"Keine Erkenntnis ohne Reibung". Ein Zwischenruf zu Differenz in interdisziplinären Diskussionen zu Differenzordnungen

Die Autor*innen richten den Blick zurück auf die Potenziale und Herausforderungen einer interdisziplinären Zusammenarbeit in der Erforschung von (Fach-)Unterricht. (DIPF/Orig.

Biomimetic sythesis of multifunctional silica particles

Silica-Partikel können in der Biotechnologie und Biomedizin beispielsweise für die Immobilisierung von Enzymen, bildgebende Verfahren, als Biosensoren oder als Drug-Delivery-Systeme mit kontrollierter Freisetzung von Arzneistoffen Anwendung finden. Die biomimetische Synthese solcher Partikel hat in den letzten Jahren eine erhöhte Beliebtheit erfahren, da sie eine Reihe von Vorteilen gegenüber der traditionellen Synthese von Silica-Partikeln, wie der Sol-Gel-Synthese oder Mikroemulsions-Methode, aufweist. Zu diesen Vorteilen zählen milde Synthesebedingungen wie ein neutraler pH-Wert und Synthese bei Raumtemperatur in wässrigen Lösungen sowie die Möglichkeit Biomoleküle wie Proteine oder Peptide in Silica-Material zu inkorporieren. Im vorliegenden Projekt wurden Silica-Präzipitationen basierend auf einer bereits etablierten biomimetischen Synthesemethode unter Verwendung einer Variante des synthetischen Silaffin-Peptids R5, die ein N-terminales Cystein trug, durchgeführt. Über die Silica-Präzipitations-Fähigkeit dieser R5-Variante in Phosphat-gepufferten Lösungen mit Orthokieselsäure bei neutralem pH-Wert und Raumtemperatur ist bereits berichtet worden. Es wurde versucht, die Zugänglichkeit des N- und C-Terminus des R5-Peptids in Silica-Partikeln, die mithilfe dieses Peptids synthetisiert wurden, zu untersuchen. Der hierfür verwendete strategische Ansatz basierte auf der (Strept)avidin-Biotin Interaktion zwischen N- und C-terminal biotinylierten Varianten des R5-Peptids mit Streptavidin-Goldnanopartikel- oder Avidin-Sulforhodamin 101-Konjugaten. Außerdem wurde der Einfluss des pH-Werts und der Konzentrationen des R5 Peptids und des Silica-Precursors auf die Morphologien der resultierenden Präzipitate untersucht, um die optimalen Synthesebedingungen für sphärische Silica-Partikel mit glatten Oberflächen zu finden. In weiterer Folge wurden Bedingungen für die Synthese von sphärischen Silica-Partikeln, die mit zwei Modifikationen (Cyanin-5 und Fluoreszein) versehen waren, basierend auf dem gleichen biomimetischen Synthesekonzept entwickelt. Für die Produktion der dual modifizierten Silica-Partikel wurde die Cyanin-5-Funktionalität über die kovalente Bindung an den N-Terminus der R5-Peptid-Variante, die mit dem Siliziumdioxid co-präzipitiert, eingeführt. Im Gegensatz dazu wurde die Fluoreszein-Modifikation über die Verwendung von Triethoxysilyl-Fluoreszein als-Silica-Precursor direkt in das Silica-Material integriert. Die Anteile der Cyanin-5-modifizierten R5-Variante und des Triethoxysilyl-Fluoreszeins, die in die Partikel inkorporiert worden waren, wurden bestimmt. Zusätzlich wurden Zellstudien in THP-1-Zellen durchgeführt, um die Aufnahme der doppelt modifizierten Silica-Partikel in diese Zellen innerhalb von 24 Stunden zu untersuchenSilica particles can be used in biotechnology and biomedicine for applications including immobilization of enzymes, imaging, biosensing, drug delivery and controlled drug-release. The biomimetic synthesis of such particles has become increasingly popular in recent years as it provides a variety of advantages compared to the traditional synthesis of silica particles including the sol-gel process and micro-emulsion synthesis. These advantages comprise mild synthesis conditions such as neutral pH, ambient temperature and synthesis in aqueous solutions as well as the possibility of producing hybrid materials of silica with biomolecules such as proteins and peptides. In this project, silica precipitations were carried out based on a previously established biomimetic synthesis approach involving a variant of the synthetic silaffin R5 peptide with an N-terminal cysteine residue. This R5 variant has been shown to exhibit silica precipitating activity in phosphate-buffered solutions containing silicic acid at neutral pH and ambient temperature. The investigation of the display and accessibility of the N- and C-terminus of the R5 peptide in silica particles derived from biomimetic silica precipitations using this peptide was attempted. The strategy employed for this investigation utilized the (strept)avidin-biotin interaction between N- or C-terminally biotinylated R5 variants with streptavidin-gold nanoparticle and avidin-sulforhodamine 101 conjugates. In addition, the effect of pH as well as R5 peptide and silica precursor concentrations on the morphology of the resultant precipitates was investigated in order to find optimal synthesis conditions for smooth spherical silica particles. Conditions for the synthesis of spherical silica particles modified with two different functionalities (cyanine-5 and fluorescein) based on the same biomimetic approach were then developed. For the generation of the doubly modified silica particles, a cyanine-5 functionality was introduced via covalent attachment to the N-terminus of the R5 peptide variant, which co-precipitates with the silica. In contrast, the fluorescein modification was incorporated directly into the silica material via the use of triethoxysilyl fluorescein as a silica precursor. The percentages of the cyanine-5 modified R5 variant and triethoxysilyl fluorescein incorporated into the particles were determined and cell studies were carried out in THP-1 cells to investigate the uptake of the doubly modified silica particles by these cells within 24 hours

Model-Level Integration of the OCL Standard Library Using a Pivot Model with Generics Support

Abstract. OCL 2.0 specifies a standard library of predefined types and associated operations. A model-level representation of the library is required to reference its elements within the abstract syntax model created by an OCL parser. Existing OCL engines build this model in the implementation code which severely limits reusability, flexibility and maintainability. To address these problems, we show how a common pivot model with explicit support for template types can help to externalize the definition of the standard library and integrate it with instances of arbitrary domain-specific modeling languages. We exemplify the feasibility of our approach with a prototypical implementation for the Dresden OCL2 Toolkit and present a tailored EMF editor for modeling the OCL types and operations. We limit our discussion to the model level, i.e., we do not consider an implementation of the standard library for an execution engine.

Biomimetic Sensors to Detect Bioanalytes in Real-Life Samples Using Molecularly Imprinted Polymers: A Review

Molecularly imprinted polymers (MIPs) come with the promise to be highly versatile, useful artificial receptors for sensing a wide variety of analytes. Despite a very large body of literature on imprinting, the number of papers addressing real-life biological samples and analytes is somewhat limited. Furthermore, the topic of MIP-based sensor design is still, rather, in the research stage and lacks wide-spread commercialization. This review summarizes recent advances of MIP-based sensors targeting biological species. It covers systems that are potentially interesting in medical applications/diagnostics, in detecting illicit substances, environmental analysis, and in the quality control of food. The main emphasis is placed on work that demonstrates application in real-life matrices, including those that are diluted in a reasonable manner. Hence, it does not restrict itself to the transducer type, but focusses on both materials and analytical tasks

Continuous Flow Reactors from Microfluidic Compartmentalization of Enzymes within Inorganic Microparticles.

Compartmentalization and selective transport of molecular species are key aspects of chemical transformations inside the cell. In an artificial setting, the immobilization of a wide range of enzymes onto surfaces is commonly used for controlling their functionality but such approaches can restrict their efficacy and expose them to degrading environmental conditions, thus reducing their activity. Here, we employ an approach based on droplet microfluidics to generate enzyme-containing microparticles that feature an inorganic silica shell that forms a semipermeable barrier. We show that this porous shell permits selective diffusion of the substrate and product while protecting the enzymes from degradation by proteinases and maintaining their functionality over multiple reaction cycles. We illustrate the power of this approach by synthesizing microparticles that can be employed to detect glucose levels through simultaneous encapsulation of two distinct enzymes that form a controlled reaction cascade. These results demonstrate a robust, accessible, and modular approach for the formation of microparticles containing active but protected enzymes for molecular sensing applications and potential novel diagnostic platforms.Marie Skłodolwska-Curie ITN agreement No. 675007 BBSRC (T.P.J.K.) Welcome Trust (T.P.J.K.

Ökologischer Landbau in Sachsen von 2015 bis 2019: Statusbericht

Der Ökolandbau in Sachsen entwickelt sich weiter und entwächst der Nische. Weiterhin deutlich sind jedoch traditionelle Schwächen, wie z. B. geringer Viehbesatz oder Marktferne, die die Entwicklung bremsen. Künftige Herausforderungen sind die Anpassung an den Klimawandel, Ernährungssicherheit mit hohen Ökoanteilen, Verbesserung des Tierwohls und Umweltleistungen. Für die ab 2021 geltende EU-Verordnung zum Ökologischen Landbau werden die Kontrollverfahren angepasst. Der Bericht ist für Landwirte ebenso wie für Entscheider in der sächsischen Agrarwirtschaft von Interesse. Redaktionsschluss: 26.06.202

Ökologischer Landbau in Sachsen von 2015 bis 2019: Statusbericht

Der Ökolandbau in Sachsen entwickelt sich weiter und entwächst der Nische. Weiterhin deutlich sind jedoch traditionelle Schwächen, wie z. B. geringer Viehbesatz oder Marktferne, die die Entwicklung bremsen. Künftige Herausforderungen sind die Anpassung an den Klimawandel, Ernährungssicherheit mit hohen Ökoanteilen, Verbesserung des Tierwohls und Umweltleistungen. Für die ab 2021 geltende EU-Verordnung zum Ökologischen Landbau werden die Kontrollverfahren angepasst. Der Bericht ist für Landwirte ebenso wie für Entscheider in der sächsischen Agrarwirtschaft von Interesse. Redaktionsschluss: 26.06.202

Silica particles with a quercetin–R5 peptide conjugate are taken up into HT-29 cells and translocate into the nucleus

Intracellular delivery of bioactive polyphenols is currently evaluated as a protective strategy for cells under pharmaceutical stress. To this end, the 20mer R5 peptide from the marine diatom C. fusiformis was N-terminally modified with a quercetin derivative. This polyphenol–peptide conjugate was used to generate homogeneous silica particles under biomimetic conditions that are efficiently taken up by eukaryotic cells without being cytotoxic. However, not only was accumulation in the cytoplasm of living cells observed via electron and fluorescence microscopy but also translocation into the nucleus. The latter was only seen when the quercetin–peptide conjugate was present within the silica particles and provides a novel targeting option for silica particles to nuclei