Etablierung des Comet-Assays zur Detektion von DNA-Schädigungen in Lungenzellen nach der Exposition mit TiO2-Nanopartikeln. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Die Desoxyribonukleinsäure (DNA) stellt den Träger der Erbinformation eines Organismus dar und ist für die Übertragung dieser Information zur nächsten Generation verantwortlich. Die Aufrechterhaltung der Stabilität und Integrität des Genoms ist daher eine unverzichtbare Voraussetzung für die Teilung und das Wachstum der Zellen. Täglich erfährt jede Zelle des menschlichen Körpers über zehntausende von DNA-Schäden. Infolge von unvollendeter oder ausbleibender Reparatur kann die Erhaltung des genetischen Materials und die Lebensfähigkeit einzelner Zellen sowie des gesamten Organismus gefährdet werden. Um Informationen über auftretende DNA-Schäden zu erhalten, ist die Etablierung und Entwicklung von zuverlässigen und schnellen Nachweismethoden erforderlich. In der vorliegenden Abschlussarbeit wurde die Etablierung einer solchen Nachweismethode, des Comet-Assays bzw. SCGE (single cell gel electrophoresis) unter Verwendung von A549-Lungenepithelzellen durchgeführt und mit verschiedenen DNA-schädigenden Substanzen getestet. Während Ausarbeitung der Positivkontrollen für den Assay mit den Substanzen Wasserstoffperoxid und Methylmethansulfonat wurden Konzentrations- und zeitabhängige DNA-Schäden erfolgreich induziert. Ebenfalls wurde die Möglichkeit untersucht, die Reparatur der DNA mittels Aphidicolin zu unterdrücken, um stärkere DNA-Schäden zu erwirken. Die verstärkte DNA-Schädigung konnte im Comet-Assay nachgewiesen werden. Die Zelltoxizität der verwendeten DNA-schädigenden Substanzen wurde mittels Alamar Blue®-Assay untersucht. Es wurde eine Veränderung der zellulären Lebensfähigkeit im Zusammenhang mit der Natur, Konzentration und Anwendungsdauer der angewandten Substanzen beobachtet, allerdings keine endgültige Korrelation zwischen dem Auftreten der DNA-Schädigung und zellulärer Lebensfähigkeit. Anschließend wurde der Einfluss von TiO2-Nanopartikel-Aerosolen unter zwei verschiedenen Expositionsbedingungen (air-liquid interface (ALI) und liquid-liquid interface (LLI)) auf die DNA-Integrität von MatriGrid®-kultivierten A549-Lungenepithelzellen untersucht. Dies wurde mit Hilfe eines im Fachgebiet Nanobiosystemtechnik entwickelten Lungen-Expositionssystems (MALIES) durchgeführt. Es konnte eine Schädigung der DNA beobachtet werden, wobei diese je nach Expositionsbedingungen (LLI oder ALI) sehr unterschiedlich war. Die Exposition unter physiologisch relevanten ALI-Kultivierungsbedingungen zeigte einen stärker ausgeprägten toxischen Effekt der TiO2-Nanopartikel auf die DNA der A549-Zellen als unter LLI-Bedingungen.
Stickstoff-dotierte Kohlenstoffnanoröhren für elektrochemische Sensoren. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Das Ziel der Bachelorarbeit war die Herstellung von Stickstoff-dotierten mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (auch als N-MWCNTs aufgeführt) durch chemische Zersetzung von Acetonitril (Kohlenstoff- und Stickstoffquellenmaterial) in Gegenwart von Ferrocen (Katalysator) mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Das Wachstum der N-MWCNTs fand auf einem Substrat statt, das entweder aus unmodifiziertem Platin, aus unmodifiziertem Silizium/Siliziumdioxid oder aus mit Gold/Palladium-Nanopartikeln bedecktem Silizium/Siliziumdioxid bestand. Einige hergestellte N-MWCNTs-Verbundfilme wurden dann elektrochemisch mit Kupfer-Nanopartikeln dekoriert (auch als N-MWCNTs/Cu bezeichnet). Die Morphologie der hergestellten Verbundfilme wurde unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Darüber hinaus wurde die elektrochemische Reaktion von N-MWCNTs- und N-MWCNTs/Cu-Verbundfilmen gegenüber dem Hexacyanoferrat(II)/Hexacyanoferrat(III)-Redoxpaar ([Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-) in wässrigen Lösungen von Kaliumchlorid untersucht mittels der Technik der zyklischen Voltammetrie (CV).
Optimierung und Validierung eines mikrofluidischen Photobioreaktors (µ-PBR) zur Untersuchung des Wachstums und der Sensitivität von Mikroalgen und Cyanobakterien gegen Effektoren unter verschiedenen Lichtkonditionen. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Mikroalgen und Cyanobakterien haben ein großes biotechnologisches Potenzial für die Herstellung von wertvollen Substanzen in verschiedenen Branchen, darunter Futtermittel-, Nahrungsergänzungsmittel-, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Bisher werden sie hauptsächlich im Makromaßstab kultiviert. Studien über Kultivierung in kleinerem Maßstab wurden in den letzten Dekaden durchgeführt, um bessere Durchsatzleistungen zu erzielen. Die vorliegende Arbeit erfasst die Optimierung und Validierung eines mikrofluidischen Photobioreaktors (µ-PBR) zur Untersuchung des Wachstums und der Sensitivität von Mikroalgen und Cyanobakterien gegenüber Effektoren unter verschiedenen Lichtkonditionen. Für die Endpunkte-Bestimmung wurde Multiparameter-Mikrodurchfluss-Photofluorimeter für die Detektion von Wachstum, Autofluoreszenz, Chlorophyll-a-Fluoreszenz eingesetzt. Außerdem wurde ein Protokoll zur neutralen Lipiddetektion mit Farbstoff Nilrot in nl-Segmenten etabliert. Der von uns entwickelte µ PBR ist modular aufgebaut. Er besteht aus 1) einer 4-Kanal-Beleuchtungseinheit, 2) einem mäanderförmig geführten PTFE-Inkubationsschlauch mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und einem Außendurchmesser von 1,0 mm und 3) einem Deckel, in dem passende Hohlräume für den Schlauch gefräst sind, damit die einzelnen Reihen optisch getrennt sind und individuell beleuchtet werden können. Zunächst wurde die Temperaturentwicklung des µ-PBR untersucht. Danach wurde die Auswahl des alternativen Trägermediums mit geringerer Verdunstungsrate getestet. FLUTEC PP10 (Perfluorperhydrofluoren) verweist eine geringere Verdunstungsrate als FLUTEC PP9 (Perfluormethyldecalin) und hat keinen negativen Einfluss auf das Wachstum von Mikroorganismen. Bei den Wachstumsuntersuchungen wurde festgestellt, dass Synechococcus elongatus UTEX2973 am besten unter Dauerbeleuchtung, während Chlorella vulgaris am besten unter einem 16:8 Hell-Dunkel-Zyklus wächst. Höhere Lichtintensität und die Absorption bestimmter Wellenlängen modifizieren die Pigmentzusammensetzung. Die Mikrodurchfluss-Multiparametersensoren ermöglichen die Optimierung der Wertstoffproduktion wie Biomasse und Pigmente in Cyanobakterien. Die Möglichkeit einem mikrofluidischen Dosis-Wirkungs-Screening von Chlorella vulgaris und Synechococcus elongatus UTEX2973 gegen Effektoren wie NaCl, Kupfer und Chrom unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen konnte in dieser Arbeit demonstriert werden.
Kinetische Studie zu Rhodiumvermittelten Carbonylierungen mittels Kernmagnetresonanzspektroskopie. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Untersuchung der Kinetik der lichtgetriebenen CO-Abspaltung aus Benzaldehyd, sowie der anschließenden Carbonylierung von Toluol mittels Rhodiumkatalysator durch NMR-Spektroskopie. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Präkatalysator [RhCl(CO)(PMe3)2]. Besonders der Einfluss der Lichtintensität auf die Reaktion und die Charakterisierung der auftretenden intermediären Katalysatorspezies werden untersucht.
Scope of waste polycarbonate as carbonylating agent for the synthesis of activated furan derivatives. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Das chemische Recycling von Polycarbonat (PC) und die Herstellung neuer reaktiver Furane als DASA-Vorläufer stellen einen vielversprechenden Ansatz zur Bekämpfung der Kunststoffverschmutzung dar. Diese innovative Methode ermöglicht die Isolierung und Charakterisierung neuer DASA-Vorläuferstoffe und eröffnet Möglichkeiten für deren weitere Entwicklung und Erforschung. Die potenziellen Anwendungen dieser neuen reaktiven Furane sind umfangreich und vielfältig. Eine spannende Perspektive ist die Fähigkeit, Biomoleküle zu verbinden oder neue funktionelle Gruppen durch Click-Reaktionen einzuführen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung neuartiger Materialien und Oberflächenmodifikationen. Insbesondere können die reaktiven Furane an Polycarbonat-Oberflächen gebunden werden, die mit verzweigtem Polyethylenimin (BPEI) funktionalisiert sind, um DASA-basierte Beschichtungen zu schaffen. Die Strukturiertheit und Belastbarkeit dieser Beschichtungen kann durch photolithographische Techniken gemessen werden. Außerdem können die Benetzungseigenschaften der Oberflächen durch Photoreaktionen verändert werden, was zusätzliche Kontrolle und Vielseitigkeit bietet. Eine wichtige potenzielle Anwendung dieser Studie ist die Kontrolle und Strukturierung der Zelladhäsion auf diesen DASA-beschichteten Oberflächen durch Licht. Azidoglukosekonjugate können verwendet werden, um Zellen an die Oberflächen zu binden, was eine präzise Manipulation und Strukturierung der Zelladhäsion ermöglicht. Darüber hinaus können auch andere Biomoleküle mit Hilfe der DASA-Chemie auf den PC-Oberflächen immobilisiert werden, wie in dieser Forschung beschrieben. Insgesamt eröffnet diese Studie neue Möglichkeiten für die Entwicklung von funktionellen Materialien, Oberflächenmodifikationen und die Kontrolle der Zelladhäsion mit DASA-basierten Systemen. Die genauen Funktionen und Anwendungen der neu synthetisierten reaktiven Furane müssen noch vollständig erforscht werden, was spannende Möglichkeiten für die zukünftige Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Materialwissenschaften und des Bioengineering bietet.
Isotherme Amplifikationsmethoden LAMP und 3SR. - Ilmenau. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
In der Arbeit wurden zwei isotherme Amplifikationsmethoden LAMP und 3SR miteinander verglichen. Die Reaktionsparameter Temperatur, Reaktionszeit, Arbeitskonzentration des Templates, sowie die Primer-Zusammensetzungen der LAMP-Amplifikation wurden variiert, um die Optima zu ermitteln. Die optimalen Parameter des LAMP Assays, für einen bestimmten Abschnitt des T7-Phagen Genoms, konnten erfolgreich bestimmt werden. Die Amplifikation war mit kurzen Reaktionszeiten durchführbar und die visuelle Auswertung durch den colorimetrischen Master-Mix erwies sich als einfach auswertbar und sehr zuverlässig. Allerdings zeigte sich, dass die hohe Anfälligkeit der LAMP für falsch positive Ergebnisse durch Carry-over-Kontamination sie unter den aktuellen räumlichen Bedingungen im Labor ungeeignet macht. Die Amplifikation durch 3SR wurde anhand eines 200 bp langen, synthetisch hergestellten DNA-Produktes durchgeführt. Es wurden vier verschiedene Reaktionsbedingungen nach drei verschiedenen Autoren verglichen. Das Protokoll nach den Bedingungen von R. Breaker und G.F. Joyce hat sich als erfolgreiches Protokoll für die 3SR bewiesen, welches Amplikongrößen bis zu 800 bp amplifizieren kann. Um das virale T7-Genom zu gewinnen, wurden verschiedene Protokolle auf Ausbeute und Reinheit der erhaltenen genomischen DNA verglichen. Die abgeänderte und verkürzte Form des Protokolls nach Džiuginta Jakočiōun&ptbov;e und Arshnee Moodle erwies sich als geeignet und lieferte in beiden Kategorien gute Ergebnisse.
Carbonylfunktionalisierung an Thiazolderivaten. - Ilmenau. - 44 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit verschiedenartigen Carbonylfunktionalisierungen an Thiazolderivaten. Dabei wurden vornehmlich zwei verschiedene Arten der Funktionalisierung betrachtet: Funktionalisierungen durch Cyclisierungsreaktionen und Funktionalisierungen durch Claisen-Kondensation. Beschrieben werden verschiedene retrosynthetisch ermittelte Syntheseversuche, wie beispielweise die Darstellung eines Cumarin-Derivats und einer Funktionalisierung mit einer Mercapto-Triazol-Einheit. Im Rahmen der Arbeit wurden vier verschiedene Methoden versucht, von denen einige charakterisierbar waren.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Die gezielte Verabreichung von Arzneimitteln in der Krebstherapie ist eine wirksame Strategie zur selektiven Bekämpfung von Tumorgewebe. Ein vielversprechender Ansatz in der modernen Krebsimmuntherapie ist die gezielte Ansprache spezifischer Tumormembranproteine für die Verabreichung von Antikörper-Konjugaten zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken. Für die Entwicklung von hochaffinen und spezifischen Antikörpern sind effiziente Hochdurchsatz-Screening-Verfahren von großer Bedeutung. Phage Display in Kombination mit einer synthetischen Bibliothek ist eine schnelle und leistungsfähige Technik zur Auswahl von Antikörpern, die auf der genetischen Manipulation von filamentösen Bakteriophagen beruht. In der vorliegenden Arbeit wurde das etablierte Hit-Identifikationsverfahren angewandt, um neue VHH Single-Domain-Antikörper zu identifizieren, die aus einer hochdiversen synthetischen Bibliothek gegen ein definiertes Zielprotein in der Transmembranregion bestimmter Tumorzellen stammen. Des Weiteren wurde getestet, ob eine Hitze-Inkubation der Phagen vor dem Bio-Panning die Trefferzahlen beeinflusst. Das angewandte Screening führte zur Identifizierung neuartiger VHH Single-Domain-Antikörper, von denen einige eine Kreuzreaktivität zwischen Mensch und Maus aufweisen. Die Hitzeinkubation erwies sich bei diesem Screening als vorteilhaft. Eine Charakterisierung der identifizierten VHH's wird durchgeführt werden. Auf der Grundlage dieser Daten werden die VHH's für eine Anwendung in verschiedenen Projekten bewertet.
Untersuchungen zur Herstellung von Hydroxytetraenen und deren Bildungsmechanismus. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Polyene mit variierenden Kettenlängen und Substitutionsmustern sind bekannte Chromophore mit einer Vielzahl an Anwendungen. Donor-Acceptor Stenhouse Addukte, kurz DASA-Verbindungen, stellen eine neue Gruppe photoschaltbarer Moleküle basierned auf einem trieensystem da. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige, vinelog verlängerte DASA ähnliche Verbindungen dargestellt und untersucht. Durch Reaktion von aktivierten Furan mit 2-Methylen-1,3,3-trimethyl-indolin (Fischersche Base) ist es gelungen stabile Hydroxytetraen Strukturen NMR-rein zu gewinnen. Der gewonnene Farbstoff wurde auf seine solvatochromen und photoschaltbaren Eigenschaften untersucht. Hierbei ist eine gefundene Besonderheit, dass der Farbstoff in Lösung irreversibel schaltet, jedoch im trockenen unter thermischen Einfluss regeneriert werden kann. Durch umfangreiche NMR-Analyse konnte die Struktur der neuen Verbindung eindeutig aufgeklärt werden. Aufgrund der unerwarteten Position der OH-Gruppe wurden verschiedene deuterierte Varianten der Hydroxytetraene dargestellt und mit den undeuterierten verglichen. Die Analyse der so gewonnenen Daten deutet darauf hin, dass die Moleküle nicht nach demselben Mechanismus gebildet werden, wie die verwandten Trien-DASA-Farbstoffe. Es konnte ein alternativer Mechanismus als Vorschlag entwickelt werden, welcher alle Beobachteten Positionen der Deuterien und auch der OH-Gruppe erklären kann.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Der 3D-Druck von Kunststoffen und das Bioprinting von 3D-Strukturen aus Gelatine-Alginat-Hydrogelen, die eine oder mehrere Zelllinien beherbergen, eröffnen dem Forschenden eine Vielzahl von Möglichkeiten, durch die individuelle Gestaltung sowohl der Reaktorgeometrien als auch der dreidimensionalen Zellkonstrukte, die idealen Kulturbedingungen für die jeweilige Versuchssituation zu erschaffen. In dieser Arbeit wurde ein Weg entwickelt einen miniaturisierten Bioreaktor aus dem Kunststoff Cyclo-Olefincopolymer (COC 5013) im Schmelzschichtverfahren (Fused Deposition Modeling) auf einen Objektträger aus COC 6015 zu drucken. Durch die Verwendung von COC 5013 als Werkstoff war es möglich die gefertigten mini-Bioreaktoren mehrfach zu verwenden, da der Kunststoff bei 121˚C im Autoklaven formstabil blieb. Die Kultivierung einer ebenfalls 3D-gedruckten HepG2-Kultur in Gelatine-Alginat-Hydrogel über 14 Tage erwies sich als durchführbar, ebenso wie die Kultivierung von HUVEC und HepG2 als dreidimensionale Co-Kultur in einem prävaskularisierten Hydrogelkonstrukt. Während der Kultivierung zeigte sich jedoch, dass die nicht vorhandene Gaspermeabilität des Reaktorwerkstoffs, anders als bei Reaktoren aus PDMS, bei niedrigen Volumenströmen des Nährmediums zu schwerwiegendem Sauerstoffmangel sowie einem Anstieg der CO2-Konzentration im Reaktionsraum führte. Dies führte zu verminderter Zellaktivität der 3D-Zellkultur im Reaktor gegenüber der statischen Kontrollkultur, jedoch erwies sich eine Erhöhung des Mediendurchsatzes im Reaktor als eine geeignete Maßnahme um die Zellkultur erfolgreich zu betreiben. Im Falle weiterer Versuche mit diesem Reaktortyp wären bauliche Veränderungen zur Verbesserung des Gasaustauschs dennoch angebracht.