les déterminants pour les deux secteurs, transports (Chapitre 2) et résidentiel (Chapitre 3). Ensuite, le cadre d'analyse économétrique est étendu pour intégrer la dimension longitudinale de la relation entre espace et énergie via l'effet de long terme des prix de l'immobilier sur la demande nationale de transports (Chapitre 4). L'identification d'un tel effet permet de dépasser les enjeux d'acceptabilité d'un espace entièrement planifié ainsi que ceux d'arbitrage entre bien-être individuel et maitrise des externalités négatives dues aux émissions de carbone. Enfin, l'ensemble des déterminants identifiés dans les étapes économétriques précédentes sont intégrés dans un cadre d'équilibre général calculable pour l'évaluation du potentiel de l'organisation spatiale en tant que levier additionnel de lutte contre le changement climatique (Chapitre 5). Les résultats concluent en faveur de la coordination de stratégies d'action diversifiées (axées sur les instruments de marché et/ou sur les interventions planifiées) pour l'atteinte d'objectifs énergie-climat à coûts maitrisés / This thesis develops an integrated framework to investigate the impact of the spatial dimension of the economy on the energy use from the transportation and buildings sectors, and on associated carbon emissions. The developed framework consists of five methodological steps based on econometric and quantitative approach. First, a meta-analysis is carried out to pool information across existing studies and yield new and preliminary economic insights. It is shown that spatial organization of economic activities and agents is significantly positively associated with the demand on energy for transport (Chapter 1). Next the causal impact of space on energy consumption is estimated using cross section data for the French households and further decomposed into specific determinants of the energy demand for both transport- (Chapter 2) and buildings- (Chapter 3) related activities. The econometric framework is then extended to account for the longitudinal (dynamic) dimension of the relation between space and sectoral energy use via the long-term impact of housing price on domestic transport demand (Chapter 4). Including information on housing price formation and dynamics allows encompassing broader welfare effects of spatial planning and policy than pure environmental ones. Finally, the set of determinants identified in the previous steps of the analysis are then embedded in a computable general equilibrium framework to assess the role of space and spatial planning as additional leverage to carbon pricing scheme for climate change control (Chapter 5). In the face of the energy and climate challenges ahead, this thesis quantitatively concludes in favor of taking broad and coordinated action. This comes down to identifying the available (market-based and/or regulatory) policy instruments and using them to achieve ambitious targets whilst driving down the cost of action

The Swedish government set a climate goal until the year 2045, to not produce any greenhouse gases until 2045. This study is based on the problems surrounding the climate impact from the construction and real estate sector in Sweden. The construction company Skanska has made a major contribution with the recently new project Juvelen, which today is Sweden's most sustainable building. The demand for constructing buildings with lesser environmental impacts is increasing and constructions as Juvelen may be an important factor to achieve climate goals. Purpose: This study was done to determine the carbon dioxide emissions during the construction phase of Juvelen, which includes the production phase and transports to the construction site, as well as the operational phase. Method: This study is based on a literature study, case study, and a reference object. During the case study, interviews were conducted with various people who have participated in the production of Juvelen. The carbon dioxide calculations consisted of EPD reports obtained from Strängbetong and VSAB. The carbon dioxide calculations for the operational phase were performed through different scenarios with three different scenarios types of energy. Results: The result for Juvelen's carbon dioxide emissions during the construction phase, based on the quantitative data that had obtained from Strängbetong and VSAB, was approximately 3,568 tonnes of CO2e. Renewable High had an emission of 96,472.61 kg CO2e during the 50-year analysis period. Renewable Medium received a sum of 2,519,339.7 kg CO2e and Renewable Low 11,961,913.29 kg CO2e. The 100-year analysis period for the operational phase showed the double value of the 50-year analysis period. Based on the current study and an interview with Ambjörn Gille, it appears that Skanska is making efforts to achieve climate goals by 2045. Conclusions: The conclusion that the work came to was that to achieve the climate goal of net-zero emissions, its necessary that the entire construction and real estate sector needs to adapt, apply new and innovative technology. The differences that emerged from the comparison of the production, operating phase for Juvelen were the choice of material, construction process, and method for construction of Juvelen and the choice of energy scenario.

Um Aussagen über die unterschiedliche Verteilung nikotinischer Acetylcholinrezeptoren im menschlichen Gehirn bei Gesunden und bei Parkinsonpatienten zu erhalten, wird unter anderem der Radioligand 2-[18F]FA-85380 und die Positronen-Emissions-Tomographie genutzt. In dieser Arbeit wurden aufwendige und weniger aufwendige Auswerteverfahren dieser Untersuchung miteinander verglichen. Die an der Universität Leipzig aktuell am häufigsten verwendete Auswertung mittels dem Verteilungsvolumens nach Logan (DVLogan), wurde mit vereinfachten Ansätzen wie dem SUV (Standardized Uptake Value), TTP (Tissue-to-Plasma) und verschiedenen Ratio-Verfahren (Referenzregionen) verglichen. Die statistische Auswertung der Daten zeigte, dass dieses bereits etablierte Verfahren DVLogan, im Vergleich mit vereinfachten Verfahren am besten geeignet ist, die unterschiedliche Verteilung nikotinischer Acetylcholinrezeptoren vom Typ α4β2 in vorher festgelegten Hirnregionen bei Parkinsonpatienten und Probanden einer Kontrollgruppe aufzuzeigen.

EINLEITUNG Das maligne Melanom stellt aufgrund seiner frühen Metastasierung und der Resistenz gegenüber den bisher bekannten Therapieansätzen eine der aggressivsten Tumorentitäten dar. Allerdings handelt es sich beim Melanom um einen antigenen und immunogenen Tumor. Dies schürt die Hoffnung, dass durch das bessere Verständnis der Mechanismen, die der Metastasierung, aber auch der Dysregulation des Immunsystems zugrunde liegen, Rückschlüsse auf neue Therapieansätze, beispielsweise unter Einbeziehung der Immunabwehr, gezogen werden können. Darüber hinaus würde die Entwicklung von Radiotracern, die eine frühzeitige Diagnose und möglicherweise auch die Auswahl von Patienten für eine personalisierte Tumortherapie ermöglichen, die Heilungschancen des malignen Melanoms wesentlich verbessern. Das Eph-Ephrin-System wiederum stellt ein vielfältiges Zellkommunikations-System dar, das sowohl in lebenswichtige als auch in pathologische Prozesse involviert ist. Beispielsweise nehmen Eph-Rezeptoren und Ephrine Einfluss auf die gerichtete Bewegung von neuronalen, endothelialen und inflammatorischen Zellen. Zudem beeinflussen sie die Bewegung von Tumorzellen und tragen so zur Tumorprogression bei. Ausgehend von diesem Hintergrund wurde die Hypothese formuliert, dass die Eph-Ephrin-vermittelte Interaktion von Melanomzellen und Tumor-assoziierten inflammatorischen Zellen die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms beeinflusst. Im Speziellen sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit geprüft werden, ob die Rezeptor-Tyrosinkinase EphB4 im Zusammenspiel mit seinem Liganden EphrinB2 die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms fördert. Darüber hinaus sollte getestet werden, ob der Rezeptor EphB6, der ebenfalls zur Bindung von EphrinB2 fähig ist, aber über eine mutierte und damit funktionsunfähige Kinasedomäne verfügt, eine regulative Rolle übernimmt und antitumorigen wirkt. Aufbauend auf den Erkenntnissen zur Bedeutung von EphB4, EphB6 und EphrinB2 beim malignen Melanom sollten zudem verschiedene Ansätze zur Bildgebung der oben genannten Eph-Rezeptoren und Ephrine mittels PET etabliert und geprüft werden. ERGEBNISSE UND DISKUSSION Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig gezeigt, dass die Membranproteine EphB4, EphB6 und EphrinB2 bei den ausgewählten humanen Melanomzellen und den inflammatorischen Zellen exprimiert werden und somit potentielle Interaktionsmöglichkeiten dieser Zellen darstellen. Infolge der Kokultur mit HL-60(M)-Zellen, die als Modell für Tumor-assoziierte Makrophagen dienten, kam es zu einer verminderten Adhäsion und/oder Migration der Melanomzellen sowie im Falle der A375- und A2058-Melanomzellen zu einer verstärkten Sekretion des proinflammatorischen Zytokins IL-6. Aufgrund der breiten Wirkung von IL-6 ergeben sich daraus vielfältige Einflussmöglichkeiten auf das Tumormikromilieu. Diese wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit jedoch nicht näher charakterisiert, da erste Ergebnisse eine Beteiligung des Eph-Ephrin-Systems ausschlossen. Während die Überexpression von EphB6 keinen Einfluss auf die Metastasierungs-relevanten Eigenschaften der A375-Melanomzellen hatte, führte die erhöhte Proteinbiosynthese von EphB4 zu einer verminderten Migration der Zellen im intakten Zellverband. Des Weiteren bewirkte EphB4 eine verstärkte Adhäsion der A375-Zellen an das Extrazellularmatrix-Protein Fibronektin, wodurch die Migration dieser Melanomzellen, im Sinne einer Metastasierung, zusätzlich beeinträchtigt wird. Die erhöhte mRNA-Expression des Liganden EphrinB2 in den A375-Melanomzellen führte zu einer verminderten chemotaktischen Migration der Zellen. Um den Einfluss von EphB4 auf die Tumorprogression und Tumorangiogenese beim malignen Melanom in vivo untersuchen zu können, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein murines Xenograft-Modell mit subkutanen A375 pIRES- bzw. A375 EphB4-Tumoren etabliert. Die Auswertung der Tumorvolumina sowie der [18F]FDG-, [18F]FMISO- und Hoechst 33342-Anreicherung in den Tumoren ergab, dass die erhöhte EphB4-Proteinbiosynthese zu tendenziell kleineren Tumoren führte. Diese waren zudem signifikant schwächer perfundiert und wiesen im Inneren größere hypoxische Areale auf als die A375 pIRES-Tumoren. Somit zeigte EphB4 neben seiner antimetastasischen Wirkung in vitro auch eine antitumorigene Wirkung in vivo, wobei letztere möglicherweise auf eine Störung der Gefäßbildung zurückzuführen ist. Da eine adäquate Blutversorgung der Tumoren für die Metastasierung von Tumorzellen von Bedeutung ist, könnte dies auch auf eine antimetastatische Wirkung in vivo hinweisen. Des Weiteren wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein neuer, 18F-markierter EphB4 Kinaseinhibitor (Verbindung [18F]2) getestet. Dieser zeigte im A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell eine geringe Tumoranreicherung, die von der EphB4-Proteinbiosynthese in den Tumoren unabhängig war. Darüber hinaus kam es zur schnellen hepatobiliären Ausscheidung von Verbindung [18F]2, was deren radiopharmazeutischer Anwendung im Wege steht. SCHLUSSFOLGERUNG UND AUSBLICK Insbesondere die erhöhte Proteinbiosynthese von EphB4 hatte im Falle der untersuchten A375-Melanomzellen zu einer verminderten Migration und zu einer erhöhten Adhäsion der Zellen geführt. Somit konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass EphB4 die Metastasierungs-relevanten Eigenschaften dieser Zellen in vitro beeinträchtigt. Darüber hinaus deuteten Untersuchungen am A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell auf eine antitumorigene Wirkung des EphB4-Rezeptors in vivo hin. Aufgrund dessen muss der anfänglich formulierten Hypothese, dass EphB4 im Zusammenspiel mit seinem Liganden EphrinB2 die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms fördert, widersprochen werden. Eine regulative Beteiligung des Kinase-defizienten Rezeptors EphB6, der ebenfalls zur Bindung von EphrinB2 fähig ist, konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht sicher nachgewiesen werden. Allerdings ergeben sich aufgrund der Expression der Rezeptoren EphB4 und EphB6 sowie deren Ligand EphrinB2 sowohl auf den untersuchten Melanomzellen als auch auf den verschiedenen Tumor-assoziierten inflammatorischen Zellen interessante Interaktionsmöglichkeiten dieser Zellen. Deren Einfluss auf die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms sollte in weiterführenden Experimenten untersucht werden. Das im Rahmen der vorliegenden Arbeit etablierte A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell ermöglicht die In vivo-Charakterisierung von Radiotracer, die gegen Rezeptor-Tyrosinkinasen im Allgemeinen oder aber selektiv gegen EphB4 gerichtet sind. Da Verbindung [18F]2 eine ungünstige Pharmakokinetik zeigte, was wahrscheinlich auf die hohe Lipophilie des Radiotracers zurückzuführen ist, sollten sich zukünftige Untersuchungen mit der chemischen Modifikation dieser Verbindung beschäftigen, mit dem Ziel die Lipophilie und damit die biologische Halbwertszeit des Radiotracers zu verbessern. Zusätzlich sollte die Entwicklung von Radiotracern auf der Basis von löslichen Eph-Rezeptoren und Ephrinen (sEph bzw. sEphrin) weiter vorangetrieben werden.:1 EINLEITUNG 1.1 Die Bedeutung des Tumor-Mikromilieus bei der Entstehung des malignen Melanoms 1.2 Die Metastasierung des malignen Melanoms als limitierender Einflussfaktor auf die Tumortherapie 1.3 Die Rolle des Eph-Ephrin-Systems bei der Tumorprogression und Metastasierung 1.4 Zielstellung 2 MATERIAL UND METHODEN 2.1 Material 2.1.1 Eukaryotische Zellen 2.1.2 Prokaryotische Zellen 2.1.3 Versuchstiere 2.1.4 Plasmide 2.1.5 Kits 2.1.6 Antikörper 2.1.7 Verbrauchsmaterialien 2.1.8 Chemikalien, Medien und Enzyme 2.1.9 Puffer und Lösungen 2.1.10 Geräte 2.2 Molekularbiologische Methoden 2.2.1 RNA-Isolierung aus Zellen 2.2.2 DNase-Behandlung 2.2.3 Quantitative Echtzeit RT-PCR (qRT-PCR) 2.2.4 Klonierung von humanem EphB4, EphB6 und EphrinB2 in den eukaryotischen Expressionsvektor pIRES2-AcGFP1 2.2.4.1 Prinzip 2.2.4.2 Restriktionshydrolyse 2.2.4.3 Dephosphorylierung und Glättung der cDNA mittels Alkalischer Phosphatase und Klenow-Fragment 2.2.4.4 Agarose-Gelelektrophorese 2.2.4.5 Gelextraktion 2.2.4.6 Ligation 2.2.4.7 Herstellung Transformations-kompetenter E. coli 2.2.4.8 Transformation kompetenter E. coli 2.2.4.9 Plasmid-Isolierung 2.2.5 Klonierung von humanem sEphB4, sEphB6 und sEphrinB2 in den eukaryotischen Expressionsvektor pSecTag2B 2.2.5.1 Prinzip 2.2.5.2 PCR zur Gewinnung der cDNA für sEphrinB2, sEphB4 und sEphB6 2.2.5.3 Agarose-Gelelektrophorese und Gelextraktion 2.2.5.4 TOPO-TA-Klonierung, Transformation und Plasmid-Isolierung 2.2.5.5 Restriktionshydrolyse, Ligation, Transformation und Plasmid-Isolierung 2.3 Zellbiologische Methoden 2.3.1 Kultivierung eukaryotischer Zellen 2.3.2 Kontrolle von Zellkulturen auf Mykoplasmen-Kontamination 2.3.3 Kryokonservierung und Rekultivierung von Zellen 2.3.4 Transfektion und Antibiotikaselektion von COS-7-Zellen 2.3.5 Transfektion und Antibiotika-Selektion von A375-Zellen 2.3.6 Fluoreszenz-aktivierte Zellanalyse und -sortierung (FACS) von transfizierten A375-Zellen 2.3.7 Fluoreszenzmikroskopie von transfizierten A375-Zellen 2.3.8 Bestimmung der Zellproliferation und Zellvitalität mittels Wachstumskurve 2.3.9 Differenzierung humaner THP-1-Leukämiezellen zu Makrophagen-artigen Zellen (THP-1(M)) 2.3.10 Differenzierung humaner HL-60-Leukämiezellen zu Makrophagen-artigen (HL-60(M)) und Granulozyten-artigen (HL-60(G)) Zellen 2.3.11 Kokultivierung humaner Melanomzellen mit HL-60(M) und anschließende Trennung mittels Magnet-aktivierter Zell Separierung (MACS) 2.3.12 Adhäsionsassay 2.3.12.1 Adhäsion an Fibronektin 2.3.12.2 Adhäsion an HL-60(M)-Zellen 2.3.13 Migrationsassay 2.3.13.1 Boyden-Kammer-Assay 2.3.13.2 Wundheilungsassay 2.4 Proteinbiochemische Methoden 2.4.1 Proteinisolierung aus Zellkulturen 2.4.2 Proteinisolierung aus Gewebeproben 2.4.3 Proteinbestimmung 2.4.4 SDS-PAGE 2.4.5 Western Blotting und Immundetektion 2.4.6 Enzym-gekoppelter Immunadsorptionsassay (ELISA) 2.4.6.1 IL-6-ELISA 2.4.6.2 pEphB4-ELISA 2.4.7 Gewinnung und Reinigung der rekombinanten, löslichen Eph Rezeptoren sEphB4 und sEphB6 2.4.7.1 Gewinnung von COS-7-Zellkulturüberständen 2.4.7.2 Reinigung von sEphB4 und sEphB6 aus den COS-7-Zellkulturüberständen mittels Ni2+-Affinitätschromatographie 2.4.7.3 Regeneration der Ni2+-NTA-Agarose 2.4.7.4 Entfernung von Salzen und Imidazol mittels Schneller Protein-Flüssigkeitschromatographie (FPLC) 2.4.7.5 Entfernung von Salzen und Imidazol mit Hilfe von Zentrifugalkonzentratoren 2.4.7.6 Gefriertrocknung 2.5 Tierexperimentelle Arbeiten 2.5.1 Etablierung eines murinen Tumor-Xenograft-Modells mit subkutanen A375-pIRES/EphB4-Tumoren 2.5.2 Fluoreszenz-Bildgebung 2.5.3 Magnet-Resonanz-Tomographie 2.5.4 Untersuchung der Tumorperfusion mittels Hoechst 33342 2.6 Radiochemische und Radiopharmakologische Methoden 2.6.1 Darstellung und Radiomarkierung von EphB4-Kinaseinhibitoren 2.6.2 Untersuchung des Einflusses der Verbindungen 2 auf die Zellproliferation und Zellvitalität mittels MTT-Test 2.6.3 Untersuchung der zellulären Bindung und Aufnahme der Verbindung [18F]2 2.6.4 Kleintier-Positronen-Emissions-Tomographie 2.6.5 Bioverteilung 2.6.6 Metabolitenanalyse 2.6.7 Autoradiographie 2.7 Histologische Methoden 2.7.1 Anfertigung von Gefrierschnitten 2.7.2 Nachweis von Hoechst 33342 in Gefrierschnitten 2.7.3 Anfertigung von Paraffinschnitten 2.7.4 Nachweis von EphB4 in Paraffinschnitten 2.8 Statistische Auswertung 3 ERGEBNISSE 3.1 Genexpression von EphB4, EphB6 und EphrinB2 bei humanen Leukämie- und Melanomzellen 3.2 Proteinbiosynthese von EphB4, EphB6 und EphrinB2 bei humanen Leukämie- und Melanomzellen 3.3 Kokultivierung humaner Melanomzellen mit HL-60(M) 3.3.1 Etablierung eines Kokultur-Modells mit anschließender Trennung der humanen Melanomzellen von den HL 60(M)-Zellen 3.3.2 Einfluss der Kokultur auf das Adhäsions- und Migrationsverhalten der humanen Melanomzellen 3.3.2.1 Adhäsionsassay 3.3.2.2 Migrationsassay 3.3.3 Einfluss der Kokultur auf die Sekretion von Interleukin-6 durch die humanen Leukämie- und Melanomzellen 3.4 Überexpression von EphB4, EphB6 und EphrinB2 bei A375 Melanomzellen 3.4.1 Fluoreszenzmikroskopie und FACS 3.4.2 mRNA-Expression von EphB4, EphB6 und EphrinB2 3.4.3 Proteinbiosynthese von EphB4, EphB6 und EphrinB2 3.4.4 Proliferationsverhalten 3.5 Einfluss von EphB4, EphB6 und EphrinB2 auf das Adhäsions- und Migrationsverhalten von A375-Melanomzellen 3.5.1 Einfluss auf die Adhäsion 3.5.1.1 Adhäsion an Fibronektin 3.5.1.2 Adhäsion an HL-60(M)-Zellen 3.5.2 Einfluss auf die Migration 3.5.2.1 Boyden-Kammer-Assay 3.5.2.2 Wundheilungsassay 3.5.3 Einfluss der Kokultur mit HL-60(M)-Zellen auf das Adhäsions- und Migrationsverhalten der A375-Melanomzellen 3.6 Einfluss von EphB4, EphB6 und EphrinB2 auf das inflammatorische Potential von A375-Melanomzellen und HL 60(M)-Zellen 3.7 Charakterisierung eines murinen Tumor-Xenograft-Modells mit subkutanen A375-pIRES/EphB4-Tumoren 3.7.1 Charakterisierung des Tumorwachstums 3.7.2 Nachweis der EphB4-Proteinbiosynthese 3.7.3 Charakterisierung des Tumormetabolismus und der Tumorperfusion mit [18F]FDG 3.7.4 Charakterisierung der Tumorperfusion mit Hoechst 33342 3.7.5 Charakterisierung der CD31-Proteinbiosynthese 3.7.6 Charakterisierung hypoxischer Areale mit [18F]FMISO 3.8 Charakterisierung eines neuen, 18F-radiomarkierten EphB4-Kinaseinhibitors als Radiotracer zur Bildgebung von EphB4 mittels Kleintier-PET 3.8.1 Einfluss von Verbindung 2 auf die Zellproliferation und Zellvitalität 3.8.2 Einfluss von Verbindung 2 auf die EphB4-Phosphorylierung 3.8.3 Charakterisierung der Zellaufnahme von Verbindung [18F]2 3.8.4 Charakterisierung des In-vivo-Metabolismus von Verbindung [18F]2 im A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell 3.8.4.1 Kleintier-Positronen-Emissions-Tomographie 3.8.4.2 Autoradiographie 3.8.4.3 Bioverteilung 3.8.4.4 Metabolitenanalyse 3.9 Reinigung und Charakterisierung rekombinanter, löslicher Eph-Rezeptoren 3.9.1 Proteinbiosynthese und Sekretion von sEphB4 und sEphB6 3.9.2 Reinigung von rekombinantem sEphB4 und sEphB6 aus COS-7-Zellkulturüberständen 4 DISKUSSION 4.1 Therapiemöglichkeiten und Bedeutung von Tumor-assoziierten inflammatorischen Zellen beim malignen Melanom 4.2 Vorkommen von EphB4, EphB6 und EphrinB2 bei humanen Melanomzellen und inflammatorischen Zellen 4.3 Einfluss der Kokultur von Melanomzellen mit HL-60(M) auf die metastatischen und inflammatorischen Eigenschaften der Zellen 4.4 Einfluss von EphB4 auf das Wachstum und die Vaskularisierung von A375-Tumoren in vivo 4.5 Kinaseinhibitoren als potentielle Radiotracer für die In vivo-Bildgebung von Eph-Rezeptoren 4.6 Entwicklung löslicher Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden als Grundlage für die In vivo-Bildgebung des Eph-Ephrin-Systems 5 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND AUSBLICK 6 ZUSAMMENFASSUNG 7 LITERATURVERZEICHNIS 8 DANKSAGUNG 9 VERÖFFENTLICHUNGEN UND KONFERENZBEITRÄGE