Die Frage nach adäquaten mikrobiologischen und molekulargenetischen Methoden, um die Kolonisation des Respirationstrakts von Mukoviszidose-Patienten mit Pseudomonas aeruginosa nachzuweisen und zu charakterisieren, wird kontrovers diskutiert. Von 38 klinisch stabilen Patienten mit cystischer Fibrose (CF) wurden sequentiell im Abstand von 18 Monaten Proben aus Rachenabstrich, Sputum und Bronchiallavage (BAL) entnommen und bezüglich Pseudomonas-Nachweis untersucht. Die Pseudomonas-Stämme wurden mittels Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD)-Analyse und Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) von DNA-Makrorestriktionsfragmenten typisiert und bezüglich der Frage nach genetisch divergierenden Isolaten innerhalb des selben Individuums sowie nach möglichen longitudinalen genetischen Veränderungen evaluiert. Sensitivität, negative und positive prädiktive Werte und Spezifität, um eine P. aeruginosa-Besiedlung zu erkennen, waren 36%, 74%, 83% und 96% im Falle der Kulturen aus dem Oropharynx von nicht-expektorierenden Patienten und 92%, 94%, 100% und 100% für Sputumkulturen von expektorierenden Probanden. RAPD-Analyse und PFGE waren in der Lage, zwischen unterschiedlichen Pseudomonas-Stämmen zu diskriminieren, wobei nur die DNA-Makrorestriktion zwischen Subtypen unterscheiden konnte. Die Genotypen der Pseudomonas-Isolate aus Rachenabstrich und Sputum divergierten in 55% und 40% zu den Isolaten der BAL. Longitudinale Variationen des Genotyps wurden in 62% der Fälle beobachtet, die Hälfte davon war nur mittels bronchoskopisch gewonnener Proben erkennbar. Zusammengefasst besitzen Sputumproben bezüglich des Pseudomonas-Nachweises dieselbe Wertigkeit wie Kulturen aus der BAL, während Rachenabstriche in einer frühen Krankheitsphase für die Charakterisierung der bakteriellen Flora des unteren Respirationstrakts wenig geeignet sind. Die Methode der DNA-Makrorestriktion kann als zuverlässige Technik für epidemiologische Untersuchungen empfohlen werden. Unterschiedliche Genotypen innerhalb desselben Individuums und longitudinale genetische Alterationen sind häufig, jedoch unter Umständen nur bronchoskopisch nachweisbar. / There is controversy about adequate specimen to detect and characterise colonisation of cystic fibrosis (CF) airways by Pseudomonas aeruginosa. Oropharyngeal, sputum and bronchoalveolar lavage (BAL) samples were evaluated sequentially from 38 stable CF patients for the detection of P. aeruginosa. Pseudomonas strains were typed by random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis and pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) of DNA macrorestriction fragments. The occurrence of genetically different isolates within the same host and longitudinal variations in the genotype during repeated examinations was assessed. Sensitivity, negative and positive predictive values and specificity to detect P. aeruginosa were 36%, 74%, 83% and 96% for oropharyngeal cultures in non-expectorating patients and 92%, 94%, 100% and 100% for sputum cultures from expectorating patients, respectively. RAPD analysis and PFGE were suitable to characterize P. aeruginosa CF isolates, although only DNA macrorestriction was able to distinguish between identical and closely related strains. Genotypes of Pseudomonas isolates recovered from oropharyngeal swabs and sputum differed to the strains recovered by bronchoscopy in 55% and 40%, respectively. In 62% longitudinal variations in the genotype occurred. Half of these alterations were only detectable from bronchoscopically obtained samples. In conclusion, sputum samples have the same value as specimens from BAL to detect P. aeruginosa colonisation, whereas cultures from the oropharynx are not suitable for characterising the bacterial conditions in the CF lungs in an early disease state. DNA macrorestriction is recommended as an excellent tool for epidemiological investigations. Different genotypes within the same host and longitudinal genetic alterations are common and may be detectable in the BAL fluid exclusively.

L’uranium (U) est naturellement présent à l’état de trace dans l’eau (µg.L-1), sa concentration pouvant atteindre localement quelques mg.L-1 du fait des activités anthropiques. Plusieurs études écotoxicologiques sur Danio rerio ont mis en évidence la toxicité, e.g. le stress oxydant, la génotoxicité mais aussi la reprotoxicité (i.e. moins de pontes et d’œufs pondus chez les poissons contaminés) de l’U dont les mécanismes ne sont pas connus.L’objectif de cette étude est de contribuer à la compréhension de la reprotoxicité de l’U par l’élucidation de mécanismes moléculaires perturbés après contamination. Pour cela, des investigations ont été menées sur les ovaires de poissons zèbre Danio rerio, reproduits (R) ou non (NR), après exposition par voie directe en condition de laboratoire à des concentrations représentatives d’environnements contaminés.Ce travail de thèse a été divisé en deux volets. Un premier volet analytique avait pour but la poursuite des développements de méthodes pour l’identification des complexes U-protéines en condition non dénaturante, autour du couplage de techniques de séparation (chromatographie d’exclusion stérique SEC, électrophorèse hors gel OGE) et de détection sensible par spectrométrie de masse élémentaire (ICP MS) et moléculaire (ESI MS). Le second volet a été dédié à l’étude de la reprotoxicité de l’U à l’échelle moléculaire, avec i) l’étude des complexes natifs U-protéines (approche métallomique), et ii) l’analyse différentielle de l’expression des protéines (approche protéomique).Les développements analytiques ont permis de garder le tampon physiologique et non dénaturant d’extraction pour l’étape de séparation OGE, améliorant le taux de recouvrement en U. En écotoxicologie, les principaux résultats montrent que l’ovaire est un organe accumulateur de l’U et que le statut de reproduction a une influence sur le niveau d’accumulation (R<NR). En revanche, cet état a peu d’influence sur sa distribution protéique pour laquelle 4 fractions (dont 1 principale) ont été identifiées, toutes contenant aussi du phosphore. L’identification des cibles potentielles de l’U et des protéines exprimées différentiellement (vtg, GST, GAPDH,…) a montré que les processus biologiques perturbés suite à la contamination sont de deux niveaux : 1/ générique (stress oxydant) et 2/ plus spécifique de la gonade (développement et maturation des ovocytes). En conclusion, ces deux approches complémentaires ont permis de mettre en évidence un effet direct (complexation) et indirect (expression protéique modulée) de l’U, et de proposer l’hypothèse d’un défaut de maturation des ovocytes après contamination. Ce défaut pourrait impacter le développement embryonnaire et in fine expliquer la reprotoxicité observée lors d’études écotoxicologiques précédentes. / Uranium (U) is naturally presents at trace level (µg.L-1) in aquatic environment; its concentration can increase up to a few mg.L-1 due to human activities. Several ecotoxicological studies have shown uranium toxicity in contaminated zebrafishes Danio rerio, e.g. oxidative stress, genotoxicity and reprotoxicity (i.e. lower number of spawn and eggs laid) but mechanisms are not well known.The objective of this study is to contribute to the understanding of uranium reprotoxicity by elucidating the disrupted molecular mechanisms after contamination. Therefore, investigations have been carried out on ovaries from reproduced (R) and non-reproduced (NR) zebrafishes after waterborne exposure in laboratory conditions at environmentally relevant concentrations.This project was divided into two parts. Firstly, analytical investigations were carried out to continue the development of non-denaturing methods for U-protein identification by coupling separative techniques (size exclusion chromatography SEC, off gel electrophoresis OGE) with elemental (ICP MS) and molecular (ESI MS) sensitive mass spectrometry detection. Secondly, studies of U reprotoxicity were investigated by studying i) native U-protein complexes (metallomics approach) and ii) differential analysis of protein expression (proteomics approach)Analytical developments allowed keeping the physiological and non-denaturing extraction buffer for OGE separation step, improving U recovery. In ecotoxicology, the major results showed that ovary is an U accumulating organ and that the reproduction status modifies the accumulation level (R<NR). However, this status is of little influence on its distribution on proteins with 4 fractions (including a major one) determined, all of them coeluting with phosphorus. The identification of U potential targets and of protein expression differences (vtg, GST, GAPDH…) showed that biological processes disrupted after contamination are at two levels: 1/ generic (oxidative stress) and 2/ more specific to gonad (oocyte development and maturation).As a conclusion, these two complementary approaches showed a direct (complexation) and indirect (modification of protein expression) effects of U, and enabled to hypothesize a lack of oocyte maturation after contamination. This defect could impact embryo development and in fine explain the reprotoxicity observed in previous ecotoxicological studies.

Antibiotics are biologically active and are globally used in humans and animal medicine for treatment and in sub-therapeutic amounts as growth promoters in animal husbandry, aquaculture and agriculture. After excretion, inappropriate disposal and discharge from drug production facilities they enter into water bodies either as intact drugs, metabolites or transformed products. In water environments they promote development of antibiotic resistance genes (ARGs) which could serve as a reservoir and be horizontally transferred to human-associated bacteria and thus contribute to AR proliferation. Measurement of antibiotics has been revolutionized with the usage of solid phase extraction (SPE) for enrichment followed by Liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS). On-line SPE coupled to LC-MS/MS has the advantages of high sample throughput, low sample preparation time and minimal solvent utilization.  Constructed wetlands (CWs) are potential alternatives to conventional treatment plants to remove organic pollutants. A study at Plönninge, Halmstad was performed to assess the impact of bacterial community pattern and development of resistance in spiked (n=4) and control (n=4). CWs were spiked with antibiotics at environmentally relevant concentrations continuously for 25 days. Shannon Index (H’) were used to determine the bacterial diversity and real-time PCR detected and quantified antibiotic resistance genes (ARGs) sulI, tetA, tetB, erm, dfrA1, qnrS and vanB and class 1 integrons intI1. No significant differences in bacterial compositions or in ARGs or integron concentrations could be discerned between exposed and control wetlands. A study conducted in Northern Pakistan showed that the antibiotic levels in most studied rivers were comparable to surface water measurements in unpolluted sites in Europe and the US. However, high levels of antibiotics were detected in the river in close vicinity of the 10 million city Lahore, e.g. 4600 ng L−1 sulfamethoxazole. Highest detected levels were at one of the drug formulation facilities, with measured levels up to 49000 ng L−1 of sulfamethoxazole for example. The highest levels of ARGs detected, sul1 and dfrA1, were directly associated with the antibiotics detected at the highest concentrations, sulfamethoxazole and trimethoprim. In the study in UK, sewage epidemiology surveillance is used to measure the oseltamivir carboxylate (OC), metabolite of oseltamivir (parent drug) in twenty four time proportional hourly influent samples from two WWTPs and then back-calculations were made to assess the compliance of drug.  Predicted users of oseltamivir, based on measured OC in waste water, ranged from 3-4 and 120-154 people for the two WWTP catchments, respectively, which are consistent with the projected use from national antiviral allocation statistics, 3-8 and 108-270, respectively. Scenario analysis suggests compliance was likely between 45-60% in the study regions.

科学研究費補助金 研究種目:基盤研究(C)(2) 課題番号:14560051 研究代表者:浅川 晋 研究期間:2002-2003年度

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zum Aufbau von nanoskopischen Netzwerken aus DNA. Dabei werden zwei Wege verfolgt: Das Stempeln von DNA-Molekülen auf ein Substrat und die Herstellung von Verknüpfungen aus DNA mit Hilfe von Bindeproteinen. Stempeln von DNA-Molekülen In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu den materialwissenschaftlichen Grundlagen des Übertragens von DNA mit der Stempel-Technik erbracht. Hierbei wurden sowohl das Beladen des Stempels durch Molecular Combing als auch die Übertragung der Moleküle durch Transfer Printing unter den speziellen Bedingungen der Verwendung von DNA-Molekülen vertieft untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, gestreckte DNA-Moleküle zielgerichtet in eine mikroelektronische Struktur mit Goldkontakten zu übertragen. Dazu wurde ein Verfahren erarbeitet, bei dem die Kontaktstruktur und ein dazu passender, strukturierter PDMS (Polydimethylsiloxan)-Stempel exakt positioniert werden können. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit vom pH-Wert des Puffers untersucht. Im gesamten pH-Bereich von 4 bis 10 wurde Adsorption mit hoher Belegungsdichte und vollständiger Streckung der Moleküle beobachtet. Diese Beobachtung kann im Rahmen eines phänomenologischen Modells erklärt werden, das auf einer Bilanz der Adsorptionskraft und der für die Streckung der DNA notwendigen Kraft beruht. In der Literatur wird hingegen berichtet, dass bisher nur in einem kleinen pH-Bereich um 5,5 diese hohe Adsorptionsrate gestreckter Moleküle auf einer hydrophoben Oberfläche erreicht werden konnte. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit von der NaCl-Molarität des Puffers untersucht. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Salzkonzentration die Belegungsdichte an Molekülen zunimmt und bei ca. 100 mM ein Maximum aufweist. Aus dem Gang der Anzahl der adsorbierten Moleküle mit der Salzkonzentration ist erkennbar, dass dieser Prozess zumindest durch zwei konkurrierende Mechanismen bestimmt ist: der Zunahme der Bindungen zwischen DNA und Substrat aufgrund steigender Adsorption von Na+- Ionen auf der DNA bzw. dem Substrat und von Cl-- Ionen auf dem Substrat (dies führt zu einer Zunahme der Adsorptionsrate) und der Stabilisierung des Doppelstranges (dies führt zu einer Abnahme der Adsorptionsrate). Die hohe Adsorptionsrate geschlossener Plasmide zeigte, dass die Adsorption auf PDMS auch bei DNA-Molekülen möglich ist, die keinen bevorzugten Ort für das Aufschmelzen des Doppelstranges haben. Experimentell konnten die Ergebnisse einer Modellrechnung bestätigt werden, wonach bei doppelsträngiger DNA bereits zwei aufgeschmolzene Basenpaare ausreichen, damit die Adsorption über hydrophobe Wechselwirkungen beginnen kann. Der Nachweis der vollständigen Übertragung der DNA-Moleküle während des Transfers vom Stempel auf das Substrat wurde rasterkraftmikroskopisch geführt. Der Transferprozess wurde experimentell untersucht und daraus resultierend seine Darstellung als zweistufiger Mechanismus vorgeschlagen. Es wurde gezeigt, dass Wassermolekülen beim Übertragungsprozess die entscheidende Rolle zukommt: Wassermoleküle, die sich entlang der DNA befinden, müssen den Kontakt zum Wasserlayer auf dem Glas vermitteln, so dass die DNA nach dem Prinzip des kapillaren Greifens übertragen werden kann. DNA-Verknüpfungen mittels Tet-Repressor-Protein Die aus der bakteriellen Genregulation bekannte sequenzspezifische Bindung zwischen der tetO-Sequenz auf der DNA und dem TetR-Protein wurde genutzt, um definierte Konstrukte aus DNA und Bindeproteinen herzustellen. Mit dem modifizierten Protein scTetRtDL, das zwei Bindedomänen für tetO besitzt, konnten jeweils zwei DNA-Moleküle verknüpft werden. Aus 568 bp-Fragmenten, die leicht außermittig die tetO-Sequenz tragen, wurden durch die Bindung mit scTetRtDL kreuzförmige DNA-Strukturen hergestellt. Das ca. 1 µm lange, linearisierte und tetO-tragende Plasmid pUC19/AV16 wurde verwendet, um größere Strukturen herzustellen. Durch Schneiden des Plasmides mit verschiedenen Restriktionsenzymen und der daraus resultierenden Variation der Position von tetO ist die Konstruktion von unterschiedlichen Strukturen möglich. Mittels Proteinbindung wurden Kreuzungen und aneinander gekettete Moleküle (so genannte Verlängerungen) erzeugt. Die konstruierten DNA-Protein-Komplexe wurden mit dem Rasterkraftmikroskop abgebildet. Mittels Gelelektrophorese wurde der Einfluss der sequenzinduzierten Biegungen im Plasmid pUC19/AV16 auf das Laufverhalten im Gel untersucht.

La prévalence du Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) a augmenté de façon dramatique dans les dernières années chez les patients atteints de fibrose kystique. Quoique le rôle du SARM dans la pathogénèse de l’atteinte respiratoire de la fibrose kystique ne soit pas clairement déterminé, certaines études récentes ont suggéré une association entre la persistance du SARM et le déclin accéléré de la fonction respiratoire. Cependant, l’importance clinique des diverses souches qui colonisent les patients atteints de fibrose kystique n’a pas encore été élucidée. Les objectifs de ce mémoire étaient de déterminer les effets d’une colonisation persistante par un SARM sur le statut clinique et respiratoire des enfants atteints de fibrose kystique. Également, nous tenions à étudier les caractéristiques des différentes souches de SARM dans cette population. Nous avons réalisé une étude rétrospective en analysant les données cliniques ainsi que les mesures de la fonction respiratoire chez les enfants atteints de fibrose kystique suivis à la Clinique de fibrose kystique du CHU Sainte-Justine entre 1996 et 2008 et ayant une colonisation persistante par un SARM. Afin de déterminer les souches qui colonisent cette population, nous avons effectué une caractérisation moléculaire des isolats du SARM. Nous avons identifié 22 patients avec une colonisation persistante par un SARM. Les résultats n’ont démontré aucun changement significatif en ce qui concernait le taux de déclin de la fonction respiratoire avant ou après l’acquisition du SARM. Cependant, la colonisation persistante par un SARM était associée à une augmentation du nombre d’hospitalisations pour une exacerbation pulmonaire. La plupart de nos patients étaient colonisés par le CMRSA-2, une souche épidémique au Canada. La présente étude suggère que la souche épidémique CMRSA-2 pouvait affecter l’évolution clinique des enfants atteints de fibrose kystique. / Over the last several years, the prevalence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has increased dramatically among cystic fibrosis (CF) patients. Although the exact role of MRSA in the pathogenesis of lung disease has not been clearly established, some studies suggest an association between persistent infection with MRSA and a more rapid rate of decline in lung function. It is uncertain whether all MRSA strains that infect CF patients are clinically important. The objectives of this thesis is to determine the effects of persistent MRSA on the clinical status and the lung function in children followed at the CF clinic at CHU Sainte-Justine and to characterize the MRSA strains in this population. We reviewed lung function measurements from subjects with persistent MRSA followed at our clinic between years 1996 and 2008. The first isolate from each patient was further characterized by molecular analysis. The results of the present study showed no significant difference for the rate of decline in lung function prior to and after MRSA colonization. However MRSA colonization was associated with an increased number of severe respiratory exacerbations requiring hospitalization. CMRSA-2, an epidemic clone in Canada, was found in the majority of our patients. This study suggests that persistent colonization with CMRSA-2 may affect the clinical outcome of children with cystic fibrosis.

Die Entwicklung von makrocyclischen Chelatoren, die mit Kupferionen thermodynamisch stabile und kinetisch inerte Komplexe bilden, ist in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt. Das ergibt sich insbesondere aus der Möglichkeit, Radiokupfernuklide aufgrund günstiger kernphysikalischer Eigenschaften sowohl für diagnostische (64Cu) als auch therapeutische (67Cu) Anwendungen einzusetzen. Hervorzuheben ist der Azamakrocyclus Cyclam (1,4,8,11-Tetraazacyclodecan), da dieser mit Kupfer(II)-Ionen Komplexe hoher thermodynamischer Stabilität bildet. Zudem weist der Chelator weitere Funktionalisierungsmöglichkeiten auf, um in Hinblick auf eine nuklearmedizinische Anwendung pharmakologisch relevante Moleküle wie beispielsweise Peptide oder Proteine (Antikörper oder Antikörperfragmente) kovalent zu binden und damit eine spezifische Anreicherung im Tumorgewebe zu ermöglichen. Allerdings erfordert das Maßschneidern der Eigenschaften von neuen bifunktionellen Chelatoren Kenntnisse über den Einfluss der Substituten auf die Stabilität der gebildeten Kupfer(II)-Komplexe. Die thermodynamische Stabilität lässt keine Aussagen über das Verhalten in vivo zu. Die Ursache für die kinetische Labilität in Säugetieren ist noch nicht vollständig verstanden, wird aber u. a. auf kupferbindende Enzyme bzw. Proteine zurückgeführt. Die Bioverteilung der Radiokupferkomplexe wird aber auch von weiteren Parameter, wie Hydrophilie, Ladung und Polarisierbarkeit beeinflusst. Mit dieser Arbeit wurde ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung von 64Cu Chelaten auf Basis von Cyclam-Propionsäure-Liganden geleistet. Diese Stoffklasse ist bisher synthetisch wenig erschlossen und Radiokupfer-markierte Komplexe zudem bisher gar nicht beschrieben. Daher ist es von besonderem Interesse die kinetische Stabilität Radiokupfer-markierter Cyclam-Propionsäure-Derivate zu untersuchen und mit einer Reihe bekannter Radiokupfer-markierter Cyclam-Essigsäure-Komplexe zu vergleichen. Es wurden vier N-funktionalisierte Cyclam-Derivate 13, 14b, 15 und 16, die eine unterschiedliche Anzahl an Propionsäuregruppen tragen, erfolgreich synthetisiert und in sehr hoher Reinheit (>99%) isoliert. Besonders hervorzuheben ist die erstmalige Synthese des trans-N,N´´-funktionalisierten Cyclam-Propionsäure-Derivates 14b in hoher Ausbeute (gesamt = 32%). Von den Verbindungen 13, 14b, 15 und 16 sind entsprechende Kupfer(II)-Komplexe hergestellt worden. Zur Aufklärung relevanter Fragestellungen bezüglich der chemischen und geometrischen Eigenschaften sind verschiedene spektroskopische Methoden (Röntgeneinkristallstrukturanalyse, IR, UV/VIS, Elektronenspinresonanz-Spektroskopie) anhand von den isolierten Kupfer(II)-Komplexen CuII-13, CuII-14b und CuII-16 herangezogen worden. Die röntgenkristallografischen Strukturaufklärungen der Komplexe CuII-14b und CuII-16 weisen eine verzerrt quadratisch-pyramidale Koordinationsgeometrie auf. Das Ligandenfeld wird innerhalb der Stickstoffebene mit steigendem Substitutionsgrad schwächer. Das wurde auch durch ESR-Messungen bestätigt. Nachweislich verursachen die zusätzlichen funktionellen Gruppen eine kleinere Ligandenfeldaufspaltung. Weiterhin nahm die kinetische Stabilität unter stark sauren Bedingungen mit steigendem Substitutionsgrad ab. Der Vergleich mit den bekannten oktaedrischen Kupfer(II)-Cyclam-Essigsäure-Komplexen zeigt, dass die quadratisch-pyramidalen Kupfer(II)-Cyclam-Propionsäure-Derivate unter stark sauren Bedingungen schneller dissoziieren. Als Ursache können die unterschiedlichen Konfigurationen diskutiert werden, da bei 4N+2-Geometrien die thermodynamisch bevorzugte trans III-Konfigurationen gebildet wird. Radiochemische Untersuchungen zur Bewertung der kinetischen Stabilität in vitro und in vivo sind mit den 64Cu-markierten Liganden 13, 14b, 15 und 16 durchgeführt worden. Hierfür ist ein In-vitro-Stabilitätstest basierend auf dem kupferbindenden Enzym Superoxid-Dismutase (SOD) bzw. humanem Serum für radiomarkierte Verbindungen entwickelt worden. In humanem Serum ist Albumin (~66 kDa) in sehr hoher Konzentration enthalten und eines der wichtigsten Transportproteine für extrazelluläre Kupfer-Ionen. Aufgrund seiner Abundanz im Blutplasma ist im Serum-Assay jeweils nur eine stark ausgeprägte Bande bei ca. 66 kDa detektiert worden. Dieser etablierte In-vitro-Stabilitätstest beruht im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Analysemethoden (Radio-HPLC oder Radio-DC) auf dem Prinzip der Gelelektrophorese. Von großem Vorteil ist, dass mehrere Proben simultan untersucht werden können und die Ergebnisse zuverlässig und reproduzierbar sind. Die In-vitro-Ergebnisse zeigen einen ähnlichen Trend wie bei der säure-assoziierten Dissoziation, wobei die höchste Stabilität bemerkenswerterweise bei dem [64Cu]Cu-14b Komplex bestimmt wurde. Allerdings beruht der Mechanismus hier nicht auf einer Dissoziation sondern auf einer Transchelatisierung. Die Ergebnisse der Bioverteilungen in Wistar-Ratten korrelieren mit den In-vitro-Studien in humanem Serum. Der Komplex [64Cu]Cu 14b zeigte sowohl eine schnelle renale Blut-Clearence als auch eine sehr geringe Anreicherung in der Leber und stellt damit eine Alternative zu den kommerziell erwerblichen Liganden dar. Als geeignete Chelatoren bieten Cyclam-Monopropionsäure 13 und Cyclam-Dipropionsäure 14b die Möglichkeit, Radiokupfernuklide stabil zu binden und erlauben die mehrfache Einführung von EGFR-spezifischen Peptiden an das Grundgerüst. Als Grundgerüst wurde der Ligand 13 ausgewählt. Durch die Multifunktionalisierung sollen höhere Affinitäten zum Rezeptor und verbesserte metabolische Stabilitäten hervorgerufen werden. Für diese Verbindung liegen erste vielversprechende Ergebnisse vor, wobei hohe Affinitäten zu zwei EGFR-positiven Zelllinien bestimmt wurden.

Prenatal assessment of fetal health is routinely offered throughout pregnancy to ensure that the most effective management can be provided to maintain fetal and maternal well-being. Currently, invasive testing is used for definitive diagnosis of fetal aneuploidy, which is associated with a 1% risk of iatrogenic fetal loss. Developing non-invasive prenatal testing (NIPT) is a key area of research and methods to increase the level of cell-free fetal DNA (cffDNA) within the maternal circulation have been discussed to improve accuracy of such tests. In this study, three strategies; co-amplification at lower denaturation temperature polymerase chain reaction (COLD-PCR), inverse-PCR and Pippin Prep™ gel electrophoresis, were analysed to identify a novel approach to selectively enrich shorter cffDNA fragments from larger maternal cell-free DNA (cfDNA). The sensitivity of droplet digital PCR (ddPCR) against real-time PCR (qPCR) was compared for fetal sex and RHD genotyping. In addition RHD zygosity testing was carried out for non-maternal samples. Consequently, Pippin Prep™ gel electrophoresis was combined with ddPCR analysis for the NIPD of Down Syndrome (DS) in pseudo-maternal samples. The results revealed that the Pippin Prep™ gel electrophoresis enrichment approach successfully demonstrated 2-fold to 5-fold increases in the cffDNA fraction. However, further optimisation assays of COLD-PCR and inverse-PCR using actual maternal samples were required. The spike experiments for DS detection revealed that with the present assay IV overrepresentation of the chromosome 21 target could be significantly detected for samples with ≥15% ‘cffDNA fraction’. In conjunction with the Pippin Prep™ enrichment method, this would have enabled assessment of all 10 maternal samples. Alternatively, fetal sex and RHD genotyping results determined that ddPCR provides a more sensitive platform compared to qPCR approaches, particularly for samples that express low cffDNA fractions (<2%). The ddPCR platform also proved to be a rapid and accurate system for the determination of RHD zygosity. This study highlights that ddPCR could be used as opposed to qPCR for accurate determination of fetal sex and RHD status. While sequencing approaches currently provide the most sensitive platforms for NIPT of fetal aneuploidy, high costs (>£400) prevent universal application. The combination of cffDNA enrichment with ddPCR analysis could provide a cheaper and more widely available platform for NIPD. However, further large scale validation studies using actual maternal samples are required.

Casein is the major protein fraction in milk, and its cross-linking has been a topic of scientific interest for many years. Enzymatic cross-linking has huge potential to modify relevant techno-functional properties of casein, whereas non-enzymatic cross-linking occurs naturally during the storage and processing of milk and dairy products. Two size separation techniques were applied for characterisation of these reactions: gel electrophoresis and size exclusion chromatography. This review summarises their separation principles and discusses the outcome of studies on cross-linked casein from the last ~20 years. Both methods, however, show limitations concerning separation range and are applied mainly under denaturing and reducing conditions. In contrast, field flow fractionation has a broad separation range and can be easily applied under native conditions. Although this method has become a powerful tool in polymer and nanoparticle analysis and was used in few studies on casein micelles, it has not yet been applied to investigate cross-linked casein. Finally, the principles and requirements for absolute molar mass determination are reviewed, which will be of increased interest in the future since suitable calibration substances for casein polymers are scarce.

Die Entwicklung von makrocyclischen Chelatoren, die mit Kupferionen thermodynamisch stabile und kinetisch inerte Komplexe bilden, ist in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt. Das ergibt sich insbesondere aus der Möglichkeit, Radiokupfernuklide aufgrund günstiger kernphysikalischer Eigenschaften sowohl für diagnostische (64Cu) als auch therapeutische (67Cu) Anwendungen einzusetzen. Hervorzuheben ist der Azamakrocyclus Cyclam (1,4,8,11-Tetraazacyclodecan), da dieser mit Kupfer(II)-Ionen Komplexe hoher thermodynamischer Stabilität bildet. Zudem weist der Chelator weitere Funktionalisierungsmöglichkeiten auf, um in Hinblick auf eine nuklearmedizinische Anwendung pharmakologisch relevante Moleküle wie beispielsweise Peptide oder Proteine (Antikörper oder Antikörperfragmente) kovalent zu binden und damit eine spezifische Anreicherung im Tumorgewebe zu ermöglichen. Allerdings erfordert das Maßschneidern der Eigenschaften von neuen bifunktionellen Chelatoren Kenntnisse über den Einfluss der Substituten auf die Stabilität der gebildeten Kupfer(II)-Komplexe. Die thermodynamische Stabilität lässt keine Aussagen über das Verhalten in vivo zu. Die Ursache für die kinetische Labilität in Säugetieren ist noch nicht vollständig verstanden, wird aber u. a. auf kupferbindende Enzyme bzw. Proteine zurückgeführt. Die Bioverteilung der Radiokupferkomplexe wird aber auch von weiteren Parameter, wie Hydrophilie, Ladung und Polarisierbarkeit beeinflusst. Mit dieser Arbeit wurde ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung von 64Cu Chelaten auf Basis von Cyclam-Propionsäure-Liganden geleistet. Diese Stoffklasse ist bisher synthetisch wenig erschlossen und Radiokupfer-markierte Komplexe zudem bisher gar nicht beschrieben. Daher ist es von besonderem Interesse die kinetische Stabilität Radiokupfer-markierter Cyclam-Propionsäure-Derivate zu untersuchen und mit einer Reihe bekannter Radiokupfer-markierter Cyclam-Essigsäure-Komplexe zu vergleichen. Es wurden vier N-funktionalisierte Cyclam-Derivate 13, 14b, 15 und 16, die eine unterschiedliche Anzahl an Propionsäuregruppen tragen, erfolgreich synthetisiert und in sehr hoher Reinheit (>99%) isoliert. Besonders hervorzuheben ist die erstmalige Synthese des trans-N,N´´-funktionalisierten Cyclam-Propionsäure-Derivates 14b in hoher Ausbeute (gesamt = 32%). Von den Verbindungen 13, 14b, 15 und 16 sind entsprechende Kupfer(II)-Komplexe hergestellt worden. Zur Aufklärung relevanter Fragestellungen bezüglich der chemischen und geometrischen Eigenschaften sind verschiedene spektroskopische Methoden (Röntgeneinkristallstrukturanalyse, IR, UV/VIS, Elektronenspinresonanz-Spektroskopie) anhand von den isolierten Kupfer(II)-Komplexen CuII-13, CuII-14b und CuII-16 herangezogen worden. Die röntgenkristallografischen Strukturaufklärungen der Komplexe CuII-14b und CuII-16 weisen eine verzerrt quadratisch-pyramidale Koordinationsgeometrie auf. Das Ligandenfeld wird innerhalb der Stickstoffebene mit steigendem Substitutionsgrad schwächer. Das wurde auch durch ESR-Messungen bestätigt. Nachweislich verursachen die zusätzlichen funktionellen Gruppen eine kleinere Ligandenfeldaufspaltung. Weiterhin nahm die kinetische Stabilität unter stark sauren Bedingungen mit steigendem Substitutionsgrad ab. Der Vergleich mit den bekannten oktaedrischen Kupfer(II)-Cyclam-Essigsäure-Komplexen zeigt, dass die quadratisch-pyramidalen Kupfer(II)-Cyclam-Propionsäure-Derivate unter stark sauren Bedingungen schneller dissoziieren. Als Ursache können die unterschiedlichen Konfigurationen diskutiert werden, da bei 4N+2-Geometrien die thermodynamisch bevorzugte trans III-Konfigurationen gebildet wird. Radiochemische Untersuchungen zur Bewertung der kinetischen Stabilität in vitro und in vivo sind mit den 64Cu-markierten Liganden 13, 14b, 15 und 16 durchgeführt worden. Hierfür ist ein In-vitro-Stabilitätstest basierend auf dem kupferbindenden Enzym Superoxid-Dismutase (SOD) bzw. humanem Serum für radiomarkierte Verbindungen entwickelt worden. In humanem Serum ist Albumin (~66 kDa) in sehr hoher Konzentration enthalten und eines der wichtigsten Transportproteine für extrazelluläre Kupfer-Ionen. Aufgrund seiner Abundanz im Blutplasma ist im Serum-Assay jeweils nur eine stark ausgeprägte Bande bei ca. 66 kDa detektiert worden. Dieser etablierte In-vitro-Stabilitätstest beruht im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Analysemethoden (Radio-HPLC oder Radio-DC) auf dem Prinzip der Gelelektrophorese. Von großem Vorteil ist, dass mehrere Proben simultan untersucht werden können und die Ergebnisse zuverlässig und reproduzierbar sind. Die In-vitro-Ergebnisse zeigen einen ähnlichen Trend wie bei der säure-assoziierten Dissoziation, wobei die höchste Stabilität bemerkenswerterweise bei dem [64Cu]Cu-14b Komplex bestimmt wurde. Allerdings beruht der Mechanismus hier nicht auf einer Dissoziation sondern auf einer Transchelatisierung. Die Ergebnisse der Bioverteilungen in Wistar-Ratten korrelieren mit den In-vitro-Studien in humanem Serum. Der Komplex [64Cu]Cu 14b zeigte sowohl eine schnelle renale Blut-Clearence als auch eine sehr geringe Anreicherung in der Leber und stellt damit eine Alternative zu den kommerziell erwerblichen Liganden dar. Als geeignete Chelatoren bieten Cyclam-Monopropionsäure 13 und Cyclam-Dipropionsäure 14b die Möglichkeit, Radiokupfernuklide stabil zu binden und erlauben die mehrfache Einführung von EGFR-spezifischen Peptiden an das Grundgerüst. Als Grundgerüst wurde der Ligand 13 ausgewählt. Durch die Multifunktionalisierung sollen höhere Affinitäten zum Rezeptor und verbesserte metabolische Stabilitäten hervorgerufen werden. Für diese Verbindung liegen erste vielversprechende Ergebnisse vor, wobei hohe Affinitäten zu zwei EGFR-positiven Zelllinien bestimmt wurden.