Isoelectric trapping (IET) has become an accepted preparative-scale electrophoretic separation technique. However, there are still a number of shortcomings that limit its utility. The performance of the current preparative-scale IET systems is limited by the serial arrangement of the separation compartments, the difficulties in the selection of the appropriate buffering membranes, the effect of Joule heating that may alter separation selectivity and a lack of methods for the determination of the true, operational pH value inside the buffering membranes. In order to bolster the current membrane pH determination methods which rely on the separation of complex ampholytic mixtures, a fluorescent carrier ampholyte mixture was synthesized. The use of a fluorescent mixture allows for a reduced load of carrier ampholytes, thereby reducing a possible source of error in the pH determinations. A mixture of carrier ampholytes tagged with an alkoxypyrenetrisulfonate fluorophore was shown to have suitable fluorescence and ampholytic properties and used to accurately determine the pH of high pH buffering membranes under actual IET conditions. In a more elegant solution to the difficulties associated with pH determinations, a method utilizing commercial UV-transparent carrier ampholytes as the ampholyte mixture to be separated was developed. By using commercial carrier ampholytes and eliminating the need to synthesize, purify, and blend fluorescently tagged ampholytes, the new method greatly simplified the determination of the operational pH value of the buffering membranes. In order to address the remaining limitations, a new system has been developed that relies on (i) parallel arrangement of the electrodes and the collection compartments, (ii) a directionally-controlled convection system for the delivery of analytes, (iii) short anode-to-cathode distances, (iv) short intermembrane distances, and (v) an external cooling system. This system has been tested in four operational modes and used for the separation of small molecule ampholytic mixtures, for the separation of protein isoforms, and direct purification of a target pI marker from a crude reaction mixture.

High-performance electromigration separation methods, capillary zone electrophoresis (CZE) and capillary isoelectric focusing (CIEF), have been applied to physico-chemical characterization of new synthetic low-molecular mass markers of isoelectric points. Amphoteric compounds on the basis of aminomethylnitrophenols, their derivatives and other structurally related substances were analyzed by CZE in a series of background electrolytes in a wide pH range, 1.86 - 11.18. From the measured pH dependencies of effective electrophoretic mobilities of analytes (beforehand corrected to reference temperature of 25 řC), their isoelectric points (pI) were determined. In addition, using the non-linear regression analysis of the above dependencies, acid-base dissociation constants (pKa) of ionogenic groups of selected analytes were calculated. Subsequently, the analytes with sharply defined isoelectric points were analyzed by CIEF. CIEF confirmed applicability of these compounds as markers of isoelectric points for calibration of pH gradient in CIEF in the determination of pI of amphoteric compounds, especially peptides and proteins. The determined pKa values of ionogenic groups in particular compounds will be utilized in the development of new pI markers with desired pI values.

Antibodies are Y-shaped proteins. In the human body, antibodies areproduced by plasma cells, mainly T and B cells which are included inthe adaptive immune system. The production of antibodies is stimulatedby antigens. The binding between an antigen-specific antibody and itsantigen can be like the interconnect between a lock and a key.Therefore, antibodies are widely used as diagnostic tools for avariety of diseases but most importantly cancer. Some rapid diagnostictests are completely dependent on the specificity and reactivity ofantibodies such as UBC® Rapid produced by IDL Biotech AB. Therefore,the quality of these antibodies is important. This master thesis at IDL Biotech aimed to validate six anticytokeratinantibodies that are currently used in several rapid cancerdiagnostic tests produced by IDL. Antibody validation is a processwhere specificity, selectivity and reproductivity of an antibody isdemonstrated through specific laboratory investigations. During thisthesis, two laboratory methods were used to validate antibodies,namely, isoelectric focusing electrophoresis and the Attana QuartzCrystal Microbalance based biosensor. Isoelectric focusing electrophoresis (IEF) is a method that determinesproteins pI-values which can then reveal information about posttranslationalmodifications and protein sustainability during storage.IEF revealed changes in pI-values in two antibodies: AB2 and AB4. Attana biosensor analysis on AB1-5 showed that all antibodies havehigh specificity, reactivity and relatively high affinity to theircytokeratin targets. It also revealed that 4 antibodies (AB1 and AB3-5) have lower cross-reactivity with other cytokeratins than theirtarget cytokeratins compared to AB2. Keywords: Antibody validation, Isoelectric focusing, QCM, Attanabiosensor, biosensors, rapid diagnostics, epithelial carcinomas.

Une partie des recherches actuelles dans le domaine de l’analyse chimique concerne la miniaturisation et l’intégration d’étapes analytiques afin de répondre, entre autres, à des besoins de portabilité, d’automatisation mais aussi d’apporter des solutions pour analyser des échantillons de plus en plus petits. Le développement et la mise en œuvre de colonnes monolithiques d’affinité boronate (µBAMC) couplées « in-line » à des techniques séparatives miniaturisées s’inscrit dans cette démarche. Ce travail de thèse s’est focalisé sur (1) une compréhension des mécanismes de rétention en chromatographie d’affinité boronate (interactions spécifiques avec les composés cis-diols, conditions de reconnaissance, interactions secondaires), (2) le développement de supports monolithiques d’affinité boronate miniaturisés et (3) leur couplage «in-line» avec une séparation électrocinétique et détection conventionnelle dans un format capillaire. Différentes voies d’élaboration de colonnes monolithiques ont été comparées (en termes d’affinité, de nombre de sites boronate actifs et de stabilité). La faisabilité du couplage en ligne de ces supports µBAMC avec une étape de séparation électrophorétique (par CZE et CIEF) a été démontrée vis-à-vis de la purification/préconcentration et séparation de 3 catécholamines contenant des groupements cis-diols (Adrénaline, Noradrénaline et Dopamine) dans l’urine. Les couplages ont été optimisés avec succès permettant l’analyse automatisée et miniaturisée de ces neurotransmetteurs dans l’urine (volume échantillon < 10 µL) avec des limites de détection de l’ordre de la dizaine de ppb et des taux de récupération proches de 100 % / Part of the current research in the field of chemical analysis concerns the miniaturization and the integration of analytical steps in order to meet, among other things, the need of portability and automation but also to provide solutions for analyzing small samples. The development and implementation of monolithic boronate affinity columns (µBAMC) in-line coupled to miniaturized separation techniques is part of this approach. This thesis work focused on (1) an understanding of the retention mechanisms in boronate affinity chromatography (specific interactions with cis-diol compounds, recognition conditions and secondary interactions), (2) the development of miniaturized boronate affinity monolithic supports and (3) their in-line coupling with electrokinetic separation and conventional detection in a capillary format. Different ways of elaboration of monolithic columns were compared (in terms of affinity, number of actives sites and stability). The feasibility of in-line coupling of these µBAMC supports with an electrophoretic separation step (by CZE and CIEF) has been demonstrated in terms of purification / preconcentration and separation of 3 catecholamines containing cis-diol groups (adrenaline, noradrenaline and dopamine) in urine. The couplings have been successfully optimized allowing the automated and miniaturized analysis of these neurotransmitters in urine (sample volume <10 µl) with limits of detection of about the tens of ppb and recovery yields close to 100 %

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.

The dependencies of electrophoretic mobility on pH were measured for a set of 14 markers used for isoelectric focusing that were developed by the group of Šlais and that are based on substitutions on the nitrophenol core, and for a kit consisting of 5 pI markers developed by Shimura, which have an oligopeptide structure. The dissociation constants and limiting electrophoretic mobilities of these compounds were obtained from the dependencies with the use of the program AnglerFish. The isoelectric point values of the compounds were consequently calculated using the obtained data. A comparison of the obtained pI values with the values that have been declared in literature, albeit gained by different analytical methods, has been made. Key Words capillary zone electrophoresis, isoelectric focusing, pI markers, isoelectric point, thermodynamic dissociation constant, limiting ionic mobility

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.

En förhöjd produktion av fria kappakedjor (KFLC) i serum observeras vanligen vid inflammatoriska processer och vid autoimmuna sjukdomar. En överproduktion av fri kappakedja utgör en markör för intratekal immunglobulinproduktion i centrala nervsystemet (CNS) vilket kan ofta ses vid multipel skleros och andra inflammatoriska nervsjukdomar. Detta kan mätas både kvantitativt genom IgG index med nefelometri och kvalitativt genom att påvisa oligoklonala band i cerebrospinalvätska (CSV) med isoelektrisk fokusering. Syftet med studien är att sätta upp analys för bestämning av fri kappa-kedja i likvor på en nefelometer och utvärdera olika kvantitativa mått för intratekal Ig-syntes där fri kappakedja ingår genom att jämföra de mot isoelektrisk fokusering, vilket är dagens standardmetod för att påvisa intratekal Ig syntes. Studien erhöll goda resultat för olika KFLC parametrar jämfört med oligoklonalaband, där KFLC IF påvisade högst sensitivitet och specificitet (72% och 93%) jämfört med oligoklonala band. / An increased production of free coat chains in (KFLC) serum is commonly observed in inflammatory processes and in autoimmune diseases. An overproduction of free kappa chain is a marker for intrathecal immunoglobulinproduction in the central nervous system (CNS), which can often be seen in multiple sclerosis and other inflammatory nerve diseases. This can be measured both quantitatively by IgG index with nephelometry and qualitatively by detecting oligoclonal bands in cerebrospinal fluid (CSF) with isoelectric focusing. The purpose of the studies is to set up analysis for determination of free kappa chain in liquids on a nephelometer and evaluate different quantitative measures for intrathecal Ig synthesis where free kappa chain is included by comparing them against isoelectric focusing, which is the current standard method for detecting intrathecal Ig synthesis. The study obtained good results for different KFLC parameters compared to oligoclonal bands, where KFLC IF has the highest sensitivity and specificity (72%and 93%) compared to oligoclonal bands.

<p>QC 20110615</p>