The connection of molecular monomers through non-covalent interaction (e.g. hydrogen bonding, π-π interaction, coordination bonding) enables the formation of supramolecular polymers. The major advantage of these bonds is their reversibility and consequently their ability to self-assembly or to disconnect depending on given conditions. This thesis examines the self-assembly through quadruple hydrogen bonding, which is strong and the resulting structures stable. Ureidopyrimidinon A and aromatic amines were always used as the starting compound for the preparation of monofunctional and bifunctional ureidopyrimidinones.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Methode der magnetischen Kernspinresonanz (NMR) eingesetzt, um beim Schadstoffabbau stattfindende Prozesse und geochemische Reaktionen zerstörungs- und beprobungsfrei zu untersuchen. Dies ist möglich, da die gelösten Elektronenakzeptoren Sauerstoff und Eisen paramagnetisch sind und somit einen Ein uss auf die NMRRelaxationszeiten ausüben. Der lineare Zusammenhang zwischen der gelösten Sauerstoff- beziehungsweise Eisen-Konzentration und den NMR-Relaxationsraten 1/T1 und 1/T2 wurde quantifiziert. Weiterhin wurde der bereits bekannte Einfluss der Matrixoberflächen von porösen Medien auf die Relaxation von Wasser nachgewiesen. Die paramagnetischen Zentren auf Sandoberflächen führen ebenfalls zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten. Es wurde gezeigt, dass die kleinsten Korngrößen der verwendeten Sande den größten Einfluss auf die Oberflächenrelaxation haben. Wird die Oberflächenrelaxation berücksichtigt, ist auch in porösen Medien die ermittelte lineare Abhängigkeit der Relaxationszeiten von der Ionenkonzentration anwendbar, um den Gehalt an gelösten paramagnetischen Ionen aus Relaxationsmessungen zu ermitteln. Beispielhaft wurde der Anstieg der Eisen(III)-Konzentration in der Porenlösung von natürlichen Sanden infolge der Auflösung eisenhaltiger Mineralien von den Oberflächen zeitlich und räumlich detailliert betrachtet. Eine durchgeführte Modellierung zeigte, dass das Reaktionssystem zu Beginn der Reaktion von der Diffusion dominiert wird, am Ende dann die Reaktionsgeschwindigkeit der bestimmende Parameter ist. Die beim biologischen Schadstoffabbau auftretenden Redoxprozesse des Eisens wurden durch rein chemische Reaktionen unter Verwendung von Oxidations- und Reduktionsmitteln simuliert. Die zeitlich und räumlich detaillierte Beobachtung des Anstiegs beziehungsweise des Abfalls der gelösten Eisen(III)-Konzentration in der (Poren-)Lösung war mit NMR-Relaxometrie trotz der Schnelligkeit der Reaktionen möglich. Mit Hilfe der anschliessenden Modellierung wurde der wichtige Einfluss des pH-Wertes auf den genauen Ablauf der Reaktionen deutlich gemacht. Nur in sehr sauren pH-Bereichen (pH < 3) liegen die Eisen(III)-Ionen in Lösung vor. Weiterhin wurde der Einfluss der Mikroorganismen selbst auf die NMR-Relaxations- und Diffusionsmessungen untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an Medien mit Lactobacillus und Penicillium eine Verschiebungen in den Relaxationszeitverteilungen hin zu kleineren Relaxationszeiten gemessen. Dies basiert auf der bereits bekannten Verringerung der Mobilität der Spins innerhalb der Biomasse. Für Bakterien von Geobacter metallireducens konnte erstmals der Verbrauch von Eisen(III)-Ionen durch Reduktion während des Wachstum anhand der ansteigenden T2-Relaxationszeit gezeigt werden.

Les oreillons sont une maladie très contagieuse causée par le virus ourlien. La méthode préventive (le vaccin) contre ce virus a été déjà mise au point. Par contre, les épidémies récentes restent incontrôlables. Il est donc très important de comprendre le mécanisme moléculaire de son cycle de vie afin d’élaborer le traitement effectif et spécifique. Ce virus appartient à la famille des Paramyxoviridae. Son génome, l’ARN non segmenté monocaténaire de polarité négative, est protégé par la nucléoprotéine (N) en formant des structures filamenteuses nucléocapsides. N joue un rôle essentiel dans la synthèse du génome viral. En effet, cette protéine avec la polymérase et son cofacteur phosphoprotéine (P) constitue la machinerie de transcription-réplication du virus. La N et la P sont composées des régions pliées et dépliées. Malgré que la morphologie du virus ourlien est conservée parmi les autres membres de la famille, il existe quelques différences. Il a été démontré que la P est un oligomère antiparallel avec les deux extrémités d’un côté qui interagissent avec la partie structurale de N (Ncore). Tandis que la fonction de la région désordonnée (Ntail) est compliquée à identifier pour le moment. En comparant avec les autres paramyxovirus connus, Ntail n’interagit pas avec le domaine C-terminal de la P. Le rôle des régions déstructurées de P n’a pas été défini. Dans ce projet, nous dévoilons les mécanismes des interactions entre diverses régions de N et P et nous expliquons comment les domaines intrinsèquement désordonnés de N et P sont impliqués dans la régulation de la machine complexe de réplication virale. Nous avons utilisé la résonance magnétique nucléaire qui est la méthode la plus puissante afin de déterminer la structure, la dynamique et les partenaires d’interaction dont la fonction des protéines dépliées virales. / Mumps is a highly contagious disease caused by the mumps virus. The prevention treatment (vaccine) against it is already in the routine use. However, recent outbreaks still remain uncontrollable. Therefore, it is important to understand the molecular mechanism of the mumps virus life cycle. This virus belongs to the family of Paramyxoviridae. Its genome, negative strand non-segmented RNA is protected by the nucleoprotein (N) by forming filamentous structures called nucleocapsids. N plays an important role in viral genome synthesis. Together with the polymerase and its cofactor phosphoprotein (P) they constitute the transcription-replication machinery. Both N and P contain folded and unfolded regions. Despite mumps virus common morphology with other paramyxovirus, there are some differences. It has been proposed that P is an antiparallel oligomer with two extremities on the one side being in interaction with the structural part of N (Ncore). The function of the disordered domain (Ntail) remains unclear, as it does not seem to bind to the C-terminal part of P, as is the case for other paramyxoviruses. The role of the disordered domains of P is also not known. In this project we revealed mechanisms of interaction between different regions of N and P and we explain how disordered regions of N and P are implicated in the regulation of the complex machinery of viral replication. We used the nuclear magnetic resonance which is the most powerful method to determine structure, dynamics and potential interaction partners, and therefore, function of disordered viral proteins.

ErbB2/HER2 est un récepteur tyrosine kinase de la famille d'EGFR (ErbB1) surexprimé dans plus de 20% des cancers du sein et associé à une forme particulièrement agressive de la maladie. Les récepteurs ErbBs sont actifs seulement sous forme de dimères, permettant la phosphorylation de leur queue C-terminale par leur domaine tyrosine kinase. La phosphorylation entraine l'interaction avec des protéines adaptatrices et l'activation de voies de signalisation, Ras/MAPK et PI3K/Akt principalement. Ces voies contrôlent la prolifération, la motilité cellulaire et la résistance à l'apoptose. Contrairement à ErbB1/3/4, ErbB2 dimérise en l'absence de ligand. Comprendre les autres mécanismes de régulation de la phosphorylation de ses tyrosines et de ses interactions est donc particulièrement intéressant.ErbB2 a fait l'objet de nombreuses études structurales et fonctionnelles. Elles ont permis la mise au point de traitements ciblés efficaces mais sujets à l'apparition de résistance, dont l'anticorps Trastuzumab, ciblant sa partie extracellulaire. La queue C-terminale d'ErbB2 (CtErbB2) a été très souvent ignorée dans ces études. Cette partie étant intrinsèquement désordonnée, il a fallu attendre ces dernières années pour que les concepts et les outils permettant de l'étudier émergent.Dans cette thèse, j'ai d'abord effectué la caractérisation structurale et dynamique de CtErbB2. J'ai montré que bien qu'étant dépourvue de toute structure stable, cette région riche en prolines possède plusieurs structures secondaires transitoires et un contact longue-distance participant très probablement à la régulation de ses interactions intra- et inter-moléculaires. Dans une deuxième partie je me suis intéressée à la caractérisation de la protéine adaptatrice Grb2, partenaire essentiel de ErbB2 pour l'activation de la voie des MAP kinases. L'organisation en solution des domaines de cette protéine modulaire dans sa forme libre était jusque là inconnue. J'ai ensuite étudié l'interaction entre Grb2 et CtErbB2, et montré que CtErbB2 interagit non seulement avec le domaine SH2 de Grb2 (par l'intermédiaire d'une phosphotyrosine), mais aussi avec son domaine SH3 N-terminal (grâce à un motif polyproline). Enfin, j'ai mis en place plusieurs stratégies de phosphorylation des tyrosines de CtErbB2, dans le but d'étudier plus largement l'effet des phosphorylations sur l'ensemble de cette région. / ErbB2/HER2 is a receptor tyrosine kinase of the EGFR (ErbB1) family overexpressed in 20% of breast cancers and associated to a particularly aggressive form of the disease. ErbB receptors are only active upon dimerization that enables phosphorylation of their C-terminal tail by their tyrosine kinase domain. Phosphorylation then triggers interaction with adaptor proteins and activation of signaling pathways, mainly Ras/MAPK and Akt/PI3K. Those pathways control cell proliferation, motility and resistance to apoptosis. Contrary to ErbB1/3/4, ErbB2 can dimerize without any ligand. Understanding other mechanisms of regulation of its tyrosine phosphorylation and of its interactions is thus particularly interesting.ErbB2 structure and function have been extensively studied. This has led to the development of several FDA-approved targeted drugs, that are effective but to which resistance occurs, amongst which the Trastuzumab antibody that targets ErbB2 extracellular domain. The C-terminal tail of ErbB2 (CtErbB2) has been widely ignored in these studies. Since it is intrinsically disordered, the concepts and tools to study it have only emerged in the last few years.In the present work, I have performed the structural and dynamic study of CtErbB2. I showed that despite its lack of any stable structure, this proline-rich region exhibits several transient secondary structures and a long-range contact that might participate in the regulation of its intra- and inter-molecular interactions. Then, I characterized the adaptor protein Grb2, which is a partner of ErbB2 that is essential for the activation of the MAPK pathway. The solution organization of the domains of this modular protein in its apo-form was unknown so far. I also studied the interaction between Grb2 and CtErbB2, showing that in addition to the known SH2-phosphotyrosine interaction, a polyproline motif of CtErbB2 binds to the N-terminal SH3 domain of Grb2. Finally, I implemented several strategies to phosphorylate CtErbB2 tyrosines, to study more extensively the effect of phosphorylation on the whole tail.

The work described in this thesis uses oxygen NMR to probe the electronic system of rare earth co-doped La_{2-x}Sr_xCuO_4, the prototypical high temperature superconducting cuprate (HTSC). Oxygen NMR turns out to be a powerful tool for this purpose. The nucleus is located directly inside the CuO_2 planes. It has a spin of 5/2 and a quadrupole moment and therefore can probe both, interactions with the magnetic hyperfine field as well as interactions through the electric field gradient of the crystal. Furthermore, the spin lattice relaxation time T_1 and the spin spin relaxation time T_2 contain information about the dynamics of these interactions. Such a link between the spin and charge structures in high temperature superconductors has been elusive until today. Instead, there are magnetic probes such as neutron scattering and muSR that provide evidence for a modulation of the spin structure and static magnetic moments, respectively, and charge probes like STM that reveal inhomogeneous doping distributions in the CuO_2 planes. In either case, inhomogeneities in the spin and charge system seem to be typical for HTSCs. Whereas the spin and charge modulations are believed to be dynamic in the superconducting compounds, they become static at low temperatures in Eu doped La_{2-x}Sr_xCuO_4, where superconductivity is suppressed. As could be demonstrated here, evidence for such a spin and charge separation, that often revealed stunning similarities to the spin ladder compounds, is apparent in almost all measured NMR parameters. / In dieser Arbeit werden Sauerstoff NMR Untersuchungen der elektronischen Struktur von Selten-Erd dotiertem La_{2-x}Sr_xCuO_4, dem prototypischen Hochtemperatursupraleiter (HTSL), vorgestellt. Sauerstoff NMR ist zu diesem Zweck besonders gut geeignet. Der Kern befindet sich innerhalb der Kupferoxid-Ebenen. Er hat einen Spin von 5/2 und ein Quadrupolmoment. Damit lassen sich Wechselwirkungen mit dem magnetischen Hyperfeinfeld der Cu-Atome sowie Wechselwirkungen mit dem elektrischen Feldgradienten des Kristalls untersuchen. Des Weiteren geben die Spin-Gitter-Relaxationszeit T_1 sowie die Spin-Spin-Relaxationszeit T_2 Aufschluss über die Dynamik dieser beiden Wechselwirkungen. Eine Verbindung zwischen der Spin- und Ladungsordnung gibt es in den HTSL bisher nicht. Statt dessen haben magnetische Messmethoden wie Neutronenstreuung oder muSR Aussagen über die magnetische Ordnung geliefert. Unabhängig davon liefern Messmethoden wie STM nur Informationen über eine Ladungsordnung oder inhomogene Ladungsverteilungen. Inhomogenitäten der Spins und Ladungen scheinen aber typisch für die HTSL zu sein. Man vermutet, dass diese Inhomogenitäten dynamisch in den supraleitenden Verbindungen sind, während sie in Eu dotiertem La_{2-x}Sr_xCuO_4 bei tiefen Temperaturen statisch werden und die Supraleitung unterdrücken. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass sich diese Ladungs- und Spininhomogenitäten in vielen Parametern der NMR Spektren bemerkbar machen.

La gélification est un phénomène courant dans lequel une grande quantité de solvant est immobilisée dans un réseau constitué de relativement petites quantités de substrat. Avec des propriétés à la fois solides et liquides, un gel est un état unique. L'étude des propriétés et du mécanisme de la gélification attire l'attention des chercheurs du monde entier. Cependant, de nombreuses questions restent en suspens, telles que le processus d'auto-assemblage et les interactions moléculaires dans le système de gel, la relation entre les solutions, les gels et les cristaux et l'organisation moléculaire dans le réseau de gel. L'exploration de ces questions fournira des connaissances sur le mécanisme de gélification et contribuera à la conception et à la fabrication de nouveaux gels aux applications diverses. Cette thèse décrit notre étude des gels et de leur relation avec les solutions et les cristaux à l'aide de sels biliaires, qui sont des molécules amphiphiles naturelles abondantes. La rigidité de la partie stéroïde et l'hydrophobie variable des sels biliaires facilitent l'étude du processus d'autoassemblage. La recherche est présentée à travers trois articles publiés ou soumis au cours de mon programme de doctorat. Le premier article explore les interactions moléculaires qui se produisent dans la formation d'hydrogels moléculaires fabriqués à partir de mélanges de désoxycholate de sodium et d'acide formique. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire fournit de nouvelles informations sur la transition gel-sol au niveau moléculaire, l'interaction entre les espèces libres/gélifiées et l'interaction des régions hydrophobes des sels biliaires avec le réseau de gel. Le deuxième article résume notre exploration de la relation entre les gels et les cristaux, en particulier la façon dont les composants moléculaires sont organisés. Les sels d'ammonium d'acide lithocholique produisent différents modèles d'auto-assemblage, tels que des gels, des fibres et des cristaux, avec divers anions d'ammonium. L'organisation moléculaire de l’acide lithocholique dans différentes conditions est remarquablement cohérente, indiquant qu'il existe une relation intime entre la gélification et la cristallisation dans ce système. Les résultats ont également mis en lumière la question de longue date de l'agencement des molécules dans les fibres de gel. Le troisième article décrit notre étude systématique de la gélification et de la cristallisation en utilisant une gamme plus large de sels biliaires. Généralement, avec l'augmentation de iii l'hydrophobie des sels biliaires, la préférence pour la formation de solutions est progressivement remplacée par une tendance à produire des gels et finalement des cristaux. Une association bord à bord d'anions biliaires est également observée dans différents types de sels biliaires. Les résultats renforcent notre conclusion selon laquelle les structures moléculaires internes des fibres dans les gels et dans les cristaux sont étroitement liées. / Gelation is a common phenomenon in which a large amount of solvent is immobilized in a network made up of relatively small amounts of substrate. With properties of both solid and liquid, a gel is a unique state. Gelation draws attention from researchers worldwide to study its properties and mechanism. However, many questions are still unraveled, such as the self-assembly process and molecular interactions in the gel system, the relationship between solutions, gels, and crystals, and the molecular organization in the gel network. Exploring these questions will provide knowledge about the mechanism of gelation and contribute to the design and fabrication of new gels for different applications. This thesis describes our study of gels and their relationship with solutions and crystals using bile salts, which are abundant natural amphiphiles. The rigid steroid moiety and the variable hydrophobicity of the bile salts facilitate the study of the self-assembly process. The research is presented through three articles published or submitted during my Ph.D. program. The first paper probes the molecular interactions that occur in the formation of molecular hydrogels made from mixtures of sodium deoxycholate and formic acid. Nuclear magnetic resonance spectroscopy provides new information about the gel-sol transition on the molecular level, the interaction between free/gelated species, and the interaction of hydrophobic regions of bile salts with the gel network. The second paper summarizes our exploration of the relationship between gels and crystals, especially how the molecular components are organized. Ammonium salts of lithocholic acid produce different patterns of self-assembly, such as gels, fibers, and crystals, with various ammonium anions. The molecular organization of lithocholates under different conditions is remarkably consistent, indicating that there is an intimate relationship between gelation and crystallization in this system. The results also shed light on the long-existing question of how molecules are arranged in gel fibers. The third paper describes our systematic study of gelation and crystallization using a broader range of bile salts. Generally, with increasing hydrophobicity of the bile salts, the preference to form solutions is gradually superseded by a trend to produce gels and finally crystals. An edge-to-edge association of bile anions is also observed in different kinds of bile salts. The results strengthen our conclusion that the internal molecular structures of fibers in gels and in crystals are closely related.

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Ionenkanäle sind für die zelluläre Homöostase und die elektrische Aktivität in höheren Eukaryoten essentiell. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem nichtselektiven Kanal NaK und seinen kaliumselektiven Mutanten. Die Bedeutung von Ionenkanälen wird in Kapitel 1 speziell für die kationenselektive Ionenkanal-Superfamilie diskutiert. Darin werden verschiedene Vertreter dieser Superfamilie untersucht und ihre Strukturen und Ionenselektivität analysiert. In Kapitel 2 wird gezeigt, dass NaK zwei unterschiedliche Selektivitätsfilterkonformationen aufweist, die entweder durch Na+- oder K+-Ionen stabilisiert sind. Unter Verwendung von Festkörper-NMR Spektroskopie und molekulardynamischen Simulationen wurden zwei Ionenleitungswege entdeckt. In Kapitel 3 wurde eine Kristallstruktur von NaK ermittelt, welche die vorhergesagte und für den Seiteneintrittsmechanismus essentielle seitliche Ionenbindungsstelle bestätigt. Die zwei Untereinheiten in der asymmetrischen Einheit zeigen die dynamische Natur der unteren Teile der Transmembranhelices sowie duale Konformationen für die Reste im Selektivitätsfilter. Im Gegensatz zu NaK sind die kaliumselektiven Mutanten ionensensitiver, wie in Kapitel 4 gezeigt: Unter Na+-Bedingungen verliert der gesamte Selektivitätsfilter in den kaliumselektiven Mutanten seine Stabilität. Die stärkere Verbindung zwischen Selektivitätsfilter und der Porenhelix in den kaliumselektiven Mutanten ermöglicht keine nichtselektive Ionenleitung. Unter Verwendung von protonendetektierter Festkörper-NMR wurde die Wechselwirkung zwischen Wassermolekülen und der kaliumselektiven Mutante NaK2K charakterisiert und präsentiert in Kapitel 5. Es wurde gezeigt, dass der Selektivitätsfilter von NaK2K unter physiologischen Bedingungen wasserfrei ist. Diese Ergebnisse werden in Kapitel 6 im Ganzen betrachtet und die verbleibenden Fragen werden erörtert, außerdem wird ein kurzer Ausblick auf die zukünftige Forschung zum Thema Ionenselektivität im NaK-Kanal gegeben. / Ion channels are essential to cellular homeostasis and electrical activity in higher eukaryotes. This thesis discusses the non-selective channel NaK and its potassium-selective mutants. The importance of ion channels is discussed in chapter 1 with a special focus on the tetrameric cation-selective ion channel superfamily. Various members of this superfamily are explored and their structures and ion selectivity are analysed. NaK is shown to have two distinct selectivity filter conformations that are stabilized by either Na+ or K+ ions in chapter 2. Using solid-state NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations, two ion conduction pathways were discovered. In chapter 3 a crystal structure of NaK was determined that confirms the previously predicted side-entry ion binding site, essential to the side-entry pathway. The two subunits in the asymmetric unit display the dynamical nature of the lower parts of the transmembrane helices as well as dual conformations for residues in the selectivity filter. In contrast to NaK the potassium-selective mutants are more ion sensitive as shown in chapter 4. The entire selectivity filter loses its stability under Na+ conditions for the potassium-selective mutants. The stronger connection of the selectivity filter and the pore helix in the potassium-selective mutants does not allow for non-selective ion conduction. Using proton-detected ssNMR, the interaction between water molecules and the potassium-selective mutant NaK2K was characterized and this is presented in chapter 5. The selectivity filter of NaK2K was shown to be free of water under physiological conditions. These results get put in perspective and the questions which remain are discussed in chapter 6. A short outlook on future research for the topic of ion selectivity in the NaK channel is given.

Brustkrebs stellt eine der am häufigsten vorkommenden Krebserkrankungen bei Frauen weltweit dar. Jährlich erkranken in Deutschland ca. 47.000 Frauen neu an Brustkrebs, ca. 18.000 fallen dieser Krankheit im gleichen Zeitraum zum Opfer. Die Brustkrebsdiagnostik basiert auf klinische und verschiedene bildgebende Methoden, die Magnetresonanztomographie (MRT) weist dabei die höchste Sensitivität speziell bei der Erkennung kleiner Tumore unter 5 mm auf. Im Hinblick auf zukünftige Verbesserungen der MR-Bildgebung wird bereits vermutet, dass im Jahr 2010 ca. 50% der neudetektierten Brustkrebse kleiner als 10 mm sein werden. Zur Erhöhung der Diagnosesicherheit werden suspekte Läsionen sowie unklare bildgestützte Befunde zusätzlich mittels Biopsie abgeklärt. In Bezug auf den Stand der Technik ist die sichere Biopsie von Tumoren unter 10 mm Größe jedoch schwierig. Mit dem Ziel, die MR-gestützte Biopsie im Hinblick auf eine höhere Effizienz und Präzision zu verbessern, wurde ein neuer Prototyp für minimal invasive Biopsien speziell in geschlossenen MR-Tomographen entwickelt. Dieses MR-kompatible System basiert auf verschiedene Neukonzeptionen, mit einem automatischen Positioniersystem und Biopsieinstrument zur Ausführung der Intervention. Die extrem hohen Anforderungen an dieses System konnten nur durch spezielle Konstruktionen und Kinematiken, sowie durch MR-kompatible Materialien, Aktoren und Sensoren gelöst werden. Das System ist modular aufgebaut und unterstützt Brustbiopsien sowohl von cranial oder caudal im direkten Anschluss an die Tumorerkennung mit einer neuen doppelseitigen MR-Brustspule. Ein großer Vorteil dieses neuen Ansatzes liegt in der hohen Präzision und der Möglichkeit, sowohl die bildgebende Diagnostik als auch die Biopsie während eines Untersuchungstermines durchzuführen. Die vorklinische Erprobung in einem 1,5 T Hochfeld-MRT zeigte, dass die Zielabweichungen des Instrumentes geringer als 1 mm waren, so dass Interventionen mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durchführbar wären. Das System implementiert benutzerfreundliche Oberflächen für die Interventionsplanung und für die Gerätesteuerung. Das vorliegende Dissertation stellt die Konzepte und Ergebnisse dieser neuen Biopsieeinrichtung vor und nimmt Bezug auf zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen, insbesondere im Hinblick auf die Anwendung von Materialien und Aktoren im MRT-Magnetfeld. / Breast cancer is one of the most common cancer diseases which women suffer world wide. The incidence rate of breast cancer in Germany goes along with about 47.000 women per year, 18.000 fatal casualties were ascertained in the same period. The breast cancer diagnostic is based on clinical and different imaging methods, whereas Magnetic Resonance Imaging (MRI) is the most sensitive imaging modality in the detection of especially small lesions under 5 mm. Due to improvements of breast imaging - especially MRI - it has been predicted that by the year 2010 about 50% of newly diagnosed breast cancers will be less than 10 mm in size. However, to assure the image based breast cancer diagnosis, biopsies of tumor tissue are often necessary in order to avoid false specified results. With reference to the state of the art, it is still difficult to achieve sufficient accurate MRI-supported biopsies for tumor sizes of under 10 mm. To improve the MR-controlled diagnostic in respect of increasing the efficiency and precision of the biopsy method, a new apparatus for minimal invasive breast biopsies particularly for the use inside closed bore MRI-scanner was developed. This MR-compatible device is based on new concepts which meet the extremely high requirements on interventions in strong magnetic fields through special designs and kinematic concepts and the application of MR-compatible materials, actors and sensor systems. It is of a modular structure and consists mainly of an automated positioning unit and an integrated intervention tool. This new system makes it possible to do the breast interventions either from the cranial or the caudal position directly after tumor detecting with the use of a new double breast coil. A major advantage of this approach is the high accuracy and the possibility to realize image diagnostic and biopsy in one session. As the preclinical evaluation with a 1.5 T MRI-scanner showed, the deviation of the intervention device regarding instrument positioning to a located target was less than 1mm, so that interventions could be carried out precisely and reproducible. Furthermore there were no image interferences due to the additional materials in the MRI-isocenter. The system implements a user-interface for intervention planning on up-to-date MR images and device control. Besides the concepts and results of the new biopsy device, the present dissertation refers to numerous scientific investigations with a focus on material and actuator application in the magnetic field of a MRI-scanner.