Magnetic resonance imaging (MRI) is the leading imaging technique for disease diagnostics. MRI contrast agents facilitate MRI technique to obtain tissue-specific image with improved sensitivity and signal-to-noise ratio. However, the applications of current MRI contrast agents are hampered by their uncontrolled blood circulation time, low relaxivity, and low specificity. To address such need, I have developed a series of analitical methods to determine and evaluate the strong metal binding affinity and metal selectivity of developed protein-based contrast agents (ProCAs). In addition, we have successed designed contrast agents ProCA3 series based on key determinats for metal binding sites and relaxivity. We have dementrated that one of the ProCA3 variants, ProCA32, has a high Gd3+ affinity less than 10-21 M and high metal selectivity with relxivity of more than 30 mM-1s-1 per Gd and 60 mM-1s-1 per particle. Moreover, we have demonstrated that ProCA3 variants have proper blood circulation time, high relaxivity, high metal selectivity and low toxicity, which facilitate MR imaging of multiple organs, such as liver, kidney, and blood vessels, as well as tumors. ProCA32 is also able to image liver metastases a tumor size less than 0.25 mm, which is more than fourty times more sensitive than that of clinical diagnostics of liver metastases using MRI and our developed methodology. We have further created ProCA3 variants with targeting peptide moieties such as ProCA3.bomb or ProCA3.affi to against cancer biomarkers such as GRPR and HER2 with capability to imaging tumor biomarker expressions in vivo at molecular level. We have shown that ProCA3 has an excellent safety profile and pharmacokinetics for MRI in animals. With our additional effect in protein expression, modification, and scale up production of these developed protein contrast agents, ProCA3 is expected to be a promising MRI contrast for the diagnostics for disease, such as metastatic tumor and blood vessel abnormalities, and tumor biomarkers.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung elektrochemischer Biosensoren zur Erweiterung oder zum Ersatz herkömmlicher Diagnostikverfahren. Als Basis für die Biosensoren wurden Elektrodenarraychips entworfen und im Reinraum gefertigt. Die als 9WPtE bezeichneten Elektrodenarrays waren aus 3 x 3 Elektrodenpaaren im 96-well-Maßstab (ANSI-Standard) aufgebaut. Jedes Elektrodenpaar bestand aus einer kreisrunden Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 1,9 mm und einer Gegenelektrode als offenem Kreisring um die Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 7 mm. Außerhalb des Reinraums wurden separate Messkammern und Ag/AgCl-Referenzelektroden integriert. Sowohl das Referenzsystem als auch die Signalqualität der 9WPtE-Elektrodenarraychips wurden mittels Zyklovoltammetrie, Impedanzspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie analysiert und anhand dieser Untersuchungen optimiert. Das Augenmerk lag hierbei auf den Produktionsprozessen zur Herstellung der Elektrodenarraychips, auf den Elektrolytbedingungen für die elektrochemischen Messungen und auf der Recyclebarkeit der Chips. Die Funktionalisierung der Arbeitselektroden der 9WPtE-Chips erfolgte mit sich selbst-organisierenden Schichten aus Thiolen. An die Thiole wurden mittels Chemoligation die biologischen Erkennungskomponenten kovalent gekoppelt. Mit dem 9WPtE-Elektrodenarray wurde auf diese Weise ein funktionsfähiger kompetitiver Immunosensoren gegen den Tumormarker Tenascin C entwickelt. Außerdem wurden der 9WPtE-Chip und ein zusätzlich entwickelter Durchflusssensor, basierend auf dem Prinzip des 9WPtE, genutzt, um die Möglichkeit der Detektion ganzer eukaryotischer Zellen zu untersuchen.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung elektrochemischer Biosensoren zur Erweiterung oder zum Ersatz herkömmlicher Diagnostikverfahren. Als Basis für die Biosensoren wurden Elektrodenarraychips entworfen und im Reinraum gefertigt. Die als 9WPtE bezeichneten Elektrodenarrays waren aus 3 x 3 Elektrodenpaaren im 96-well-Maßstab (ANSI-Standard) aufgebaut. Jedes Elektrodenpaar bestand aus einer kreisrunden Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 1,9 mm und einer Gegenelektrode als offenem Kreisring um die Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 7 mm. Außerhalb des Reinraums wurden separate Messkammern und Ag/AgCl-Referenzelektroden integriert. Sowohl das Referenzsystem als auch die Signalqualität der 9WPtE-Elektrodenarraychips wurden mittels Zyklovoltammetrie, Impedanzspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie analysiert und anhand dieser Untersuchungen optimiert. Das Augenmerk lag hierbei auf den Produktionsprozessen zur Herstellung der Elektrodenarraychips, auf den Elektrolytbedingungen für die elektrochemischen Messungen und auf der Recyclebarkeit der Chips. Die Funktionalisierung der Arbeitselektroden der 9WPtE-Chips erfolgte mit sich selbst-organisierenden Schichten aus Thiolen. An die Thiole wurden mittels Chemoligation die biologischen Erkennungskomponenten kovalent gekoppelt. Mit dem 9WPtE-Elektrodenarray wurde auf diese Weise ein funktionsfähiger kompetitiver Immunosensoren gegen den Tumormarker Tenascin C entwickelt. Außerdem wurden der 9WPtE-Chip und ein zusätzlich entwickelter Durchflusssensor, basierend auf dem Prinzip des 9WPtE, genutzt, um die Möglichkeit der Detektion ganzer eukaryotischer Zellen zu untersuchen.

Prostate carcinoma is considered to be one of the main medical problem in male population. Prostate carcinoma is the most frequently diagnosed malignancy in men and the death rate has the second position within all diagnosed malignancies in Czech Republic (ÚZIS). There is only one reliable diagnostic tool: PSA (prostate specific antigen). Level of PSA is often elevated in men with prostate carcinoma. This diploma thesis is focused on study of changes in gene expression in prostate carcinoma. Three candidate genes were analyzed: VCL (vinculin), SHB (Src homology 2 binding protein) and OCT3 (organic cation transporter 3). According to recent publications, these genes are related to tumor progression and they could have prognostic significance. In this thesis the following methodological approaches were used: 82 prostatic specimens were collected from patients and mRNA was isolated from these specimens; then RT-PCR was used to obtain cDNA, fragments were detected by electrophoresis. At the end statistical methods were used for evaluation. Relative expression of the genes in prostate carcinoma tissue was compared to relative expression of the genes in BPH (benign prostatic neoplasia) tissue. Results showed higher expression of genes SHB and OCT3 in prostate carcinoma tissue in compariscon to BPH...