Berlin, Techn. Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Techn. Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

To diagnose diseases correctly requires not only trained and skilled personnel, but also cost-intensive and complex equipment. Rapid tests can help with the initial evaluation, but result generation can also take up to several hours, depending on the test system. At this point, novel bioresponsive diagnostic systems are used, responding to the disease related shift of biological processes. They monitor changes in the biological environment and can react to them e.g. with the release of substances. This can be used in drug delivery formulations but can also help to diagnose diseases occurring in the oral cavity and inform patients of their state of health. The tongue is herein used as a 24/7 available detector. In section I of this work, the foundation for the development of these diagnostic systems was laid. A suitable flavoring agent was found, which is stable, can be coupled to the N-terminus of peptides and has a strongly conceivable taste. For the optimization of the protease-sensitive linker (PSL), an analytical system was established (PICS assay), which determines protease-specific cleavable amino acid sequences. In order to replace the PMMA particles previously required, an acetyl protecting group was introduced N-terminally as it protects peptides and proteins in the human body from degradation by human aminopeptidase. The new synthesized flavor was examined with a NIH cell line for cytotoxicity and with an electronic tongue setup for its bitterness. Section II deals with the structure of a system which detects severe inflammations in the oral cavity, e.g. PA. The established PICS assay was used to confirm the previously used PSL sequence in its application. Using solid phase peptide synthesis, 3 linkers were synthesized which respond to the elevated MMP concentrations present in inflammation. The resulting peptides were acetylated and coupled with HATU/DIPEA to the modified denatonium. Cutting experiments with MMPs over different concentration and time ranges confirmed the response of the diagnostic sensor to these enzymes. The obtained construct was examined for cell toxicity by WST assay. The masked bitterness of the sensors was confirmed by an electronic tongue setup. To address non-human proteases (and thereby infections), section III focuses on the establishment of detection system of a cysteine protease SpeB expressed by Streptococcus pyogenes. The in-house expression of SpeB using E. coli cells was established for this purpose. An analysis of the SpeB cleavage sites was performed using a PICS assay setup. Four constructs with different PSL were synthesized analogous to section II. Cleavage experiments with the expressed and purified SpeB showed a response of two constructs to the protease. In addition, a system was established to quantify the concentration of SpeB in human saliva using western blot technique with subsequent quantification. In section IV a compound was synthesized which can now be coupled to a flavor. The final coupled construct is able to detect present NA activity specifically from influenza A and B. The market for existing influenza diagnostics was explored to determine the need for such a system. A neuraminic acid was modified in positions 4 and 7 and protected in such a way that subsequent coupling via the hydroxy-group in position 2 was selectively possible. In summary, this results in a diagnostic platform that can be used anywhere, by anyone and at any time. This represents a new dimension in the rapid diagnosis of inflammations and bacterial or viral infections. / Krankheiten korrekt zu diagnostizieren erfordert nicht nur geschultes und ausgebildetes Personal, sondern zudem auch kostenintensive und komplexe Geräte. Schnelltests helfen bei der ersten Auswertung, können aber je nach Testsystem dennoch bis zu einigen Stunden in Anspruch nehmen, bevor ein Ergebnis vorliegt. An dieser Stelle werden neuartige, , sogenannte bioresponsive diagnostische Systeme eingesetzt. Sie überwachen Ihre biologische Umgebung und können auf Veränderung dieser z.B. mit der Freisetzung von Substanzen reagieren. Durch das in dieser Arbeit entwickelte diagnostische System können Veränderungen im Mundraum erkannt und Patienten über ihren Gesundheitszustand in Kenntnis gesetzt werden. Hierbei wird die Zunge als 24/7 verfügbarer Detektor genutzt. Im Abschnitt I wurde das Fundament zur Entwicklung dieser diagnostischen Systeme gelegt. Ein geeigneter Geschmacksstoff wurde gefunden, welcher stabil, koppelbar an Peptide und geschmacklich gut wahrnehmbar ist um ein positives Testresultat anzuzeigen. Für die Optimierung des Protease-sensitiven Linkers (PSL) wurde ein System etabliert (PICS-Assay), welches in der Lage ist eine Protease-spezifische Aminosäure-Schneidsequenz zu bestimmen. Um den im vorherigen System benötigten PMMA-Partikel zu ersetzen, wurde eine Acetylschutzgruppe am N-terminus eingeführt, welche die gleiche schützende Funktion wie ein solcher Partikel gegen den Abbau von Peptiden und Proteinen durch die körpereigene Aminopeptidase besitzt. Das gesamte Konstrukt wurde mit einer NIH-Zelllinie auf toxikologische Aspekte hin untersucht und die Maskierung des Geschmacks im ungeschnittenen Zustand mittels elektronischer Zunge überprüft. Abschnitt II handelt vom Aufbau eines Systems, welches schwerwiegende Entzündungen im Mundraum, wie sie z.B. bei einer Parodontitis vorliegen detektiert. Der etablierte PICS-Assay wurde genutzt, die vorher verwendete PSL-Sequenz in ihrer Anwendung zu bestätigen. Mittels Festphasen-Peptidsynthese wurden drei Linker synthetisiert, welche auf die erhöhten MMP-Konzentrationen, welche bei Entzündungen vorliegen ansprechen. Die erhaltenen Peptide wurden acetyliert und mit HATU/DIPEA an das modifizierte Denatonium gekoppelt. Schneidversuche dieser Modelsysteme mit MMP‘s über verschiedene Konzentrations- und Zeitbereiche bestätigten das Ansprechen des diagnostischen Sensors auf diese Enzyme. Das erhaltene Konstrukt wurde mittels WST-Assay auf Zelltoxizität hin untersucht. Um auch non-humane Proteasen, welche auf Infektionen hinweisen, adressieren zu können konzentriert sich Abschnitt III auf die Etablierung eines Nachweis-Systems der Cystein-Protease SpeB, welches von Streptococcus pyogenes exprimiert wird. Hierzu wurde die hauseigene Exprimierung von SpeB mittels E. Coli Zellen etabliert. Vom gewonnenen SpeB wurde eine Analyse der Schnittstelle mittels PICS-Assay durchgeführt. Vier Konstrukte mit verschiedenen PSL wurden analog zu Abschnitt II synthetisiert. Schneidversuche mit dem exprimierten SpeB zeigten ein Ansprechen von zwei Konstrukten auf die Protease. Zudem wurde ein System etabliert um mittels Western Blot die Konzentration von SpeB im menschlichen Speichel zu quantifizieren. Im Abschnitt IV wurde eine Verbindung synthetisiert, welche an einen Geschmacksstoff gekoppelt werden kann. Das gesamte diagnostische System ist im Stande Influenza-Viren nachzuweisen. Der Markt zur bestehenden Influenza Diagnostik wurde exploriert um die Notwendigkeit eines solchen Systems zu ermitteln. Eine Neuraminsäure wurde in Position 4 und 7 modifiziert und so geschützt, das nachfolgendes Koppeln über die Hydroxygruppe in Position 2 selektiv möglich wurde. Zusammengefasst ergibt sich eine diagnostische Plattform, welche überall, von jedem und jederzeit angewandt werden. Dies stellt eine neue Dimension der Schnelldiagnostik von Entzündungen und bakteriellen oder viralen Infektionen dar.