Identification and characterisation of the circadian pacemaker of the cockroach Leucophaea maderae

Identification and characterisation of the circadian pacemaker of the cockroach Leucophaea madera

ATP induzierte Membranpotenzial-Oszillationen in humanen Makrophagen

Die Doktorarbeit zeigt, dass ATP in mikromolaren Konzentrationen bei humanen Makrophagen Oszillationen des Membranpotentials und des intrazellulären Kalziums auslöst. Diese Oszillationen wirken auf die Zytokinproduktion der Makrophagen und erhöhen die Produktion von IL-6. Des weitern konnten in dieser Arbeit die Purinrezeptoren der Makrophagen identifiziert werden. Es zeigte sich, dass die für die Oszillationen verantwortlichen Rezeptoren der P2Y-Familie angehören. Die Membranpotential-Ozillationen werden von Kaliumkanälen getragen. Es konnten BK und IKCa als Träger der Hyperpolarisationen zugeordnet werden. Insgesammt deuten diese Erkenntnisse möglicherweise auf ATP als Gefahren-Signal für das angeborenen Immunsystem hin

Elektrophysiologische Charakterisierung des isolierten circadianen Schrittmachers der Schabe Leucophaea maderae

Der Sitz des circadianen Schrittmachers, der das Laufverhalten der Schabe Leucophaea maderae steuert, wurde durch Läsions- und Transplantationsexperimente in der akzessorischen Medulla (aMe; Plural akzessorische Medullae, aMae) lokalisiert. Die aMe ist ein noduläres Neuropil, welches sich am frontalen, ventromedialen Rand der Medulla in den bilateralen optischen Loben befindet. Immunfärbungen gegen das Octadeca-Peptid pigment-dispersing hormon (PDH) aus Crustaceen zeigen eine dichte Innervation von PDH-immunreaktiven (PDH-ir) Zellen in der aMe. Bei Drosophila melanogaster und Leucophaea maderae exprimiert ein Grossteil der PDH-ir Zellen das Protein PERIOD, einen integralen Bestandteil des molekularen circadianen Schrittmachers (pacemaker). Darüber hinaus erfüllt die Anatomie der gefundenen PDH-ir Zellen wichtige Kriterien eines circadianen Schrittmachers. So weisen sie Projektionen in der Lamina auf und somit einen möglichen Informationsausgang zu den Komplexaugen, es besteht eine Kopplungsbahn zwischen den bilateralen aMae und es sind Ausgänge in das superiore mediane Protocerebrum vorhanden, welche für die Kontrolle des Verhaltens verantwortlich sein könnten. Zusätzlich zu den PDH-ir Zellen wird die aMe von einer Vielzahl verschiedener Peptid- und GABA-ir Neurone innerviert. Die Verzweigungen dieser Neurone formen Subkompartimente in der aMe: ein dichtes noduläres Neuropil, dazwischen ein internoduläres Neuropil und eine „Schale“, die das noduläre und internoduläre Neuropil umgibt. Das noduläre Neuropil weist dichte Verzweigungen aus dem GABA-ir distalen Trakt auf, die vermutlich für die Lichtsynchronisation verantwortlich sind. Zusätzliche Verzweigungen von circa 25 GABA-ir Neuronen mit Somata in direkter Nähe zur aMe dienen wahrscheinlich als lokale Interneurone. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Erforschung des molekularen Schrittmachers gemacht, aber nur wenige Informationen zu den physiologischen Eigenschaften der Schrittmacherneurone und deren Verschaltung zu einem neuronalen Netzwerk sind bekannt. In der vorliegenden Dissertation wurde eine Methode entwickelt und etabliert, welche es ermöglicht, über einen Zeitraum von Stunden bis hin zu mehreren Tagen die elektrische Aktivität von isolierten aMae aufzuzeichnen. Mit dieser Methode werden mit einer niederohmigen Saugelektrode Summenpotentiale von mehreren Neuronen simultan extrazellulär abgeleitet (multi-unit recording). Dies ermöglicht, die zeitliche Koordination der elektrischen Aktivität von Neuronen in einem Netzwerk zu untersuchen. Das Ziel der Arbeit war die elektrophysiologische und pharmakologische Charakterisierung der aMe und die Untersuchung, ob das neuronale Netzwerk der isolierten aMe selbstständig einen circadianen Rhythmus generiert. Die vorliegende Dissertation gliedert sich in drei Kapitel: Kapitel I: Pigment-dispersing factor and GABA synchronisieren Zellen der isolierten circadianen Uhr der Schabe Leucophaea maderae Extrazelluläre Langzeitableitungen von Summenpotentialen von isolierten aMae der Schabe Leucophaea maderae zeigten, dass die Mehrzahl der abgeleiteten Neurone spontanaktiv Aktionspotentiale mit sehr regelmäßigen Intervallen im Millisekundenbereich generieren. Diese Regelmäßigkeit wird wahrscheinlich durch Membranpotentialoszillationen mit ultradianen Periodenlängen verursacht. Die meisten Neurone in der aMe sind zu Ensembles phasengleich gekoppelt und generieren simultan Aktionspotentiale mit gleichen Intervallen (Periodenlängen) und zu gleichen Zeitpunkten (Phasenlage). Verschiedene Ensembles von Neuronen generieren unterschiedliche Periodenlängen und Phasenlagen. Die Effekte der Applikationen des inhibitorischen Neurotransmitters GABA und des Chloridkanal Blockers Picrotoxin, welcher reproduzierbar GABA-Inhibitionen aufhob, auf die zeitliche Koordination der elektrischen Aktivität, lassen vermuten, dass die neuronalen Ensembles mittels Synchronisation durch GABAerge Interneuronen gebildet werden. Die Phasenlage unterschiedlicher Ensembles wiederum kann durch Applikation von pigment-dispersing factor (PDF) synchronisiert werden (das Peptid PDF der Insekten ist homolog zu dem PDH der Crustaceen). Aus den Daten geht hervor, dass diese Phasenkopplung wahrscheinlich aus einer Inhibition der GABAergen Interneurone durch PDF resultiert. Diese Daten lassen vermuten, dass die Kontrolle der Phasenlage von ultradianen Aktionspotentialoszillationen ein wichtiger Bestandteil der Funktionsweise des circadianen Netzwerks ist. Offensichtlich wird diese Kontrolle der Phasenlage nicht ausschließlich über chemische Synapsen vermittelt. Die vollständige Blockade der synaptischen Übertragung durch die Entfernung extrazellulären Calciums führte zu einer Erhöhung der elektrischen Aktivität, wahrscheinlich durch den Verlust von inhibitorischen Eingängen auf spontanaktive Zellen, aber nicht zum Verlust von koordinierten Phasenbeziehungen. Die Phasenlage wurde lediglich von null Phasenunterschied zu einer neuen konstanten Phasenbeziehung verschoben. Kapitel II: Elektrische Synapsen zwischen Neuronen der akzessorischen Medulla scheinen circadiane Schrittmacherzellen der Schabe Leucophaea maderae zu synchronisieren Im ersten Kapitel wurde gezeigt, dass GABAerge synaptische Interaktionen zur Bildung neuronalen Ensembles führen. Während alle Neurone eines Ensembles mit der gleichen Phasenlage und gleicher Periodenlänge Aktionspotentiale generieren, zeigen unterschiedliche Ensembles unterschiedliche Periodenlängen und Phasenlagen. Allerdings führt die Blockade von synaptischer Übertragung nicht zu einem völligen Verlust von synchronisierten Aktionspotentialoszillationen, sondern zu einem graduellen Verschieben der Phasenlagen, bis hin zu einem konstanten Phasenunterschied. Daraus lässt sich schließen, dass zusätzliche Synchronisationswege in der aMe eine wichtige Rolle spielen, welche nicht von chemischen Synapsen getragen werden. Um zu untersuchen, ob elektrische Synapsen (gap junctions) an dieser Synchronisation beteiligt sind, verwendeten wir die aus Vertebraten bekannten gap junction Blocker Halothane, Octanol und Carbenoxolon (CBX). Die Effekte der Applikation von verschiedenen gap junction Blockern in Gegenwart und Abwesenheit von synaptischer Übertragung in der aMe, lassen darauf schließen, dass verschiedene Populationen von aMe Interneuronen durch gap junctions zu einer stabilen Phasendifferenz synchronisiert werden. Diese Synchronisation schafft die notwendige Voraussetzung für die synaptische Kopplung zu Ensembles von aMe Neuronen mit identischer Phasenlage. Kapitel III: Extrazelluläre Langzeitableitungen vom circadianen Schrittmacherzentrum der Schabe Leucophaea maderae offenbaren circadiane wie auch ultradiane Rhythmen Die elektrische Aktivität der isolierten aMe konnte im Dauerdunkel extrazellulär bis zu fünf Tagen gemessen werden. Bei extrazellulären Saugelektrodenableitungen, wie sie hier durchgeführt wurden ist die gemessene Frequenz unter anderem vom Synchronisationsgrad der einzelnen Neurone abhängig. Hohe Synchronisation zu identischer Phasenlage führt zu einer Verringerung der gemessenen Frequenz und umgekehrt. Da wir zeigen konnten, dass die Synchronisation von Phasenlagen und Periodenlängen ein integraler Bestandteil des aMe Netzwerkes ist, wurde das zeitliche Auftreten von definierten Frequenzmaxima unabhängig von der absoluten gemessenen Frequenz analysiert. Die gemessenen Frequenzmaxima zeigten eine signifikant höhere Verteilung in der Mitte der subjektiven Nacht. Die Untersuchung der Intervallverteilung zwischen den Frequenzmaxima ergab eine vorherrschende ultradiane Periodenlänge von circa zwei Stunden. Zusätzlich traten gehäuft Perioden auf, deren Länge ganzzahlige Vielfache von zwei Stunden waren. Die zeitliche Verteilung dieser periodisch auftretenden Frequenzmaxima, bzw. Frequenzänderungen steht in guter Korrelation zu den Zeiträumen in denen Injektionen von PDF, Allatotropin, GABA und Serotonin die Phasenlage der Lokomotion im Dauerdunkel am stärksten beeinflussen. Es lässt sich vermuten, dass die zeitliche Koordination des aMe Netzwerkes durch die Kontrolle der Phasenbeziehungen ultradianer Oszillatoren bewerkstelligt wird

Analyse und Auswertung von Besonderheiten und Problemen bei der Konstruktion einer Serienvorrichtung im Rahmen einer praxisnahen Aufgabenstellung für die Lehre

Der Kontakt und die Zusammenarbeit mit Klein- und Mittelständischen Unternehmen in der Umgebung der Technischen Fachhochschule Wildau ist eine wichtige Wissensquelle zur Bereicherung von Lehre und Forschung. Dabei werden praxisnahe Problemstellungen im Hauptstudium in den belegbegleitenden Fächern der Spezialisierungsrichtung Maschinenbau von Studenten zunehmend angestrebt

Pheromone Transduction in Moths

Calling female moths attract their mates late at night with intermittent release of a species-specific sex-pheromone blend. Mean frequency of pheromone filaments encodes distance to the calling female. In their zig-zagging upwind search male moths encounter turbulent pheromone blend filaments at highly variable concentrations and frequencies. The male moth antennae are delicately designed to detect and distinguish even traces of these sex pheromones amongst the abundance of other odors. Its olfactory receptor neurons sense even single pheromone molecules and track intermittent pheromone filaments of highly variable frequencies up to about 30 Hz over a wide concentration range. In the hawkmoth Manduca sexta brief, weak pheromone stimuli as encountered during flight are detected via a metabotropic PLCβ-dependent signal transduction cascade which leads to transient changes in intracellular Ca2+ concentrations. Strong or long pheromone stimuli, which are possibly perceived in direct contact with the female, activate receptor-guanylyl cyclases causing long-term adaptation. In addition, depending on endogenous rhythms of the moth's physiological state, hormones such as the stress hormone octopamine modulate second messenger levels in sensory neurons. High octopamine levels during the activity phase maximize temporal resolution cAMP-dependently as a prerequisite to mate location. Thus, I suggest that sliding adjustment of odor response threshold and kinetics is based upon relative concentration ratios of intracellular Ca2+ and cyclic nucleotide levels which gate different ion channels synergistically. In addition, I propose a new hypothesis for the cyclic nucleotide-dependent ion channel formed by insect olfactory receptor/coreceptor complexes. Instead of being employed for an ionotropic mechanism of odor detection it is proposed to control subthreshold membrane potential oscillation of sensory neurons, as a basis for temporal encoding of odors

Site-specific bioorthogonal modification of antibodies and T cell receptor ligands for use in cancer therapy and research

Cancer is a tremendously heterogeneous and dynamic disease and for that reason challenging to treat. Classical, broad-spectrum therapies like surgery, radiation, chemotherapy and combinations thereof contributed greatly to increased life expectancy of cancer patients. The universality of these therapies makes them applicable for a broad range of cancer types and patients but comes along with the risk of severe side effects or diminished efficacy. The desire for cancer-type-specific drugs and patient- personalized therapies has spurred the development of novel therapeutic concepts. Two very prominent targeted concepts, both inspired by the immune system, are antibody based drugs and immune cell therapy. Antibodies form the structural basis for multiple therapeutic molecules. Three salient formats are addressed in this thesis, namely antiproliferative monoclonal antibodies, bispecific antibodies and antibody-drug conjugates (ADCs). First, a high content assay for parallel investigation of antiproliferative potency and mode of action combining base-analog incorporation and DNA content quantification is described. Second, Tub-tag mediated C-terminal protein- protein-ligation (TuPPL) using complementary click-chemistry handles is demonstrated as a convenient method for bispecific antibody generation. Especially screening of bispecific antibody pairs could be streamlined by combinatorial linkage of individual candidates after protein production. Modification of proteins after expression is currently promoted by the advance of bioorthogonal conjugation strategies. Modification of endogenous amino acids, incorporation of unnatural amino acids and enzymatic modification are widely used for the introduction of universal bioorthogonal handles or direct attachment of functional groups. Along this line, a novel cysteine selective modular bioconjugation method using phosphonamidate electrophiles to generate stable cysteine conjugates is described here. The method was further applied to stably attach cytotoxic drug molecules to antibodies. The resulting ADCs show promising in vitro as well as in vivo efficacy and increased serum stability compared to standard maleimide conjugation. Although antibody based drugs indeed open the therapeutic window by lowering off-target effects as well as increasing tumor specific toxicity they still face limitations. Degradation and systemic clearance of the biomolecule require administration in regular intervals and tissue penetrance is limited by passive diffusion. In contrast, the use of cells as “living drugs” is a revolutionary new concept bypassing some limitations of “dead drugs”. The use of tumor specific immune cells, especially T cells, for cancer therapy shows promising results, however, the “living” nature of these drugs requires thorough characterization of the cell product. Along this line a novel T cell characterization agent, called FLEXamer, is described in this thesis that allows isolation and characterization of antigen specific T cells and associated T cell receptors. FLEXamers retain the high precision of conventional multimer reagents but unite the individual multimers in a single versatile reagent that can be functionalized on demand for the specific need. Taken together this work presents site-specific conjugation methods and novel sensitive tools for production and comprehensive characterization of sensitive and patient-specific next-generation cancer therapeutics.Die Behandlung von Krebs stellt Wissenschaftler vor eine große Herausforderung, da es sich um eine sehr heterogene und dynamische Erkrankung handelt. Mit klassischen Methoden wie operativen Eingriffen, Bestrahlung, Chemotherapie und deren Kombination konnte die Lebenserwartung von Krebspatienten deutlich verlängert werden. Diese Therapieoptionen sind zwar über ein weites Spektrum an Krebserkrankungen einsetzbar, jedoch birgt die geringe Spezifität ein hohes Risiko für Nebenwirkungen oder verminderte Wirksamkeit. Der Wunsch nach Therapeutika, die eine höhere Spezifität für die unterschiedlichen Krebsarten aufweisen und gleichzeitig eine personalisierte Behandlung des einzelnen Patienten erlauben, hat die Entwicklung von neuen therapeutischen Konzepten vorangetrieben. Zwei aktuelle Konzepte, die beide Komponenten des Immunsystems als Grundlage nutzen, sind antikörperbasierte Wirkstoffe und Immunzelltherapie. Antikörper bilden den strukturellen Kern bei einer Vielzahl von therapeutischen Molekülen. Wachstumshemmende monoklonale Antikörper, bispezifische Antikörper und Antikörper-Wirkstoff-Konjugate stellen hierbei die drei Hauptformate dar und werden in dieser Arbeit adressiert. Zuerst wird ein high-content Verfahren beschrieben, welches den Einbau von DNA-Basenanaloga und anschließende Quantifizierung des DNA-Gehalts nutzt, um das Potential eines wachstumshemmenden Antikörpers zu bestimmen. Zusätzlich ermöglicht es Einblicke in dessen Wirkmechanismus zu gewinnen. Ferner wird der Einbau komplementärer Klick-Gruppen mittels Tub-tag Konjugation zur C-terminalen Verknüpfung von Proteinen beschrieben und dessen Eignung zur Herstellung von bispezifischen Antikörpern demonstriert. Vor allem bei der Selektion von geeigneten Antikörperpaaren bietet eine solch modulare Ligationsmethode die Möglichkeit viele Kandidaten kombinatorisch zu verknüpfen nachdem sie individuell exprimiert wurden, um so komfortabel eine Bibliothek von bispezifischen Molekülen zu generieren. Im Allgemeinen wird durch die Entwicklung und Optimierung einer Vielzahl von bioorthogonaler Konjugationsmethoden die Modifikation von Proteinen aktuell stark vorangetrieben. Weit verbreitet ist die Modifikation von endogenen natürlichen Aminosäuren, der Einbau von unnatürlichen Aminosäuren und die enzymatische Modifikation, um entweder direkt eine funktionelle Einheit anzuheften oder um universelle bioorthogonale Gruppen einzubringen. In diesem Zusammenhang wird in dieser Arbeit eine neue cystein-selektive, modulare Biokonjugationsmethode beschrieben, die elektrophile Phosphonamidate verwendet, um stabile Cysteinkonjugate herzustellen. Ferner wird diese Methode zur stabilen Verknüpfung von cytotoxischen Molekülen und Antikörpern verwendet. Die daraus resultierenden Antikörper- Wirkstoff-Konjugate sind sowohl in vitro als auch in vivo aktiv und zeigen darüber hinaus eine erhöhte Plasmastabilität im Verglichen zur standardmäßigen Maleimidkonjugation. Antikörperbasierte Wirkstoffe erweitern zwar wie erwartet das therapeutische Fenster indem sie off-target Effekte reduzieren und zugleich tumor- spezifische Toxizität erhöhen, stoßen jedoch auch auf Limitationen. Biomoleküle werden aktiv abgebaut und aus dem Körper entfernt und erfordern somit eine wiederholte Verabreichung des Therapeutikums in regelmäßigen Zeitabständen. Außerdem ist die Verteilung im Körper hauptsächlich durch passive Effekte bestimmt, wodurch die Penetration in das Gewebe erschwert wird. Im Gegensatz hierzu steht der revolutionär neue Ansatz “lebendige Medikamente” zu verwenden, die aktiv im Körper proliferieren, und somit Limitationen von “leblosen Medikamenten” umgehen. Vielversprechend zeigt sich hier der Einsatz von Immunzellen, allen voran von T Zellen für die Krebstherapie. Die “lebendige” Natur dieser zellbasierten Medikamente erfordert jedoch eine umfassende Charakterisierung bevor sie dem Patienten verabreicht werden. In diesem Zusammenhang wird in dieser Arbeit ein neues Multimerreagenz, namens FLEXamer, zur Isolierung und Charakterisierung von T Zellen und deren T Zellrezeptoren beschrieben. FLEXamere erhalten die hohe Präzision von konventionellen Multimerreagenzien, vereinen jedoch die unterschiedlichen Multimere in einem einzigen vielseitigen Reagenz, das bedarfsgerecht, individuell funktionalisiert werden kann. Zusammenfassend beschäftigt sich diese Arbeit mit ortsgerichteten Biokonjugationsmethoden und neuen sensitiven Werkzeugen zur Herstellung und umfassenden Charakterisierung von sensitiven und patientenspezifischen Krebstherapeutika der nächsten Generation

Site-specific bioorthogonal modification of antibodies and T cell receptor ligands for use in cancer therapy and research

Cancer is a tremendously heterogeneous and dynamic disease and for that reason challenging to treat. Classical, broad-spectrum therapies like surgery, radiation, chemotherapy and combinations thereof contributed greatly to increased life expectancy of cancer patients. The universality of these therapies makes them applicable for a broad range of cancer types and patients but comes along with the risk of severe side effects or diminished efficacy. The desire for cancer-type-specific drugs and patient- personalized therapies has spurred the development of novel therapeutic concepts. Two very prominent targeted concepts, both inspired by the immune system, are antibody based drugs and immune cell therapy. Antibodies form the structural basis for multiple therapeutic molecules. Three salient formats are addressed in this thesis, namely antiproliferative monoclonal antibodies, bispecific antibodies and antibody-drug conjugates (ADCs). First, a high content assay for parallel investigation of antiproliferative potency and mode of action combining base-analog incorporation and DNA content quantification is described. Second, Tub-tag mediated C-terminal protein- protein-ligation (TuPPL) using complementary click-chemistry handles is demonstrated as a convenient method for bispecific antibody generation. Especially screening of bispecific antibody pairs could be streamlined by combinatorial linkage of individual candidates after protein production. Modification of proteins after expression is currently promoted by the advance of bioorthogonal conjugation strategies. Modification of endogenous amino acids, incorporation of unnatural amino acids and enzymatic modification are widely used for the introduction of universal bioorthogonal handles or direct attachment of functional groups. Along this line, a novel cysteine selective modular bioconjugation method using phosphonamidate electrophiles to generate stable cysteine conjugates is described here. The method was further applied to stably attach cytotoxic drug molecules to antibodies. The resulting ADCs show promising in vitro as well as in vivo efficacy and increased serum stability compared to standard maleimide conjugation. Although antibody based drugs indeed open the therapeutic window by lowering off-target effects as well as increasing tumor specific toxicity they still face limitations. Degradation and systemic clearance of the biomolecule require administration in regular intervals and tissue penetrance is limited by passive diffusion. In contrast, the use of cells as “living drugs” is a revolutionary new concept bypassing some limitations of “dead drugs”. The use of tumor specific immune cells, especially T cells, for cancer therapy shows promising results, however, the “living” nature of these drugs requires thorough characterization of the cell product. Along this line a novel T cell characterization agent, called FLEXamer, is described in this thesis that allows isolation and characterization of antigen specific T cells and associated T cell receptors. FLEXamers retain the high precision of conventional multimer reagents but unite the individual multimers in a single versatile reagent that can be functionalized on demand for the specific need. Taken together this work presents site-specific conjugation methods and novel sensitive tools for production and comprehensive characterization of sensitive and patient-specific next-generation cancer therapeutics.Die Behandlung von Krebs stellt Wissenschaftler vor eine große Herausforderung, da es sich um eine sehr heterogene und dynamische Erkrankung handelt. Mit klassischen Methoden wie operativen Eingriffen, Bestrahlung, Chemotherapie und deren Kombination konnte die Lebenserwartung von Krebspatienten deutlich verlängert werden. Diese Therapieoptionen sind zwar über ein weites Spektrum an Krebserkrankungen einsetzbar, jedoch birgt die geringe Spezifität ein hohes Risiko für Nebenwirkungen oder verminderte Wirksamkeit. Der Wunsch nach Therapeutika, die eine höhere Spezifität für die unterschiedlichen Krebsarten aufweisen und gleichzeitig eine personalisierte Behandlung des einzelnen Patienten erlauben, hat die Entwicklung von neuen therapeutischen Konzepten vorangetrieben. Zwei aktuelle Konzepte, die beide Komponenten des Immunsystems als Grundlage nutzen, sind antikörperbasierte Wirkstoffe und Immunzelltherapie. Antikörper bilden den strukturellen Kern bei einer Vielzahl von therapeutischen Molekülen. Wachstumshemmende monoklonale Antikörper, bispezifische Antikörper und Antikörper-Wirkstoff-Konjugate stellen hierbei die drei Hauptformate dar und werden in dieser Arbeit adressiert. Zuerst wird ein high-content Verfahren beschrieben, welches den Einbau von DNA-Basenanaloga und anschließende Quantifizierung des DNA-Gehalts nutzt, um das Potential eines wachstumshemmenden Antikörpers zu bestimmen. Zusätzlich ermöglicht es Einblicke in dessen Wirkmechanismus zu gewinnen. Ferner wird der Einbau komplementärer Klick-Gruppen mittels Tub-tag Konjugation zur C-terminalen Verknüpfung von Proteinen beschrieben und dessen Eignung zur Herstellung von bispezifischen Antikörpern demonstriert. Vor allem bei der Selektion von geeigneten Antikörperpaaren bietet eine solch modulare Ligationsmethode die Möglichkeit viele Kandidaten kombinatorisch zu verknüpfen nachdem sie individuell exprimiert wurden, um so komfortabel eine Bibliothek von bispezifischen Molekülen zu generieren. Im Allgemeinen wird durch die Entwicklung und Optimierung einer Vielzahl von bioorthogonaler Konjugationsmethoden die Modifikation von Proteinen aktuell stark vorangetrieben. Weit verbreitet ist die Modifikation von endogenen natürlichen Aminosäuren, der Einbau von unnatürlichen Aminosäuren und die enzymatische Modifikation, um entweder direkt eine funktionelle Einheit anzuheften oder um universelle bioorthogonale Gruppen einzubringen. In diesem Zusammenhang wird in dieser Arbeit eine neue cystein-selektive, modulare Biokonjugationsmethode beschrieben, die elektrophile Phosphonamidate verwendet, um stabile Cysteinkonjugate herzustellen. Ferner wird diese Methode zur stabilen Verknüpfung von cytotoxischen Molekülen und Antikörpern verwendet. Die daraus resultierenden Antikörper- Wirkstoff-Konjugate sind sowohl in vitro als auch in vivo aktiv und zeigen darüber hinaus eine erhöhte Plasmastabilität im Verglichen zur standardmäßigen Maleimidkonjugation. Antikörperbasierte Wirkstoffe erweitern zwar wie erwartet das therapeutische Fenster indem sie off-target Effekte reduzieren und zugleich tumor- spezifische Toxizität erhöhen, stoßen jedoch auch auf Limitationen. Biomoleküle werden aktiv abgebaut und aus dem Körper entfernt und erfordern somit eine wiederholte Verabreichung des Therapeutikums in regelmäßigen Zeitabständen. Außerdem ist die Verteilung im Körper hauptsächlich durch passive Effekte bestimmt, wodurch die Penetration in das Gewebe erschwert wird. Im Gegensatz hierzu steht der revolutionär neue Ansatz “lebendige Medikamente” zu verwenden, die aktiv im Körper proliferieren, und somit Limitationen von “leblosen Medikamenten” umgehen. Vielversprechend zeigt sich hier der Einsatz von Immunzellen, allen voran von T Zellen für die Krebstherapie. Die “lebendige” Natur dieser zellbasierten Medikamente erfordert jedoch eine umfassende Charakterisierung bevor sie dem Patienten verabreicht werden. In diesem Zusammenhang wird in dieser Arbeit ein neues Multimerreagenz, namens FLEXamer, zur Isolierung und Charakterisierung von T Zellen und deren T Zellrezeptoren beschrieben. FLEXamere erhalten die hohe Präzision von konventionellen Multimerreagenzien, vereinen jedoch die unterschiedlichen Multimere in einem einzigen vielseitigen Reagenz, das bedarfsgerecht, individuell funktionalisiert werden kann. Zusammenfassend beschäftigt sich diese Arbeit mit ortsgerichteten Biokonjugationsmethoden und neuen sensitiven Werkzeugen zur Herstellung und umfassenden Charakterisierung von sensitiven und patientenspezifischen Krebstherapeutika der nächsten Generation

Jürgen Boeckh (1934–2023) and Vera Boeckh, née von Zwehl (1928– 2022): pioneers of sensory physiology and neuroethology

Gefördert im Rahmen des Projekts DEA

In-phantom dosimetry study for target and organs at risk during breathing-induced motion:improving pancreatic cancer treatment by combining carbon ion and mini-beam irradiation

Pancreatic cancer is an aggressive tumor, with approximately 50 % of cases diagnosed at an advanced and metastasized stage and a five-year survival rate ranging only from 5 % to 10 %. Conventional therapies for this type of cancer encounter significant challenges due to pancreatic tumor resistance to radiation and complications arising from organ motion. To overcome these obstacles, this thesis proposes the combination of carbon ion radiotherapy (CIRT) and mini-beam radiotherapy (MBRT). However, both methods are susceptible to organ motion, therefore it is essential to investigate its impact on dose distribution, simultaneously considering the target and the organs at risk (OARs). An anthropomorphic abdominal Pancreas Phantom for Ion beam Therapy (PPIeT) was developed aiming at investigating the organ motion impact. Constructed from 3D-printed anatomical structures with realistic imaging contrasts for CT and MRI, PPIeT can simulate breathing-induced organ motion and gastrointestinal movement. Different dosimeters, including ionization chambers and radiochromic films, were employed to measure doses within the pancreatic tumor and OARs, including the duodenum, kidneys, spine, and spinal cord. In parallel, an affordable and versatile mini-beam collimator was constructed using a 3D-printed scaffold to position metal plates for various configurations. The performance of the mini-beam collimator was validated during in vitro studies with x-ray irradiations. Subsequent irradiations of PPIeT involved conventional and spatially fractionated CIRT during different breathing-induced organ motion conditions. For conventional irradiation of PPIeT with CIRT a significant under-dosage of the tumor was observed when breathing was applied, while dose fluctuations in the OARs varied. When using the mini-beam collimator, precise mini-beam pattern generation was achieved, with an accuracy higher than 98 % for the 1 mm peak and 1 mm valley configuration. This configuration was selected for irradiating PPIeT with carbon ions, leading to uniform irradiation of the tumor even during organ motion. However, organ motion blurred mini-beam patterns within the kidneys, potentially compromising the tissue-sparing mini-beam effect. This research contributes to advance carbon ion-based cancer treatments, highlighting the need for tailored strategies considering motion-induced risks in pancreatic cancer radiotherapy

Synthesis of titanate nanostructures using amorphous precursor material and their adsorption/photocatalytic properties

This paper reports on a new and swift hydrothermal chemical route to prepare titanate nanostructures (TNS) avoiding the use of crystalline TiO2 as starting material. The synthesis approach uses a commercial solution of TiCl3 as titanium source to prepare an amorphous precursor, circumventing the use of hazardous chemical compounds. The influence of the reaction temperature and dwell autoclave time on the structure and morphology of the synthesised materials was studied. Homogeneous titanate nanotubes with a high length/diameter aspect ratio were synthesised at 160^{\circ}C and 24 h. A band gap of 3.06\pm0.03 eV was determined for the TNS samples prepared in these experimental conditions. This value is red shifted by 0.14 eV compared to the band gap value usually reported for the TiO2 anatase. Moreover, such samples show better adsorption capacity and photocatalytic performance on the dye rhodamine 6G (R6G) photodegradation process than TiO2 nanoparticles. A 98% reduction of the R6G concentration was achieved after 45 minutes of irradiation of a 10 ppm dye aqueous solution and 1 g/L of TNS catalyst.Comment: 29 pages, 10 figures, accepted for publication in Journal of Materials Scienc