Theses at the group

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.

Im Laufe der Zeit kann sich eine Population von Individuen genotypisch und phänotypisch verändern. Anhand der Evolution von einer Viren- bzw. Phagenpopulation kann man untersuchen, wie sich die Individuen verhalten. Im Gegensatz zu RNA-Viren wurden DNA-Viren diesbezüglich bis jetzt nur wenig untersucht. In der vorliegenden Arbeit wird die Evolution von dem nicht human-pathogenen DNA-Bakteriophagen T7 untersucht. Bereits in einigen vorhergehenden Masterarbeiten wurde gezeigt, dass sich die Fitness von T7 im Laufe der Passagen verändert, abhängig davon, ob man zur Vermehrung die Plaque-to-Plaque-Methode oder large-scale Passagen einsetzt. Dies lässt sich anhand der Theorien von Muller’s Ratchet und von der Red Queen-Hypothese (RQH) erklären. Diese Arbeit sollte als eine Erweiterung der Untersuchung der Evolution des Bakteriophagen T7 dienen. Hierfür wird sein Genom mit Hilfe von Amplifikationsmethoden (PCR) und eine nachfolgende Analyse mittels Restriktionsverdau untersucht.

Auf Grund seiner psychoaktiven Wirkung ist Psilocybin, der Inhaltsstoff vieler halluzinogener Pilze, interessant zur Behandlung verschiedenster neurologischer Erkrankungen wie Angststörungen, Süchten und Depressionen (Nichols, 2020). Die biotechnologische Herstellung von Psilocybin in Aspergillus nidulans (Hoefgen et al., 2018) ist in diesem Kontext eine Alternative zur chemischen Synthese (Kargbo et al., 2020). Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Prozessoptimierung zur Herstellung von Psilocybin in A. nidulans im Schüttelkolbenmaßstab mit anschließend Scale-up in den 7 l-Bioreaktormaßstab durchgeführt. Im Schüttelkolbenmaßstab konnten in dem Aspergillus Minimalmedium nach Barratt et al. (Barratt et al., 1965), gepuffert auf pH 7,0 mit 100 mM 3-(N-Morpholino)propansulfonsäure, die höchsten Produktkonzentrationen erzielt werden. Bei der detaillierten Untersuchung der Kultivierung konnte eine Stickstofflimitation sowie ein Biomassemaximum nach 48 h Kultivierung festgestellt werden. Die maximale Produktkonzentration konnte nach 172 h mit Beendigung der Kultivierung gemessen werden. Unter sauerstoffunlimitierten Bedingungen konnte mit dem optimierten Induktionszeitpunkt kurz nach dem Maximum der Sauerstofftransferrate, hier nach 30 h, ein Maximum von 243 mg/l Psilocybin nach bereits 72 h Kultivierung gemessen werden. Durch die Zugabe von Tryptophan als precursor konnte die Psilocybinkonzentration auf 262 mg/l gesteigert werden. Mit dem Scale-up der optimierten Kultivierung in den 7 l Bioreaktor wurde die prozesstechnische Realisierbarkeit gezeigt. Jedoch wurden nur 85 mg/l Psilocybin gebildet, was z. B. am Alter der für die Vorkultur verwendeten Sporen gelegen haben kann und die Grundlage für eine weitere Optimierung darstellt. Insgesamt ist es dieser Arbeit gelungen, das Kultivierungsmedium sowie den Induktionszeitpunkt im Schüttelkolbenmaßstab zu optimieren und weitere potenziell optimierbare Prozessparameter zu identifizieren (z. B. die Stickstoffkonzentration). Es wurde mit 262 mg/l die höchste bisher in A. nidulans erreichte Psilocybinkonzentration gemessen. Weiterhin konnte das Potenzial von A. nidulans zur biotechnologischen Herstellung von Psilocybin verdeutlicht werden, da das Scale-up in den 7 l Bioreaktormaßstab erfolgreich durchgeführt werden konnte, aber auf Grund der geringeren Psilocybinkonzentration im Vergleich zur Schüttelkolbenkultivierung noch weitreichendes Optimierungspotenzial aufweist.

Die vorliegende Bachelorarbeit beinhaltet Voruntersuchungen zu einer neuartigen antiviralen Strategie auf Basis von Enzym inhibierenden Peptiden. Ziel ist es, Versuche dieser Methode in nicht pathogenen Systemen mit Bakterien und Bakteriophagen als Modellorganismen durchzuführen. Eine Methode zur Anwendung der Strategie wurde entwickelt und Versuche zur Wirksamkeit durchgeführt.

Smarte Systeme verändern unseren Alltag seit ihrem Aufkommen für die Fähigkeit zur Signalerfassung; Übertragung und, was noch wichtiger ist, Entscheidungen zu treffen und Anweisungen auf der Grundlage verfügbarer Informationen und einer Datenbibliothek zu erteilen. Meist aus Mikrosystemen hervorgegangen, haben Smart Systems heute immer mehr Kombinationen zwischen Mikrosystemtechnik und anderen Disziplinen wie Biologie, Chemie, Nanowissenschaften, Kognitionswissenschaften geschaffen. Eine neue Klasse von Nanomaterialien, sogenannte Smart Materials, die die Grundlage für solche Smart Systems bilden, hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Entwicklung genommen und auch von der modernen Gesellschaft miterlebt. Im Gegensatz zu herkömmlichen statischen Materialien sind intelligente Materialien strukturell und aktiv. Sie bieten Funktionen zur Selbstbetätigung, Selbsterfassung, Selbstheilung, Selbstmontage und Selbstanpassung; reagieren auf Umweltveränderungen und haben ein großes Potenzial für Anwendungen in vielen Bereichen. In den letzten Jahrzehnten haben sich die Anwendungen von intelligenten Materialien oder genauer gesagt stimuliresponsiven Molekülen immer schneller und breiter in biologischen, pharmakologischen, medizinischen und klinischen Bereichen ausgebreitet. Eine der bekanntesten Anwendungen sind Nanocarrier für die gezielte Verabreichung von Arzneimitteln. Um einen zielgerichteten Transport von Pharmazeutika zu erreichen, werden mit spezifischen Einheiten wie Antikörpern, Genfragmenten, Peptiden etc. modifizierte Träger eingesetzt, die das Medikament vor Abbau schützen, die Zielzellen spezifisch erkennen und vor allem das Medikament unter einzigartigen Stimuli freisetzen .In dieser Arbeit versuchen wir, chemische Konjugate zu etablieren, die durch harmloses sichtbares Licht mit einigen bioaktiven wirkstoffähnlichen Molekülen durchstimmbar sind. Eine neue Klasse von photoschaltbaren Molekülen: Donor acceptor Stenhouse adducts (DASAs) werden zu unserem wunderbaren Kandidaten für ihren photoempfindlichen Schalter der Molekülstruktur und die entsprechende Löslichkeit in organischen und wässrigen Lösungsmitteln. Um einen Drug-Delivery-Prozess abzuschließen, muss vorab das Transportverhalten des Drug-Carriers getestet werden. Das erste Ziel dieser Arbeit ist es, die Transportmöglichkeit von DASAs zwischen organischer und wässriger Phase und sogar einen konsistenten Transport durch eine wässrige Phase von einer organischen Phase zur anderen in einer spezifischen Dreiphasensäule zu untersuchen. Der zweite Zweck ist die Synthese von bioaktiven, wirkstoffähnlichen DASA-Konjugaten. Das medikamentenähnliche Dihydropyrimidinon (DHPM)-Derivat wird zuerst für unsere DASA-donor-modifikation ausgewählt aufgrund seiner Analogien zu Dihydropyridin (DHP)-Derivaten, die bereits häufig als Medikamente gegen Kardiomyopathie verwendet werden. Die sogenannten DHPM-DASA-Konjugate werden dann mit dem DHPM-funktionalisierten Donor erzeugt. Die Modifikation des DASA-Akzeptors erfolgt durch die berühmte Kupfer(I)-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC). 1,2,3-Triazol wird verwendet, um drei Arzneimittel-Zwischenprodukte und normalen DASA-Akzeptor zu kombinieren, um einen Click-DASA-Akzeptor zu erzeugen, der auch für die nächste Synthese von wirkstoffähnlichen Click-DASA-Konjugaten wichtig ist. Die Charakterisierung dieser beiden wirkstoffähnlichen DASA-Moleküle wird auch durchgeführt, um die ursprüngliche lichtempfindliche Eigenschaft von DASA-Molekülen zu verifizieren. Mit beiden positiven Ergebnissen der Synthese und Charakterisierung bringen wir sie zum Transporttest mit Dreiphasensäule. Abgesehen davon, dass wir am Ende dieser Arbeit auch versucht haben, ein komplexes wirkstoffähnliches Click-DHPM-DASA mit sowohl der DHPM-Gruppe als auch der Wirkstoff-Zwischengruppe zu synthetisieren.