In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass enzymresponsive Peptid-Poly(ethylenglycol)-Konjugate (Peptid-PEG-Konjugate) effizient biotransformiert und proteinresistente Beschichtungen ausbilden können. Die oberflächenspezifische Haftung eines linearen Biokonjugates auf Basis einer literaturbekannten Adhäsionsdomäne für Titandioxid-Oberflächen wurde durch Verlängerung mit einer proteolytisch spaltbaren Erkennungssequenz und einer Suppressionsdomäne temporär unterbunden. Aus einer Serie unterschiedlich modifizierter Biokonjugate wurde eine anionische Suppressionsdomäne als besonders leistungsfähige haftungsunterdrückende Einheit identifiziert. Die Prozessierung des nicht-bindenden Vorläufers mit einer spezifischen Cysteinprotease hervorgehend aus dem Tabakätzvirus (TEV Protease) bewirkte die Abtrennung der eingeführten Modifikation. Durch die Biotransformation wurden die Haftungseigenschaften der polymergebundenen Adhäsionsdomäne zurückgebildet. Das aktivierte Biokonjugat ermöglichte die nicht-kovalente PEGylierung der Metalloxid-Oberfläche. Das Konzept wurde auf divalente Peptid-PEG-Konjugate unter Verwendung verzweigter Adhäsionsdomänen und verlängerter Suppressionsdomänen übertragen. Die proteolytisch aktivierte Dimer-Beschichtung zeigte eine erhöhte Stabilität im Vergleich zum linearen Biokonjugat und demonstrierte vielversprechende Antifouling-Eigenschaften gegenüber der unspezifischen Adsorption eines Modellproteins für Serumproteine des menschlichen Blutes auf Titandioxid-Oberflächen. / The present thesis has shown that enzyme-responsive peptide-poly(ethylene glycol) (peptide-PEG) conjugates can be efficiently biotransformed to create protein-resistant coatings. The surface-specific adsorption of a linear bioconjugate is temporarily suppressed by extending a titanium dioxide adhesion domain known from literature with a proteolytically cleavable recognition site and a suitable interfering domain. From a series of differently modified bioconjugates, an anionic interfering domain was identified as particularly effective to suppress adhesive functions. The enzymatic processing of the non-binding precursor with a specific cysteine protease derived from tobacco etch virus (TEV protease) resulted in the separation of the introduced modification. The adhesive properties of the polymer-bound binding sequence were reproduced by the biotransformation process. The activated bioconjugate allowed the non-covalent PEGylation of the metal oxide surface. The concept was applied to divalent peptide-PEG conjugates using branched adhesion domains and extended interfering domains. The proteolytically activated dimer coating showed increased stability against dilution compared to the linear bioconjugate and demonstrated promising antifouling properties against the non-specific adsorption of a model protein for human blood serum proteins to titanium dioxide surfaces.

Die chemische Zusammensetzung pharmazeutisch verwendeter Gläser (Ampullen, Infusionsglas, Fertigspritzenbehältnisse) wurde mit Laser-Ablation-ICP-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS) untersucht. Dazu kam ein Nd:YAG-Laser mit einer Frequenz von 10 Hz im q-switch mode mit der Grundwellenlänge sowie der 4. Harmonischen (1064 und 266 nm) zum Einsatz. Ziel war die Identifizierung verschiedener Arten pharmazeutisch eingesetzter Gläser. Folgende Isotope wurden zur Charakterisierung bestimmt: 7Li, 11B, 23Na, 24Mg, 27Al, 28Si, 29Si, 30Si, 39K, 42Ca, 47Ti, 57Fe, 90Zr, 121Sb, 137Ba. Die quantitativen Ergebnisse zeigten relative Standardabweichungen von 1.8 % bis 8.0 %. Die Normierung der Daten erfolgte unter Bezug auf 29Si. Mit Referenzmaterial verschiedener Zusammensetzung (Natron-Kalk-Glas, Borosilikatglas und Bleiglas) wurden externe Mehrpunktkalibrationen erstellt. Für alle gemessenen Isotope konnten lineare Kalibrierfunktionen festgestellt werden. Die Richtigkeit des Verfahrens wurde durch Aufschluß des Standardmaterials wie auch der untersuchten Proben mit Flußsäure/Salpetersäure und Messung der Aufschlußlösungen nach externer Kalibration durch Multielement-Standards gezeigt. Aufschluß- und Laserablation-Ergebnisse zeigten gute Übereinstimmung und wichen um bis zu 8 % voneinander ab. Zur Prüfung repräsentativer Ablation der Proben wurden die Isotopenverhältnisse bestimmt. Auch hier zeigte sich eine ausreichende Übereinstimmung mit den theoretischen Werten. Weiterhin wurden Präzision, Empfindlichkeit, Selektivität, Nachweisgrenze, Bestimmungsgrenze und Robustheit des Verfahrens bestimmt. Im Unterschied zu den Ergebnissen unter der Grundwellenlänge führte die Verwendung der Laserwellenlänge 266 nm zu keinen signifikanten Verbesserungen der Resultate. Die Aufnahme transienter Signale sollte zur Erkennung von Elementverteilungen in Glasoberflächen dienen. Am Beispiel eines Natron-Kalk-Glases wurden in einzelnen Schichten verschiedene Elementkonzentrationen festgestellt. Weiterhin konnten mit dieser Technik Glasampullen erkannt werden, deren Oberflächen durch ein Silikonisierungsverfahren vergütet waren. Zum Abschluß der Untersuchungen wurde versucht, auf Grundlage der unnormierten Intensitätsdaten der LA-Messungen Gläser zu klassifizieren. Hierzu wurde die lineare Diskriminanzanalyse eingesetzt, mit deren Hilfe nach Variablenreduktion (8 von 13 Isotopen) alle eingesetzten Glasarten korrekt identifiziert werden konnten. Durch das entwickelte und validierte LA-ICP-MS-Verfahren steht eine leistungsfähige Technik zur quantitativen Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Gläsern sowie zur Identifizierung der jeweiligen Glassorte zur Verfügung. / The chemical composition of pharmaceutical glasses (ampoules, infusion bottles, plunger) has been determined by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). A Nd:YAG laser with 10 Hz repetition rate in the q-switch mode at its fundamental wavelength and its 4th harmonic (1064 and 266 nm) was used to identify common types of pharmaceutical glasses. The following isotopes were used for measurements: 7Li, 11B, 23Na, 24Mg, 27Al, 28Si, 29Si, 30Si, 39K, 42Ca, 47Ti, 57Fe, 90Zr, 121Sb, 137Ba. Relative standard deviations between 1.8 % and 8.0 % of the quantitative results were obtained. 29Si was used as internal standard. Standard reference materials (soda-lime-, lead- and borosilicate glasses) were used for external calibration of laser sampling. Linear calibration functions for each isotope were found. The accuracy was determined by digestion of all samples and standard materials in a two-step-procedure by nitric/fluoric acid, measurement and external calibration by ICP-MS with multi-elemental standard solutions. Digestion and laser ablation results agreed within 8 % with the certified values. The proof of representative ablation was given by sufficient agreement of intensity ratios of most isotopes with the corresponding theoretical values. Further precision, sensititivity, selectivity, limit of detection, limit of quantitation and robustness were determined. In contrast to the fundamental wavelength the laserablation technique with 266 nm showed no significant improvement in the quality of the results. By measuring transient signals element concentrations of surface layers should be detected. Differing concentrations could be determined in soda-lime-glass samples. Also different surface-treated borosilicate-glass ampoules were examined by this method. Silicon-treated glass surfaces could be identified. Finally raw data of LA measurements were used for applying linear discriminant analysis. After reduction of the used variables (8 of 13 isotopes) all types of glasses could be distinguished only by their intensity data of LA measurements. The developed LA-ICP-MS method is a powerful technique to distinguish different types of pharmaceutical glasses and to examine their chemical composition.

Les neurotoxiques organophosphorés (NOP) sont extrêmement toxiques et peu volatils. Dans des conditions normales de température et de pression, ils peuvent pénétrer rapidement la peau sous forme liquide et exercer leurs effets délétères. En milieu civil ou militaire, leur utilisation potentielle est toujours redoutée. Le développement de dispositifs de protection cutanée vis-à-vis de ces agents est donc d’un intérêt majeur pour les armées et la sécurité civile. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail ont été de formuler et évaluer la stabilité et l’efficacité de topiques protecteurs cutanés (TP) vis-à-vis des NOP. Le premier objectif a consisté à mettre au point des TP de compositions et de formes galéniques différentes (émulsions, gels) puis à valider leurs stabilités physicochimiques. Cent trente TP ont été formulés et 30 ont montré une stabilité physicochimique satisfaisante. Le second objectif a été d’évaluer l’efficacité des TP les plus prometteurs vis-à-vis des composés organophosphorés. Actuellement il n’existe pas de standardisation de ce type d’étude. Par conséquent, l’utilisation de plusieurs tests in vitro et in vivo (membranes biologiques ou synthétiques, NOP ou simili), dont la pertinence et la fiabilité ont été déterminées, nous a permis d’établir une logique de criblage pour l’évaluation de l’efficacité des TP. Parmi les 13 formulations testées, les résultats ont montré qu’un gel hydro-alcoolique apporte une protection cutanée significative et supérieure aux produits de référence testés vis-à-vis du VX, un NOP d’intérêt / Prevention of exposure to the neurotoxic organophosphorus compounds (OP) that are quickly absorbed in the skin is a major concern both for pesticide users and soldiers. Skin barrier creams are being developed to complement or replace uncomfortable chemical protective suits. The objectives of this work were to formulate and assess physicochemical stability and protective efficacy of topical skin protectant (TSP) against OP compounds. The first objective was to formulate several different TSP (emulsions, gel) and validate their physicochemical stability.The second objective was to determine the consistency of results from in vitro tests and the importance of the formulation composition in the skin protective efficacy. Quick evaluation of formulations efficacy mainly relies on in vitro tests which lead to consistent, complementary and relevant results. Our results indicated that the least effective formulations could be quickly identified by performing in vitro permeation tests with silicone membrane and by evaluating interfacial interactions between formulations and OP. We showed that a hydrogel containing specific hydrophilic polymers was by far the most effective of the formulations evaluated against VX, OP compounds, skin permeation in vitro

In dieser Arbeit wurden ungesättigte Vinyl- und Ethynylphosphonothiolate hergestellt und als Linker für Cystein-selektive Proteinmodifikationen verwendet. Zunächst wurde, ausgehend von ungesättigten Phosphoniten und elektrophilen Disulfiden als Startmaterialien, eine Syntheseroute zur Herstellung von ungesättigten Phosphonothiolaten entwickelt. Die hohe Chemoselektivität dieser Reaktion ermöglichte die Einführung von Vinylphosphonothiolaten auf ungeschützten Modellpeptiden und dem Protein Ubiquitin. Es konnte gezeigt werden, dass ungesättigte Phosphonothiolate unter neutralen bis leicht basischen Bedingungen selektiv mit Thiolen reagieren und sich daher als Linker für Cystein-selektive Proteinmodifikationen eignen. Die Vielseitigkeit der hier entwickelten Biokonjugationsmethode wurde in drei Anwendungen demonstriert. Ausgehend von dem Vinylphoshonothiolat-modifizierten Ubiquitin konnten homogene Ubiquitin-Protein-Konjugate erzeugt werden; zum einen ein nicht hydrolysierbares Diubiquitin-Konjugat und zum anderen ein Ubiquitin-α–Synuclein-Konjugat. Des Weiteren wurden ungesättigte Phosphonothiolate als Linker in Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten getestet. Hier zeigte sich, dass insbesondere Vinylphosphonothiolat-Linker Potential zur Herstellung von stabilen Antikörper-Konjugaten aufweisen. Schließlich wurden Vinylphosphonothiolate als Linker verwendet, um sowohl Chaperon-bindende Antikörper als auch Deubiquitinasen (DUBs) mit photoreaktiven Crosslinkern auszustatten um damit dynamische Protein-Interaktionen zu untersuchen. Insgesamt ermöglicht das hier entwickelte Verfahren die chemoselektive Umwandlung von elektrophilen Disulfiden in elektrophile Vinyl- und Ethynylphosphonothiolate, wodurch Reaktivität für eine Thioladdition induziert wird. Dadurch können zwei komplexe, thiolhaltige Moleküle selektiv konjugiert werden, was insbesondere für die Herstellung von homogen modifizierten Peptid- und Proteinkonjugaten von Bedeutung ist. / In this work, unsaturated vinyl- and ethynylphosphonothiolates were synthesised and used as linkers for cysteine-selective protein modifications. First, a synthetic route for the generation of unsaturated phosphonothiolates was developed, using unsaturated phosphonites and electrophilic disulfides as starting materials. The high chemoselectivity of this reaction enabled the introduction of vinylphosphonothiolates on unprotected model peptides and the protein ubiquitin. It could then be shown that unsaturated phosphonothiolates react selectively with thiols under neutral to slightly basic conditions and are therefore suitable as linkers for cysteine-selective protein modifications. The versatility of the herein developed bioconjugation method was demonstrated in three applications. First, starting from the vinylphosphonothiolate-modified ubiquitin, homogeneous ubiquitin-protein conjugates could be generated, in particular a non-hydrolyzable diubiquitin conjugate and a ubiquitin-α-synuclein conjugate. Second, the suitability of unsaturated phosphonothiolates as linkers for the generation of stable antibody-drug conjugates was tested. Vinylphosphonothiolate linkers thereby showed potential to produce stable antibody conjugates. Finally, vinylphosphonothiolates were used as linkers to conjugate both chaperone-binding antibodies and deubiquitinases (DUBs) to photo-reactive crosslinkers in order to investigate dynamic protein interactions. Overall, the herein developed methodology enables the chemoselective conversion of electrophilic disulfides into electrophilic vinyl- and ethynylphosphonothiolates, which in turn react selectively with thiols. As a result, two complex, thiol-containing molecules can be selectively conjugated, which is particularly important for the production of homogeneously modified peptide and protein conjugates.

In dieser Arbeit wurden die beiden Membranen Schweinekornea und Rindernasenmukosa hinsichtlich ihrer Permeabilität für den lipophilen Arzneistoff Androstendion (AD), der sowohl zur ophthalmologischen Anwendung als auch für die nasale Applikation mit systemischer Wirkung von Interesse ist, verglichen. Zusätzlich wurden identische Versuche mit der synthetischen Membran, Nephrophan(r), durchgeführt. Neben der gepufferten Arzneistofflösung, für die aufgrund des differenzierten Membranaufbaus Permeationskoeffizienten (Peff) für AD im Verhältnis von 3:1:4 (Mukosa : Kornea : Nephrophan(r)) resultierten, standen zwei entwickelte wasserkontinuierliche, nicht-ionische Mikroemulsionen (ME) und ihre Einzelkomponenten als Trägerformulierungen bei den Permeationsstudien im Vordergrund. Darüber hinaus wurde ein ME-System mit einem kationischen Kotensid entwickelt, charakterisiert und in die Untersuchungen einbezogen. Die getesteten Trägerformulierungen führten an den einzelnen Membranen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Um auch den "hydrophilen Permeationsweg" einzuschließen, wurde parallel Fluorescein-Na (FSC) als hydrophile Modellsubstanz getestet. Als mögliche Ursache für diese differenzierten Ergebnisse wurde ein Einfluss der Additiva und Formulierungen auf das Verteilungsverhalten des lipophilen AD zwischen Donatorlösung und Membran in Betracht gezogen und daher in einem weiteren Versuchsblock die Penetrationsrate untersucht. Darüber hinaus wurde parallel dazu der metabolische Abbau, den AD während des Membrandurchtritts durch die vorhandenen Enzyme erfahren kann, berücksichtigt. Die Resultate zeigten Übereinstimmung mit den Permeationsergebnissen indem die Additiva und Formulierungen die Penetration in das Gewebe und den Metabolismus mehr oder weniger herabsetzten. Zur Charakterisierung der systemischen Verfügbarkeit von AD nach nasaler Applikation wurden im Anschluss an die Permeations- und Penetrationsversuche In-vivo-Studien an Kaninchen durchgeführt, die hier allerdings lediglich mit orientierendem Charakter einbezogen werden konnten. Um schließlich die Verhältnisse am Auge bzw. den mehrschichtigen Tränenfilm hinsichtlich einer Applikation der ME-Systeme modellhaft zu simulieren, wurden biophysikalische Untersuchungen in einem Langmuir-Trog mit Meibom''schen Drüsensekret als Oberflächenfilm durchgeführt, die über mögliche Interaktionen der Formulierungen bzw. ihrer Bestandteile mit der Tränenlipidschicht des Auges Auskunft geben sollten. Hier zeigten sich günstige Einflüsse der ME auf die Tränenlipidschicht, die vor allem bei einer Anwendung der ME bei Trockenem Auge von Vorteil sein können. / In these studies in vitro permeability of porcine cornea and bovine nasal mucosa was investigated and compared to each other using the lipophilic drug androstenedione (AD), which is of interest for ocular use as well as nasal, systemical administration. Additionally, the artificial membrane, Nephrophan(r), was used for identical investigations. Because of the differentiated membrane structure AD-permeation behaviour out of buffer solution resulted in a ratio of permeability coefficients (Peff) of 3:1:4 (nasal mucosa : cornea : Nephrophan(r)). Furthermore, two water-continuous, non-ionic microemulsions (ME) and their isolated components were investigated as carrier formulations. Additionally, a new ME containing a cationic co-surfactant was developed, characterized and included in the permeability studies as well. Permeation out of these carrier formulations also resulted in different Peff in case of all tissues. For including studies of the hydrophilic transport way flourescein-sodium (FSC) was investigated as well representing a hydrophilic model substance. Influence of the additives and formulations on the partition behaviour of AD between membrane and donor solution was considered to partially cause these results. Therefore, penetration of AD was investigated together with the metabolic conversion of AD caused by enzymes located in the biological membranes. The additives and formulations decreased penetration into the tissue as well as metabolism of the drug. These findings corresponded with and could therefore explain the results of the permeability studies to some extend. For characterizing systemical availability of AD after nasal administration and improving the results of the permeability and penetration investigations in vivo studies using rabbits were carried out. However, these studies could give but marginal information and therefore be incorporated for orientation only. Furthermore, biophysical investigations were carried out using a Langmuir trough with Meibomian gland secrete (MGS) as the surface layer in order to simulate the multiple layer tear film. These studies were supposed to give some information about interactions between the ME or their isolated components, respectively, and the lipid layer of the tear film, regarding ocular administration of these formulations. The results showed suitable influence of the ME on the MGS, which can especially be advantageous for a use in Dry eye syndrome.

Inspiriert durch natürliche Grenzflächenproteine in Knochen wurden bifunktionale Biokonjugate für verschiedene Grenzflächenstabilisierungen genutzt. In einem kombinatorischen Ansatz wurden materialspezifische Peptid-block-Polyethylenglycol-Konjugate eingesetzt, um die Grenzflächen von Nanopartikeln in Lösung sowie in Polymerkompositen zu stabilisieren. Dazu wurden biokombinatorisch ausgewählte Peptid-Sequenzen mit einer Affinität für MgF2-Oberflächen in Form eines MgF2-bindenden Konjugats (MBC) synthetisiert, welches die materialaffine Bindung der monodispersen Peptid-Domäne mit der zusätzlichen Funktion des synthetischen Polymer-Blocks verbindet. Aus detaillierten Untersuchungen der Bindungseigenschaften von MBC und davon abgeleiteten Konjugaten mit variierten Peptidarchitekturen bzw. Polymer-Blocklängen bei verschiedenen Inkubationsbedingungen ging hervor, dass das sequenzspezifisch bindende MBC das Potenzial zur Stabilisierung von MgF2-Nanopartikeln hat. Das Konjugat verhinderte die Agglomeration der Partikel und ermöglichte im Gegensatz zu etablierten Stabilisatoren die vollständige Redispergierbarkeit sogar nach Eintrocknung. Die Stabilisierung in Lösung wurde auf die Kompatibilisierung von Partikeln in Polycaprolacton (PCL)-Kompositen übertragen, in denen das grenzflächenaktive MBC die Materialeigenschaften von bioabbaubaren PCL/MgF2-Kompositen optimierte. Die Grenzflächenstabilisierung führte zur gleichzeitigen Erhöhung der Steifigkeit und der Zähigkeit der Materialien bis in den Bereich natürlicher Knochen. Durch die gemeinsame Zugabe von MBC-kompatibilisiertem MgF2 und Hyxdroxylapatit zu PCL wurde ein bioaktives Material geschaffen, das nachweislich die osteogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen und die Mineralisierung von neuem Knochengewebe unterstützte. Damit stellt es ein vielversprechendes Komposit für die Regeneration von Knochengewebe und weitere Anwendungen dar. / Inspired by natural interface proteins in bone, bifunctional bioconjugates were exploited for different interface stabilization applications. The interfaces of nanoparticles both in solution and in polymeric composites were stabilized by combinatorially selected, material specific peptide-polymer conjugates. Peptide sequences showing affinity to MgF2 particle surfaces were selected from a phage display library and translated into a MgF2-binding peptide-block-poly(ethylene glycol) conjugate (MBC). The MBC combined the material-affine binding of the monodisperse peptide domain with an additional function of a synthetic polymer block. Detailed studies of the binding properties of MBC and congeneric conjugates with other peptide architectures or different polymer block lengths, as well as varied incubation conditions revealed the potential of the sequence-specific MBC to stabilize MgF2 nanoparticles in solution. The conjugate inhibited the agglomeration of the particles. In contrast to established stabilizers, it enabled fully redispersable nanoparticles even after complete drying. The stabilization approach in solution was expanded to the compatibilization of the particles in polycaprolactone (PCL) composites. Inspired by the structure of highly specific interface proteins, MBC optimized the material properties of biodegradable PCL/MgF2 composites. Additionally, the interface stabilization simultaneously increased both the stiffness and the toughness of the composites up to the range of natural bone. The addition of hydroxyapatite alongside MBC-compatibilized MgF2 to PCL created a bioactive material that showed enhanced osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells and the mineralization of new bone tissue. Therefore, a mechanically reinforced, osteoinductive material was prepared showing high potential in extensive in vitro studies for biomedical applications such as guided bone regeneration, yet not limited to that.

Text in Afrikaans / Die Nimsiede het gedurende die laat 9de en vroeë 8ste eeue oor Israel geregeer. Psalm 15 is waarskynlik gedurende die 8ste eeu, tydens die regering van koning Jerobeam II geskryf. ’n Mondelinge tradisie het in die tyd van die Omriede ontstaan en is gedurende die Nimsiede-periode voortgesit . Psalm 15 reflekteer iets van die sosio-ekonomiese konteks van hierdie tydperk. ’n Analise word gedoen om ’n moontlike verbinding met die regering van die Nimsiede te bevestig. ’n Analise word ook gedoen van die emosies wat in die psalm uitdrukking vind. / Old Testament and Ancient Near Eastern Studies / M. Th. (Old Testament)

In der vorliegenden Arbeit wird eine modulare Reaktionssequenz von zwei aufeinanderfolgenden chemoselektiven Umwandlungen vorgestellt: Es wird gezeigt, dass Vinyl- und Ethynylphosphonamidate chemoselektiv mit Cysteinen von Proteinen und Antikörpern reagieren. Weiterhin wird gezeigt, dass elektrophile Phosphonamidate durch eine vorhergehende chemoselektive Staudinger-Phosphonit Reaktion zwischen Aziden und ungesättigten Phosphoniten in das gewünschte Molekül eingebaut werden können. Hierbei wird ein elektronenreiches Phosphonit in ein elektronenarmes Phosphonamidat umgewandelt, welches somit für die nachfolgende Thiol-Addition aktiviert wird. Die beschriebene Methode erweitert das bestehende Repertoire von Biokonjugationen durch die Einführung eines neuen Konzepts: Eine chemoleselektive Reaktion, die Reaktivität für eine nachfolgende Biokonjugation induziert. Da Phosphonamidat-Konjugationen an Cysteine herausragende Eigenschaften, wie hohe Selektivität für Cysteine, saubere Reaktionsprodukte und eine hervorragende Stabilität mitbringen, wird im zweiten Teil beschrieben wie Phosphonamidate für die Anbindung von zytotoxischen Wirkstoffen an tumor-bindende Antikörper genutzt werden können um Antikörper-Wirkstoff-Konjugate (ADCs) herzustellen. Ein einfaches Syntheseprotokoll für die Herstellung, ausgehend von einem nicht gentechnisch veränderten Antikörper mit nur geringen Überschüssen des Wirkstoffs wird vorgestellt. Phosphonamidat-verbundene ADCs zeigen im direkten Vergleichen zum zugelassenen, Maleimid-verbundenen Adcetris überlegende Eigenschaften, wie eine erhöhte Stabilität in Serum und eine erhöhte in vivo Wirksamkeit in einem Tumor Mausmodel. Zusammenfassend verbindet die hier vorgestellte Methode einen einfachen synthetischen Zugang mit hoher Selektivität, überragender Konjugat-Stabilität und der Möglichkeit hochwirksame Wirkstoffkonjugate herzustellen und wird daher aller Voraussicht nach einen großen Beitrag zum Gebiet der zielgerichteten Therapie leisten. / The present work introduces a modular reaction sequence of two chemoselective manipulations in a row. It is shown that vinyl- and ethynylphosphonamidates react selectively with cysteine residues on proteins and antibodies. Most importantly, those electrophilic phosphonamidates can be incorporated into a given molecule in another preceding chemoselective Staudinger-phosphonite reaction (SPhR) from unsaturated phosphonites and azides. During this reaction, an electron-rich phosphonite is transformed into an electron-deficient phosphonamidate that is thereby activated for the subsequent thiol addition. The described technique thereby extends the existing repertoire of bioconjugations by introducing a new concept in protein synthesis: A chemoselective reaction that induces reactivity for a subsequent bioconjugation. Since phosphonamidate conjugations to cysteine hold outstanding features such as high selectivity for cysteine, clean reaction products and excellent stability of the protein adducts in biological environments, it is described in the second part of the present work how ethynylphosphonamidates can be employed for the conjunction of tumor-sensing antibodies and cytotoxic drugs to generate Antibody-Drug-Conjugates (ADCs). A simple synthetic protocol starting from unengineered antibodies, using only a slight excess of the desired drug in a one-pot synthesis protocol is introduced. In a direct comparison to the maleimide containing FDA-approved Adcetris, phosphonamidate linked ADCs show a superior behaviour in terms of linkage stability in serum, combined with an increased in vivo efficacy in a tumor xenograft mouse model. Taken together, the method described herein combines simple synthetic access with high selectivity, superior conjugate stability and the possibility to synthesize highly efficacious drug conjugates and is therefore likely to have a great contribution to the field of targeted therapeutics.

In dieser Arbeit, wurden Endozytose und intrazellulären Transportwegen für zwei verschiedene biologisch relevante Nanopartikel (dendritisch Polyglycerolsulfat (dPGS-np) und Polyethylenimin beschichtete Goldnanopartikel (PEI-np)) mit Kryo-Röntgentomographie untersucht. Diese Untersuchungen zeigten, beide Nanopartikeln über Makropinozytose endozytiert werden und dass die meisten Nanopartikel in Endosomen, multivesikulären Körpern und Lysosomen lokalisiert sind. Trotz dieser Ähnlichkeiten im Verhalten beider Partikel gab es auch Unterschiede die zeigten. Im Gegensatz zu PEI-np, wurden einige dPGS-np in Lipidtröpfchen gefunden. Weiterhin verursachen die PEI-np bei einer Konzentration von 0,13 nM ein Zerplatzen von Lysosomen in erheblichem Ausmaß wodurch die Nanopartikel in das Zytoplasma entweichen und teilweise in den Zellkern eindringen. Im Unterschied dazu konnte kein Nachweis für ein Zerplatzen von Lysosomen durch dPGS-np erbracht werde. Interessanterweise wurde ein Wechsel des Endocytose-Weges von der Makropinozytose zu einer mutmaßlichen Caveolae-vermittelten Endozytose beobachtet, wenn die PEI-np-Konzentration um das Zehnfache reduziert wurde. Unter diesen Bedingungen induzierten PEI-np kein Zerplatzen von Lysosomen mehr. Das Ausbleiben von zerplatzten Lysosomen bei dieser niedrigeren Konzentration korreliert mit einer verringerten Zellschädigung und hat somit wichtige Auswirkungen auf die Verwendung von PEI beim Gentransfer. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass beide Nanopartikelarten eine bisher nicht beobachtete umfassende zytoplasmatische Veränderungen in den Zellen induzierten. Insbesondere wurden nach der Inkubation mit beiden Diese zytoplasmatischen Veränderungen könnten wichtige physiologische Veränderungen widerspiegeln, jedoch ist hierzu zusätzliche Forschung erforderlich. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass das Verhalten biologisch relevanter Nanopartikel in Zukunft vorhersehbarer werden kann durch weitere systematische Studien. / In this thesis, the endocytosis and trafficking pathways of two different biologically relevant nanoparticles, namely dendritic polyglycerol sulfate coated gold nanoparticles (dPGS-np) and polyethyleneimine coated gold nanoparticles (PEI-np) were investigated via cryo soft X-ray tomography. Both nanoparticles were found to be endocytosed predominantly via macropinocytosis, and most nanoparticles became localized to endosomes, multivesicular bodies and lysosomes. Despite these similarities in trafficking, there were also key differences. Some dPGS-np were found in lipid droplets but no PEI nanoparticles were found in this compartment. At a concentration of 0.13 nM, PEI-np were observed to induce extensive rupture of lysosomes, leading to significant levels of cytoplasmic escape and nuclear entry. In contrast, no evidence for lysosomal rupture with dPGS-np was detected, and concomitantly very low levels of cytoplasmic escape and no nuclear entry were found. Interestingly, when the PEI-np concentration was reduced by ten-fold, a switch in the endocytosis pathway from macropinocytosis to a putative caveolae-mediated endocytosis was observed. Importantly, under these conditions, PEI nanoparticles no longer induced lysosomal rupture. This lack of lysosomal rupture at the lower concentration was correlated with reduced cellular damage, and so has important implications for use of PEI in gene delivery. Most surprisingly, both nanoparticle types were found to induce similar global cytoplasmic alterations in the cells. These cytoplasmic alterations could reflect important physiological changes, but further work is required to determine this. Our observations suggest that the behavior of biologically relevant nanoparticles might become more predictable in the future by further application of systematic studies.