Studienabschlussarbeiten am Institut

Strahlentherapie zur Behandlung von Hirntumoren bei Kindern führt oft zu Hirnverletzungen, die Langzeitnebenwirkungen wie die Minderung der Neurokognition verursachen können. Zum Verständnis des Mechanismus der Neurotoxizität und zum Vergleich der Effekte verschiedener Therapiemethoden ist es notwendig ein Brain Radiation Assay zu etablieren. Engineered cerebral organoids (enCORs) eignen sich als in vitro Modelle, da sie hochkomplexe Strukturen und diverse Hirnregionen aufweisen. Allerdings, weisen enCORs hinsichtlich ihrer Form und Größe Heterogenität auf. In dieser Studie wurden Scaffolds aus biokompatiblen Polymeren hergestellt und/oder hinsichtlich der Kultivierungseigenschaften der enCORs untersucht. Die Scaffolds wurden verwendet um enCORs aus der humanen embryonalen Stammzelllinie H9 zu generieren. Der zweite Ansatz zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit der enCORs bestand aus der Vereinheitlichung von embryoid bodies durch Kultivierung auf elektrogesponnenem Poly-[Epsilon]-caprolacton Meshs, welche durch Liverani bereitgestellt wurden. Die generierten enCORs wurden hinsichtlich ihrer Morphologie, Größe und Genexpression untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die enCORs, welche etablierte Protokolle generiert wurden, eine geringere Heterogenität aufwiesen im Vergleich zu den enCORs, die in den betrachteten Scaffolds generiert wurden. Die Kultivierung der H9 Zellen auf dem elektrogesponnem Poly-[Epsilon]-caprolacton Mesh führte nicht zur Bildung von embryoid bodies.

Die pulmonale Hypertonie (PH) ist ein klinisch und ätiologisch heterogenes Krankheitsbild, welches durch einen pulmonalarteriellen Druck von ≥ 25 mmHg definiert wird. Während der Progression kommt es zum Umbau der pulmonalvaskulären und myokardialen Gefäßstrukturen. Vor diesem Hintergrund sollte in einem Mausmodell der Einfluss von ED-A+-Fn auf die Progression der pulmonalen Hypertonie untersucht werden. Als Versuchsmodell wurde die PH mittels Monocrotalin in EDA-knockout und C57BL/6 Mäusen induziert. Im Anschluss sollte mittels histologischer, immunhistochemischer und molekularbiologsicher Analysen die Reexpression der onkofetalen Splicevariaten ED-A+-Fn und B+-TnC sowie zusätzlich von ASMA, COL3A1 und CD31 als Marker des pulmonalvaskulären und myokardialen Remodellings durchgeführt werden. Die MCT-induzierten Tiere zeigten einen erhöhter RVPsys und gesundheitliche Beeinträchtigung gegenüber den Kontrollen. Diese Folgeerscheinungen aufgrund der PH zeigten sich auch in einer ausgeprägten Schädigung in der Lunge. Zwischen den beiden MCT-Gruppen konnten Unterschiede in der Progression der Krankheit festgestellt werden, da alle Befunde in den C57BL/6 erkrankten Tieren schwerwiegender ausgeprägt waren als in den EDA-knockout Mäusen. In der durchgeführten Immunhistochemie konnte die Reexpression der onkofetalen Splicevarianten ED-A+-Fn und B+-TnC in den in den MCT-induzierten C57BL/6 Mäusen aufgezeigt werden. ED-A+-Fn dagegen konnte in keinem knockout-Tier nachgewiesen werden, was für das erfolgreiche Ausschalten des ED-A+-Fn Gens spricht. Für ASMA und COL3A1 konnte im Vergleich zwischen den Kontrollen und den MCT-induzierten Tieren eine gesteigerte Expression im Myokard der erkrankten Tiere nachgewiesen werden, wobei generell mehr Antigendeposition in den C57BL/6 als den EDA-knockout Mäusen vorlag. CD31 konnte in den erkrankten Tieren im Gegensatz zu den Kontrollen detektiert werden. Ein Unterschied zwischen den beiden MCT-induzierten Gruppen konnte nicht festgestellt werden. Die Isolation von RNA, aber auch DNA und Protein aus einer sehr kleinen Gewebeprobe konnte in qualitativer und quantitativ ausreichender Menge erfolgreich durchgeführt werden, so dass diese Methode für nachfolgende Versuche im Labor für mögliche Genexpressionsana-lysen angewandt werden kann. Die aus dieser Arbeit gewonnene Erkenntnis, dass das Fehlen von ED-A+-Fn die Ausbildung und gegebenenfalls auch die Progression der PH vermindert, spricht für eine wesentliche Rolle des ECM-Moleküls in der Pathologie der Erkrankung .Es ist zu erwarten, dass das Tiermodell der MCT-induzierten EDA-knockout Maus einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Pathologie der Krankheit leistet sowie die Basis für neue Therapieoptionen bietet.

Die 2,5-substituierten 4-Hydroxythiazole bilden eine fluoreszente Farbstoffklasse mit, in weiten Grenzen, einstellbaren Absorptions-und Emissionswellenlängen. Die gewonnenen Erkenntnisse über diese heterozyklischen Fluoreszenzsysteme sollen der Erschließung alternativer Einsatzmöglichkeiten solcher Moleküle in den verschiedenen Anwendungsgebieten der Biologie, Chemie und Technik beitragen. Somit wurden im Rahmen dieser Masterarbeit zum einen Derivatisierungen mit variablen Substituentenmuster in der fünften Position durchgeführt, zum anderen wurde der Einfluss der Etherschutzgruppe auf die Reaktivität und die fluoreszenten Eigenschaften der neuartigen Thiazolderivate erforscht. Des Weiteren fanden intensive Untersuchungen zur Wiederherstellung der freien OH-Funktionalität statt. Es konnte gezeigt werden, dass Benzyletherthiazolderivate hohe Stabilität gegenüber reduktiver sowie oxidativer Spaltung aufweisen. Demnach bietet die Benzylschutzgruppe keine Vorteile. Außerdem wurde eine Synthesestrategie zur direkten Bromierung des Thiazolkerns entwickelt, welche die Durchführung diverser Kreuzkupplungsreaktionen an Thiazolen erlaubt. Die Anknüpfung des bromierten Produktes an konsekutive Reaktionspfade, wie Suzuki-, Sonogashira- und Heck-Kupplungen konnte erfolgreich realisiert werden.

In dieser Arbeit wurden drei Themengebiete bearbeitet. Zum einen die Entwicklung eines mikrofluidischen System zum Wachstum von form-anisotropen Edelmetall-Nanopartikeln aus Silber, zum anderen eine kontinuierliche mikrofluidische Metallisierung mit Palladium und andere Metalle von der Platin Gruppe. Zum Schluss erfolgte der Test dieser bimetallischen Nanopartikel für die biosensorische Analytik. Dabei wurde der Einfluss der Metallisierung auf die Bulk Sensitivität der Partikel mittels LSPR Messung bestimmt. Es wurde erstens bei der Wachstumsphase im Batch bessere Ergebnisse bei einer langsamen Zugabegeschwindigkeit von den Silberionen festgestellt. Dann wurde ein kontinuierliches mikrofluidisches System entwickelt, das ein effektives Wachstum von Silber-Nanopartikeln ermöglichte. Die Implementierung der Mikrofluidik in den Syntheseprozess von Metallnanopartikeln hat viele Vorteile, sowohl für die Qualität der Ausbeute der gewonnenen Endprodukte, als auch für die Herstellung des Herstellungsprozess selbst. In der Tat hat der Einsatz von Mikromischern eine bessere Kontrolle der Reaktionszeiten, eine deutliche Reduzierung der Diffusionswege und eine kontinuierliche Synthese ohne Mengenbegrenzung ermöglicht. Der Dean-Flow-Mischer mit seiner geometrischen Struktur führte durch Bildung von Verwirbelung zum guten Mischen von Lösungen vor allem bei sehr schnellen Flussraten. Diese Vorteile haben es ermöglicht, die Anforderungen an Geschwindigkeit und Effizienz beim Mischen der Lösungen zu erfüllen, die die reproduzierbare Synthese von Silber-Nanopartikeln ermöglicht haben. Als ein wichtiges Ergebnis wurde festgestellt, dass die Qualität der synthetisierten Prismen von vielen Synthesen beteiligter Parameter abhängt. Zunächst zeigte ein Vergleich zwischen den mikrofluidischen und den Batch Seeds, dass die mikrofluidischen Seeds durch bessere Ausbeute der Prismen bessere Keime für das sekundare Wachstum sind als die im Batch hergestellten Seedsb sind. Darüber hinaus führte der Aufbau eines Synthesesystems unter Verwendung von Mischer ohne Verweiler zur Herstellung einer Prismenlösung mit niedrigen Partikelgrößenverteilung und einer erheblichen Farbänderung der Lösung innerhalb eines Zeitintervalls von 2 Minuten (nach der Mischung). Durch die Verwendung eines Verweilers mit definierten Längen (für die Einstellung der Reaktionsdauer), erhielt man eine Prismenlösung, die eine bessere Partikelgrößenverteilung der Partikel aufweist. Ein weiterer Faktor, der die Qualität der synthetisierten Prismen stark beeinflusst hatte, war die Konzentration der verwendeten Ascorbinsäure-Lösung in dem Wachstumsschritt. Die Verwendung einer Konzentration von 50 mM führte zu Prismen mit höherem Durchmesser und einen wahrscheinlich hohen Anteil an sphärische Partikel. Die Reduzierung der Konzentration auf einen Wert von 20 mM führt zur erheblichen Verringerung der Peak der Intensität der maximalen Absorptionswellenlänge bei 400 nm und resultiert in dünneren Nanoprismen. Im Hinblick auf die Sekundärmetallisierung von Silber-Nanoprismen mit Palladium wurde zuerst als Modelsystem Vorversuche mit immobilisierten Gold-Nanopartikel durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass es eine sehr unregelmäßige Prismen-Wachstum mit Bildung von vielen Nebenprodukten stattfindet. Darüber hinaus könne man eine Erhöhung der Dicke des zweiten Metallschichts bei verringerter Reduktionsmittelskonzentration (AS) feststellen. Batch Vorversuche der Metallisierung von den Silberprismen zeigten eine Art Koaleszenz über die gesamte Prismen Oberfläche. Zwei Methoden wurden dafür verglichen, insbesondere die Batch-Methode gegen die mikrofluidische-Methode. Im Fall der Batch-Methode war eine Blau-Verschiebung des Absorptionsspektrums zu verzeichnen, während die Mikrofluidischen-Methode eine Rot-Verschiebung ihres Absorptionsspektrums zeigte. Hier wurde eine Wachstumsphase mittels eines Dean Flow Mischer, jedoch auf Basis von Polycarbonat, als Mischstruktur für diese Sekundärmetallisierung eingesetzt. Basierend auf dem gleichen Funktionsprinzip wie der aus Glas, hatte dieser die Besonderheit, mehr Einlässe zu haben und ermöglichte das gleichzeitige Mischen mehreren Edukten. Darüber hinaus lieferte er interessantere Ergebnisse, wenn die Mengen zwischen den Prismen- und Palladiumsalz variiert wurden. Wenn kleine Mengen Palladium (Verhältnis 1:100) mit den Prismen vermischt wurden, kam es zu einer globalen Aggregation auf der Oberfläche der Prismen, jedoch führte eine Erhöhung der Konzentration von Palladium (Verhältnis 1:10) zu einer fast vollständigen Zerstörung der Prismen durch Löcher, so dass die dreieckige Form nahezu verloren wurde. Die Sekundärmetallisierung mit Metallen der Platingruppe zeigte am Beispiel von Platin bei der photochiemischen Abscheidung, die Bildung von kleineren Partikeln auf der Oberfläche der Prismen. Die so erhaltenen bimetallischen Partikel wurden dann charakterisiert. Je nach Größe des verwendeten Prismas ihre Stabilität angesichts einer möglichen Agglomeration unterschiedlich beibehalten. Es konnte leider keine aussagekräftigen Schlussfolgerungen geliefert werden, da es an detaillierten weiteren Untersuchungen mangelte. Schließlich hat die Bestimmung des Einflusses der Metallisierung auf Silber-Nanoprismen für die Sensitivität (durch Brechungsindex Messung) gezeigt, dass trotz Ihres höheren LSPR, waren die mit Palladium metallisierten Silbernanopartikeln weniger empfindlich auf Änderungen des Brechungsindex der Umgebung im Vergleich zu reinen Silbernanopartikeln.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Herstellen und Anwenden von stickstoffdotierten Kohlenstoffnanoröhrenelektroden (N-MWCNT) und deren Modifikation mit Goldnanopartikeln (N-MWCNT/AuNPs) zur Analyse von Biomolekülen aus der Gruppe der Katecholamine. Die Redoxreaktionen der gewählten Neurotransmitter Dopamin und Adrenalin wurden einzeln und anschließend zusammen mit Hilfe der elektrochemischen Methoden der Cyclovoltammetrie in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) untersucht. Dadurch kann die Empfindlichkeit der beiden hergestellten elektrochemischen Elektroden (N-MWCNT und N-MWCNT/AuNPs) gegenüber Dopamin und Adrenalin verglichen werden.