Magnetic iron oxide nanoparticles as MRI contrast agents - a comprehensive physical and theoretical study

Magnetite nanoparticles, especially superparamagnetic iron oxide nanoparticles, are established contrast agents for magnetic resonance imaging. Magnetosomes, which are magnetite nanoparticles of biological origin, have been shown to have better contrast properties than current formulations possibly because of their larger size and high monodispersity. Here, we present an integrated study of magnetosomes and synthetic magnetite nanoparticles of varying size, hence, magnetic properties. We investigate not only the relaxation times as a measure for the contrast properties of these particles, but also their cytotoxicity and demonstrate the higher contrast of the larger particles. A theoretical model is presented that enables us to simulate the R2=R1 ratio of a contrast agent and con�rm that larger particles offer higher contrast. The results from this study illustrate the possibility to obtain colloidal stability of large magnetic nanoparticles for magnetic resonance imaging applications and serve as an impetus for a more quantitative description of the contrast effect as a function of the size

O chovu hovězího dobytka

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Zagreb, 12. rujna 2003.

Zavod za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustav

Development of pharmacological tools to understand the role of Insulin Degrading Enzyme (IDE) in the regulation of proteotoxic stress

L'Insulin Degrading Enzyme (IDE) est une métalloprotéase à zinc ubiquitaire retrouvée dans les compartiments extracellulaires et intracellulaires. IDE est impliquée dans la dégradation de peptides physiologiquement importants tels que l'insuline et d'autres peptides amyloïdogènes. Cependant, elle est remarquablement conservée dans les espèces et les tissus ne produisant pas ces peptides substrats. Cette observation suggère un rôle important d'IDE, non complétement identifié, et pas seulement corrélé à son activité catalytique. IDE est une enzyme pour laquelle on continue de découvrir de nouvelles implications biologiques et sa caractérisation est nécessaire pour mieux comprendre ces nouveaux rôles physiologiques ou pathologiques. En particulier, ces dernières années des études ont mis en évidence le lien entre IDE et le stress du réticulum endoplasmique (ER) notamment dans la voie ubiquitine-protéasome et la voie de l'Unfolded Protein Response (UPR). L'unité a récemment breveté l'utilisation d'une première série d'inhibiteurs d'IDE dont le chef de file est le BDM 44768 pour booster des cytotoxiques, notamment les inhibiteurs du protéasome tels que le carfilzomib, un des traitements de référence du myélome multiple.Basé sur cette série chimique du BDM 44768 et guidé par la structure cristallographique de nos composés dans IDE, plusieurs modulations ont été réalisées sur quatre différentes parties du pharmacophore ainsi que l'élaboration d'une série macrocyclique. Ces pharmacomodulations ont permis l'obtention de plusieurs molécules puissantes avec une activité de l'ordre du nanomolaire et possédant des propriétés pharmacocinétiques qui pourraient permettre leurs utilisations dans des modèles in vivo.Dans le but d'explorer les fonctions et l'implication d'IDE dans différents processus cellulaires cette thèse a également permis la conception et la synthèse de différents outils chimiques d'exploration. Premièrement, suite aux différents modes de liaison de nos molécules dans IDE, deux séries de sondes PROTAC ont été synthétisées. Leurs évaluations biologiques ont révélé qu'elles n'induisent pas la dégradation d'IDE mais de deux autres protéines, une protéine homologue à IDE, la pitrilysine, ainsi que la DPP3, une dipeptidyl peptidase. Pour terminer, deux sondes fluorescentes, qui restent à être optimisées, ont été conçues et synthétisées afin de pouvoir suivre la localisation d'IDE au sein de la cellule et plus particulièrement dans le réticulum endoplasmique dans le but de corréler cette localisation au cours du temps avec les effets sur les protéines de l'UPR et le stress réticulaire.Ainsi, lors de cette thèse de précieux résultats pour concevoir de futurs outils chimiques permettant l'étude d'IDE et l'élucidation des différents rôles de cette protéine ont été obtenus. De plus, plusieurs petites molécules puissantes, modulant l'activité d'IDE, ont été synthétisées dans le but de répondre aux différents besoins thérapeutiques associés à cette cible.Insulin Degrading Enzyme (IDE) is a ubiquitous zinc metalloprotease found in extracellular and intracellular compartments. IDE is involved in the degradation of physiologically important peptides such as insulin and other amyloidogenic peptides. However, it is remarkably conserved in species and tissues that do not produce these substrate peptides. This observation suggests an important role for IDE, not fully identified, and not only correlated with its catalytic activity. IDE is an enzyme for which new biological implications continue to be discovered and its characterization is necessary to better understand these new physiological or pathological roles. In particular, in the last few years studies have highlighted the link between IDE and endoplasmic reticulum (ER) stress, notably in the ubiquitin-proteasome pathway and the Unfolded Protein Response (UPR) pathway.The unit has recently patented the use of a first series of IDE inhibitors, with the BDM 44768 as lead compound, to boost cytotoxics, including proteasome inhibitors such as carfilzomib, one of the gold standard treatments for multiple myeloma.Based on this chemical series of BDM 44768 and guided by the crystallographic structure of our compounds in IDE, several modulations were performed on four different parts of the pharmacophore as well as the development of a macrocyclic series. These pharmacomodulations resulted in several potent molecules with nanomolar activity and pharmacokinetic properties that could allow their use in in vivo models.In order to explore the functions and involvement of IDEs in different cellular processes, this thesis also allowed the design and synthesis of different chemical exploration tools. First, following the different binding modes of our molecules in IDE, two series of PROTAC probes were synthesized. Their biological evaluations revealed that they do not induce the degradation of IDE but of two other proteins, a protein homologous to IDE, pitrilysin, and DPP3, a dipeptidyl peptidase. Finally, two fluorescent probes, that still need to be optimized, were designed and synthesized in order to be able to follow the localization of IDE within the cell and more particularly in the endoplasmic reticulum with the aim of correlating this localization over time with the effects on the UPR proteins and reticular stress.Thus, during this thesis, valuable results to design future chemical tools to study IDE and to elucidate the different roles of this protein were obtained. In addition, several potent small molecules modulating the activity of IDE were synthesized in order to address the different therapeutic needs associated with this target

Plemena, tvary těla a živobytí skota

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