Fibrose-assoziierte Biomarker – Einfluss der Behandlung mit Serelaxin im murinen Nierenfibrose-Modell und prädiktiver Aussagewert in der pulmonalen Hypertonie

Die Fibrose stellt aufgrund ihrer hohen Prävalenz in der Bevölkerung, der schlechten Prognose für die Patienten, sowie der komplexen Pathophysiologie ein sehr wichtiges Forschungsgebiet mit einem hohen Bedarf an neuen Therapeutika dar. Serelaxin zeigte in diversen Indikationen bereits eine organprotektive Wirkung, welche unter anderem auf die antifibrotischen Eigenschaften der Substanz zurückzuführen sind. Hier könnte der second messenger cGMP und die abhängige Proteinkinase cGKI eine entscheidende Rolle spielen. Auch in der Therapie der pulmonalen Hypertonie sind cGMP-modulierende Pharmaka, wie z. B. Inhibitoren der Phosphodiesterase 5 oder Stimulatoren der löslichen Guanylatzyklase, im Einsatz. Aufgrund der schlechten Prognose ist hier der Bedarf an weiteren innovativen Pharmaka als auch neuen prognostischen Markern – beispielsweise Fibrose-assoziierten Biomarkern – hoch. Ziel der Arbeit war es, einerseits Erkenntnisse über cGKI – eine cGMP-abhängige Proteinkinase – und deren Substrate in der renalen Fibrose unter Einfluss von Serelaxin zu gewinnen. Dies wurde in Wildtyp- sowie cGKI-KO Mäusen mithilfe der unilateralen Ureterligation untersucht, welche ein etabliertes Modell für die tubulointerstitielle Nierenfibrose darstellt. Zusätzlich wurde getestet, ob durch die Gabe des PDE5-Inhibitors Zaprinast ähnliche bzw. additive antifibrotische Effekte in der Niere erzielt wurden. In einer weiteren Untersuchung wurde anschließend an Patienten mit pulmonaler Hypertonie die klinische Relevanz ausgewählter Fibrose-assoziierter Biomarker – der MMP/TIMP-Verhältnisse – evaluiert, indem ein biologischer Marker identifiziert wurde, der mit dem Krankheitsverlauf sowie der Prognose assoziiert ist und zugleich mit den antifibrotischen Effekten von Serelaxin verknüpft ist. Im renalen Nierenfibrose-Modell waren die cGMP-Konzentrationen im fibrotischen Nierengewebe nach 7-tägiger Behandlung mit Serelaxin, Zaprinast sowie der Kombination beider Pharmaka erhöht. In WT Mäusen konnten ähnliche über die NO-cGMP-abhängige Proteinkinase cGKI vermittelte antifibrotische Effekte in allen drei Behandlungsgruppen beobachtet werden. Die Verabreichung von Serelaxin führte hierbei vermutlich über die Hemmung der Smad2- und ERK1-Phosphorylierung zu einer Reduzierung von Bestandteilen der extrazellulären Matrix (z. B. Kollagene, Fibronektin). Die 7-tägige Behandlung mit dem Phosphodiesterase-5-Hemmer Zaprinast resultierte in einer tendenziell verringerten ERK1- und ERK2-Phosphorylierung ohne Einfluss auf die Smad2-Phosphorylierung. Zusätzlich wurde mit Zaprinast die antifibrotische Wirkung über cGKI-unabhängige Mechanismen vermittelt. Die Kombination der beiden cGMP-erhöhenden Therapieoptionen war nicht antifibrotisch wirksamer als die jeweiligen Einzelsubstanzen. Matrix-Metalloproteinasen – Proteine, die für den Umbau der extrazellulären Matrix verantwortlich sind – wurden nur durch die 7-tägige Serelaxin-Behandlung positiv moduliert, indem das in der Fibrose stark erhöhte Angebot an MMP2 reduziert wurde. Die in der Fibrose nahezu unveränderte MMP9-Proteinexpression wurde nach Serelaxin-Gabe lediglich vermehrt in die aktive Form überführt. Weiterhin wurde in Patienten mit pulmonaler Hypertonie die klinische Relevanz von Matrix-Metalloproteinasen (MMP2, MMP9) und deren Inhibitoren (TIMP1, TIMP4) untersucht. Dazu wurde in einem Patientenkollektiv mit idiopathischer pulmonalarterieller Hypertonie (n=24) sowie pulmonaler Hypertonie aufgrund einer Linksherzinsuffizienz (n=11) nachgewiesen, dass durch den Fibrose-assoziierten Biomarker MMP2/TIMP4 ein Zusammenhang mit der Hämodynamik (mPAP, PVR) sowie der rechtsventrikulären Funktion (TAPSE) gezeigt werden konnte. Zusätzlich war MMP2/TIMP4 in Patienten mit iPAH prädiktiv für das klinische Outcome (klinische Verschlechterung, Tod). Die Ergebnisse dieser Arbeit haben also gezeigt, dass Serelaxin in der Nierenfibrose über die NO-cGMP-cGKI-Signalkaskade antifibrotisch wirkt, unter anderem durch die Modulation der Matrix-Metalloproteinasen. Zusätzlich haben sich Matrix-Metalloproteinasen und deren Inhibitoren bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie, einer kardiovaskulären Erkrankung charakterisiert durch fibrotischen Gewebeumbau, als prognostisch wertvoll erwiesen

Investigations on the inherent catalytic potential of metal binding enzymes : a case study

In der hier vorgestellten Arbeit sollte, beispielhaft an zwei Modell-Systemen, untersucht werden ob und inwieweit man das katalytische Potential von Metalloenzymen nutzen kann, um alternative, sogenannte promiskuitive Reaktionen zu katalysieren. Dabei teilten sich die beiden Modell-Systeme, die Eisen-bindende Taurin Dioxygenase (TauD) und die artifizielle Kupfer-bindenen tHisF Varianten, eine HisHisAsp Triade als gemeinsames Strukturmotiv für die Koordination der Metallionen Eisen bzw. Kupfer. Es konnte gezeigt werden, dass die natürliche Hydroxylierungsreaktion der TauD genutzt werden kann, um Carbonsäuren, die strukturell ähnlich zu den natürlichen Substraten sind, in a-Position zu den entsprechenden a-Hydroxy-Carbonsäuren zu hydroxylieren. Dabei verlief die Hydroxylierung im Falle des Modellsubstrats b-Alanin mit guter Enantioselektivität zur Bildung von D-Isoserin mit einem ee-Wert von 96 % bei einem mäßigen Umsatz von 22,6 ± 0,7 %. Weiterhin konnten analoge w-Aminocarbonsäuren der Kettenlänge C4 - C6 mit dem TauD Wildtyp umgesetzt werden, wobei diese sowohl in Umsatz als auch ee-Werten der entsprechenden Produkte deutlich unter denen des b-Alanins lagen. Anhand Struktur-basierter Untersuchungen konnte eine Variante der TauD erstellt werden, welche sowohl in Bezug auf Umsätze (Steigerung des Umsatzes von b-Alanin von 22,6 ± 0,7 auf 54,2 ± 3,8 %) als auch Enantioselektivitäten (10 ± 1 % auf > 96 % bei g-Aminobuttersäure) bezüglich der getesteten Substrate signifikant verbesserte Eigenschaften gegenüber dem Wildtyp aufwies. Die Untersuchungen zur katalytischen Promiskuität zeigten, dass während TauD zur Katalyse alternativer Reaktionen wenig geeignet war und keine bzw. nur geringe Umsätze bezüglich der getesteten Modellreaktionen zeigte, tHisF mit zwei getesteten Modellreaktionen (der Michael-Addition und der Aldolreaktion) Umsetzungen zeigte. Jedoch konnte in weiterführenden Untersuchungen gezeigt werden, dass das artifizielle Metallzentrum der tHisF nicht an der Katalyse der entsprechenden Reaktionen beteiligt ist. So konnte im Falle der Michael-Addition gezeigt werden, dass die Reaktion weitgehend ohne Beteiligung des Enzyms sowie ohne Beteiligung des entsprechenden Metalls ablief. Die Aldolreaktion hingegen wird, analog zu entsprechenden Organokatalysatoren, von Lysin-Aminosäure-Seitenketten der tHisF katalysiert, welche sich an der Oberfläche des Enzyms befinden. Dies konnte anhand von Experimenten mit verschiedenen Varianten der tHisF, bei denen unterschiedliche mögliche reaktive Zentren per Mutagenese ausgeschaltet wurden, ermittelt werden.In the work presented here, the catalytic potential of metal-binding enzymes concerning alternate, so-called promiscuous reactions, should be evaluated. Therefore, a case study with two different metal binding enzymes, the iron-binding taurine dioxygenase (TauD) and the artificially metal-binding tHisF variants formerly created by Reetz and his coworkers have been assayed in the catalysis of different model-reactions. Both enzymes share a common HisHisAsp motif for the coordination of the metals iron/copper. It was found that the natural catalytic machinery of the TauD could be utilized to hydroxylate carboxylic acid substrates that are structurally related to the natural ones, but chemically distinct at their a-position adjacent to the carboxylic acid. The hydroxylation reaction with the model substrate yielded product at a total conversion rate of 22.6 ± 0.7 % with an enantiomeric excess of >96 % of the corresponding product. Furthermore, higher homologues of the tested w-amino-carboxylic acid with chain lengths of C4 - C6 could also be converted by the wild type TauD, although at significantly lower rates and with lower enantiomeric excess in the products formed. Based on the available structure, mutants were created and one variant was found to display significantly increased conversions for all substrates (e.g. b-alanine conversion increased from 22.6 ± 0.7 to 54.2 ± 3.8 %) tested, as well as increased ee-values for those substrates previously not showing a pronounced enantiomeric excess (10 ± 1 % to > 96 % ee for g-aminobutyric acid conversion). Investigations on the catalytic promiscuity have shown that, as no significant catalytic effect for the reactions tested, could be observed for the TauD, the tested reaction setup using the artificially copper-binding tHisF gave conversion for two of the tested reaction types, namely the Michael addition and the aldol reaction. Thus further investigations did show, that for none of the reactions tested the artificial metal centre was involved in catalysis. Furthermore, the enzyme itself seems not to be involved in the catalysis of the Michael addition that gave significant conversions. For the aldol reaction, mutational studies did show that the reaction was catalyzed by lysine amino acid side chains, similar to what is reported for classical organocatalysis. This conclusion was possible after having identified different possible reactive centres and creating knock out mutants on all of these putative reactive centres, leaving the lysine residues as the only possible reactive site

A sör és a sörút, mint turisztikai attrakció megjelenési lehetősége az idegenforgalomban Magyarországon - esélyek és lehetőségek

A kutatás egy, a közelmúltban felértékelődő és egyben újrapozícionálódó ital, a kézműves sör köré felépíthető lehetséges turisztikai vonzatokat és az erre alapuló tematikus út – sörút – kialakításának a lehetőségeit vizsgálja. A véleményünk szerint hazánkban a turizmusföldrajzban eleddig még igen kevéssé megkutatott területet publikáló tanulmányban a bajorországi sörutakat, mint jó gyakorlatokat alapul véve, egy egységes kritériumrendszer alapján feltárásra kerülnek Magyarország azon területei, ahol a sörgyártás és sörfogyasztás rejt magában turisztikai potenciált, és kiegészítheti a releváns térségi desztináció turisztikai termékpalettáját, így realizálhatóvá válhat a terület turisztikai kínálatának diverzifikálása

The era of nano-bionic: 2D materials for wearable and implantable body sensors

Nano-bionics have the potential of revolutionizing modern medicine. Among nano-bionic devices, body sensors allow to monitor in real-time the health of patients, to achieve personalized medicine, and even to restore or enhance human functions. The advent of two-dimensional (2D) materials is facilitating the manufacturing of miniaturized and ultrathin bioelectronics, that can be easily integrated in the human body. Their unique electronic properties allow to efficiently transduce physical and chemical stimuli into electric current. Their flexibility and nanometric thickness facilitate the adaption and adhesion to human body. The low opacity permits to obtain transparent devices. The good cellular adhesion and reduced cytotoxicity are advantageous for the integration of the devices in vivo. Herein we review the latest and more significant examples of 2D material-based sensors for health monitoring, describing their architectures, sensing mechanisms, advantages and, as well, the challenges and drawbacks that hampers their translation into commercial clinical devices

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Electrochemiluminescent immunoassay enhancement driven by carbon nanotubes

Electrochemiluminescence (ECL) is a leading analytical technique for clinical monitoring and early disease diagnosis. Carbon nanotubes are used as efficient nanomaterials for ECL signal enhancement providing new insights into the mechanism for the ECL generation but also affording application in bead-based immunoassay and ECL microscopy-based bioimaging

Screening methods for enzyme-mediated alcohol oxidation

Alcohol oxidation for the generation of carbonyl groups, is an essential reaction for the preparation of fine chemicals. Although a number of chemical procedures have been reported, biocatalysis is a promising alternative for more sustainable and selective processes. To speed up the discovery of novel (bio)catalysts for industrial applications, efficient screening approaches need to be established. Here, we report on an enzyme‐mediated alcohol oxidation screening platform to rapidly detect the activities and selectivities of three classes of biocatalysts; ketoreductases (KREDs), alcohol oxidases (AlcOXs) and laccase‐mediator systems (LMSs) with diverse substrates

PEGylated bottom-up synthesized graphene nanoribbons loaded with camptothecin as potential drug carriers

This work discusses the potential use of bottom-up synthesized graphene nanoribbons (GNRs) as nano-carriers for drug delivery systems (DDSs). GNRs have a high loading capacity for anticancer drugs due to their high specific surface area and non-covalent adsorption with hydrophobic anticancer drug molecules. Herein, we synthesized GNRs using a bottom-up approach, modified with PEG2000 (GNR-PEG) and PEG2000 carrying folic acid chains (GNR-PEG-FA), and then loaded with camptothecin (CPT). The targeting ability mediated by folic acid of the GNR derivative was evaluated using cellular assays, and the cytotoxicity of GNR systems loaded with CPT was assessed by in vitro studies. They suggest that the functionalization of GNR derivatives with folic acid significantly affects their interaction with cells expressing different levels of folic acid receptors. The authors also explore the possibility to employ GNRs in photothermal therapy (PTT). GNR-PEG and GNR-PEG-FA display minor or no toxicity in standard cell cultures, but they show remarkable thermal response upon NIR irradiation, causing complete loss of cell viability within a few hours of treatment. This work highlights the potential of GNRs as DDSs and emphasizes the importance of further research on their biocompatibility and as a platform for PTT

Automated Cardiac Resting Phase Detection Targeted on the Right Coronary Artery

Static cardiac imaging such as late gadolinium enhancement, mapping, or 3-D coronary angiography require prior information, e.g., the phase during a cardiac cycle with least motion, called resting phase (RP). The purpose of this work is to propose a fully automated framework that allows the detection of the right coronary artery (RCA) RP within CINE series. The proposed prototype system consists of three main steps. First, the localization of the regions of interest (ROI) is performed. Second, the cropped ROI series are taken for tracking motions over all time points. Third, the output motion values are used to classify RPs. In this work, we focused on the detection of the area with the outer edge of the cross-section of the RCA as our target. The proposed framework was evaluated on 102 clinically acquired dataset at 1.5T and 3T. The automatically classified RPs were compared with the reference RPs annotated manually by a expert for testing the robustness and feasibility of the framework. The predicted RCA RPs showed high agreement with the experts annotated RPs with 92.7% accuracy, 90.5% sensitivity and 95.0% specificity for the unseen study dataset. The mean absolute difference of the start and end RP was 13.6 $\pm$ 18.6 ms for the validation study dataset (n=102). In this work, automated RP detection has been introduced by the proposed framework and demonstrated feasibility, robustness, and applicability for static imaging acquisitions.Comment: Accepted for publication at the Journal of Machine Learning for Biomedical Imaging (MELBA) https://melba-journal.org/2023:00