Theses

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Dreßler, Elias;
Voruntersuchungen zur Wirkung potentiell antiviraler Peptide am Beispiel von Bakteriophagen. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

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.



Möller, David Werner;
Optimale Annealingbedingungen für DNA Oligomere. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die vorliegende Bachelorarbeit hatte das Ziel, die Arbeit vorangegangener Bachelorarbeiten weiter zu führen und deren Prozesse zu optimieren. In diesen Arbeiten ging es darum, artifizielle ssDNA Oligonukleotidsequenzen zu designen und aus diesen Texte in Form von einer Abfolge bestimmter DNA Codons darzustellen. Die codierten ssDNA Sequenzen können in Form von dsDNA mit produktspezifischen Informationen als Gegenstände aller Art angebracht werden. In der Synthese dieser dsDNA Sequenzen ergeben sich aber Probleme, da ein Großteil des Produkts mit unterwünschten Nebenprodukten anfällt. In verschiedenen Experimenten wurde jetzt versucht, die Synthese möglichst reiner dsDNA Sequenzen zu realisieren.



Ren, Shizhan;
Photo assisted transport behaviour of donor acceptor stenhouse adducts at aqueous-organic interface and their conjugates with drug-like molecules. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

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.



Lengsfeld, Jule;
Wirkung von siRNA auf die Genexpression von Survivin in Brustkrebszellen. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die Wirkung von siRNA auf die Genexpression von dem Protein Survivin in humanen Brustkrebszellen. Survivin gehört zur den Apoptose-hemmenden Proteinen und kommt in Krebszellen in hohem Maße vor. Zur Untersuchung werden zwei verschiedene siRNAs und ein Primer-Paar über die Festphasensynthese hergestellt und mittels MALDI-TOF, LC-MS, IC und HPLC analysiert. Anschließend werden die siRNAs mit Lipofectamin in MCF7-Zellen eingebracht und die Wirkung auf die Genexpression mit einer qPCR festgestellt. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob die siRNAs und Primer erfolgreich hergestellt werden können. Des Weiteren gilt es ein Silencing der Survivinexpression durch die synthetisierten siRNAs aufzuzeigen.



Fokou Domche, Armelle Maryvone ;
Red Queen versus Muller's Ratchet bei T4 Bacteriophagen. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Bei COVID-19 handelt es sich bisher meistens um eine relativ milde Erkrankung. Sie ist aber hochansteckend und kann bei ungünstiger Veranlagung (Genetische Faktoren, Alter, Gesundheitszustand) einen schweren bis tödlichen Verlauf haben [3]. Der bisherige Pandemieverlauf lässt sich anhand der Red Queen Hypothese und der Muller’s ratchet Theorie erklären und die Versuchsergebnisse der Arbeiten mit Phagen unterstützen dies. Die steigende Virulenz zu Beginn der Pandemie als gar keine oder wenige Leute geimpft waren, konnte durch die Entwicklung der Phagen bei der large Scale Passage repräsentiert werden. Die verringerte Virulenz in den jetzigen Mutanten kann ein Einfluss des Impfstoffes sein und wird durch den Effekt der Plaque to Plaque Experimente repräsentiert. Jedoch ist der weitere Verlauf der SARS-CoV-2 Pandemie nicht vorhersehbar. Im Rahmen der Phagenexperimente konnte beobachtet werden, dass es plötzlich zu einem unerwarteten Anstieg oder Abfall der Fitness kommen kann. Im Rahmen dieser Masterarbeit sollte herausgefunden werden, ob die RQH und Muller’s ratchet Theorie auf T4 Bakteriophagen anwendbar sind. Dazu sollte geprüft werden, ob sich die Theorien auf DNA-Viren genauso auswirken, wie auf RNA-Viren. Untersucht werden sollte die Entwicklung der Fitness, die Veränderungen der Phagenkonzentration sowie der Verlauf der Wurfgröße von T4. Die Untersuchung der Parameter erfolgt unter Anwendung die Methode des Large Scale Passage (RQH) und Plaque to Plaque Assay (Muller’s ratchet). Zusätzlich sollte im Fall von large Scale Passagen die Burstzeit untersucht werden, während beim Plaque to Plaque der durchschnittliche Plaquedurchmesser und die dazugehörige Wachstumsrate untersucht werden. Weiterhin sollten genotypische Veränderungen von T4 Bakteriophage im Laufe der Passagen anhand Gelelektrophorese analysiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Theorien nicht nur auf DNA-Phagen anwendbar sind, sondern dass sie einen ähnlichen Verlauf wie RNA-Viren aufweisen. Außerdem ist es wichtig zu erwähnen, dass der Korrektur Mechanismus der DNA-Phagen, sowie die Größe der Phagen, einen merklichen Einfluss auf die Untersuchungsergebnisse hat. Im Vergleich zu RNA Viren sind die theoretisch vorhergesagten Effekte bei den untersuchten DNA-Phagen nicht so stark ausgeprägt, aber immer noch sichtbar. Weiterhin konnte durch die Untersuchung einzelner Plaques gezeigt werden, dass es innerhalb einer Population diverse Unterschiede der Wachstumsraten gibt und die damit einhergehenden Plaquegrößen sehr verschieden sind. Im Fall von large Scale Passagen wurde eine vergleichbare Tendenz bzw. ein Fitnessanstieg wie bei den RNA Viren festgestellt und die Anwendbarkeit der Theorie bestätigt. Für einen genaueren Vergleich müsste die Anzahl der Versuche noch deutlich erhöht werden. Die Analyse durch die Gelelektrophorese, um die aufgetretenen Mutationen zu beobachten, was eine Bestätigung der Ergebnisse geben könnte, war wegen der ghmc in T4 DNA nicht möglich. Hier könnte die Verwendung einer klonierten T4 DNA das Problem lösen. Dieser Schritt wäre jedoch sehr zeitaufwendig und es besteht die Möglichkeit, dass die ghmc Struktur von T4 einen Einfluss auf die Fitness hat.



Salimitari, Paniz;
Muller's Ratchet Effekte und virale Fitness bei T7-Bakteriophagen. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die durch das Corona-Virus bedingte Pandemie war in den letzten zwei Jahren der wichtigste Grund für eine intensivere Erforschung der Virenwelt. In diesem Zusammenhang können wichtige Modelle, die in der Vergangenheit aufgestellt wurden, mit dem heutigen Wissen und den heutigen Möglichkeiten überprüft werden und dazu beitragen, die Bekämpfung von Viren zu verbessern. In dieser Arbeit wurde mit dem Plaque-to-Plaque-Assay untersucht, ob der Muller's Ratchet Effekt in großen Populationen zu einer Abnahme der Fitness durch negative Mutationen mit hoher Mutationsrate führen kann. Um diese Überlegung zu verwirklichen, wurde T7, ein doppelsträngiger DNA-Bakteriophage mit etwa 40 Kilobasenpaaren, als Versuchsorganismus ausgewählt und ein Plaque-to-Plaque-Assay mit 25 Passagen durchgeführt. Durch Messung der zwei Variablen, nämlich der Größe des Plaque-Durchmessers und der Veränderung des Phagentiters, wurde die Gesamtfitness im Verlauf von 25 T7-Phagengenerationen erforscht. In diesem Fall führte die Anwendung des Genetic Bottlenecks, bei dem die größten und kleinsten Plaques für die nächste Passage ausgewählt werden, zu einer Verringerung der Populationsgröße. Dies verstärkt die Auswirkungen des Muller's Ratchet Effekts. Darüber hinaus wurden im Rahmen dieser Arbeit die Veränderungen in der Anzahl der Phagen in einer Plaque und die Größe des Plaque-Durchmessers innerhalb von 24 Stunden beobachtet. Aus den Ergebnissen der Experimente und der Bestimmung der Fitness mit der Formel geht hervor, dass die Fitness durch wiederholte Genetic Bottleneck im Laufe der Zeit abnimmt und dass der Muller's Ratchet Effekt aufgrund der hohen Mutationsrate und der Abnahme der Populationsgröße zum Tragen kommt. Die Schlussfolgerung ist, dass der Muller's Ratchet Effekt bei DNA-Viren auf die gleiche Weise wie bei RNA-Viren funktionieren kann.



Ntenkeu Yanse, Josee Andria;
Untersuchung der viralen Fitness von T7 Bakteriophagen bei Large Scale Passagen. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Der Verlauf der viralen Fitness von Phagen bei large Scale Passagen wurde schon in den 90er Jahren mit humanpathogen RNA-Viren untersucht. Aufgrund der hohen Pathogenität von verschiedenen Viren, die in den letzten Jahren Bekanntheit erlangten, wurden im Rahmen dieser Arbeit Experimente über der viralen Fitness bei large Scale Passagen mit harmlosen DNA-Viren wie Bakteriophagen T7 durchgeführt. Die Experimente zeigen, dass die Untersuchung der viralen Fitness von T7 bei large Scale Passagen teilweise zu einer Fitnesserhöhung führt. Es folgt dann eine Abnahme der Burstzeit, eine Zunahme der Wurfgrößenrate sowie eine Minderung des Phagentiters im Laufe der Passagen. Zusätzlich zeigt die DNA-Analyse unterschiedliche Mutationen des Genoms im Laufe der Passagen.



Küstner, Merle Johanna;
Auswirkungen der Exposition von Nanopartikeln (TiO2 & BaSO4) auf ein 3D-Zellmodell der Lungenalveolen unter Air-Liquid Interface-Bedingungen. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde die Toxizität von BaSO4- und TiO2- Nanopartikeln in einem im FG Nanobiosystemtechnik entwickeltem Lungenkokultur-Expositionssystem gemessen. Für die Feststellung der Eignung dieses in vitro Modells wurden die metabolische Aktivität sowie die LDH-Sekretion von A549 Lungenepithelzell-Monokulturen als Vitalitätsmarker bestimmt und mit einer A549/EA.hy926-Kokultur verglichen. Nach Festlegung der besseren Eignung der Kokulturen als Modell für die Lungenalveolen wurde anhand dieser die Auswirkungen von chronischer und akuter Nanopartikel (TiO2- und BaSO4)-Exposition bestimmt. Hierbei wurde neben den oben genannten Untersuchungen zudem noch das inflammatorische Antwortverhalten (MCP-1, IL-8-Sekretion sowie lösliches ICAM-1) der Zellen auf die Nanopartikel untersucht und der transepitheliale elektrische Widerstand gemessen. Die generierten Daten zeigen durchweg die stärksten Auswirkungen einer Exposition mit 0,1 g/L TiO2 und 0,9 g/L BaSO4. Bei 0,1 g/L BaSO4 treten lediglich nach der wiederholten Exposition im chronischen Versuch leichte Effekte auf, während 0,9 g/L TiO2 ebenfalls im geringeren Maße eine Toxizität aufweist. Die hohe Regenrationsfähigkeit der Zellen nach der Exposition mit den entsprechenden Konzentrationen deutet grundsätzlich auf eine geringfügige Beeinträchtigung hin.



Sieger, Alexandra;
Methodische Optimierung eines Lebersinusoid-Cell-Sheet-Layer-Systems zur Kultivierung von Hepatozyten und Endothelzellen. - Ilmenau. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung unterschiedlicher Prozesseinflüsse auf das Cell-Sheet-Layer (CSL)-System und ein anschließender Vergleich des mit Zellen besiedelten Systems mit einer herkömmlichen In-vitro-Zellkokultur. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob die bisher verwendeten Bedingungen zur Zellbesiedlung und Perfusion der CSL optimal sind, eine Übertragung des Kollagens durch den Thermoforming-Prozess stattfindet und die Zellen auf diesen Strukturen erfolgreich adhärieren können. Außerdem sollten alternative Methoden der Durchbrucherzeugung auf dem CSL entwickelt werden, die die Akkumulation bzw. das Durchwandern der Zellen von der einen auf die andere CSL-Seite verhindern. Dazu wurde eine manuelle Methode entwickelt, welche vor der Besiedlung Durchbrüche stanzt, und eine Methode bei der ein ferngesteuerter Nanoroboter die Durchbrüche nach der Besiedlung erzeugen kann. Bei der Betrachtung der Perfusionsbedingungen wurden verschiedene Inkubationszeiten und Fließraten im Bioreaktor auf ihren Einfluss der Zellen anhand von Live-Dead-Färbungen geprüft sowie unterschiedliche Pumpensysteme verwendet. Für die Untersuchung der Kollagenübertragung wurde mittels immuncytochemischer Färbungen versucht das Kollagen auf den CSL nachzuweisen. Bei der Untersuchung der Übertragung während des CSL-Herstellungsprozess wurde eine Coomassiefärbung durchgeführt und mögliche Einflüsse des Kollagens und der Folie getestet. Als abschließender Versuch wurde die Funktionalität der HepG2 Zellen mit den im Rahmen dieser Arbeit erarbeiteten Optimierungen anhand der Albuminsekretion im 2D und CSL-System getestet. Betrachtet man die Inkubation und die Durchbrüche, kann man zu dem Schluss kommen, dass die Perfusion mit dem automatisierten Pumpensystem sowie die Erzeugung der Durchbrüche mit dem Nanoroboter die besten Ergebnisse brachten. Die Upcyte® Zellen zeigten sich anfälliger bei der Perfusion als es bei den immortalisierten Zelllinien beobachtet wurde. Im abschließenden Vergleich des CSL-Systems unter Perfusion mit einer 2D-Kultur ergab die Auswertung der Albuminwerte nach 24 Stunden eine stark erhöhte Funktionalität der Zellen in dem System. Angesichts dieser Ergebnisse liegt die Schlussfolgerung nahe, dass das System unter den richtigen Bedingungen eine deutliche Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen In-vitro-2D-Kulturen bietet.



Kaysan, Leon;
Scaffoldtechnologie für neuronale Organoide. - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die Möglichkeit, Organoide aus Stammzellen zu erzeugen, eröffnet ganz neue Möglichkeiten für Bereiche wie der Wirkstoffforschung, hin zu Anwendungen in der personalisierten Medizin. Besonders das Gehirn und zentrale Nervensystem ist auch heute noch für die Forschung nur schwer zugänglich. So konnten beispielsweise bereits cerebrale Organoide aus hESC erzeugt werden, an denen sich die Entwicklung des menschlichen Gehirnes beobachten lässt. Der Anwendung von Organoiden im großen Stil steht im Weg, dass die Herstellung zum einen relativ aufwändig ist und zum anderen die hergestellten Organoide untereinander wenig homogen sind. Durch die Verwendung der an der TU Ilmenau entwickelten MatriGrids® wurde versucht, den Herstellungsprozess von cerebralen Organoiden nach dem Protokoll von Lancaster et al. Im Bezug auf die Ausbeute und die Homogenität zwischen den Organoiden zu verbessern. Hierzu wurden neuartige MatriGrids® verwendet, bei denen PLGA-Fasern in die Kavitäten eingespült wurden. Die Verwendung der PLGA-Fasern soll die Ausbildung von Neuroektoderm positiv beeinflussen.