Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Betrachtungen zur Mobilität von epikutan applizierten ESR-Spinsonden, sowie noch weitgehend ungeklärte Fragen zu den Wechselwirkungen zwischen Liposomen und Haut. Dazu gehört vor allem die Frage nach der Integrität von epikutan applizierten Liposomen. Weiterhin wurden die Auswirkungen von Liposomen auf die Flexibilität der intercorneozytären Lipiddoppelmembranen, die Penetration von ESR-Spinsonden unterschiedlicher Hydro-/Lipophilie, sowie die Mobilität von ESR-Spinsonden in der Haut und die Polarität ihrer Mikroumgebung untersucht. Als wichtigste Ergebnisse der Arbeit sind folgende Punkte zu nennen. Liposomen verlieren nach epikutaner Applikation ihre Integrität und bilden auf dem Stratum corneum einen Lipidfilm aus. Dabei nimmt nicht nur der Dispersitätsgrad der Liposomen sondern auch die Flexibilität ihrer Membranen ab. Entgegen der Erwartung führt die epikutane Applikation von liposomalen Zubereitungen nicht zu einer stärkeren Fluidisierung der intercorneozytären Lipiddoppelmembranen als Phosphatpuffer, wohingegen durch Ölsäure eine deutlich stärkere Fluidisierung erreicht wird. Liposomen mit rigiden Membranen führen zu höheren Spinsondenkonzentrationen in der Haut als Liposomen mit fluiden Membranen, und solche aus partialsynthetischen Lipiden führen zu höheren Konzentrationen als Liposomen aus Sojabohnenphospholipiden. Der Vergleich der Penetration von ESR-Spinsonden in die Haut nach epikutaner Applikation von Liposomen mit der Penetration der Spinsonden aus anderen topischen Zubereitungen zeigt, dass eine generelle Aussage zur Penetrationsförderung durch die Anwendung von Liposomen problematisch ist. Es konnte ein Polaritätsprofil der Mikroumgebung von Spinsonden in der Haut erstellt werden, das belegt, dass die Polarität in der Epidermis geringer ist als in der Dermis. Mit zunehmender Inkubationsdauer konnte ein Anstieg der Polartiät in den Hautproben nachgewiesen werden. Die Anwendung eines durch Freed et al. entwickelten Computerprogramms zur Bestimmung von Rotationskorrelationszeiten sich langsam bewegender Moleküle aus Spektren, die mittels spektral-räumlich aufgelöster ESR-Tomografie erhalten wurden, erlaubt die Erstellung von Viskositätsprofilen der oberen Hautschichten in Abhängigkeit von den epikutan applizierten Zubereitungen. Die Bandbreite der ortsabhängig berechneten Rotationskorrelationszeiten von CAT-1 und TEMPOL in der Haut nach epikutaner Applikation der Spinsonden in Liposomen reicht von 5,94 ns bis 1,97 ns. Dies entspricht einer Viskosität der Mikroumgebung von 118 bis 26 mPas. / The present thesis was focused on the mobility of epicutaneously applied ESR spinprobes and open questions concerning the interactions between liposomes and skin e.g. the integrity of liposomes after epicutaneous application. Additionally the effect of liposomes on the flexibility of lipid membranes in the stratum corneum, the penetration of ESR spinprobes with different hydrophilic / lipophilic properties as well as the mobility and polarity of the microsurrounding of ESR spinprobes in the skin were investigated. The main results of the investigations are mentioned in the following. There will be a loss of integrity of epicutaneously applied liposomes and a lipid film will be formed on the stratum corneum. At the same time the degree of dispersity and the flexibility of their membranes decreases. Contrary to the expectation the application of liposomal formulations does not lead to a stronger fluidity of the lipid membranes of the stratum corneum than the incubation of the samples with phosphate buffer, whereas the incubation with oleic acid results in a substantial increase of the fluidity. The application of ESR spinprobes in liposomes with rigid membranes leads to higher spinprobe concentrations in the skin than with liposomes having fluid membranes. At the same time the application of liposomes made from semi-synthetic lipids leads to higher concentrations of the spinprobe in the skin, than the application of liposomes made from soybean phospholipids. The penetration of spin probes into the skin out of liposomes compared to other topical preparations shows, that a general statement concerning the penetration enhancing effect of liposomes is difficult. On using the ESR tomography a polarity profile of the skin was obtained, showing that the polarity in the epidermis is lower than in the dermis. With increasing incubation time of the skin samples the polarity increases. The application of a computer program, developed by Freed et al. in order to determine rotational correlation times for slowly tumbling molecules, to spectra, obtained from spectral-spatially resolved ESR tomography, allowed the establishment of viscosity profiles for the upper skin layers in dependency on the applied formulations. The range of the calculated rotational correlation times of CAT-1 and TEMPOL in the skin reaches from 5.94 ns to 1.97 ns. This corresponds to a viscosity of the spinprobes microsurrounding from 118 to 26 mPas.

In den letzten Jahren erfuhr Thalidomid auf Grund seiner antiinflammatorischen, immunmodulatorischen und antiangiogenetischen Eigenschaften eine "Renaissance". Bei ophthalmologischen Erkrankungen, die durch Gefäßproliferation gekennzeichnet sind, wie bei der diabetischen Retinopathie und der altersbedingten Makuladegeneration (33) oder bei immunpathologische Erkrankungen wie die Uveitis (44) liegen Berichte zu günstigen Effekten vor. Aufgrund der erheblichen Nebenwirkungen bei der systemischen Verabreichung wurde der Versuch einer topischen Applikation angestrebt. Dieser Applikationsweg ist limitiert durch die schlechte Wasserlöslichkeit und hydrolytische Instabilität bei der Formulierung von wässrigen Augentropfen. Zur Erhöhung der intraokularen Bioverfügbarkeit von Thalidomid wurden Cyclodextrine, speziell HP-ß-CD, als Vehikel zur Verbesserung der physiko-chemischen Eigenschaften verwendet. Die experimentelle Arbeit wurde an 21 pigmentierten Kaninchen durchgeführt, die mit Thalidomid-HP-ß-CD haltigen Augentropfen oder mit einer Thalidomidsuspension behandelt wurden. Nach einer Einwirkungszeit von 30, 60, oder 240 Minuten wurden die Augen enukleiert, präpariert und eingefroren. Anschließend wurde mittels HPLC die jeweilige Thalidomid-Konzentration ermittelt. Unsere Arbeit hat signifikante (p / Background: Thalidomide, which has been rediscovered as an angiogenic, immunmodulatory and anti-inflammatory agent might be a treatment option for several eye diseases. The systemic application causes severe side effects. The water-insolubility and hydrolytic instability of thalidomide limits its ocular bioavailability during local application. Hydroxypropyl-ß-cyclodextrin (HP-ß-CD) is a cyclodextrin derivative, which has the ability to form inclusion complexes with lipophilic drugs increasing their stability and solubility. Methods: 21 pigmented male rabbits were treated with 5x50 mul 0,04 % thalidomide/12,5% HP-ß-CD (THA-CD) or 0,04 % thalidomide suspension (THA-SP). 30, 60 or 240 minutes post instillation the animals were sacrificed and the eyes were enucleated. The thalidomide concentrations where determined using HPLC. Results: A significant (p

Die vorliegende Arbeit hatte die Aufgabe, die humane Hepatomzellinie Hep G2 hinsichtlich ihrer Biotransformationskapazität zu charakterisieren, um Aussagen über ihre Eignung als in vitro-Testsystem treffen zu können. Dazu wurden die Aktivitäten und die Induzierbarkeit von unterschiedlichen Cytochrom P450 Isoenzymen (CYP) bestimmt und mit Aktivitäten von isolierten Hepatozyten der Wistarratte verglichen. Als Vertreter der Phase II-Reaktionen wurde die Konjugierung von p-Nitrophenol untersucht. Hep G2-Zellen enthielten detektierbare CYP 1 A1 und 2-Aktivitäten, was mit Hilfe des 7-Ethoxyresorufin- und des 7-Ethoxycoumarin-Assays festgestellt werden konnte. Die Enzymaktivitäten waren durch 3-Methylcholanthren und Phenobarbital induzierbar. Die Umsatzraten waren höher als in Monolayerkulturen von Rattenhepatozyten. Die Umsatzraten der Azoreduktion von 4-(N,N-Dimethylamino)azobenzen waren in Hep G2-Zellen ebenfalls höher als in Hepatozyten der Wistarratte. Hep G2-Zellen zeigten sich hinsichtlich der Demethylierung von Aminophenazon, katalysiert durch CYP 3A1 und 2, und der Konjugierung von p-Nitrophenol den Rattenhepatozyten unterlegen. Die Konjugierung war durch 3-Methylcholanthren und Phenobarbital induzierbar. Des weiteren wurde die Biotransformation von 3 potentiellen Arzneistoffen in Hep G2-Kulturen untersucht. Dabei handelte es sich um AWD 100-041(3-(2-Mercaptoethyl)chinazolin-2, 4(1H,3H)-dion), AR 12463 (5-Piperidino-7-[N-pentyl-N (ß-hydroxyethyl)]amino-s-triazolo(1,5a)-pyrimidin) und dem Lipoxygenaseinhibitor FLM 5011(2-Hydroxy-5-methyllaurophenon -oxim). In allen drei Fällen wurden zwar die gleichen Hauptmetaboliten wie in Rattenhepatozyten gebildet, die Umsatzraten waren aber wesentlich geringer. Um die Toxizität dieser drei Verbindungen und die von Solanum lycopersicon- Mazeraten zu untersuchen, wurde der Proteingehalt und der DNA-Gehalt mit Hilfe von Amidoschwarz bzw. bisBenzimid der Kulturen bestimmt. Membranschäden wurden durch den LDH Cytotoxicity Test von Boehringer Mannheim detektiert. Unter anderem konnte gezeigt werden, daß die Toxizität von FLM 5011 in Hep G2-Zellen auf die Induktion apoptotischer Prozesse zurückzuführen ist, welche durch die sinkende Konzentration von 5(S)-Hydroxyeikosatetraensäure in der Zelle ausgelöst wird. Insgesamt stellen Hep G2-Zellen ein brauchbares in vitro-Modell für Biotransformations- und Zytotoxizitätsuntersuchungen dar. / This investigations had the intention to characterise the capacity of biotransformation of the human hepatoblastoma- derived cell line Hep G2 and to draw conclusions about its suitability as in vitro-model. The enzyme activities and inducabilities of cytochrome P450 isoenzymes (CYP) as phase I reactions were measured and compared with the activity of monolayer primary cultures of rat hepatocytes. As a phase II-reaction the conjugation of p-nitrophenol was examined. Hep G2 contained detectable activities of CYP 1A1 and 2 measured by the 7-ethoxyresorufin assay and the 7-ethoxycoumarin assay and which were inducable by 3-methylcholanthrene and phenobarbitone. The turnover was higher than in rat hepatocytes. Also reductive activities, detected by the azoreduction of 4-(N,N-dimethylamino)- azobenzene, had a higher level than rat hepatocytes. Hep G2 cells were inferior compared to rat hepatocytes concerning the demethylation of aminophenazone catalysed by CYP 3A1 and 2 and the conjugation of p-nitrophenol. The latter was highly inducable by phenobarbitone. The biotransformation of the three active substances AWD 100-041 (3-(2-mercaptoethyl) chinazoline-2,4(1H,3H)-dione), AR 12463(5-piperidino-7-[N- pntyl-N (ß-hydroxyethyl)]amino-s-triazolo[1,5a)-pyrimidin) and the lipoxygenase-inhibitor FLM 5011(2-hydroxy-5- methyllaurophenone-oxim) in Hep G2 cell were also examined. In all cases the major metabolites were the same as in rat hepatocytes but the turnover was much lower than in rat hepatocytes. To study the toxicity of these three compounds and of Solanum lycopersicon mazerates the protein and the DNA content of the Hep G2 cultures were measured with amido black and bisbenzimid respectively. Membrane damages were detected by the LDH Cytotoxicity Test of Boehringer Mannheim. It could be proved that the toxicity of FLM 5011 is due to apoptotic activities aroused by the down regulation of 5-(S)hydroxyeicosatetraenoic acid. Hep G2 cells are a useful model for assessing the metabolism and toxicity of xenobiotics.

Polyelektrolytmikrokapseln (PEMC) stellen ein neuartiges System künstlicher Zellen dar. Durch Einbringen von z.B. Hämoglobin in solche PEMC können sie als  künstliche Erythrozyten den Gastransport im Organismus unterstützen bzw. übernehmen. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass jede Zelle des Säugtierorganismus zur Aufrechterhaltung ihrer Funktion Enzyme benötigt, die ihre Stoffwechselfunktionen katalysieren. Um sich der Lösung dieses Problems bei der Entwicklung eines künstlichen Erythrozyten schrittweise zu nähern, wurde als Modellenzym Trypsin ausgewählt. Es wurden Polyelektrolytmikrokapseln (PEMC) auf der Basis von Erythrozyten durch Selbstassemblierung von Polynatriumstyrensuphonat (PSS) und Polyallylamino-hydrochlorid (PAH) hergestellt ((PSS/PAH)2PSS), und anschliessend nach der Layer-by-Layer Methode (LbL) alternierend mit Trypsin und den Polyelektrolyten (PE) PSS, Alginat oder Dextransulphat weiterbeschichtet. Der Schichtenaufbau wurde durch Zellelektrophorese, konfokale Laserscanning-mikroskopie (CLSM), Durchflusszytometrie (FACS) und photometrische Proteinbestimmung charakterisiert und quantifiziert. Die Aktivität des an der PEMC-Membran immobilisierten Enzyms wurde untersucht und mit der Aktivität freien Trypsins verglichen. Weiterhin wurden pH-Profile von freiem Enzym mit denen des immobilisierten Trypsins verglichen. Der Schichtaufbau aus Trypsin und den unterschiedlichen Polyelektrolyten wurde anhand der Änderung der elektrophoretischen Mobilität beim Aufbringen jeder Schicht, sowie durch die Zunahme der photometrisch bestimmten Proteinmenge pro PEMC charakterisiert. Außerdem wurde Trypsin mit Fluoreszeinisothiozyanat (FITC) markiert und in den Beschichtungsserien die Zunahme der flowzytometrisch bestimmten Fluoreszenz-Intensität mit jeder aufgebrachten FITC-Trypsin Schicht beobachtet. Die Aktivität des an den PEMC immobilisierten Trypsins beträgt etwa 30% der Aktivität freien Trypsins gleicher Konzentration. Es konnte gezeigt werden, dass sich Trypsin im Rahmen eines Schichtaufbaus nach der LbL-Technologie in die Membran der verwendeten PEMC einbringen lässt. Dabei behält das Enzym einen Teil seiner Funktion. / Artificial cells are not only used to study the biological processes of living cells, they also serve as micro reactors to provide certain functions in the organism. Polyelectrolyte microcapsules (PEMC) represent a new approach to artificial cell studies. When filled with hemoglobin, PEMC are able to perform the erythrocyte gas exchange. This work shows the general possibility of integrating enzymes into the PEMC membrane. PEMC were composed using the layer-by-layer (l-b-l) technique. Glutaraldehyde stabilized human red blood cells (RBC) served as templates and were coated with five layers poly(styrene sulfonate) (PSS) and poly(allylaminehydrochloride) (PAH). After decomposition of the RBC by sodium hypochlorite, the PEMC were coated with ten layer pairs of trypsin and either PSS or alginate. The trypsin layer growth was followed performing measurements by cell electrophoresis, confocal laser scanning microscopy (CLSM), flow cytometry (FACS) and protein determination according to Lowry after each adsorption step. Results showed a continuous layer buildup for both polyelectrolytes and no desorption of trypsin. The amount of immobilized enzyme was larger for the coating series with trypsin/PSS compared to that with trypsin/alginat. This was concluded as a result of PSS/trypsin complex formation. Normalizing the enzym activity to the amount of adsorbed trypsin no significant differences between the activity of PSS-PEMC and alginate-PEMC were found. Further experiments prove that PSS inhibits the enzyme activity and alginat does not.

In dieser Studie wurde eine Charakterisierung von Eisenpräparaten entwickelt, die als parenterale und orale Präparate zur Behandlung schwerer Anämie auf Basis von Fe-Kohlenhydrat-Nanopartikeln und Bioverfügbarkeitsstudien in biologischen Proben verwendet werden. Eine vollständige Charakterisierung eines kommerziellen Präparats für die parenterale Behandlung von Anämie (Venofer®) wurde durchgeführt. Solubilisationsstudien des Arzneimittels wurden in Serum und Blut durchgeführt, um die Bioverfügbarkeit von Eisen zu untersuchen. Es wurden Speziationsexperimente von Serumproteinen durchgeführt (UV-vis, ICP-MS), die detailliertere Informationen über das Arzneimittel und sein Verhalten im Körper liefern. Tartrat-modifizierte Eisenoxid-Nanopartikel (FeNPs) und isotopisch angereicherte 57Fe wurden synthetisiert. Nanopartikel wurden weiter in Bezug auf Partikelgröße und -form charakterisiert. Da diese Nanopartikel möglicherweise für die orale Supplementierung bei der Die Labilität dieser FeNPs wurde in saurem Medium bewertet, und das gesamte Fe wurde in nanopartikulärer und löslicher Fraktion quantifiziert. Zur Bestimmung des Nanostrukturverhaltens in zellulären Medien wurde eine Speziationsstrategie für Nanopartikel und ionische Eisenspezies basierend auf einer reversed phase high performance liquid chromatography, gekoppelt an ICP-MS, durchgeführt und erstmals auf Caco-2-Zellen angewendet Proben. Darüber hinaus wurde ein Quantifizierungsansatz durch Anwendung einer Isotopenverdünnungsanalyse mit 57Fe. Die Zytotoxizität wurde untersucht: kolorimetrische Assays wurden in verschiedenen Zelllinien durchgeführt, und die oxidative Schädigung wurde durch Messung der ROS-Produktion bestimmt. Schließlich wurden In-vivo-Modelle zur Bestimmung der Eisenresorption im Dünndarm nach Perfusionsexperimenten an Ratten verwendet. Das Schicksal der FeNPs wurde auch untersucht, indem andere Gewebe wie Leber, Niere, Milz oder Blut nach der intestinalen Aufnahme analysiert wurden. / In this study, a characterization of iron supplements used as parenteral and oral preparations for the treatment of severe anaemia based on Fe-carbohydrate nanoparticles and bioavailability studies in biological samples have been developed. A complete characterization of a commercial preparation for the parenteral treatment of anaemia (Venofer®), has been carried out. Solubilisation studies of the drug have been conducted in serum and blood to evaluate iron bioavailability. Moreover, speciation experiments of serum proteins were conducted using UV-vis and ICP-MS detection, providing more in-depth information about the drug and its behaviour in the body. Tartrate-modified coated-iron oxide nanoparticles (FeNPs) and isotopically enriched 57FeNPs have been synthesized. Nanoparticles were further characterized in terms of particle size and shape. As these nanoparticles are potentially suitable for the oral supplementation in anaemia’s treatment, the lability of these FeNPs in acidic medium was evaluated, and total Fe was quantified in nanoparticulate and soluble fraction. For the determination of nanostructure behaviour in cellular media, a speciation strategy for nanoparticles and ionic species of iron based on a reversed-phase high-performance liquid chromatography coupled to ICP-MS was carried out and applied for the first time to Caco-2 cell samples. Moreover, a quantification approach was also tackled by applying an online post-column isotope dilution analysis with 57Fe as isotopically enriched standard. Cytotoxicity from these tartrate-modified iron oxide nanoparticles was evaluated: colorimetric assays have been conducted in different cell lines and oxidative damage was assessed by measuring ROS production. Finally, in vivo models were used to determine iron absorption in the small intestine after perfusion experiments in rats. The fate of the FeNPs was also studied by analysing other tissues as liver, kidney, spleen, or blood after the intestinal uptake.

Cystic fibrosis (CF) is a rare genetic disease caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), an epithelial anion channel expressed in several vital organs. Absence of functional CFTR results in imbalanced osmotic equilibrium and subsequent mucus build up in the lungs-which increases the risk of infection and eventually causes death. CFTR is an ATP-binding cassette (ABC) transporter family protein composed of two transmembrane domains (TMDs), two nucleotide binding domains (NBDs), and an unstructured regulatory domain. The most prevalent patient mutation is the deletion of F508 (F508del), making F508del CFTR the primary target for current FDA approved CF therapies. However, no experimental multi-domain F508del CFTR structure has been determined and few studies have modeled F508del using multi-domain WT CFTR structures. Here, we used cryo-EM density data and Rosetta comparative modeling (RosettaCM) to compare a F508del model with published experimental data on CFTR NBD1 thermodynamics. We then apply this modeling method to generate multi-domain WT and F508del CFTR structural models. These models demonstrate the destabilizing effects of F508del on NBD1 and the NBD1/TMD interface in both the inactive and active conformation of CFTR. Furthermore, we modeled F508del/R1070W and F508del bound to the CFTR corrector VX-809. Our models reveal the stabilizing effects of VX-809 on multi-domain models of F508del CFTR and pave the way for rational design of additional drugs that target F508del CFTR for treatment of CF.

In der vorliegenden Arbeit werden drei neue Klassen von modular zugänglichen Elektrophilen für die Biokonjugation von Cystein vorgestellt. Diethynyl-phosphinate (DPs) wurden als bisreaktive Elektrophile für die cysteinselektive Markierung von Peptiden, Proteinen und Antikörpern entwickelt. In diesen Molekülen können beide elektronenarmen Dreifachbindungen unter physiologischen Bedingungen mit Thiol-Nukleophilen reagieren und die erhaltenen Konjugate sind in menschlichem Plasma und in Gegenwart großer Mengen an reduziertem Glutathion stabil. Darüber hinaus wurden DPs in der selektiven Herstellung verschiedener Protein-(Doppel)-Konjugate angewandt. Neben der klassischen Proteinmodifikation können DPs auch zur kovalenten Verbrückung der Disulfidbrücken von Antikörpern eingesetzt werden. Weiters wurde mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen werden Ethinyl-triazolyl-phosphinate (ETP) als eine neue Klasse hochreaktiver Elektrophile für die Cystein-Biokonjugation entdeckt. Die Berechnungen zeigen, dass sowohl die elektronenziehenden als auch die π-Elektronen donierenden Eigenschaften des Triazolrings die Reaktivität erhöhen. Vor allem aber wird gezeigt, dass ETP-Elektrophile über die chemoselektive Cu(I)-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition in ein azidhaltiges Molekül eingebaut werden können. Da diese Reaktion problemlos in wässrigen Puffersystemen abläuft, konnte eine Vielzahl funktioneller Elektrophile, einschließlich elektrophiler Peptide und Proteine, aus DPs erzeugt werden. Schließlich wurden Diethinylphosphinoxide als chemoselektive Reagenzien zur Disulfidvererbrückung untersucht. Insbesondere Diethinyl-Triazolyl-Phosphinoxide (DTP) sind vielversprechende Kandidaten, da sie die modulare Synthese von ETP-Elektrophilen mit den beiden reaktiven Gruppen in DPs kombinieren. Die Fähigkeit der DTP-Reagenzien, Disulfide zu verbrücken, wurde durch die Bildung mehrerer funktioneller Antikörperkonjugate gezeigt. / The present work introduces three new classes of modular accessible electrophiles for cysteine bioconjugation. Diethynyl-phosphinates (DPs) were developed as bisreactive electrophiles for the cysteine-selective modification of peptides, proteins and antibodies. Both electrophilic alkynes can react with thiol-nucleophiles under physiological conditions. The corresponding double-conjugates are stable in human plasma and in the presence of a large excess reduced glutathione. Furthermore, the general applicability of diethynyl phosphinates for cysteine selective bioconjugation was established by the generation of various protein-(double)-conjugates and their application in cell experiments. Additionally, DPs can be employed to covalently rebridge the interchain disulfides of therapeutically relevant IgG1 antibodies. Furthermore, with the help of density functional theory based calculations, ethynyl-triazolyl-phosphinates (ETP) were discovered as a new class of highly reactive electrophilic warheads for cysteine bioconjugation. According to the calculations, both the electron withdrawing as well as the π-electron donating properties of the triazole-ring enhance the reactivity of the electrophile. Most importantly, it was demonstrated that ETP electrophiles can be incorporated into a given azide containing molecule via the chemoselective CuI-catalyzed azide alkyne cycloaddition. ETP-reagents were used to obtain functional peptide-, protein- and antibody-conjugates, as well as site-specifically linked diubiquitins. Finally, diethynyl phosphine oxides were explored as chemoselective reagents for disulfide rebridging. Especially diethynyl-triazolyl-phosphine oxides (DTP) are promising candidates since they combine the modular synthesis of ETP-electrophiles with the two reactive groups present in diethynyl phosphinates. The capability of DTP-reagents to rebridged disulfides was proven by the formation several functional antibody conjugates.

In der Alzheimer-Forschung (engl.: Alzheimer Disease, AD) wird immenser Aufwand zur Entwicklung von den Krankheitsverlauf verändernden Medikamenten betrieben. Studien zeigten, dass die abnormale Aggregation des Tau-Proteins offenbar zum Zusammenbruch der Zellkommunikation führt. Niedermolekulare Substanzen, die die Tau-Protein-Aggregation inhibieren und sogar bereits gebildete Aggregate wieder auflösen können wurden entwickelt, sind jedoch oft aufgrund von schlechten Wasserlöslichkeiten nur unter Zusatz von Dimethylsulfoxid (DMSO) in Biotests einsetzbar. Durch das Design maßgeschneiderter Peptid-Polyethylenglykol (PEG)-Konjugate war die spezifische Bindung und anschließende Freisetzung ausgewählter potentieller anti-AD-Wirkstoffe in DMSO-freien Biotests möglich. Für den Entwurf der Wirkstoff-Transporter wurden Peptidbibliotheken mit Raman- und Fluoreszenz-Mikroskopie-basierten Methoden hinsichtlich der Anreicherung der Wirkstoffe an Peptiden mit hoher Wirkstoff-Bindekapazität getestet. Mithilfe von Matrix-unterstützter Laser-Desorption/Ionisation (MALDI)-Massenspektrometrie (MS/MS)-Fragmentierung konnten die Peptidsequenzen der positiven Treffer identifiziert werden. Die zugehörigen Konjugate wurden synthetisiert, mit den Wirkstoffen beladen und die entstehenden sehr gut wasserlöslichen Wirkstoff-Konjugat-Komplexe analysiert. Für biomedizinische Anwendungen sind kompakte und definierte Systeme von Vorteil. Zur Strukturaufklärung der Wirkstoff-Konjugat-Komplexe konnten zahlreiche Untersuchungen erfolgreich durchgeführt werden. Viele Komplexe wurden zudem in DMSO-freien Biotests der Tau-Protein-Aggregation eingesetzt. Die Bioverfügbarkeit der schwerlöslichen anti-AD-Wirkstoffe konnte durch die Solubilisierung mit maßgeschneiderten Peptid-PEG-Konjugaten enorm verbessert werden. Die auf Raman-aktive Substanzen erweiterte Screeningprozedur kann wahrscheinlich auf eine Großzahl von Wirkstoffen mit ungünstigen pharmakologischen Eigenschaften angewendet werden. / Considerable efforts are devoted in Alzheimer Disease (AD) research to develop disease modifying drugs. Various studies have demonstrated that abnormal aggregation of Tau protein probably interrupts communication between cells. Tau protein aggregation can be inhibited and even preformed aggregates can be redissolved by small-molecule compounds. Unfortunately, these molecules often can only be applied in limited biotests using dimethyl sulfoxide (DMSO) as co-solvent due to their poor water solubility and bioavailability. The solubilization of selected potential anti-AD drugs by tailored peptide-poly(ethylene glycol) (PEG) conjugates enabled the specific binding und subsequent release of these drugs in DMSO-free biotests. For the design of the drug conjugate carriers, large peptide libraries have been screened using Raman or fluorescence microscopy-based methods to follow drug enrichment on certain peptide library beads which exhibit high drug affinity. Identification of peptide sequences of positive hits was performed by Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI)-mass spectrometry (MS/MS) fragmentation. The corresponding conjugates were synthesized; loaded with the potential drugs and the resulting highly water-soluble drug transporter complexes were analyzed. Compact and defined complexes are desirable with regard to biomedical applications. Various studies on drug-peptide interactions, specifity of drug binding and influence of the different parts of the conjugates for drug capacities were performed successfully. Generated drug transporter complexes were finally tested in DMSO free bioassays. Depending on drug and peptide structures, the complexes could reach effects comparable to the drugs solubilized by DMSO. The bioavailability of poor water-soluble anti-AD compounds was largely improved. Presumably, the new developed Raman-screening procedure can be expanded to a great extent of compounds suffering from unfavorable pharmacological characteristics.

Die Bedeutung genetischer Polymorphismen im Enzym Cytochrom P450 2C9 für Pharmakokinetik und Wirkungen von Diclofenac und Ibuprofen Es wird angenommen, dass Cytochrom-P450 2C9 die 4’-Hydroxylierung des Nichtsteroidalen Antiphlogistikums Diclofenac und die Hydroxylierung von S-Ibuprofen beim Menschen katalysiert. Es existieren zwei Varianten von Cyp2C9. Deren Auswirkungen auf die Diclofenac- bzw. Ibuprofen-Pharmakokinetik und die Hemmung von Cox-1 und -2 wurde an 21 gesunden Probanden, die sämtliche Kombination der genetischen Varianten *2 und *3 aufwiesen, untersucht. Es zeigten sich keinerlei Hinweise auf eine Einschränkung des Metabolismus von Diclofenac bei heterozygoten und homozygoten Trägern der Cyp2C9-Allele *2 und *3. Darüber hinaus lagen auch die Serumkonzentrationen des Metaboliten 4’-OH-Diclofenac bei Trägern der Allele Cyp2C9 *2 und *3 nicht niedriger. Obwohl verschiedene in vitro-Untersuchungen Cyp2C9 als metabolisierendes Enzym identifizierten, ist die Pharmakokinetik von Diclofenac ist beim Menschen entweder überhaupt nicht oder nur in geringem Ausmaß von Cyp2C9-Aminosäurenpolymorphismen abhängig. Möglicherweise sind die Auswirkungen der Cyp2C9-Aminosäurenvarianten substratabhängig, oder es ist in vivo ein anderes Enzym als Cyp2C9 verantwortlich für die Bildung von 4’-OH-Diclofenac. Im Unterschied dazu hing die Pharmakokinetik von razemischem und von S-Ibuprofen vom Cyp2C9 *3-Polymorphismus ab. Die Bildung von Tx B2 (Cox-1) hing signifikant von Cyp2C9 *3-Polymorphismus ab, derselbe Trend ließ sich auch für Pg E2 (Cox-2) beobachten. Die eingeschränkte Clearance von S-Ibuprofen, die mit einer erhöhten pharmakodynamischen Aktivität einhergeht, legt nahe, dass Träger des Allels Cyp2C9*3 ein höheres Risiko tragen, nach Einnahme einer oralen Standarddosis unerwünschte Nebenwirkungen zu erleiden. / Consequences of genetic polymorphisms in Cytochrome P450 2C9 for pharmacokinetics and effects of Diclofenac and Ibuprofen. Cytochrome-P450 2C9 is considered to catalyse the 4’-hydroxylation of the nonsteroidal analgesic drug diclofenac and the hydroxylation of S-ibuprofen in humans. There are two variants of Cyp2C9. Their impact on diclofenac/ ibuprofen pharmacokinetics and on the inhibition of cyclooxygenases 1 and 2 was studied in 21 healthy volunteers with all combinations of the Cyp2C9 variants *2 and *3. Blood concentrations of diclofenac/ racemic ibuprofen (and of S-ibuprofen and R-ibuprofen) were measured by HPLC. Thromboxane B2 and prostaglandin E2 were measured with use of an enzyme immunoassay. There was no evidence of impaired metabolism of diclofenac in heterozygous and homozygous carriers of the Cyp2C9 alleles *2 and *3 compared to the wildtype. Furthermore, plasma concentrations of the metabolite 4’-OH-diclofenac were not lower in carriers of Cyp2C9*2 and *3. Marked diclofenac mediated inhibition of Cox-1- and Cox-2 activity was detected in all individuals without any Cyp2C9 genotype dependent differences. Even though several in vitro studies identified Cyp2C9 as the metabolising enzyme, Diclofenac pharmacokinetics in humans is either not or only to a minor extend dependent on the Cyp2C9 amino acid polymorphisms. It may be that the Cyp2C9 amino acid variants have differential effects depending on the substrates. Alternatively, an enzyme other than Cyp2C9 may be responsible for 4’-OH-Diclofenac formation in vivo.In contrast, the pharmacokinetics of racemic and of S-ibuprofen depended on the Cyp2C9 *3-polymorphism. The Cyp2C9 variant *2 exhibited no significant effect. Formation of Tx B2 (cox-1) depended significantly on the Cyp2C9 polymorphism, the same trend was observed for Pg E2 (cox-2). The reduced S-ibuprofen total clearance accompanied by increased pharmacodynamic activity indicates an increased risk for carriers of Cyp2C9*3 to suffer from adverse effects after intake of a standard oral dose.

Die Verwendung von Cyclodextrinen (CDen) als Hilfsstoffe zur topischen Anwendung in der Ophthalmologie hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei steht die Verbesserung der Wasserlöslichkeit schwerlöslicher Arzneistoffe, die Modifizierung der Bioverfügbarkeit sowie die Verminderung okularer Reizungen im Vordergrund. Diese Arbeit untersuchte die corneale In-vitro-Permeation von Betarezeptorenblockern (partiell mit Pilocarpin kombiniert) im Zusammenhang mit alpha-CD und den hydroxypropylierten (HP) alpha-, beta- bzw. gamma-CD-Derivaten. Der Zusatz von CDen führte teilweise zu einer signifikanten Veränderung der Permeationsparameter, verglichen mit denjenigen der CDfreien Lösungen. Weiterhin wurden das schwerlösliche Prodrug Mycophenolatmofetil (MMF) und die aktive Wirksubstanz Mycophenolsäure (MPA) mit HP-beta-CD in Lösung gebracht und anschließend die Wirkstoffverteilung im Kaninchenauge in vivo bestimmt. Im Vergleich zu einer MMF-Suspension waren die MPA-Spiegel in Cornea und Kammerwasser nach 60 min für die HP-beta-CD-haltige MMF-Lösung deutlich erhöht. Ferner wurden für die neuen, extrem schwer wasserlöslichen Selektiven Glucocorticoid-rezeptoragonisten (SEGRA) - ZK 216771 und ZK 247756 - innovative Augentropfen-formulierungen entwickelt. So wurde ZK 216771 mit Ethanol und HP-gamma-CD in Lösung gebracht und für ZK 247756 eine HP-gamma-CDhaltige Mikroemulsion entwickelt. In beiden Fällen war ein spezielles Herstellungsverfahren erforderlich. ZK 247756 konnte auf diese Weise nach Keratoplastik bei Ratten erfolgreich angewendet werden (signifikante Verlängerung der Transplantatüberlebenszeit im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrollgruppe bzw. Vehikelgruppe). / In the past years, cyclodextrins (CDs) became more and more an important excipient for drug formulations. The main use of CDs in ophthalmic drug delivery is to increase the water solubility of lipophilic drugs, to modify drug bioavailability and to reduce ocular irritation. In the present study, the corneal permeability of different betablockers (in part combined with pilocarpine) in the presence of alpha-CD and hydroxypropylated (HP) alpha-, beta- and gamma-CD was examined. Addition of CDs often led to significant changes in permeation parameters, compared to CD-free solutions. The prodrug mycophenolate mofetil and its active drug mycophenolic acid (MPA) were solubilized by HP-beta-CD. The intraocular availability of these solutions was studied in the rabbit eye in vivo in comparison to a MMF-suspension. Applying MMF/HP-beta-CD-solution, the MPA level in cornea and aqueous humour (after 60 min) turned out to be significant higher than those of the MMF-suspension. In addition, for the extremely low soluble selective glucocorticoidreceptor agonists (SEGRA) - ZK 216771 and ZK 247756 - innovative drug formulations were developed. ZK 216771 was solubilized with ethanol and HP-gamma-CD in buffer. A microemulsion, containing also HP-gamma-CD, served as vehicle for ZK 247756. For both formulations, a special manufacturing process was required. In this way, ZK 247756 could be applied in rabbits after corneal transplantation. Topical application of this formulation was highly effective in prolonging the mean survival time of corneal grafts as compared to untreated controls or animals that received the vehicle only.