Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Datum laatste controle: 12-11-1996. Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Il a été suggéré que les Desulfovibrio, qui sont des bactéries anaérobies sulfato-réductrices, pourraient être impliqués dans les parodontites. Nous avons évalué le pouvoir invasif de Desulfovibrio vis-à-vis de cellules épithéliales et leur capacité à induire la production de cytokines par ces cellules. Nous avons montré que Desulfovibrio desulfuricans et Desulfovibrio fairfieldensis sont capables d'envahir et de se multiplier dans les cellules épithéliales buccales (cellules KB). La localisation intracytoplasmique de ces deux bactéries a été confirmée par microscopie confocale et électronique à transmission. L'internalisation de ces souches était dépendante de la polymérisation des microtubules mais pas de celle de l'actine. L'infection avec Desulfovibrio était responsable d'une augmentation de la production d'IL-6 et d'IL-8 par les cellules KB. La capacité de D. desulfuricans et de D. fairfieldensis à survivre dans les cellules épithéliales et à moduler leur réponse immunitaire pourrait contribuer au développement des maladies parodontales. Desulfovibrio ainsi que d'autres parodontopathogènes peuvent produire des ß-lactamases et sont capables d'envahir les cellules épithéliales. Il a été suggéré que l'hydrolyse de l'amoxicilline pourrait être évitée grâce à l'utilisation d'un complexe amoxicilline-ß-cyclodextrine (ßCD) et que la diffusion intracellulaire d'agents antimicrobiens pourrait être améliorée après complexation avec des ßCD. Un complexe stable amoxicilline-ßCD, caractérisé après analyse spectrale et thermique, n'a ni amélioré l'activité de l'amoxicilline vis-à-vis de souches produisant des ß-lactamases ni augmenté la diffusion intracellulaire de ce composé. / It has been suggested that Desulfovibrio, which are sulfate-reducing anaerobic bacteria, may be involved in periodontitis. We investigated the capacity of Desulfovibrio to invade epithelial cells and induce cytokine secretion from these cells. We showed that Desulfovibrio desulfuricans and Desulfovibrio fairfieldensis were able to invade and to multiply within oral epithelial cells (KB cells). Intracytoplasmic location of both bacteria was confirmed by confocal laser scanning and transmission microscopy. Invasion of these strains involved microtubule but not microfilament polymerization. Infection by Desulfovibrio resulted in an increase of the production of IL-6 and IL-8 by KB cells. The ability of D. desulfuricans and D. fairfieldensis to survive within oral epithelial cells and to modulate the epithelial immune response may contribute to the initiation and progression of periodontal diseases. Desulfovibrio as well as other periodontopathogens may produce ß-lactamases and have the capacity to invade epithelial cells. It has been suggested that the hydrolysis of amoxicillin might be prevented by using an amoxicillin-ß-cyclodextrin (ßCD) complex and that intracellular diffusion of antimicrobial agents might be enhanced after complexation with ßCDs. A stable [1:1] amoxicillin-ßCD complex, characterized by spectroscopic and thermal analysis, did neither improve the activity of amoxicillin against ß-lactamase producing strains nor enhance the intracellular diffusion of this compound.

Die Cyclodextrin-modifizierte Kapillarelektrophorese (CE) ist eine wichtige chirale analytische Technik geworden, die zur HPLC und zur Gaschromatographie komplementär ist und sich deshalb für die Analyse der Abbauprodukte von Aspartam gut eignet. Ausgehend von diesen Abbauprodukten wurden im Arbeitskreis Scriba an der Universität Jena systematische Studien über die Trennung von Enantiomeren verschiedener Dipeptide mit einer Vielzahl von nativen und derivatisierten Cyclodextrinen bei verschiedenen pH-Werten durchgeführt. Bei der Trennung der Enantiomere von z. B. Ala-Phe oder Ala-Tyr mit beta-Cyclodextrin wurde eine Umkehr der Migrationsreihenfolge bei Erhöhung des Puffer-pH-Werts von 2,5 auf 3,5 festgestellt. Mit Heptakis-(6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HS-beta-CD), Heptakis-(2,3-O-diacetyl)-beta-cyclodextrin (Diac-beta-CD) und Heptakis-(2,3-diacetyl-6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HDAS-beta-CD) wurde diese Umkehr der Migrationsreihenfolge nicht beobachtet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, den Mechanismus der Wechselwirkungen zwischen Cyclodextrinen und Aminosäuren bzw. Dipeptiden gründlich und umfassend zu untersuchen. Dabei ging es v. a. um die Untersuchung der Mechanismen der chiralen Erkennung durch Cyclodextrine, die mit Hilfe von verschiedensten Analysenmethoden, vor allem potentiometrische Titrationen und spektroskopische Methoden, wie der NMR-, UV- und CD-Spektroskopie durchgeführt werden sollten. Damit sollte auch die beobachtete Umkehr der Migrationsreihenfolge bei Erhöhung des pH-Wertes des Laufpuffers in der CE erklärt werden. Die potentiometrische Titrationsmethode lieferte sinnvolle Bindungskonstanten für Cyclodextrin-Einschlusskomplexe mit Aminosäuren. Eine Analyse der Struktur-Aktivitätsbeziehungen für Aminosäuren und Cyclodextrine ergab, dass ein gewisses Volumen der Aminosäure-Seitenkette und damit ein gutes Ausfüllen der Cyclodextrin-Kavität nötig ist, um den vollen Nutzen aus den hydrophoben Wechselwirkungen zwischen der Aminosäure-Seitenkette und der Cyclodextrin-Kavität zu ziehen. Eine Verlängerung des hydrophilen Restes, der aus der Kavität herausragt, wie bei den untersuchten Dipeptiden Ala-Phe und Ala-Tyr der Fall, führt zu der Möglichkeit der Ausbildung von Wasserstoff-Brücken mit den Hydroxylgruppen am breiteren Rand der Cyclodextrin-Kavität und damit zu einer stärkeren Bindung an das Cyclodextrin. Um den chiralen Erkennungsprozess von beta-CD und einigen seiner Derivate, nämlich HS-beta-CD, Diac-beta-CD und HDAS-beta-CD, zu verstehen, wurden NMR-Experimente durchgeführt, und zwar wurden „durch Komplexbildung induzierte Verschiebungen der chemischen Verschiebungen” (complexation induced chemical shifts, CICS) gemessen und mittels ROESY-Experimenten die Komplexgeometrie untersucht. Betrachtet man die CICS, die für die Paare Diac-beta-CD/Ala-Phe, HDAS-beta-CD/Ala-Phe, Diac-beta-CD/Ala-Tyr und HDAS-beta-CD/Ala-Tyr auftreten, dann zeigt sich, dass sie relativ klein sind und demnach auf eine eher schwache Wechselwirkung des jeweiligen Gastmoleküls mit dem Wirt hindeuten. Die CICS für beta-CD- und HS-beta-CD-Dipeptid-Komplexe bestätigten einen Einschluss des aromatischen Restes in die Cyclodextrin-Kavität. Es konnte gezeigt werden, dass bei pH 2.5 das DD-Enantiomer von Ala-Tyr tiefer in die Kavität von beta-CD eintaucht als das LL-Enantiomer. Außerdem ist bei pH 3.5 die Eintauchtiefe in die Kavität geringer als bei pH 2.5, was durch die Ergebnisse der ROESY-Experimente bestätigt werden konnte. Um einen besseren Einblick in die Bindungsmodi der Enantiomere von Ala-Phe und Ala-Tyr mit beta-CD bei unterschiedlichen pH-Werten zu erhalten, wurden Moleküldynamik-(MD-)-Simulationen durchgeführt. Die Simulationen wurden mit jedem Enantiomer von Ala-Phe und Ala-Tyr in jedem möglichen Protonierungszustand durchgeführt, d. h. Kation, Zwitterion und Anion. Zum ersten Mal wurden MD-Simulationen für eine größere Serie von unterschiedlichen Komplexen von Enantiomeren in verschiedenen Protonierungszuständen systematisch über den langen Zeitraum von 1 ns (=1000 ps) ausgeführt. Die Eintauchtiefe der untersuchten Dipeptide wurde mit Hilfe einer in die Cyclodextrin-Kavität eingepassten Ebene berechnet. Auf diese Weise konnten Informationen über das unterschiedliche Einschlussverhalten der untersuchten Dipeptide erhalten werden. Die angewendete Methode lässt sich leicht auf andere Wirt-Gast-Komplexe übertragen und erleichtert die Datenerfassung auch in anderen Fällen. Es konnte gezeigt werden, dass bei pH 2.5 das DD-Enantiomer von Ala-Phe tiefer in die Kavität von beta-Cyclodextrin eintaucht als das LL-Enantiomer, wohingegen bei pH 3.5 der umgekehrte Fall vorliegt. Betrachtet man das Dipeptid Ala-Tyr, dann dringt bei pH 2.5 das DD-Enantiomer tiefer ein, wohingegen keine klare Aussage über das Eindringverhalten der Enantiomere bei pH 3.5 gemacht werden kann. Die CICS und die Ergebnisse der Kapillarelektrophorese weisen jedoch auf ein tieferes Eindringen des LL-Enantiomers hin. / Cyclodextrin-modified capillary electrophoresis (CE) has become an important chiral analytic tool which is complementary to gas chromatography and HPLC. It is applicably for the analysis of polar substances particularly well, and is therefore suitable for the analysis of the degradation products of aspartame. On the basis of these degradation products, systematic studies on the separation of enantiomers of different dipeptides with a variety of native and derivated cyclodextrins at different pH values were accomplished by the group of Scriba at the University of Jena. While increasing the buffer pH value from 2.5 to 3.5, the separation of the enantiomers of Ala-Phe or Ala-Tyr with beta-cyclodextrin revealed a reversal of the migration order. With heptakis-(6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HS-beta-CD), heptakis-(2,3-O-diacetyl)-beta-cyclodextrin (Diac-beta-CD) and heptakis-(2,3-diacetyl-6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HDAS-beta-CD), this reversal of the migration order was not observed. The goal of this work was to examine the interaction mechanisms between cyclodextrins and amino acids and/or dipeptides. The primary goal was the investigation of the chiral recognition mechanisms of cyclodextrins, which were examined by most diverse analysis methods, e. g. potentiometric titration and NMR spectroscopy as well as UV and CD spectroscopy. In addition, it was aimed to elucidate the reason of the reversed migration order observed with increasing pH value of the running buffer in CE. The potentiometric titration method led to reasonable binding constants for cyclodextrin inclusion complexes with amino acids. An analysis of the structure activity relationship for amino acids and cyclodextrins resulted in the fact that a certain volume of the amino acid side chain and thus a good fit to the cyclodextrin cavity are necessary in order to take full advantage of the hydrophobic interactions between the amino acid side chain and the cyclodextrin cavity. An extension of the hydrophilic moiety, which protrudes out of the cavity, as present with the examined dipeptides Ala-Phe and Ala-Tyr, leads to the possibility of developing hydrogen bonds with the hydrogyl groups at the wider rim of the cyclodextrin cavity and thus to a stronger binding to the cyclodextrin. In order to understand the chiral recognition process of beta-CD and some of its derivatives, i.e. HS-beta-CD, Diac-beta-CD and HDAS-beta-CD, NMR experiments were accomplished, namely “complexation induced chemical shifts” (CICS); and the complex geometry was examined by means of ROESY experiments. Regarding the pairs of Diac-beta-CD/Ala-Phe, HDAS-beta-CD/Ala-Phe, Diac-beta-CD/Ala-Tyr and HDAS-beta-CD/Ala-Tyr, the CICS occured to be relatively small and thus exhibit rather weak interactions of the respective guest molecule with the host. The CICS for beta-CD- and HS-beta-CD-dipeptide complexes confirmed an inclusion of the aromatic moiety into the cyclodextrin cavity. It could be shown that at pH 2.5 the DD enantiomer of Ala-Tyr immerses more deeply into the beta-CD cavity than the LL enantiomer. Additionally, the immersion into the cavity is shallower at pH 3.5 than at pH 2.5, which could be confirmed by the results of the ROESY experiments. In order to receive a better view of the binding modes of the Ala-Phe and Ala-Tyr enantiomers with beta-CD at different pH values, molecular dynamics simulations (MD simulations) were carried out. The simulations were accomplished with each Ala-Phe and Ala-Tyr enantiomer in each possible state of protonation, i.e. cation, zwitterion and anion. For the first time MD simulations for a larger series of different complexes of enantiomers in different states of protonation were implemented systematically during the long period of 1 ns (= 1000 ps). The immersion depth of the examined dipeptide was computed with the help of a plane fit into the cyclodextrin cavity. In this way information about the different inclusion behaviour of the examined dipeptide could be received. The applied method can be transferred easily to other host-guest complexes and facilitates the data acquisition in other cases, too. It could be shown that at pH 2.5, the DD enantiomer of Ala-Phe immerses more deeply into the beta-cyclodextrin cavity than the LL enantiomer, whereas at pH 3.5, the reversal is the case. Regarding the dipeptide Ala-Tyr, at pH 2.5 the DD Enantiomer penetrates the cavity more deeply, whereas no clear statement about the penetration behaviour of the enantiomers can be made at pH 3.5. The CICS and the capillary electrophoresis results refer, however, to a deeper penetration of the cavity by the LL enantiomer.

Las ciclodextrinas (CDS) son oligómeros cíclicos de varias unidades de a-D-glucopiranosa. Las más frecuentes se denominan a-, b- y g-CD dependiendo de cuantas unidades de glucosa (6, 7 o 8 respectivamente forman la pared del macrociclo toroidal. Esta poca común forma define dos zonas especiales bien definidas: una pared externa hidrófila y una cavidad interna hidrófoba que puede incluir substratos orgánicos en medio aucoso. Los complejos de inclusión son asociaciones moleculares en las que un componente (el host) incluye a una molécula (el guest) generalmente con una estequiometría 1:1. Sin embargo, si el guest es más grande, la estequiometría puede llegar a alcanzar 2:1.En este trabajo, estudiamos la preferencia de la orientación que adopten dos moléculas de CD con la finalidad de comprender las interacciones intermoleculares responsables. La agregación preferencial de dímeros de a-, b- y g-CD en ausencia de disolvente se estudió en primer lugar considerando las tres orientaciones más probables Head-Head, Head-Tail y Tail-Tail. En segundo lugar, se procedió al estudio de los mismos dímeros en un medio similar al biológico, es decir en presencia de moléculas de agua, para averiguar la orientación preferencial en disolución gracias a los resultados de los cálculos de energía de interacción y de las interacciones responsables de sus formaciones.Una vez realizado este estudio, pasamos al estudio teórico del complejo supramolecular de esteoquimetría 2:1, formado por un dímero g-CD con el fullereno (C60) para averiguar las fuerzas responsables que favorecen la formación de este complejo en medio acuoso cambiando el campo de fuerza.Finalmente, estudiamos por modelización molecular la separación de los enantiómeros de la benzoina utilizados en electroforesis capilar. Los disolventes quirales utilizando teórica y experimentalmente fueron ciclodextrinas aniónicas (mono y tetrasulfobutiléter-b- CD) y neutras permetil-b- CD). Se estudiaron las posibles agrupaciones y estequiometrías (1:1 y 2:1) de los complejos para racionalizar las enantiodiferenciación, en base a la energía de interacción entre la benzoina y las ciclodextrinas.Todos los cálculos se llevaron a cabo mediante los programas de modelización molecular AMBER, Macromodel y MM3, en los supercomputadores del Centro de Supercomputación de Catalunya (CESCA). / Cyclodextrins are cyclic oligomers of several a-D-glucopyranose units .The toroidal macrocyclic shape defines two clear spatial regions, a hydrophilic external wall and a hydrophobic cavity. They are well known to act as hosts in supramolecular chemistry having the capability to form inclusión complexes with a large variety of organic molecules (the guest), generally with a 1:1 stoichiometry between host and guest. Nevertheless, complexes formed with large guests usually have 2:1 stoichiometries.Our work has been carried out to detemine the preferential orientation of the cyclodextrin dimers and to understand the responsible intermolecular interactions. The preferential aggregation of two a-, b- and g-cyclodextrin molecules in the absence fo solvent have been studied in a first part, considering the three most likely orientations: Head-Head, Head-Tail and Tail-Tail. In a second part, the cyclodextrin dimers have been studied using water as explicit solvent with the aim of determing their preferential orientation in water solution by studying the binding energy and the interactions responsible for their informations.As one 2:1 complex, the supramolecular complexation of the fullerene C60 in a g-cyclodextrin dimer has been studied. The force field for the fullerene has been changed to correctly consider its intramolecular interactions.Also, thanks to some experimental results of capillary electrophoresis, we have reproduced and analysed the enantiodifferenciation of an inclusion complex formed by different cyclodextrin dimers and one chiral molecule: the benzoine. Different stoichiometries, different derived cyclodextrins (as permethyl-b-cyclodextrin, monosulfated-b-cyclodextrin and tetrasulfatedb-cyclodextrin), and different orientations of the complex (as Head-Head and Head-Tail) have been studied. Moreover, in each case the two posible orientations of the benzoine incide the cyclodextrin cavity were also considered.All of the simulations have been carried out on using MM3, MacroModel and AMBER force fields in the Supercomputing Center of Catalonia (CESCA).

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2002.

Tübingen, Univ., Diss., 2002.

Universiẗat, Diss., 2001--Mainz.

Universiẗat, Diss., 1994--Freiburg (Breisgau).

Universiẗat, Diss., 2002--München.

Trotz des breiten, klinischen Einsatzes des Propofols haben sich aufgrund bestehender Nebenwirkungen zunehmend Bestrebung entwickelt, alternative Formulierungen zur Lipidemulsion zu finden. In dieser Arbeit wurden die Substanzen Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD als alternative Formulierungen des Propofols mittels 1H-NMR-Spektroskopie, molekularer Modellierungen, DSC-Messungen, Zytotoxizitätstests (MTT-Test, LDH-Assay, EZ4U-Test) und dem Comet-Assay als Genotoxizitätstest auf biologische, chemische und physikalische Eigenschaften untersucht. Die Frage nach der Komplexbildung zwischen Propofol und HPβCD lässt sich nicht allein auf Basis des 1D-1H-NMR-Spektrums beantworten. Allerdings lässt sich mit Hilfe der 1H-NMR-Spektroskopie für Na-Propofolat/HPβCD das Vorliegen als deprotonierte Form nachweisen. Anderseits legen aber die DSC-Messungen eine Komplexbildung zwischen Propofol und HPβCD nahe. Zum einen ergibt sich das aus den unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen der Substanzen. Zum anderen zeigt der Kurvenverlauf für HPβCD als auch für Na-Propofolat/HPβCD und Propofol/HPβCD keinen Verdampfungspeak bis zu der untersuchten maximalen Temperatur von 280 °C trotz des Propofol-Siedepunktes von 256 °C. Die molekularen Modellierungen legen nahe, dass die Bindung zwischen Propofol und Cyclodextrin über die Isopropylgruppen des Propofols erfolgt, wobei der aromatische Ring nicht in die Cavität des Cyclodextrinringes eindringt. Aus den molekularen Modellierungen ergeben sich Enthalpiewerte, die in ihrer Größenordnung schwachen Wasserstoffbrückenbindungen entsprechen. Für das Na-Propofolat/HPβCD lässt sich eine leichtere Abspaltung des Propofols aus dem Komplex voraussagen, wohingegen für Propofol/HPβCD die Abspaltung langsamer, aber über einen längeren Zeitraum erfolgen dürfte. Im Vergleich zu der hohen Zytotoxizität des Propofols als Lipidemulsion ergibt sich aus den an der CerebEND-Zelllinie durchgeführten Zyotoxizitätstests für HPβCD, Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD kein Nachweis einer Zytotoxizität nach 24-stündiger Exposition. Die Resultate zeigen für die drei Testverfahren die jeweils gleiche Reihenfolge mit der höchsten Zellvitalität für die mit Na-Propofolat/HPβCD behandelten Zellen und der niedrigsten Zellvitalität für HPβCD. In dem Comet-Assay zeigt sich nach 24-stündiger Exposition bei 37 °C für HPβCD, Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD keine genotoxische Wirkung an der HL-60-Zelllinie. Die Ergebnisse dieser Arbeit sprechen für die Fortsetzung der Untersuchungen von Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD als aussichtsreiche Option der Propofol-Formulierungen. / Despite the widespread clinical use of propofol, efforts to find alternative formulations to the lipid emulsion have increasingly developed due to existing side effects. In this study, the substances propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD were investigated as alternative formulations of propofol using 1H-NMR spectroscopy, molecular modelling, DSC measurements, cytotoxicity tests (MTT test, LDH assay, EZ4U test) and the Comet assay as a genotoxicity test for biological, chemical and physical properties. The question of complex formation between propofol and HPβCD cannot be answered solely on the basis of the 1D-1H NMR spectrum. However, the presence of Na-propofolate/HPβCD as a deprotonated form can be demonstrated with the aid of 1H NMR spectroscopy. On the other hand, the DSC measurements suggest a complex formation between propofol and HPβCD. On the one hand, this results from the different glass transition temperatures of the substances. On the other hand, the curve for HPβCD as well as for Na-propofolate/HPβCD and propofol/HPβCD shows no evaporation peak up to the analysed maximum temperature of 280 °C despite the propofol boiling point of 256 °C. The molecular modelling suggests that the bond between propofol and cyclodextrin takes place via the isopropyl groups of propofol, whereby the aromatic ring does not penetrate into the cavity of the cyclodextrin ring. The molecular modelling results in enthalpy values that correspond in their order of magnitude to weak hydrogen bonds. For Na-propofolate/HPβCD, easier cleavage of propofol from the complex can be predicted, whereas for propofol/HPβCD, cleavage is likely to occur more slowly but over a longer period of time. In comparison to the high cytotoxicity of propofol as a lipid emulsion, the cytotoxicity tests carried out on the CerebEND cell line for HPβCD, propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD do not provide any evidence of cytotoxicity after 24-hour exposure. The results show the same order for the three test methods with the highest cell viability for the cells treated with Na-propofolate/HPβCD and the lowest cell viability for HPβCD. The comet assay showed no genotoxic effect on the HL-60 cell line after 24-hour exposure at 37 °C for HPβCD, propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD. The results of this work speak in favour of continuing the investigations of propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD as a promising option for propofol formulations.