Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen Untersuchungen zur Analytik, Stabilität und Metabolisierung von Nitroxylradikalen, unter besonderer Berücksichtigung Ihrer Anwendung als ESR-Spinsonden im Rahmen der Bearbeitung pharmazeutisch-technologischer und biopharmazeutischer Fragestellungen. Neben der Entwicklung und Adaptierung geeigneter analytischer Methoden waren dabei Stabilitätsfragen unter den Bedingungen ihres Einsatzes, die Stabilität von Reaktionsprodukten und Metaboliten, das elektrochemische und chemische Reduktionsverhalten sowie die Biotransformation du rch Mikroorganismen, in subzellulären Fraktionen der Leber und in humanen Zellkulturen von besonderem Interesse. Als wichtigste Ergebnisse dieser Arbeit sind: (i) bisher unbekannte Metaboliten (wie z.B. sekundäreAmine) identifiziert, (ii) der Erkenntnisstand zu den Mechanismen der Biotransformation dieser stabilen Radikale erweitert, (iii) methodische Fortschritte wie die Entwicklung einer On-line HPLC-ESR-Kopplung und bei der Anwendung der Festphasenmikroextraktion (SPME) erreicht, (iv) die ESR als Methode für nichtinvasive Messungen des pH-Wertes und für die Erfassung der Stabilität und Hautpenetration von Liposomen erschlossen worden. / The present thesis was focused on the investigation of analytic, stability and metabolism of nitroxyl radicals used as esr spin probes in pharmaceutical, technological and biopharmaceutical applications. New analytical methods were developed and adapted for nitroxides and diamagnetic products. The stability of nitroxides was analysed and reaction products were cleared up. Furthermore there were in vestigated the electrochemical and chemical behaviour of reduction as well as the biotransformation by microorganisms, in subcellular liver fractions and in human cell cultures. The main results of this document are presented in the following: (i) the appearance of new dia- and paramagnetic metabolites (e.g. secondary amines), (ii) the latest findings about metabolic mechanisms of stable nitroxyl radicals, (iii) the development of online HPLC-ESR-couppling technique and the application of solid phase microextraction (SPME) as the greatest acquisition, (iv) the advantage of ESR technique for noninvasive measurement of pH and to register the stability and penetration of liposomes through skin layers.

Innerhalb dieser Arbeit wurde ein kompetitiver ELISA etabliert und validiert, der eine Quantifizierung von Drogen im humanen Serum gemäß geltender Richtlinien ermöglicht. Der Nachweis erzielte zudem vergleichbare Ergebnisse zur Referenzmethode (Massenspektrometrie). Es wurden neun Drogen (Amphetamin, Methamphetamin, Methylenedioxymethamphetamin (MDMA), Tetrahydrocannabinol (THC), Phencyclidin (PCP), Methadon, Morphin, Kokain und Benzoylecgonin) und insgesamt 33 Antikörper verwendet. Alle Reagenzien durchliefen zunächst ein stringentes Validierungsverfahren. Nach Ausschluss möglicher Kreuzreaktivitäten konnten für drei Drogen (Methadon, MDMA und Benzoylecgonin) jeweils ein Antikörper bestimmt werden, der eine spezifische und sensitive Quantifizierung der Droge ermöglichte. Mit dem anti-MDMA Antikörper war zusätzlich der Nachweis in einem miniaturisierten Format (Microarray) möglich. Die verwendeten Antikörper zeigten keine Kreuzreaktivitäten mit anderen Drogen, Antikörpern, dem Probenmaterial oder anderen Versuchskomponenten. Weiterhin wurde kein Einfluss etwaiger Abbauprodukte im langfristig gelagerten Serum beobachtet. Durch die Ergebnisse wird gezeigt, dass ein immunologischer Nachweis von Drogenmissbrauch in Serum eine verlässliche Ergänzung zu bestehenden Methoden darstellt. Bei einer Übertragung des immunologischen Ansatzes auf ein Microarray ergibt sich zudem die Möglichkeit mehrere Drogen und Serumproben parallel nachzuweisen bzw. zu vermessen. Der höhere Probendurchsatz, der kompakte Versuchsaufbau und der geringere Verbrauch an Material gehört zu den größten Vorteilen dieser Technik. / A competitive ELISA was established, which enables a reliable quantification of serological drug samples according to current guidelines. The method achieved comparable results to the standard method mass spectrometry. In total nine drugs (amphetamine, methamphetamine, 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA), tetrahydrocannabinol (THC), phencyclidine (PCP), methadone, morphine, cocaine and benzoylecgonine) and 33 antibodies were tested. All reagents had to pass through a stringent validation process. After exclusion of cross-reactivities antibodies against three drugs (methadone, MDMA, benzoylecgonine) were validated, which allowed a specific and sensitive quantification. Additionally, by using the anti-MDMA antibody a detection of MDMA in serum on microarray (miniaturized format) was achieved. No cross-reactivities were detected for the used antibodies with other drugs, antibodies, sample material or other assay components. Furthermore, no influence of degradation products in long-stored serum was recorded. The results prove, that immunoassays can be a reliable complement to existing methods. By adapting the immunological method to a microarray, the simultaneous quantification of various drugs and serum samples is enabled. The increased through-put, smaller footprint and the decreased consumption of reagents are some of the biggest advantages of this technique.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Validierung geeigneter Methoden zur selektiven qualitativen und quantitativen Bestimmung aller relevanten Zersetzungsprodukte von Natriumthiosulfat-Injektionslösungen. Die Besonderheit liegt in der Analytik der schwefelhaltigen Verbindungen neben einem großen Überschuss an Thiosulfat. Neben der Etablierung analytischer Verfahren konnte Aussagen zu stabilitätsrelevanten Parametern getroffen und die Zersetzungsprodukte unterschiedlich stabilisierter Injektionslösungen charakterisiert werden. Als wichtigste Ergebnisse dieser Arbeit: (i) sind der Nachweis und quantitative Bestimmung von Sulfit, Sulfat und erstmals von Sulfid und Polythionaten (Tetrathionat, Pentathionat, Hexathionat) in Natriumthiosulfat-Injektionslösungen durch Einsatz der DPP, IPC, IC und CZE erfolgt, (ii) sind der Nachweis und erstmals die quantitative Bestimmung von Schwefel nach Flüssig-/Flüssig-Extraktion und mittels RP-HPLC in Natriumthiosulfat-Injektionslösungen vorgenommen worden, (iii) ist erstmals die Trennung von Polysulfiden unterschiedlicher Kettenlänge durch Einsatz der CZE gelungen, (iii) ist der Nachweis der Beteiligung von Sulfid und Polythionaten am Zersetzungsgeschehen von Natriumthiosulfat-Injektionslösungen erbracht worden, (iv) ist eine Einschätzung stabilitätsrelevanter Parameter (pH, Pufferkapazität, Disulfit-Zusatz, EDTA, thermische Belastung) erfolgt (v) ist eine Erklärung des beobachteten pH-Wert-Abfalls aus dem System erbracht worden, (vi) wurden methodische Fortschritte bezüglich Nachweisgrenze und Selektivität erreicht und (vii) ist ein direkten Vergleich aller Methoden bezüglich Nachweisgrenze, Präzision, Richtigkeit, Selektivität, Robustheit und immanenter Anfälligkeit bei großem Überschuss einer Komponente möglich. / The present thesis was focused on development and validation of several analytical methods in order to detect and to determine relevant degradation product of sodium thiosulphate injection solutions with certain selectivity. The exceptional matter is the determination of small amount of sulphur containing compounds beneath a large amount of thiosulphate. In addition parameters which influence the stability of the injection solutions were investigated. Furthermore different degradation products of instable injection solutions were characterised. The main results of these thesis are the following: (i) the detection and quantitative determination of sulphite, sulphate and first of sulphide and polythionates (tetrathionate, pentathionate, hexathionate) in sodium thiosulphate injection solutions by use of DPP, IPC, IC und CZE, (ii) the detection and first the quantitative determination of sulphur after liquid- / liquid-extraction and RP-HPLC analysis in sodium thiosulphate injection solutions, (iii) the first separation of polysulphides with different chain length by use of CZE, (iii) the evidence that sulphide and polythionates are involved in degradation of in sodium thiosulphate injection solutions (iv) an evaluation of the influence of pH, buffer capacity, sodium disulphite, EDTA, sterilisation (v) the explanation of the observed pH-depression , (vi) advantages in detection limits and selectivity (vii) comparison of detection limits, accuracy, precision, selectivity and robustness in presence of sample overload.