Studienabschlussarbeiten am Institut

Diese Arbeit befasst sich sowohl mit der Synthese neuartiger Thiazolkörper, als auch mit der Untersuchung einiger Molekülstrukturen hinsichtlich potentieller Sensoreigenschaften. Dabei wird zum einen in 2-Position Pyren und zum anderen eine Verbrückung zu einem 2,2'-bis-Thiazolsystem realisiert. Zusätzlich wird die oft mit Carbonsäure funktionalisierte Position 5 und die Hydroxy-Position 4 dabei in zusätzlicher Derivatisierung herangezogen. Die intensive Fluoreszenz vieler 4-Hydroxy-1,3-thiazole und ihrer Derivate kann eine Applikation als fluoreszente Chemosensoren in einem biologischen Umfeld ermöglichen. Die Anwendung als fluoreszente Chemosensoren konnte bei Pyrenthiazolen für Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff sowie pH-Wert und Polarität aufgezeigt werden. Die verbrückten 2,2'-bis-Thiazolsysteme demonstrierten eine ausgezeichnete Respons auf Magnesium, welches ein breites Anwendungs- und Forschungspotential besitzt. In zusätzlichen Untersuchungen war es möglich, durch Substitution ein Chlorid in 4-Position eines Thiazols einzuführen. Ebenfalls soll eine Acetylgruppe in 5-Position eingeführt werden, was allerdings in dieser Arbeit nicht vervollständigt wird.

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.

Organ-on-a-Chip (OoaC) Mikrosysteme sind neuartige Testinstrumente mit perfundierten 3D-strukturierten Zellkulturen, welche die Physiologie von Organen nachbilden. Genaue Kontrolle der mikrophysiologischen Bedingungen und Verwendung von mehreren Zelltypen sind wesentlicher Fortschritte im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Zellkulturen. Der Einsatz von OoaCs verspricht eine Optimierung/Beschleunigung der Wirkstoffentwicklung, die Ermöglichung personalisierter Medizin und eine Verminderung des Bedarfs an Tierversuchen. Zwei OoaC-relevanten Modulen wurden konstruiert: (a) Ein modularer Luftblasen-Entferner; (b) eine programmierbare Mehrkanalpumpe für die Zugabe von Nährstoffen, Hormonen und sonstigen bioaktiven Substanzen. (a) Luftblasen in OoaCs sind zytotoxisch und behindern die Perfusion. Sie werden entweder infundiert oder entstehen aus Lufteinschlüssen während Temperatur- oder Druckschwankungen. Ein mikrofluidischer Blasenentferner wurde gebaut, dessen mikroporöse Membran (Porendurchmesser: 0,3 [my]m) die Luftblasen zu einer 1 mm dicken PDMS-Membran lenkt die sie in eine Vakuumkammer führt. Normaler Perfusion (0-150 [my]l/St.) ergab eine effektive Blasenentfernung (Halbwertszeit: 12 Min.). Weiter zeigten sich kaum Effekte der Betriebsparameter (Perfusionsrate und fluidischer Widerstand) auf die Blasenentfernung. COMSOL-Modelle der Blasenentfernung entsprachen den experimentellen Beobachtungen. Eine dünnere, semiporöse PDMS-Membran beschleunigte die Blasenentfernung um das Doppelte. Simulationen zeigten, dass die 1 mm dicke PDMS-Membran, die -900 mbar ausgesetzt wird, den Luftgehalt des Mediums um 36 % vermindert, was stromabwärts Luftblasen reduzieren könnte. Zum Schluss wurde ein Konzept des "non-porösen Schwamms" präsentiert, zur Luftblasenentfernung mit PDMS ohne externe Vakuumleitungen. (b) Eine programmierbare Mehrkanalpumpe wurde entworfen, um physiologiegerechte Abgabe von komplexen Medien an OoaCs zu realisieren. Schrittmotoren, kontrolliert von einem Arduino-Mega-2500 Mikrokontroller, betätigen Spritzen mit den jeweiligen Medienkomponenten. Zur Eingabe von Infusionsmustern wurde eine Excel-ähnliche Benutzerfläche erstellt. Eine Windows GUI Konsole wurde in Visual Basic 2017 und Python 3.7 programmiert zur Konversion der Infusionszeitpläne in ausführbare Pumpdateien. Ein Arduino Sketch (in Arduino C) diente zur elektronischen Ansteuerung der Schrittmotoren.

Im Gegensatz zu RNA-Viren wurden DNA-Viren bisher wenig unter dem Gesichtspunkt von Muller's ratchet untersucht. Der Bakteriophage T7 soll dahingehend unter Aussetzung von genetic bottlenecks auf die Theorie von Muller's ratchet auf mehrerer Parameter untersucht werden. Zusätzlich wird die Methode des Plaqueto-Plaque-Assays für zukünftige Arbeiten evaluiert. Die Experimente zeigen, dass die Theorie von Muller's ratchet auf den DNA-Phagen Escherichia Virus T7 angewendet werden kann. Es zeigt sich eine Abnahme der Phagenkonzentration, des Plaquedurchmessers und der Plaquewachstumsrate.

In der vorliegenden Arbeit soll die In vitro Direktverknüpfung von RNA Oligomeren zur kombinatorischen Synthese von definierten RNA Sequenzen untersucht und ein Verfahren für diese entwickelt werden. Dazu wurden verschiedene Experimente mit unterschiedlichen Ansätzen durchgeführt. Die Ergebnisse lieferten Anhaltspunkte, welche Methoden erfolgreich sein können, schlossen allerdings auch einige Vorgehensweisen aus.