Entwicklung eines protektiven dermalen Drug Delivery Systems für therapeutische DNAzyme gegen Hauterkrankungen wie die aktinische Keratose

Die therapeutischen DNAzyme stellen als neue Wirkstoffgruppe einen vielversprechend Ansatz bei der Therapie von Hauterkrankungen dar. Derzeit sind fünf DNAzyme in der klinischen Wirkstoffprüfung von denen zukünftig wiederum zwei gegen Hauterkrankungen eingesetzt werden sollen. Für eine erfolgreiche Therapie muss der Wirkstoff an den Zielort in der Haut penetrieren und dort intakt vorliegen. Allerdings erschweren allgemein die Eigenschaften der Wirkstoffgruppe den Wirkstofftransport und den Erhalt der Wirkstoffintegrität. Zudem besitzt die Haut eine Barrierefunktion, die es zu überwinden gilt, um eine hohe Bioverfügbarkeit in den pathogen veränderten Hautzellen zu erreichen. Die Hautbarriere lässt sich in eine passive und aktive Barriere unterteilen. Während die aktive Barriere der Integrität des Wirkstoffes schadet, verhindert die passive Barriere die Wirkstoffdiffusion. In Bezug auf die aktive Barriere konnte nachgewiesen werden, dass das ungeschützte DNAzym auf der humanen Hautoberfläche durch DNase II degradiert wird. Durch eine Komplexierung mit Polykationen zu Polyplexen konnte der Wirkstoff auf der Haut geschützt werden. In Abhängigkeit der Eigenschaften des Polykations waren unterschiedliche ξ-Verhältnisse nötig, um den Schutz zu gewährleisten. Ein ξ-Verhältnis im Bereich von 1 2 und darüber hinaus im positiven Zeta-Potenzial erhöht die Chance auf einen ausreichenden Schutz. Als Polykationen eigneten sich insbesondere bioabbaubare Chitosan-Polymere, welche im Vergleich zu Polyethylenimin laut Literatur eine geringere Toxizität aufweisen. In Bezug auf die passive Hautbarriere konnte diese mittels Submicronemulsion (SME) überwunden werden. Selbst die größeren Polyplex-Partikel konnten durch die SME in die Haut penetrieren. Dabei erhöhten die Hilfsstoffe der SME die Penetration und erreichen eine Akkumulation des Wirkstoffes in dem Stratum corneum der intakten Haut. Somit stand das Stratum corneum als Wirkstoffreservoir zur Verfügung. Die Polyplexe wiederum erreichen auf zellulärer Ebene eine erhöhte Aufnahme des Wirkstoffes in HaCaT-Zellen. Die Kombination aus Chitosan-Polyplexen und SME führte zu dem Ergebnis eines protektiven dermalen DDS, das sowohl die Penetration als auch die Zellaufnahme fördert und darüber hinaus den Wirkstoff schützt

Development and Evaluation of an Undergraduate Science Communication Module

This paper describes the design and evaluation of an undergraduate final year science communication module for the Science Faculty at the University of East Anglia. The module focuses specifically on science communication and aims to bring an understanding of how science is disseminated to the public. Students on the module are made aware of the models surrounding science communication and investigate how the science culture interfaces with the public. During the module they learn how to adapt science concepts for different audiences and how to talk confidently about science to a lay-audience. Student motivation for module choice centres on the acquisition of transferable skills and students develop these skills through designing, running and evaluating a public outreach event at a school or in a public area. These transferable skills acquired include communication, interaction with different organisations such as museums and science centres, developing understanding of both the needs of different audiences and the importance of time management. They also develop skills relating to self-reflection and how to use this as a tool for future self development. The majority of students completing the module go on to further study, either a PhD, MSc or teacher training. The module can be sustained in its present formed if capped at 40 students, however it is recognised that to increase cohort size, further investment of faculty time and resources would be required

First-Principles Semiclassical Initial Value Representation Molecular Dynamics

A method for carrying out semiclassical initial value representation calculations using first-principles molecular dynamics (FP-SC-IVR) is presented. This method can extract the full vibrational power spectrum of carbon dioxide from a single trajectory providing numerical results that agree with experiment even for Fermi resonant states. The computational demands of the method are comparable to those of classical single-trajectory calculations, while describing uniquely quantum features such as the zero-point energy and Fermi resonances. By propagating the nuclear degrees of freedom using first-principles Born-Oppenheimer molecular dynamics, the stability of the method presented is improved considerably when compared to dynamics carried out using fitted potential energy surfaces and numerical derivatives.Comment: 5 pages, 2 figures, made stylistic and clarity change

HiTRACE: High-throughput robust analysis for capillary electrophoresis

Motivation: Capillary electrophoresis (CE) of nucleic acids is a workhorse technology underlying high-throughput genome analysis and large-scale chemical mapping for nucleic acid structural inference. Despite the wide availability of CE-based instruments, there remain challenges in leveraging their full power for quantitative analysis of RNA and DNA structure, thermodynamics, and kinetics. In particular, the slow rate and poor automation of available analysis tools have bottlenecked a new generation of studies involving hundreds of CE profiles per experiment. Results: We propose a computational method called high-throughput robust analysis for capillary electrophoresis (HiTRACE) to automate the key tasks in large-scale nucleic acid CE analysis, including the profile alignment that has heretofore been a rate-limiting step in the highest throughput experiments. We illustrate the application of HiTRACE on thirteen data sets representing 4 different RNAs, three chemical modification strategies, and up to 480 single mutant variants; the largest data sets each include 87,360 bands. By applying a series of robust dynamic programming algorithms, HiTRACE outperforms prior tools in terms of alignment and fitting quality, as assessed by measures including the correlation between quantified band intensities between replicate data sets. Furthermore, while the smallest of these data sets required 7 to 10 hours of manual intervention using prior approaches, HiTRACE quantitation of even the largest data sets herein was achieved in 3 to 12 minutes. The HiTRACE method therefore resolves a critical barrier to the efficient and accurate analysis of nucleic acid structure in experiments involving tens of thousands of electrophoretic bands.Comment: Revised to include Supplement. Availability: HiTRACE is freely available for download at http://hitrace.stanford.ed

Optimisation of NMR dynamic models I. Minimisation algorithms and their performance within the model-free and Brownian rotational diffusion spaces

The key to obtaining the model-free description of the dynamics of a macromolecule is the optimisation of the model-free and Brownian rotational diffusion parameters using the collected R1, R2 and steady-state NOE relaxation data. The problem of optimising the chi-squared value is often assumed to be trivial, however, the long chain of dependencies required for its calculation complicates the model-free chi-squared space. Convolutions are induced by the Lorentzian form of the spectral density functions, the linear recombinations of certain spectral density values to obtain the relaxation rates, the calculation of the NOE using the ratio of two of these rates, and finally the quadratic form of the chi-squared equation itself. Two major topological features of the model-free space complicate optimisation. The first is a long, shallow valley which commences at infinite correlation times and gradually approaches the minimum. The most severe convolution occurs for motions on two timescales in which the minimum is often located at the end of a long, deep, curved tunnel or multidimensional valley through the space. A large number of optimisation algorithms will be investigated and their performance compared to determine which techniques are suitable for use in model-free analysis. Local optimisation algorithms will be shown to be sufficient for minimisation not only within the model-free space but also for the minimisation of the Brownian rotational diffusion tensor. In addition the performance of the programs Modelfree and Dasha are investigated. A number of model-free optimisation failures were identified: the inability to slide along the limits, the singular matrix failure of the Levenberg–Marquardt minimisation algorithm, the low precision of both programs, and a bug in Modelfree. Significantly, the singular matrix failure of the Levenberg–Marquardt algorithm occurs when internal correlation times are undefined and is greatly amplified in model-free analysis by both the grid search and constraint algorithms. The program relax (http://www.nmr-relax.com) is also presented as a new software package designed for the analysis of macromolecular dynamics through the use of NMR relaxation data and which alleviates all of the problems inherent within model-free analysis

Entwicklung eines protektiven dermalen Drug Delivery Systems für therapeutische DNAzyme gegen Hauterkrankungen wie die aktinische Keratose

Die therapeutischen DNAzyme stellen als neue Wirkstoffgruppe einen vielversprechend Ansatz bei der Therapie von Hauterkrankungen dar. Derzeit sind fünf DNAzyme in der klinischen Wirkstoffprüfung von denen zukünftig wiederum zwei gegen Hauterkrankungen eingesetzt werden sollen. Für eine erfolgreiche Therapie muss der Wirkstoff an den Zielort in der Haut penetrieren und dort intakt vorliegen. Allerdings erschweren allgemein die Eigenschaften der Wirkstoffgruppe den Wirkstofftransport und den Erhalt der Wirkstoffintegrität. Zudem besitzt die Haut eine Barrierefunktion, die es zu überwinden gilt, um eine hohe Bioverfügbarkeit in den pathogen veränderten Hautzellen zu erreichen. Die Hautbarriere lässt sich in eine passive und aktive Barriere unterteilen. Während die aktive Barriere der Integrität des Wirkstoffes schadet, verhindert die passive Barriere die Wirkstoffdiffusion. In Bezug auf die aktive Barriere konnte nachgewiesen werden, dass das ungeschützte DNAzym auf der humanen Hautoberfläche durch DNase II degradiert wird. Durch eine Komplexierung mit Polykationen zu Polyplexen konnte der Wirkstoff auf der Haut geschützt werden. In Abhängigkeit der Eigenschaften des Polykations waren unterschiedliche ξ-Verhältnisse nötig, um den Schutz zu gewährleisten. Ein ξ-Verhältnis im Bereich von 1 2 und darüber hinaus im positiven Zeta-Potenzial erhöht die Chance auf einen ausreichenden Schutz. Als Polykationen eigneten sich insbesondere bioabbaubare Chitosan-Polymere, welche im Vergleich zu Polyethylenimin laut Literatur eine geringere Toxizität aufweisen. In Bezug auf die passive Hautbarriere konnte diese mittels Submicronemulsion (SME) überwunden werden. Selbst die größeren Polyplex-Partikel konnten durch die SME in die Haut penetrieren. Dabei erhöhten die Hilfsstoffe der SME die Penetration und erreichen eine Akkumulation des Wirkstoffes in dem Stratum corneum der intakten Haut. Somit stand das Stratum corneum als Wirkstoffreservoir zur Verfügung. Die Polyplexe wiederum erreichen auf zellulärer Ebene eine erhöhte Aufnahme des Wirkstoffes in HaCaT-Zellen. Die Kombination aus Chitosan-Polyplexen und SME führte zu dem Ergebnis eines protektiven dermalen DDS, das sowohl die Penetration als auch die Zellaufnahme fördert und darüber hinaus den Wirkstoff schützt