@phdthesis{Schilling2020,
  author    = {Schilling, Klaus Jussi},
  title     = {Liquid chromatographic analysis of weakly- and non-chromophore compounds focusing on Charged Aerosol Detection},
  doi       = {10.25972/OPUS-20211},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-202114},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Liquid chromatography has become the gold standard for modern quality control and purity analytics since its establishment in the 1930s. However, some analytical questions remain very challenging even today. Several molecules and impurities do not possess a suitable chromophore for the application of UV detection or cannot be retained well on regular RP columns. Possible solutions are found in derivatization procedures, but they are time consuming and can be prone to errors. In order to detect non chromophore molecules underivatized, the concept of aerosol based universal detection was established with the introduction of the evaporative light scattering detector (ELSD) in the 1970s and the charged aerosol detector (CAD) followed in 2002. These two challenging fields - polar and non chromophore molecules - are tackled in this thesis. An overview of applications of the CAD in the literature and a comparison to its aerosol based competitors and MS is presented, emphasizing on its high sensitivity and robustness. Parameters and techniques to overcome the drawbacks of CAD, such as the use of gradient compensation or adjusted evaporation temperatures are discussed. A consideration of aspects and drawbacks of data transformation such as the integrated power function value (PFV) in the GMP environment is performed. A method for the fatty acid analysis in polysorbate 80 that was developed on HPLC CAD was transferred to UHPLC CAD. Time and eluent savings of over 75\% and 40\%, respectively, as well as ways to determine the optimal CAD parameters resulted from this investigation. The evaporation temperature was determined as the most crucial setting, which has to be adjusted with care. Optimal signal to noise ratios are found at a compromise between maintaining analyte signal and reducing background noise. The incorporation of semi volatile short chain fatty acids enabled the observation of differences based on volatility of the analyte. E.g. for semi volatiles, an improved linearity by means of adjusting the PFV is achieved at values below 1.0 instead of at elevated PFVs. Using sugars and sugar related antibiotics, a proof-of-concept was given that artificial neural networks can describe correlations between the structure and physicochemical properties of molecules and their response in CAD. Quantitative structure property relationships obtained by design of experiment approaches were able to predict the response of unseen substances and yielded insights on the response generation of the detector, which heavily relies on the formed surface area of the dried particle. Further work can substantiate upon these findings, eventually building a library of diverse eluent compositions, analytes and settings. In order to cope with a chromatographically challenging substances, the application of ion pairing reversed phase chromatography coupled to low wavelength UV detection has been shown as a possible approach for the amino acid L asparagine. A method capable of compendial purity analysis in one single HPLC approach, thus making the utilization of the semi quantitative TLC-ninhydrin analysis obsolete, resulted from this. One cyclic dipeptide impurity (diketoasparagine) that was formerly not assessed, could be identified in several batches and added to the monograph of the Ph.Eur. Studying ibandronate sodium with CAD and ELSD, it was found that randomly occurring spike peaks represent a major flaw of the ELSD when high sample load is present. The research with this non chromophore bisphosphonate drug furthermore shed light on possible drawbacks of mixed mode chromatography methods and ways to overcome these issues. Due to strong adsorption of the analyte onto the column, over ten injections of the highly concentrated test solution were found to be necessary to ensure reproducible peak areas. Preconditioning steps should thus be evaluated for mixed mode approaches during method development and validation. Last, using a ternary mixed mode stationary phase coupled to CAD, a method for the impurity profiling of pamidronate disodium, also applicable to the assessment of phosphate and phosphite in four other bisphosphonate drugs, has been developed. This represents a major advantage over the Ph.Eur. impurity profiling of pamidronate, which requires two different methods, one of which is only a semi quantitative TLC approach.},
  subject      = {HPLC},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Reggane2019,
  author    = {Reggane, Maude},
  title     = {Lowering lattice forces of crystalline bases},
  doi       = {10.25972/OPUS-16380},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163803},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The number of active pharmaceutical ingredients (APIs) exhibiting a low solubility in aqueous media or a slow dissolution rate kept rising over the past years urging formulation scientists to explore new ways to tackle poor solubility and to enable oral absorption from such compounds. Bioavailability of poorly water-soluble compounds can be improved by increasing the dissolution rate and/or by increasing the gastro intestinal concentration through transient supersaturation. The dissolution rate of the API can be typically modified by the choice of the physical form, the polymorphic form, the powder surface area, and the local pH, while a transient supersaturation can be extended mainly by nucleation or crystallization inhibiting effects. In the present thesis, three strategies were explored to tailor the dissolution rate, the supersaturation and the hydrotropic solubilization of APIs, weak bases, respectively. The first part of this thesis followed a bioinspired approach to extend the kinetic solubility of salts and co-crystals. API salts and co-crystals are high energy forms that can generate supersaturated solutions with respect to any more stable form, typically the most stable API form in physiological environment. The transient kinetic stabilization of supersaturated states, also termed "parachute effect", is considered to improve bioavailability and is one aspect of the formulation that can be tailored. Inspiration from plants, which store high concentrations of aromatic bases in their vacuoles via complexation with polyphenols, sparked the evaluation to use hydroxybenzoic acid derivatives for salt or co-crystal engineering. Imatinib was chosen as the model compound for this investigation as its aromaticity and flat molecular architecture could favor interactions with hydroxybenzoic acid derivatives. One 1:1 Imatinib syringate co-crystal (I-SYA (1:1)) and one 1:2 Imatinib syringate co-crystal salt (I-SYA (1:2)) were obtained. Their dissolution assays in simulated intestinal fluid (SIF; a 50 mM phosphate buffer of pH 6.8) revealed that they formed stable solutions for several hours and days, respectively, in contrast to the marketed Imatinib mesylate salt (approx. 1h). This kinetic stability in solution was linked to the nucleation inhibition of the less soluble Imatinib hydrate by syringic acid (SYA). In solution 1H-NMR studies evidenced the aggregation of Imatinib and SYA. The amphiphilic nature of both Imatinib and SYA is considered to drive their association in solution, additionally, multiple intermolecular interactions such as hydrogen bonds and π-π stacking are likely to contribute. The association in solution enabled a phase of extended supersaturation, i.e., a parachute against desupersaturation, while no negative impact of aggregation on the permeability of both Imatinib and SYA was observed. A prerequisite to reach supersaturation is a rapid dissolution and release of the API from the formulation. Accordingly, the second and third part of this thesis is focused on the so-called "spring effect" of amorphous solid dispersions (ASDs). The addition of a hydrotropic agent, meaning a molecule that can solubilize poorly water-soluble APIs in aqueous solutions (well-known examples of hydrotropes are benzoic acid and nicotinamide) into an amorphous Ciprofloxacin-polymer matrix led to ternary systems with a significantly faster release and higher concentration of the API in SIF as compared to binary ASDs consisting of Ciprofloxacin (CPX) and polymer only. The stronger spring could be rationalized by an improved wetting of the ASD, or/and by a hydrotropic solubilization effect, although these hypotheses need further investigation. Marked differences in the dissolution profiles of binary ASDs were observed in biorelevant fasted simulated intestinal fluid (FaSSIF; a medium containing Na taurocholate (3 mM) and lecithin (0.75 mM) at pH 6.5) as compared to SIF. In FaSSIF, API release from binary polymeric ASDs was largely improved, and the duration of supersaturation was extended. This suggests that the bile salt Na taurocholate and lecithin present in FaSSIF do improve both dissolution rate and supersaturation of ASDs, the two pillars of ASDs as oral enabling formulations. Indeed, bile salts are endogenous surfactants which, together with phospholipids, play an important role in the wetting, solubilization, and absorption of lipophilic compounds. The aim of the third part of the present thesis was to study ASDs as formulation principles reducing the strong positive food effect of Compound A. By inclusion of Na taurocholate (NaTC) within the matrix of polymeric ASDs a significant improvement of the dissolution rate and the kinetic solubility in SIF were achieved. Transient supersaturated states of up to four orders of magnitude over the equilibrium solubility were obtained. Two ASDs were selected for further in vivo evaluation in dog. The first was a NaTC/Eudragit E based ASD meant to dissolve and release Compound A in the acidic environment of the stomach, where its solubility is the highest. The second relied on the release of Compound A in the neutral environment of the duodenum and jejunum by using an enterically dissolving polymer, HPMC-P. Releasing the API at the site of its putative absorption was an attempt to control supersaturation levels in the duodenum and to prevent portioning and thus dilution effects during transfer from the stomach. In fasted dogs, exposure from the NaTC/HPMC-P ASD was close to that of the reference Compound A formulation under fed conditions, which suggests an improved dissolution rate and kinetic solubility under fasted conditions (historical data). The exposure from the NaTC/Eudragit E ASD was twice as low as from the NaTC/HPMC-P ASD, and also lower compared to Compound A reference formulation, whereas in vitro the parachute effect of the NaTC/Eudragit E ASD was largely superior to that of the NaTC/HPMC-P ASD. A difference in the extend of the parachute could be related to differences in the thermodynamic activity of dissolved molecules from the two ASDs. Indeed, the high instability of the NaTC/HPMC-P ASD could stem from a high thermodynamic activity driving diffusion through membranes, whereas less instable solutions of NaTC/Eudragit E could indicate solubilization effects which often translate into a lower flux through the biological membrane. Additionally, the pH of the environment where dissolution takes place might be an important factor for absorption, and could also account for the difference in exposure from the two ASDs. The aim of this thesis was to explore how the intimate environment of weak, poorly soluble bases could be functionalized to improve dissolution rate and kinetic solubility. The investigations highlighted that the performance of enabling oral delivery formulations of weak bases in aqueous media can be enhanced at different levels. At one end initial dissolution rate of ASDs can be tailored by introducing hydrotropes or/and bile salts within the polymeric matrix of ASDs. Bile salts, when combined with appropriate polymers, had also a precipitation inhibition effect enabling the maintenance of supersaturation for a bio-relevant period of time. These results set the ground for further investigations to comprehend specific interactions between bile salts and APIs, and potentially polymers at the molecular level. It will be interesting to explore how such complex systems can be exploited in the formulation design of poorly water-soluble APIs. In addition, it was observed that the duration of supersaturation generated by salts/co-crystals can be extended by the pertinent selection of counterions or coformers. The in vivo relevance of these tunings remains to be evaluated, as translation from closed, in vitro systems to the highly dynamic gastrointestinal environment is not straightforward. A better understanding of the contribution of each kinetic stage (dissolution, supersaturation, and precipitation) and their interplay with physiological factors impacting absorption is essential to facilitate the design of formulations with improved pharmacokinetics.},
  subject      = {Kokristallisation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{SchuesslergebHecht2018,
  author    = {Sch{\"u}ßler [geb. Hecht], Nina Kristin Petra},
  title     = {Novel formulation principles for bioavailability enhancement of poorly water-soluble and poorly permeable drugs},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162766},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Since four decades, high-throughput screenings have been conducted in drug discovery, fuelling the identification of potential new drug candidates. This approach, however, often promotes the detection of compounds with undesired physico-chemical properties like poor aqueous solubility or low membrane permeability. Indeed, dissolution and absorption of a drug are prerequisites for systemic exposure and therapeutic effects. Therefore, innovative strategies to optimize unfavourable performance of new drug candidates are in great demand in order to increase drug concentrations at the site of action whilst simultaneously reducing drug variability. In chapter I of this research work, hydrophobic ion pairing (HIP) is discussed as a promising strategy to improve the bioavailability of BCS class III compounds, which have high aqueous solubility and low permeability. The review points out the limitations of poorly absorbable drugs and details the approach of pairing these APIs with hydrophobic counterions. Apart from the motivation to tailor physico-chemical, biopharmaceutical and toxicological properties of BCS class III compounds, the hydrophobic ion pairing facilitates their formulation into drug delivery systems. Besides advantageous effects, disadvantages of the ion pair formation, such as the decreased aqueous solubility of the ions pair, are critically outlined. Finally, the review covers an overview of non-invasive administration routes permitted after ion pair formation, including oral/enteral, buccal, nasal, ocular and transdermal drug administration. Overall, the HIP approach offers substantial benefits regarding the bioavailability enhancement of BCS class III compounds. Chapter II concerns GHQ168 developed by Holzgrabe et al., a BCS class II compound characterized by low aqueous solubility and high permeability. GHQ168 was developed for the treatment of human African trypanosomiasis (HAT), a tropical disease for which novel active compounds are urgently needed. This lead compound was found to be very active against trypanosoma brucei brucei and trypanosoma brucei rhodesiense in cell culture assays, however, the low aqueous solubility prevented further preclinical development. To target this drawback, two different approaches were selected, including (I) the chemical modification and (II) the spray drying of GHQ168. The newly synthesized set of derivatives as well as the spray dried GHQ168 were subjected to a physico-chemical and microbiological characterization. It turned out that both approaches successfully improved aqueous solubility, however, for the derivatives of GHQ168 at the expense of activity. Furthermore, the pharmacokinetic parameters of GHQ168 and of the most active derivatives, GHQ242 and GHQ243, were evaluated. Elimination half-lives between 1.5 to 3.5 h after intraperitoneal administration and modest to strong serum albumin binding for GHQ243 (45\%) and GHQ168 (80\%) and very high binding (> 99\%) for GHQ242 were detected. The spray dried formulation of GHQ168, as well as GHQ242 and GHQ243 were investigated in two in vivo studies in mice infected with t. b. rhodesiense (STIB900), referred to as (I) stringent model and (II) early-treatment model. In the stringent model (2 applications/day on day 3-6 after infection) the mean survival duration (MSD) of mice treated with spray dried GHQ168 exceeded the MSD of the untreated control group (17 days versus 9 days), a difference that was statistically significant. In contrast, no statistical difference was observed for GHQ242 (14 days) and GHQ243 (12 days). GHQ168 was further assessed in the early-treatment model (2 applications/day on day 1-4 after infection) and again a statistically significant improvement of MSD (32 days (end of observation period) versus 7 days) was observed. Finally, exciting antitrypanosomal efficacy for the spray dried formulation of GHQ168 was demonstrated. NADPH oxidases (NOX) were found to be the main source of endothelial reactive oxygen species (ROS) formation. Chapter III reports on the formulation studies on triazolopyrimidine derivatives from the VAS library, a set of NADPH oxidase inhibitors. These were developed for the treatment of elevated ROS levels, which contribute to the development of cardiovascular diseases. Although in vitro results from numerous studies indicated promising efficacy and selectivity for the VAS-compounds, the low water solubility impeded the in vivo translation and further preclinical development. For this reason, three derivatives, VAS2870, VAS3947, and VAS4024 were physico-chemically characterized and VAS3947, the most soluble compound, was selected for further formulation studies. These approaches included (I) spray drying, (II) microemulsification and (III) complexation with cyclodextrins in order to develop formulations for oral and parenteral application. Solubility improvement of VAS3947 was successfully demonstrated for all preparations as expressed by supersaturation ratios in comparison to the solubility of the unformulated compound. For seven spray dried formulations, the ratio ranged from 3-9, and the ratio for four microemulsions was 8-19 after 120 min, respectively. The six cyclodextrin formulations achieved the highest supersaturation ratio between 3 and 174 after 20 hours. NMR measurements elucidated the inclusion of VAS3947 within the CD's cavity as well as the interaction with its outer surface. Ultimately, NOX inhibitors were opened for oral and parenteral administration for the first time. After successful solubility improvement of VAS3947, further investigations towards in vivo studies were conducted including stability studies with a focus on stability in solution and in plasma as presented in chapter IV. Furthermore, permeability and cytotoxicity assays were performed for the first time. It turned out that VAS3947 was instable in buffer and when exposed to light. Moreover, the compound showed decomposition in the presence of mouse microsomes and in human plasma. The VAS compounds contain an oxazol moiety linked to the triazolopyrimidine skeleton via a thioether. This structural element is responsible for the efficacy of the compound class, however it is susceptible to hydrolysis and to further degradation reactions. Moreover, VAS3947 harmed membrane integrity in the cell permeability assays and cytotoxicity investigations in HEK-293 and HEP-G2 cells revealed IC50 values in the same concentration range as reported for efficacy assays. Summarized, it was demonstrated that substances from the VAS library were no appropriate model compounds for ROS investigations nor suitable candidates for further preclinical development.},
  subject      = {L{\"o}slichkeit},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Goetz2019,
  author    = {G{\"o}tz, Marcus Rudolf},
  title     = {Effiziente Synthese von Dronabinol und weiterer cannabinoider Derivate und deren pharmakologische Charakterisierung},
  doi       = {10.25972/OPUS-16662},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-166625},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur effizienten Herstellung von (-)-trans-Cannabidiol (CBD, 10), (-)-trans-Δ9-Tetrahydrocannabinol (Dronabinol, 21) und (-)-trans-Cannabidivarin (CBDV, 30) durch kontinuierliche Synthese untersucht und entwickelt. CBD konnte durch kontinuierliche Synthese in drei Schritten aus Olivetolcarbons{\"a}uremethylester (OM, 6) und Menthadienol G (3) mit einer Ausbeute von 41 \% synthetisiert werden. Bei optimierten Bedingungen betrug die Reinheit nach Kristallisation > 99 \%. Die Stereochemie konnte durch R{\"o}ntgenstrukturanalyse eindeutig als 1R,6R bestimmt werden. Vorteilhaft war dabei, dass Toluol anstatt eines chlorierten L{\"o}sungsmittels verwendet werden konnte. Weitere Vorteile waren die kurze Reaktionszeit und die Tatsache, dass die Synthese bei Raumtemperatur durchgef{\"u}hrt werden konnte. Es konnten f{\"u}nf Nebenprodukte detektiert und identifiziert werden, wovon eines Dronabinol war. Bei optimierten Reaktionsparametern konnte eine Ausbeute an Dronabinol von 64,5 \% erreicht werden. Durch Simulated Moving Bed (SMB)-Chromatographie konnte Dronabinol kontinuierlich mit einem Gehalt von > 95 \% hergestellt werden. Nach der Synthese waren vier Verunreinigungen detektierbar, und zwar Olivetol (17), CBD, Exo-Tetrahydrocannabinol (Exo-THC, 23) und Δ8-Tetrahydrocannabinol (Δ8-THC, 22). Durch die SMB-Aufreinigung konnten alle Verunreinigungen auf einen monographiekonformen (USP 37) Gehalt abgereichert werden. Nach der finalen destillativen Aufarbeitung trat eine noch nicht identifizierte Verunreinigung in einem Gehalt von ca. 0,4 Fl{\"a}chen-\% auf. CBDV konnte durch kontinuierliche Synthese in drei Schritten aus Divarincarbons{\"a}uremethylester (DM, 25) und Menthadienol G synthetisiert werden. Die Ausbeute betrug ca. 30 \%, die Reinheit nach Kristallisation > 99 \%. Es konnten f{\"u}nf Nebenprodukte detektiert werden, die im Rahmen dieser Arbeit nicht weiter charakterisiert wurden. Der Syntheseweg bietet durch Modifikation der Seitengruppen an Position 6 (R1) und Position 5 (R2) der Alkylbenzol-Gruppe Zugang zu synthetischen Cannabinoiden mit einem CBD- oder CBDV-Grundger{\"u}st. Es wurden neun neue Cannabinoide hergestellt: 2-Hydroxyethylcannabidiolat (2-HEC, 31), 2-Hydroxypentylcannabidiolat (2 HPC, 32), Glycerylcannabidiolat (GCBD, 33), Cyclohexylcannabidiolat (CHC, 34), Hexylcannabidiolat (HC, 35), N-Methylsulfonylcannabidiolat (NMSC, 36), 2 Hydroxyethylcannabidivarinolat (2-HECBDV, 37), Cyclohexylcannabidivarinolat (CHCBDV, 38) und Hexylcannabidivarinolat (HCBDV, 39). Die Bindungsaffinit{\"a}t wurde in Cannabinoid-Rezeptor-transfizierten HEK293EBNA-Zellen untersucht, die intrinsische Aktivit{\"a}t in CHO-Zellen, die Induktion von NF-κB (nuclear factor kappa B) sowie von NFAT (nuclear factor of activated T cells) in Jurkat-T Zellen, die Induktion proinflammatorischer Zytokine und Chemokine (Interleukin(IL)-6, IL-1β, CC Chemokinligand 2' (CCL2) und Tumornekrosefaktor(TNF)-α) auf mRNA-Ebene in RAW264.7-Makrophagen und die Expression von proinflammatorischen Zytokinen (IL-1β, IL-6, IL-8, TNF-α) und Prostaglandin E2 (PGE2) auf Proteinebene in prim{\"a}ren humanen Monozyten. Die CBD-Derivate zeigten eine h{\"o}here Selektivit{\"a}t f{\"u}r CB2-Rezeptoren. Die CBDV-Derivate HCBDV und CHCBDV zeigten eine spezifische Bindung an CB1- und CB2-Rezeptoren im nanomolaren Bereich. 2-HEC, 2-HPC, GCBD und NMSC wirkten als Agonisten an CB2- und als Antagonisten am CB1-Rezeptor. CHC band an CB1 und CB2 im submikromolaren Bereich und schien ein Agonist f{\"u}r beide Rezeptoren zu sein. 2- HECBD wirkte als Agonist auf CB2-Rezeptoren und als Antagonist auf CB1-Rezeptoren. In Jurkat-T Zellen hemmte NMSC dosisabh{\"a}ngig die Aktivit{\"a}t von NF-κB sowie von NFAT. 2-HEC, 2-HPC und GCBD hemmten die Expression von NFAT ebenfalls dosisabh{\"a}ngig. CHC und HC reduzierten dosisabh{\"a}ngig die Expression von IL-1β- und CCL2-mRNA in RAW264.7-Makrophagen. NMSC hemmte in geringeren Dosen IL-1β, CCL2 sowie TNF-α und induzierte in h{\"o}heren Dosen einen starken Anstieg der IL-6-mRNA. In prim{\"a}ren humanen Monozyten hemmten 2 HEC und GCBD konzentrationsabh{\"a}ngig die Synthese von IL-1β, IL-6 und TNF-α. 2-HPC hemmte dosisabh{\"a}ngig die Bildung von TNF-α und IL-6. HC verminderte dosisabh{\"a}ngig die Freisetzung von TNF-α und IL-6. NMSC steigerte die durch LPS erh{\"o}hte Freisetzung von IL-1β noch weiter, hemmte aber TNF-α, IL-8 und PGE2. Die hier untersuchten CBD- und CBDV-Derivate sind geeignet, gezielt an Cannabinoid-Rezeptoren zu wirken. Einige der Derivate k{\"o}nnten als selektive CB2-Agonisten genutzt werden. Die L{\"a}nge des aliphatischen Rests an R2 von CBD (Pentyl-Cannabinoiden) und CBDV (Propyl-Cannabinoiden) korrelierte nicht mit der Bindungsaffinit{\"a}t. Eine h{\"o}here Polarit{\"a}t an R1 (2-HECBDV > NMSC > GCBD > 2-HEC) schien demgegen{\"u}ber die agonistische Aktivit{\"a}t an CB2 zu beg{\"u}nstigen. Um den Ergebnissen zur Beziehung zwischen Struktur und Wirkung noch mehr Bedeutung zu geben, w{\"a}ren weitere synthetische Derivate und deren Testung notwendig.},
  subject      = {Dronabinol},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wahl2019,
  author    = {Wahl, Joachim},
  title     = {The Use of Ionic Liquids in Capillary Electrophoresis Enantioseparation},
  doi       = {10.25972/OPUS-17639},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-176397},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Two chiral chemical molecules being mirror images of each other, also referred to as enantiomers, may have different pharmacokinetic, pharmacodynamic, and toxicological effects. Thus, pharmaceutical manufacturers and authorities are increasingly interested in the approval of enantiopure drugs. However, the isomeric purity and the limits for isomeric impurities have to be specified applying enantioselective analytical methods, such as capillary electrophoresis. The separation of enantiomers in capillary electrophoresis may be improved by the addition of ionic liquids to the background electrolyte. The aim of this work was to investigate the influence of different separation conditions on the enantioseparation of phenethylamines in background electrolytes containing ionic liquids based on tetrabutylammonium cations. Best chiral separations were achieved at acidic pH values using phosphate buffers containing 125 mmol/L tetrabutylammonium based salts. Different reasons explaining enhanced enantioseparations in buffers containing ionic liquids were found. First, due to an improvement of the cyclodextrin solubility, the addition of ionic liquids to the background electrolyte enables the use of higher concentrations of these chiral selector. Furthermore, the adsorption of tetrabutylammonium cations to the negatively charged capillary surface results in a reduction of the electroosmotic flow. Hence, the resulting prolongation of migration times leads to a longer period of time for the separation of temporarily formed diastereomeric analyte cyclodextrin complexes, which yields improved enantioseparation. Additionally, due to a decrease of the adsorption of positively charged phenethylamine analyte molecules to capillary surface silanol groups, the adsorption of ionic liquid cations inhibits peak broadening. A further reason explaining an enhanced enantioseparation by the addition of ionic liquids to the background electrolyte is a competition between tetrabutylammonium cations and analyte enantiomers for the inclusion into cyclodextrin cavities. Furthermore, the influence of different chiral counterions, combined with tetrabutylammonium cations, on the enantioseparation of phenethylamines was investigated. Solely anions based on the basic proteinogenic amino acids L lysine and L arginine yielded chiral separation results superior to those achieved using achiral tetrabutylammonium chloride as background electrolyte additive. Especially the application of tetrabutylammonium L argininate gave very good enantioseparations of all investigated ephedrine derivatives, which might be explained by the ability of L arginine to affect the formation of complexes between analytes and cyclodextrins. Besides the investigation of the influence of ionic liquids on the enantioseparation, complexes between phenethylamine enantiomers and β cyclodextrin derivatives were characterized by affinity capillary electrophoresis. The binding constants between analyte enantiomers and cyclodextrins and the electrophoretic mobilities of the temporarily formed complexes were determined and compared to the observed chiral resolution values. While neither the calculated binding constants nor their differences correlated with the quality of the enantioseparation, a strong correlation between the differences of the electrophoretic mobilities of the complexes and the chiral resolution values was found.},
  subject      = {Kapillarelektrophorese},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Berninger2019,
  author    = {Berninger, Michael},
  title     = {Development of Novel Quinolone Amides Against the African Sleeping Sickness - A Fluorine Walk},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-176428},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In recent years the transmission of the Human African Trypanosomiasis could be significantly reduced. The reported cases in 2016 reached a historic low level of 2184 cases and these achievements can be ascribed to intense control and surveillance programmes.118 However, most of the reported cases (>1000 in 2015) occurred in the Democratic Republic of the Congo and thus, need to be treated adequately. In particular, when the parasites have traversed the blood-brain barrier (BBB), treatment proved to be even more difficult. In addition, the number of cases always came in waves due to many reasons, e.g., development of resistances. Thus, it can be expected from experiences of the past that the number of cases will increase again. Hence, novel chemical entities are desperately needed in order to overcome the drawbacks which are associated with the current treatment options. Our drug discovery approach included an initial drug repurposing strategy combined with a phenotypic screening. S. Niedermeier found novel active compounds derived from commercial fluoroquinolones. The most promising hit compound was further developed by G. Hiltensperger resulting in the lead quinolone amide GHQ168 (IC50 = 0.047 µM). This doctoral thesis is about new insights into the SAR of the quinolone amides and the enhancement of the lead compound. Special consideration was given to the fluorine atom in the quinolone amides and how certain fluorine substitution patterns influence the antitrypanosomal activity, physicochemical properties and pharmacokinetics (i.e. 'fluorine walk'). Moreover, the ability of the compound class crossing the BBB should be investigated. This feature is inevitable necessary in order to potentially treat African sleeping sickness stage II. The Gould-Jacobs protocol was predominantly used for the synthesis of the quinolone core. Since former SAR studies mainly concentrated on the variation in positions 1, 3 and 7, quinolone scaffolds (2a-i) with diverse substitution patterns regarding positions 5, 6, 7 and 8 were synthesised in this thesis. The resulting quinolone amides were evaluated for their antitrypanosomal activity. Voluminous residues in position C-5 resulted in diminished activities (compounds 13, 16 and 18) and solely small-sized moieties were tolerated. In particular the fluorine atom in position 5 revealed beneficial trypanocidal effects as shown for compounds 6 (IC50 = 0.05 µM), 8 (IC50 = 0.04 µM), and 24 (IC50 = 0.02 µM). Furthermore, having fluorine only in position 5 of the quinolone core could considerably reduce the cytotoxic effects (CC50 >100 µM, SI = >2000 for 6). Hence, the 5-fluoro-substituted quinolone amides were considered superior to GHQ168. Regarding the C-6 position all other moieties (e.g., H in 9, OCH3 in 10, CF3 in 12) except of a fluorine atom decreased the activity against Trypanosoma brucei brucei. A double fluorination in C-6 and C-8 was not beneficial (IC50 = 0.06 µM for 7) and a single fluorine atom in C-8 even showed a negative effect (IC50 = 0.79 µM for 5). The logP value is considered a surrogate parameter for lipophlicity and thus, affecting permeability and solubility processes. In particular the fluorine atom influences the lipophilicity due to versatile effects: Lipophilicity is increased by additional fluorine atoms on aromatic rings (7, 23) and reduced by fluorine atoms at an alkyl chain (49), respectively. Additionally, the 5-fluoro-substituted quinolone amides (6, 8, and 24) could prove the contrary effect of decreasing lipophilicity when the aromatic fluorine substituent is in vicinity to a carbonyl group. For the most promising drug candidates 6, 23, and 24 the respective metabolites and the metabolic turnover were investigated by C. Erk. In comparison to GHQ168 the hydroxylation of the benzylamide was prevented by the para-fluorine atom. Hence, half-life was extended for compound 23 (t1/2 = 6.4 h) and N-desalkylation was the predominant pathway. Moreover, the respective fluorine substitution pattern of the quinolone core affected the metabolism of compound 6. The 5-fluoro-substituted quinolone amide was less prone for biotransformation (t1/2 = 7.2 h) and half-life could even be further prolonged for compound 24 (t1/2 = 7.7 h). Due to the most appropriate safety profile of compound 6, this particular drug candidate was considered for in vivo study. Its poor solubility made a direct intraperitoneal administration unfeasible. Thus, an amorphous solid dispersion of 6 was generated using the spray-drying method according to the previous protocol. Unfortunately, the required solubility for the predicted in vivo study was not achieved. Furthermore, the compound class of the quinolone amide was evaluated for its ability for brain penetration. The methanesulfonyl precursor 48 was synthesised and subsequently radiofluorinated in the group of Prof. Dr. Samnick (Department of Nuclear Medicine, University Hospital of W{\"u}rzburg). The labelled compound [18F]49 was administered to mice, and its distribution throughout the body was analysed using positron emission tomography and autoradiography, respectively. The autoradiography of the murine brains revealed medium to high concentrations of [18F]49. Therefore, the quinolone amides are generally suitable for treating Human African Trypanosomiasis stage II. A scaffold hopping approach was performed starting from the quinolone amides and concluding with the compound class of pyrazoloquinolin-3-ones. The intramolecular hydrogen bond between the sec. amide and the C-4 carbonyl moiety was replaced by a covalent bond. The two compound classes were comparable regarding the antitrypanosomal activity to some degree (IC50 = 7.9 µM (EK02) vs. 6.37 µM (53a)). However, a final evaluation of 59 was not possible due to poor solubility.},
  subject      = {Trypanosomiase},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mohsen2017,
  author    = {Mohsen, Amal Mahmoud Yassin},
  title     = {Structure Activity Relationships of Monomeric and Dimeric Strychnine Analogs as Ligands Targeting Glycine Receptors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142228},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The inhibitory glycine receptors are one of the major mediators of rapid synaptic inhibition in the mammalian brainstem, spinal cord and higher brain centres. They are ligand-gated ion channels that are mainly involved in the regulation of motor functions. Dysfunction of the receptor is associated with motor disorders such as hypereklepxia or some forms of spasticity. GlyR is composed of two glycosylated integral membrane proteins α and β and a peripheral membrane protein of gephyrin. Moreover, there are four known isoforms of the α-subunit (α1-4) of GlyR while there is a single β-subunit. Glycine receptors can be homomeric including α subunits only or heteromeric containing both α and β subunits. To date, strychnine is the ligand that has the highest affinity as glycine receptor ligand. It acts as a competitive antagonist of glycine that results in the inhibition of Cl- ions permeation and consequently reducing GlyR-mediated inhibition. For a long time, the details of the molecular mechanism of GlyRs inactivation by strychnine were insufficient due to the lack of high-resolution structures of the receptor. Only homology models based on structures of other cys-loop receptors have been available. Recently, 3.0 {\AA} X-ray structure of the human glycine receptor- α3 homopentamer in complex with strychnine, as well as electro cryo-microscopy structures of the zebra fish α1 GlyR in complex with strychnine and glycine were published. Such information provided detailed insight into the molecular recognition of agonists and antagonists and mechanisms of GlyR activation and inactivation. Very recently, a series of dimeric strychnine analogs obtained by diamide formation of two molecules of 2-aminostrychnine with diacids of different chain length was pharmacologically evaluated at human α1 and α1β glycine receptors. None of the dimeric analogs was superior to strychnine. The present work focused on the extension of the structure-activity relationships of strychnine derivatives at glycine receptors All the synthesized compounds were pharmacologically evaluated at human α1 and α1β glycine receptors in a functional FLIPRTM assay and the most potent analogs were pharmacologically evaluated in a whole cell patch-clamp assay and in [3H]strychnine binding studies. It was reported that 11-(E)-isonitrosostrychnine displayed a 2-times increased binding to both α1 and α1β glycine receptors which prompted us to choose the hydroxyl group as a suitable attachment point to connect two 11-(E)-isonitrosostrychnine molecules using a spacer. In order to explore the GlyR pocket tolerance for oxime extension, a series of oxime ethers with different spacer lengths and sterical/lipophilic properties were synthesized biologically evaluated. Among all the oxime ethers, methyl, allyl and propagyl oxime ethers were the most potent antagonists displaying IC50 values similar to that of strychnine. These findings indicated that strychnine binding site at GlyRs comprises an additional small lipophilic pocket located in close proximity to C11 of strychnine and the groups best accommodated in this pocket are (E)-allyl and (E)-propagyl oxime ethers. Moreover, 11-aminostrychnine, and the corresponding propionamide were prepared and pharmacologically evaluated to examine the amide function at C11 as potential linker. A series of dimeric strychnine analogs designed by linking two strychnine molecules through amino groups in position 11 with diacids were synthesized and tested in binding studies and functional assays at human α1 and α1β glycine receptors. The synthesized bivalent ligands were designed to bind simultaneously to two α-subunits of the pentameric glycine receptors causing a possibly stronger inhibition than the monomeric strychnine. However, all the bivalent derivatives showed no significant difference in potency compared to strychnine. When comparing the reference monomeric propionamide containing ethylene spacer to the dimeric ligand containing butylene spacer, a 3-fold increase in potency was observed. Since the dimer containing (CH2)10 spacer length was found to be equipotent to strychnine, it is assumed that one molecule of strychnine binds to the receptor and the 'additional' strychnine molecule in the dimer probably protrudes from the orthosteric binding sites of the receptor.},
  subject      = {Strychnin},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Messerer2017,
  author    = {Messerer, Regina},
  title     = {Synthesis of Dualsteric Ligands for Muscarinic Acetylcholine Receptors and Cholinesterase Inhibitors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-149007},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The study is dealing with the synthesis and pharmacological investigation of newly designed dualsteric ligands of muscarinic acetylcholine receptors belonging to the superfamily of G protein-coupled receptors. Such bipharmacophoric ligands combine the advantages of the orthosteric binding site (high-affinity) and of the topographically distinct allosteric binding site (subtype-selectivity) resulting in compounds with reduced side effects. This opens the way to a new therapeutic approach in the treatment of e.g. chronic pain, drug withdrawal, Parkinson`s and Alzheimer`s disease. Furthermore, the newly synthesized dualsteric compounds were pharmacologically investigated in order to get a better understanding of the activation and signaling processes in muscarinic acetylcholine receptors, especially with regard to partial agonism. The development of the "dynamic ligand binding" concept offers new perspectives for ligand binding and signaling at G protein-coupled receptors. GPCRs are no longer considered as simple on/off switches. Dualsteric ligands can bind in a dualsteric pose, reflecting an active receptor state as well as in a purely allosteric binding pose, characterized by an inactive receptor state resulting in partial agonism. The degree of partial agonism depends on the ratio of active versus inactive receptor populations. On this basis, orthosteric/orthosteric hybrid ligands consisting of the antagonist atropine and scopolamine, respectively, as well as of the agonist iperoxo and isoxazole, respectively, linked via different alkyl chain length were synthesized in order to investigate partial agonism (Figure 1). Figure 1: Structures of the synthesized iperoxo/isoxazole-atropine/scopolamine-hybrids. Furthermore, different sets of quaternary and tertiary homodimers consisting either of two iperoxo or two acetylcholine units were synthesized in order to study their extent on partial agonism (Figure 2). The two agonists were connected by varying alkyl chain length. Binding studies on CHO-hM2 cells of the quaternary compounds revealed that dimerization of the agonist results in a loss of potency. The iperoxo-dimers reached higher maximum effects on the Gi- as well as on the Gs pathway in comparison to the acetylcholine-dimers. Besides the choice of the orthosteric building block (potency of the agonist), the alkyl chain length is also crucial for the degree of partial agonism. Figure 2: Structures of the synthesized quat./tert. iperoxo/acetylcholine-homodimers. Quinolone-based hybrids connected to the superagonist iperoxo and to the endogenous ligand acetylcholine, respectively, linked through an alkyl chain of different length were synthesized in order to develop further partial agonists (Figure 3). FRET studies confirmed M1 subtype-selectivity as well as linker dependent receptor response. The greatest positive FRET signal was observed with quinolone-C6-iper resulting from a positive cooperativity between the two separated moieties, alloster and orthoster. However, the corresponding hybrids with a longer linker led to an inverse FRET signal indicating a different binding mode, e.g. purely allosteric, in contrast to the shorter linked hybrids. Furthermore, the flexible alkyl spacer was replaced by a rigidified linker resulting in the hybrid quinolone-rigid-iperoxo (Figure 3). FRET studies on the M1 receptor showed reduced FRET kinetics, resulting from interactions between the bulky linker and the aromatic lid, located between the orthosteric and allosteric binding site. A bitopic binding mode of the rigidified hybrid is presumed. For further clarity, mutational studies are necessary. Figure 3: M1-selective hybrid compounds. Another aim of this work was the design and synthesis of new hybrid compounds, acting as agonists at the M1 and M2 receptor and as inhibitors for AChE and BChE in the context of M. Alzheimer. Several sets of hybrid compounds consisting of different pharmacophoric units (catalytic active site: phthalimide, naphthalimide, tacrine; peripheric anionic site: iperoxo, isoxazole) linked through a polymethylene chain of varying length were synthesized. Tac-C10-iper (Figure 4), consisting of tacrine and the superagonist iperoxo linked by a C10 polymethylene spacer, was found to have excellent anticholinesterase activity for both AChE (pIC50 = 9.81) and BChE (pIC50 = 8.75). Docking experiments provided a structural model to rationalize the inhibitory power towards AChE. Additionally, the tacrine related hybrids showed affinity to the M1 and M2 receptor. Such compounds, addressing more than one molecular target are favorable for multifactorial diseases such as Alzheimer. Figure 4: Structure of the most active compound regarding anticholinesterase activity. In summary, the choice of the pharmacophoric units, their connecting point as well as the nature, length, and flexibility of the linker play an important role for the activity of designed bivalent ligands. A shorter linker length cannot bridge both binding sites simultaneously in contrast to longer linker chains. On the other hand, too long linker chains can result in unwanted steric interactions. Further investigations with respect to structural variations of hybrid compounds, with or without quaternary ammonium groups, are necessary in the light of drug development.},
  subject      = {Cholinesteraseinhibitor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{HebronMwalwisi2018,
  author    = {Hebron Mwalwisi, Yonah},
  title     = {Assessment of Counterfeit and Substandard Antimalarial Medicines using High Performance Thin Layer Chromatography and High Performance Liquid Chromatography},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145821},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Although the prevalence of substandard and counterfeit pharmaceutical products is a global problem, it is more critical in resource-constrained countries. The national medicines regulatory authorities (MNRA) in these countries have limited resources to cater for regular quality surveillance programmes aimed at ensuring that medicines in circulation are of acceptable quality. Among the reasons explained to hinder the implementation of these strategies is that compendial monographs are too complicated and require expensive infrastructures in terms of environment, equipment and consumables. In this study it was therefore aimed at developing simple, precise, and robust HPLC and HPTLC methods utilizing inexpensive, readily available chemicals (methanol and simple buffers) that can determine the APIs, other API than declared one, and which are capable of impurity profiling. As an outcome of this study, three isocratic and robust HPLC and two HPTLC methods for sulfadoxine, sulfalene, pyrimethamine, primaquine, artesunate, as well as amodiaquine have been developed and validated. All HPLC methods are operated using an isocratic elution mode which means they can be implemented even with a single pump HPLC system and standard C18 columns. The densitometric sulfadoxine/sulfalene and pyrimethamine method utilizes standard TLC plates as well as inexpensive, readily available and safe chemicals (toluene, methanol, and ethyl acetate), while that for artesunate and amodiaquine requires HPTLC plates as well as triethylamine and acetonitrile due to challenges associated with the analysis of amodiaquine and poorly the detectable artesunate. These HPTLC methods can be implemented as alternative to those requiring HPLC equipment e.g. in countries that already have acquired densitometer equipment. It is understood that HPTLC methods are less sensitive, precise and accurate when compared to HPLC methods, but this hindrance can easily be addressed by sending representative samples to third party quality control laboratories where the analytical results are verified using compendial HPLC methods on a regular basis. It is therefore anticipated that the implementation of these methods will not only address the problem of limited resources required for medicines quality control but also increase the number of monitored targeted antimalarial products as well as the number of resource- constrained countries participating in quality monitoring campaigns. Moreover, the experiences and skills acquired within this work will be applied to other API groups, e. g. antibiotics, afterwards.},
  subject      = {Instrumentelle Analytik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zilker2019,
  author    = {Zilker, Markus},
  title     = {The stability of finished pharmaceutical products and drug substances beyond their labeled expiry dates},
  doi       = {10.25972/OPUS-18069},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-180695},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Upon approval of a drug, the stability of the API and the FPP has to be studied intensively because it determines the shelf-life. If a drug is found to be stable, the expiry date is arbitrary set to five years at the maximum, if a drug tends to undergo degradation, the expiry date is set shorter. The drug product must comply with predefined specifications in accordance with the ICH guidelines Q6A and Q6B during its entire market life. The content of the active substance is required to be within a specification of 95-105\% of its labeled claim until expiry corresponding to the ICH guideline Q1A(R2). However, there is little or scattered literature information addressing the stability of drug products beyond their expiry dates. The objective of this thesis was to study and assess the long-term stability of a collection involving numerous pure drug substances and ampoules manufactured in the 20th century. The content and the impurity profile were examined by means of appropriate analytical methods, mainly using liquid chromatography. The results were compared to data being available in the literature. Assessing the stability regarding the dosage form and the affiliation of the drug class was conducted. The experimental studies comprise the examination of 50 drug substances manufactured 20-30 years ago and 14 long expired ampoules which were older than 40 years in the time of analysis, exceeding many times the maximum shelf life of five years. For investigation of the solid drug substances, pharmacopoeial methods were applied as far as possible. Indeed, results of the study showed that 44 tested substances still complied with the specification of the Ph. Eur. with regard to the content and impurity profile, even after more than two decades of storage. For analysis of the injection solutions, HPLC-UV and HPLC-ESI/MS techniques were applied, commonly based on liquid chromatography methods of the Ph. Eur. for determination of related substances. Each method was further validated for its application to ensure accurate API quantification corresponding to ICH Q2(R1). Quite a few ampoules were identified to show surprisingly high stability. In spite of their age of 53-72 years, APIs such as caffeine, etilefrine, synephrine, metamizole sodium, furosemide, and sodium salicylate complied with the specified content that is valid nowadays, respectively. Nevertheless, typical degradation reaction, e.g. hydrolysis, oxidation, or isomerization, was observed in all remaining ampoules. Various degrees of hydrolysis were revealed for scopolamine, procaine, and adenosine triphosphate, the contents were decreased to 71\%, 70\%, and 15\% of the declared concentrations, respectively. In the epinephrine and dipyridamole ampoules, oxidative degradation has been occurred, finding respective API contents of more or less 70\%. For dihydroergotamine, excessive decomposition by epimerization was observed, resulting in an API content of 21\% and degradation by isomerization was found in lobeline, still containing 64\% of the labeled claim. In conclusion, supported by the data of the present studies and the literature, defining and authorizing a longer shelf-life may be applicable to numerous pharmaceuticals which should be considered by pharmaceutical manufacturers and regulatory authorities, if justified based on stability studies. A general extension of the shelf-lives of drug products and the abolishment or extension of the maximum shelf-life limit of five years would prevent disposing of still potent medications and save a lot of money to the entire health care system.},
  subject      = {Stabilit{\"a}t},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Skaf2018,
  author    = {Skaf, Joseph},
  title     = {Antileishmanial and antitrypanosomal compounds from \(Achillea\) \(fragrantissima\)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-167841},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {This PhD thesis is dealing with the bioassay-guided fractionation of a dichloromethane extract of the aerial parts of Achillea fragrantissima with the aim of isolation and structure isolation of the antileishmanial and/or antitrypanosomal principles in the plant.},
  subject      = {Schafgarbe <Gattung>},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuehnreich2016,
  author    = {K{\"u}hnreich, Raphael},
  title     = {Development and Validation of Methods for Impurity Profiling of Amino Acids},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145718},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The requirements for the impurity profiling of substances for pharmaceutical use have become greater over time. They can be accomplished by the use of modern instrumental analysis techniques, which have been evolved in the last decades. New types of columns with HILIC, mixed-mode and chiral stationary phases are suitable for the separation of all kinds of substances mixtures, that were previously hardly possible with the use of common reversed phase columns. Modern, almost universal detectors like CAD, ELSD and CNLSD can be applied for a sensitive detection of substances without a chromophore. However, in addition to some small individual disadvantages to these methods, the costs are high and applications are still kind of rare. Thus, the introduction of these devices at a broader level has not yet taken place. While this presumably will change over time, there is a need for methods that enable the impurity profiling of challenging substances with widespread analytics devices. Methionine is a substance with hydrophobic and hydrophilic impurities. With the help of a mixed-mode stationary phase, which is a combination of a reversed phase and a strong cationic exchanger, the separation of all putative impurities was found possible with good sensitivity and selectivity. The method requires apart from the column only standard isocratic HPLC equipment and was successfully validated. The evaluation of the enantiomeric purity of amino acids is challenging. Two approaches were made. The first method utilizes CE by means of in-capillary derivation with OPA and the subsequent separation with a cyclodextrin. With the use of OPA/NAC and γ-cyclodextrin, a simple and cost-effective method for the indirect enantioseparation of 16 amino acids was developed. With the second approach, racemic amino acids can be analyzed with HPLC and in-needle derivatization. For this, different columns and chiral thiols were evaluated and the chromatographic parameters were optimized. A method with OPA/NIBLC, a pentafluorophenyl column made the enantioseparation of 17 amino acids feasible. A LOQ of the minor enantiomer down to 0.04 \% can be achieved with UV spectrophotometric detection. A similar method was developed for impurity profiling of L-amino acids. This can be used alternatively for the amino acid analysis performed by the European Pharmacopoeia. A simple, robust, precise and accurate method for the evaluation of impurities in glyceryl trinitrate solution was developed and validated. The four impurities of glyceryl trinitrate are separated by means of an acetonitrile-water gradient and the assay for this substance is also possible.},
  subject      = {Aminos{\"a}uren},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Slopianka2020,
  author    = {Slopianka, Markus},
  title     = {Evaluation von Gallens{\"a}uren als Biomarker f{\"u}r Lebertoxizit{\"a}t in der pr{\"a}klinischen Arzneimittelentwicklung},
  doi       = {10.25972/OPUS-20462},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-204627},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Die Detektion Arzneimittel-induzierter Lebersch{\"a}digung (engl. DILI - Drug induced liver injury) stellt eine Herausforderung in der pr{\"a}klinischen Entwicklung von Arzneistoffen dar. Die zur Verf{\"u}gung stehenden konventionellen klinisch-chemischen Marker, wie Alanin-Aminotransferase (ALAT), Aspartat-Aminotransferase (ASAT) und Alkalische Phosphatase (APh), zeigen z. B. bei minimaler bis leichter Leberpathologie keine Ver{\"a}nderungen im Serum an und besitzen somit nur eine geringe Sensitivit{\"a}t f{\"u}r den fr{\"u}hzeitigen Nachweis einer Lebertoxizit{\"a}t. Des Weiteren besitzen klinisch-chemische Serummarker gleichzeitig eine geringe Spezifit{\"a}t und sind somit f{\"u}r die Differenzierung unterschiedlicher Lebertoxizit{\"a}ten nur limitiert geeignet. Neben den beschriebenen diagnostischen Herausforderungen k{\"o}nnen u. a. auch histopathologische Befunde in der Leber, ohne eine Ver{\"a}nderung der klinisch-chemischen Serummarker auftreten und umgekehrt. Die Histopathologie ist als Goldstandard zwar spezifisch, als invasive Technik f{\"u}r eine Verlaufskontrolle in toxikologischen und klinischen Studien aber ungeeignet. In den vergangenen Jahren lieferten Studien zum Gallens{\"a}ure-Profiling mittels Fl{\"u}ssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) mit Modellsubstanzen, die unterschiedliche Formen einer Lebertoxizit{\"a}t in Ratten induzierten Hinweise, dass individuelle Gallens{\"a}uren ein diagnostisches Potential f{\"u}r die Bewertung einer Lebersch{\"a}digung besitzen. Ziel dieser Arbeit ist es, dass Gallens{\"a}ure-Profiling in die vorgeschriebene Diagnostik der Lebertoxizit{\"a}t in der pr{\"a}klinischen Arzneimittelentwicklung zu implementieren und zu bewerten, ob diese Marker einen wertvollen Beitrag zur Charakterisierung einer Lebertoxizit{\"a}t leisten k{\"o}nnen. Hierzu wurde eine quantitative LC-MS/MS-Methode etabliert und validiert, die es erm{\"o}glicht, 20 verschiedene endogene Gallens{\"a}uren in Ratten zu analysieren. Die quantitative Analytik erm{\"o}glichte eine selektive Bestimmung von prim{\"a}ren, konjugierten und sekund{\"a}ren Gallens{\"a}uren. F{\"u}r die Quantifizierung der individuellen Gallens{\"a}uren wurden 2 MRM-{\"U}berg{\"a}nge bestimmt. Zur Bestimmung des Arbeitsbereiches wurden 20 Referenzstandards von Gallens{\"a}uren verwendet. Eine Kalibrierung mit sieben Kalibrierpunkten in aufsteigender Konzentration wurde f{\"u}r die Bestimmung der endogenen Konzentrationen genutzt. Zur Kompensation des Matrixeffektes wurden 10 isotopenmarkierte interne Standards in die Analytik eingef{\"u}gt. Die Reproduzierbarkeit laufender Messungen wurde durch eingef{\"u}gte Qualit{\"a}tskontrollen (QCs) in drei verschiedenen Konzentrationsbereichen {\"u}berwacht. Es wurde ein Gallens{\"a}ure-Profiling mittels LC-MS/MS im Plasma und Lebergewebe von Ratten, die mit verschiedenen Arzneimitteln behandelt wurden, durchgef{\"u}hrt. Histopathologische Zusammenfassung Untersuchungen konnten aufzeigen, dass sich in den Lebern von m{\"a}nnlichen Ratten, die mit dem Arzneimittel Amitriptylin {\"u}ber 14 Tage behandelt wurden, eine makrovesikul{\"a}re Steatose in der Leber manifestierte. Die klassischen Serummarker, wie ALAT, ASAT und Gamma-Glutamyltransferase (γGT), konnten diese Art des Leberschadens nicht detektieren. Dagegen erh{\"o}hten sich die Konzentrationen Glycin-konjugierter Gallens{\"a}uren mit parallel absinkenden Konzentrationen von Taurin-konjugierten Gallens{\"a}uren im Lebergewebe behandelter Ratten. Gleichzeitig ergaben sich signifikant erh{\"o}hte Konzentrationen der prim{\"a}ren Gallens{\"a}uren CA und CDCA im Plasma behandelter Ratten. Andere Gallens{\"a}ure-Profile konnten nach einer Methapyrilen-induzierten Leberzellnekrose mit hepatobili{\"a}rer Sch{\"a}digung beobachtet werden. Nach einer 14-t{\"a}gigen Behandlungsphase mit 80 mg/kg KG Methapyrilen, erh{\"o}hten sich die Konzentrationen von 11 Gallens{\"a}uren im Lebergewebe behandelter Tiere. Gleichzeitig stiegen die Konzentrationen von allen 20 individuellen Gallens{\"a}uren im Plasma behandelter Ratten an. Zus{\"a}tzlich zur quantitativen Analyse von Gallens{\"a}uren mittels LC-MS/MS wurde die Expression von Genen der Gallens{\"a}ure-Biosynthese, des Gallens{\"a}ure-Transports und die Regulation der Gallens{\"a}ure-Hom{\"o}ostase mittels Multiplex-Analyse untersucht. Die erh{\"o}hte Expression von Genen f{\"u}r Efflux-Transporter der Multidrug Resistance-Related Protein (MRP)-Familie deutet auf einen gesteigerten Abtransport von Gallens{\"a}uren ins Blut hin und korrespondierte mit erh{\"o}hten Gallens{\"a}ure-Konzentrationen im Plasma der behandelten Ratten. Des Weiteren wurden die Erkenntnisse der Gallens{\"a}ure-Profile aus den tierexperimentellen Studien als Grundlage genutzt, um Arzneimittel-induzierte Lebertoxizit{\"a}t auf ein zellbiologisches In-vitro-System zu {\"u}bertragen. Es wurden In-vitro-Experimente mit prim{\"a}ren Rattenhepatozyten zwischen zwei Kollagenmatrices (Sandwich-Kultivierung) durchgef{\"u}hrt. Dieses etablierte System wird u. a. f{\"u}r Untersuchungen an hepatobili{\"a}ren Transportsystemen (z. B. Bile Salt Export Pump, BSEP) genutzt. Das Gallens{\"a}ure-Profiling in den Zellkultur{\"u}berst{\"a}nden belegt, dass die prim{\"a}ren Hepatozyten konjugierte Gallens{\"a}uren bilden, dass sie bei einer Inkubation mit prim{\"a}ren Gallens{\"a}uren diese verstoffwechseln und dadurch, neben den bereits vorhandenen Gallens{\"a}uren, weitere konjugierte Gallens{\"a}uren produzieren. Eine Exposition mit den Hepatotoxinen Troglitazon und Methapyrilen f{\"u}hrte zu Ver{\"a}nderungen in der Gallens{\"a}ure-Hom{\"o}ostase der Hepatozyten. In den In-vivo-Experimenten wurde eine Methapyrilen-induzierte Nekrose mit hepatobili{\"a}rer Sch{\"a}digung in den behandelten Ratten festgestellt. Bei der Behandlung mit Methapyrilen ergaben sich starke Konzentrationsanstiege der Gallens{\"a}uren im Plasma (u. a. von GCA und TCA), die mit den histopathologischen Befunden korrelierten. Anhand dieser Daten und der Zusammenfassung pharmakokinetischen Eigenschaften von Methapyrilen wurde ein Studiendesign f{\"u}r Rattenhepatozyten in Sandwich-Kulturen entwickelt, um eine initiale Absch{\"a}tzung der Konzentrationsver{\"a}nderungen von Gallens{\"a}uren im In-vitro-Testsystem durchzuf{\"u}hren. Ab Tag 8 der Behandlung kam es zu einem erh{\"o}hten Anstieg der GCA- und TCA-Konzentrationen im Zellkulturmedium. Daher besitzt das In-vitro-Testsystem m{\"o}glicherweise das Potential, tierexperimentelle Studien bei der Bewertung einer Hepatotoxizit{\"a}t zu unterst{\"u}tzen oder sogar zu reduzieren. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse aus dieser Arbeit, dass Gallens{\"a}ure-Profiling in m{\"a}nnlichen und weiblichen Ratten eine geeignete Methode zur Detektion und Differenzierung von Lebersch{\"a}den ist. Die Technologie ist flexibel einsetzbar und kann bereits etablierte Testverfahren, wie die Bestimmung von Serummarkern in der Klinischen Chemie und die Histopathologie unterst{\"u}tzen. Damit besitzt das Gallens{\"a}ure-Profiling das Potential, die Bewertung beim Nachweis und bei der Charakterisierung einer Lebertoxizit{\"a}t im Rahmen der Evaluierung von pr{\"a}klinischen Arzneimittelkandidaten zu verbessern.},
  subject      = {Hepatotoxizit{\"a}t},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Theiss2019,
  author    = {Theiss, Christiane},
  title     = {Qualitative Charakterisierung polydisperser Macrogole sowie strukturell verwandter Hilfsstoffe mittels HPLC-CAD},
  doi       = {10.25972/OPUS-17927},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-179274},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The class of macrogols and macrogol-based excipients, i.e. macrogol fatty alcohol ethers, macrogol fatty acid esters, and polysorbates, plays an important role in modern galenic formulations. Formerly used as simple emulsifiers, they are nowadays utilized in fields such as targeted drug release to increase bioavailability, and as solubilizers for complex systems. For these multifaceted applications, and regarding the polydisperse structures of the macrogols, a reproducible and significant analytical procedure is required. For the characterization of excipients, the European Pharmacopoeia (Ph. Eur.) provides some compendial protocols which are able to describe the number of functional groups present in the substance. Some examples of these bulk parameters are the hydroxyl value, the iodine value, the peroxide value, or the acid value. Thus, these bulk parameters allow an overview of the average molar weight or possible degradation processes (e.g. autoxidation), but they provide no further information about the polymeric distribution which can heavily depend on the manufacturing process. Furthermore, bulk parameter investigations are very time-consuming and prone to errors due to their stringent reaction processes and numerous reaction steps. Since several years, the HPLC has been the gold standard of pharmaceutical analytics particularly due to the fact of automation. Coupled to UV detection, it offers the opportunity for a quick, easy, and robust analysis for many drugs. In the field of excipients, the development progress of HPLC-analysis is much slower due to the fact that most excipients lack a UV-chromophore. The application of the highly sensitive mass spectrometry would be eligible for detection but is rather complex and expensive. However, the development of the aerosol-based detectors such as the ELSD (evaporative light scattering detection), the CAD (charged aerosol detection), and the NQADTM (nano quantity aerosol detection) enables the application of HPLC for analyzing non-chromophoric substances. This work aimed to develop a generic HPLC-CAD method to analyze a wide range of macrogols and macrogol-based excipients. The separation was performed on a C18-column. A gradient method was developed based upon several linear gradient steps in order to be able to separate the different chain lengths. The mobile phases were water and acetonitrile, respectively, to which 0.1\% formic acid was added. Macrogols in the average size range of PEG 300 to PEG 3000 were separated with acceptable resolution. The separation results were verified by mass spectrometry for PEG 300 - 1500. Five saturated and two non-saturated fatty acids, as well as two fatty alcohols of different chain lengths were successfully separated. 13 macrogol-based excipients were analyzed with the developed method and separated successfully. The macrogol fatty alcohol ethers, macrogol stearates, and polysorbates were separated to sufficient extent to analyze the polymeric distribution. The free PEGs in the excipients were separated and identified. Based on these free PEGs, different manufactural processes could be determined. Depending on the average chain lengths of the processed PEGs, the free fatty acids or alcohols could be identified and separated from the esters or ethers, respectively. For the smaller average chain lengths, the free fatty acids and alcohols coeluted with the esters and ethers. Macrogol glycerol hydroxy stearate (Cremophor® RH40) was separated into its components except for the linear monoesters which partially coeluted with the free PEGs, and the glycerol triesters which showed effects of size exclusion. The developed method was also used for stability tests of the non-saturated fatty acids, i.e. oleic and linoleic acid. Here, the fatty acid solutions were chemically (hydrogen peroxide) and thermally (60 °C) stressed and analyzed after different time spans. A time and temperature dependent degradation was observed. An assignment of some degradation products was performed by determining the m/z values with mass spectrometry. The method proved to be capable of separating the degradation products of the main substance and allows to estimate the dimension of degradational processes and partly identify the structures of the degradational products. In general, the provided method offers a good basis for analyzing and characterizing a wide field of substance classes. It provides an extension of bulk parameters (e.g. hydroxyl value) with a reduction of analytical effort. It offers a good starting point for more specific observations such as long-term stability or other related substance classes.},
  subject      = {HPLC},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Munz2019,
  author    = {Munz, Martin Reinhold},
  title     = {Individualization of drug therapy considering pharmacokinetic and clinical factors},
  doi       = {10.25972/OPUS-17339},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-173396},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In the „Position Paper of the Division of Clinical Pharmacy of the German Pharmaceutical Society (DPhG)" clinical pharmacy is defined as the science and practice of the rational use of drugs1, which includes the individualization of drug therapy. Clinical pharmacists therefore need a profound knowledge of the pharmacokinetic properties of relevant drugs, and clinical factors that are influencing these properties. Against the background of individualizing drug therapy, pharmacokinetic and clinical factors are studied in this thesis. In order to obtain an overview of the existing data on the pharmacokinetics of imipenem / cilastatin and meropenem in critically ill patients, a literature review for each of these carbapenem antibiotics was performed. These reviews included studies in critically ill patients as well as studies in healthy volunteers. While the reported results of studies in healthy volunteers had a small variability, studies in critically ill patients show significant differences in the resulting pharmacokinetics. These differences were not only between, but also within these studies, resulting in a high variability of the pharmacokinetic parameters of the carbapenems in critically ill patients. Furthermore, the results of studies in critically ill patients indicate that clinical factors and in particular renal function have different effects on the pharmacokinetics of imipenem and cilastatin. A therapeutic drug monitoring (TDM) program for antibiotics was initiated in an intensive care unit. The calculation of the pharmacokinetics of imipenem / cilastatin and meropenem was carried out with a population pharmacokinetic approach (POP-PK) and in addition with a non-compartmental approach (NCA). The POP-PK analysis showed that the pharmacokinetics of imipenem and cilastatin could be described adequately with a 1-compartment model. The resulting mean total body clearance (CL) of imipenem and cilastatin was 11.6 L/h (4.24 to 27.5) and 6.14 L/h (0.520 to 26.6 L/h). The nonrenal clearance was estimated to be 5.30 L / h (24.9\% CV) for imipenem and 0.138 L / h (33.3\% CV) for cilastatin. The results of the NCA were in good agreement with the results of the POP-PK approach, as the NCA resulted in an imipenem clearance of 15.5 ± 7.3 L / hr and cilastatin clearance of 10.1 ± 9.9 L / h. The individual clearances resulting from the different pharmacokinetic approaches were in good correlation showing correlation coefficients (r) of 0.882 (p <0.001) and 0.908 (p <0.001) for imipenem and cilastatin. In summary, this study identified and quantified significant differences between the individual clearance mechanisms of imipenem and cilastatin. This is particularly true for patients with impaired renal function and sepsis. As imipenem / cilastatin is only available in a fixed dose combination, those patients might be treated inadequately with this combination. The great variability in the pharmacokinetics of imipenem and cilastatin in septic patients underscores the importance of a TDM program of both substances. For meropenem, a PK/PD model was developed that predicts the concentration gradients of meropenem, serum creatinine, C-reactive protein and procalcitonin simultaneously. A non-linear relationship between the clearance of creatinine and meropenem was identified and the resulting equation for the calculation of the total body clearance of meropenem (for a 70 kg patient) was: 0.480 L/h + 9.86 L/h. (CLCR/6L/h)0.593, with 0.480 L/h representing the nonrenal clearance of meropenem. The resulting mean meropenem clearance of the NCA was 11.9 ± 8.7 L/h. The individual clearances resulting from the different pharmacokinetic approaches were poorly correlated showing a correlation coefficient (r) of 0.502 (p <0.001). In summary, this study showed a non-linear relationship of meropenem clearance and creatinine clearance. The model shows that the renal function may change rapidly and to a significant extent in patients with sepsis and septic shock, which in turn, underscores that creatinine concentrations are not in steady state in these patients. Conversely, dose adjustment based on creatinine values might lead to inappropriate therapy. This underlines the importance of a TDM program for meropenem in critically ill patients. The two most important considerations when choosing an antibiotic for the prophylaxis of postoperative bone infections are its activity against the whole spectrum of bacteria, which might be involved in bone infections, and its ability to penetrate bone tissue and thus to achieve concentrations above the minimum inhibitory concentration (MIC) of the corresponding pathogens. In order to gain information on this data, a study was conducted which investigated the pharmacokinetics of ampicillin / sulbactam in plasma, cortical and cancellous bone. Pharmacokinetic parameters in plasma were determined using NCA. The bone penetration represents the ratio of the concentration in the bone tissue to plasma concentration at the time of bone removal. The resulting half-life of ampicillin and sulbactam in plasma was 1.60  0.37 h and 1.70  0.42 h. The elimination of both substances was in a good correlation with creatinine clearance and resulted in correlation coefficients (r) of 0.729 (p = 0.003) for ampicillin and 0.699 (p = 0.005) for sulbactam. The mean clearance and the mean volume of distribution of ampicillin and sulbactam were 10.7  3.9 and 10.3  3.3 L/h, and 23.9  7.9 and 24.3  6.8 L. The mean concentrations of ampicillin in the cortical and cancellous bone were 6.60  4.22 and 10.15  7.40 µg/g, resulting in bone penetration ratios of 9.1  5.7 and 16.2  16.9 \%. For sulbactam the corresponding concentrations were 3.91  2.52 and 5.73  4.20 µg/g, resulting in bone penetration ratios of 10.6  6.3 and 17.5  16.1 \%. In summary, this study shows that the bone penetration of both substances is on average rather unsatisfactory and has a high variability, which can lead to inadequate bone concentrations for the prophylaxis of bone infections. One factor that could be identified for the penetration of both substances into cancellous bone was the period between the application of the drug and the removal of the bone. Therefore, a time interval between the administration of the antibiotic and the incision should be considered. Immunosuppression is a risk factor for the development of various malignancies, including hematologic diseases. While the relationship between the use of immunosuppressive therapy with methotrexate and the development of an Epstein-Barr virus (EBV) associated lymphoproliferative disease (LPD) has been well established, this connection is less evident for immunosuppressive therapy with azathioprine. The patient presented by us was immunosuppressed with azathioprine for autoimmune hepatitis. The development of an EBV-associated Hodgkin-like lymphoma under this immunosuppressive therapy and especially the regression of the lymphoma after cessation of azathioprine confirms the relationship between this immunosuppressant, EBV-infection and the development of Hodgkin-like lymphoma. Therefore, albeit in rare cases, azathioprine-related lymphomas may respond to mere cessation of immunosuppressive therapy without need for chemotherapy. Apart from viral infections, drugs are a major cause of acute liver failure. Due to the lack of specific symptoms or tests, it is difficult to diagnose a drug-induced liver injury. We report a case of a young patient in whom different antibiotics, the analgesic and antipyretic acetaminophen or a combination of these drugs may have led to DILI resulting in life-threatening ALF. Based on this case report, we describe a procedure to exclude non-drug related causes and discuss the hepatotoxic potential of the involved drugs in this case.},
  subject      = {Pharmakokinetik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bank2014,
  author    = {Bank, Stephanie},
  title     = {LC-ESI und MALDI-Massenspektrometrische Analyse nativer und derivatisierter Zucker und Glykane},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106085},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Glykane sind weitverbreitete Biomolek{\"u}le, die meist in Form von Glykokonjugaten, wie beispielsweise als Glykoproteine oder Glykolipide, vorliegen. Durch die Interaktion von Glykanen mit Glykan-bindenden Proteinen wird eine Vielzahl an biochemischen Prozessen ausgel{\"o}st, sowohl physiologischer, als auch pathologischer Art. Die Aufkl{\"a}rung der beteiligten Glykanstrukturen ist daher nicht nur wichtig f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis dieser Prozesse, sondern kann auch Hinweise auf verschiedene Erkrankungen geben. Die Identifizierung von Glykanstrukturen kann {\"u}ber verschiedene Wege erfolgen. In der instrumentellen Analytik spielt dabei vor allem die ESI- und MALDI Massenspektrometrie eine wichtige Rolle, da diese sowohl f{\"u}r Detektion, als auch Fragmentierung großer Biomolek{\"u}le geeignet sind. Um die Analyse von Zuckern mittels chromatographischer und massenspektrometrischer Methoden zu erleichtern, werden h{\"a}ufig Derivatisierungsreagenzien eingesetzt. Diese verringern die Polarit{\"a}t der Zucker und erleichtern die Detektion durch das Einbringen von Chromo- oder Fluorophoren. Zur Derivatisierung am reduzierenden Terminus von Glykanen und Zuckern eignen sich vor allem Aminierungsreagenzien oder Hydrazide. Hydrazide haben gegen{\"u}ber anderen Derivatisierungsreagenzien den Vorteil einer einfachen, salzfreien Umsetzung, aus der ein stabiles Derivat mit geschlossenem terminalen Zuckerring hervorgeht. F{\"u}r die vorliegende Arbeit wurde die Derivatisierung mit den neuen Hydrazid Reagenzien INH und BINH, sowie dem bereits von Dr. P. Kapkov{\´a} bearbeiteten BACH untersucht. Als Vergleich dienten die underivatisierten Kohlenhydrate, wie auch das standardm{\"a}ßig eingesetzte Aminierungsreagenz 2-AB. Dabei sollte das Ver-halten verschiedener Zucker und Glykane in Bezug auf chromatographische Trennung, Signalintensit{\"a}t und Fragmentierung analysiert werden. Zun{\"a}chst wurde die Umsetzung von Mono-, Di- und Trisacchariden mit den neuen Derivatisierungsreagenzien INH und BINH optimiert. Dadurch konnte bei beiden Substanzen die komplette Umsetzung der Zucker in ihre Derivate gew{\"a}hrleistet werden. Auch die Derivatisierung mit Hilfe der Mikrowelle konnte bei INH erfolgreich durchgef{\"u}hrt werden. Auf diese Weise ließ sich die Reaktionszeit, im Vergleich zu den im Thermo-mixer® ben{\"o}tigten 90 Minuten, auf 20 Minuten verk{\"u}rzen. Aufgrund der großen Men-gen an Zucker und Derivatisierungsreagenz, die f{\"u}r die Umsetzung in der Mikrowelle n{\"o}tig sind, war der Versuch jedoch nur f{\"u}r INH geeignet. Im n{\"a}chsten Schritt wurde das Trennverhalten der verschiedenen Mono-, Di- und Tri-saccharid-Derivate auf RP-C18- und HILIC-Phasen untersucht. Bei den Monosaccha-riden konnte durch keines der Derivate eine vollst{\"a}ndige Trennung auf einer der Pha-sen erreicht werden. Das beste Ergebnis wurde durch INH auf der HILIC-S{\"a}ule erzielt, doch auch dort konnten die Epimere Glucose, Mannose und Galactose nicht vollst{\"a}n-dig separiert werden. Die Trennung der Disaccharide Maltose, Cellobiose und Lactose konnte auf der HILIC-Phase mit allen Derivaten außer BACH erfolgreich durchgef{\"u}hrt werden, auf der RP-C18 erwies sich dagegen nur 2-AB als geeignet. Bei den Trisac-chariden 3'SLN und 6'SLN konnten sowohl underivatisierte Zucker, als auch s{\"a}mtliche Derivate mittels HILIC getrennt werden. Auch auf der C18-Phase war eine Trennung der BINH, BACH und 2-AB-Derivate m{\"o}glich. Des Weiteren konnte durch die Derivati-sierungen die Signalintensit{\"a}t gegen{\"u}ber den underivatisierten Zuckern deutlich gesteigert werden. Nach ihrer Trennung lassen sich massegleiche Di- und Trisaccharide anhand des Fragmentierungsmusters unterscheiden. W{\"a}hrend bei den underivatisierten Disaccha-riden Maltose, Cellobiose und Lactose die charakteristischen Fragmente nur schwach sichtbar waren, konnte mit Hilfe der Hydrazide INH, BINH und BACH die Differenzie-rung deutlich erleichtert werden. Die 2-AB-Derivatisierung zeigte dagegen keine Ver-besserung der Fragmentierungseigenschaften. Bei der Unterscheidung der Trisaccharide 3'SLN und 6'SLN waren ebenfalls sowohl underivatisierte, als auch Hydrazid-derivatisierte Zucker im Vorteil gegen{\"u}ber den 2-AB-Derivaten. Die Derivatisierung der N-Glykane von Ribonuclease B und Ovalbumin f{\"u}hrte bei der Analyse mittels MALDI-TOF zu einer deutlichen Steigerung der Sensitivit{\"a}t. Beispiels-weise ließen sich bei den Glykanen des Ovalbumins durch die Derivatisierungen drei zus{\"a}tzliche Strukturen im Vergleich zu den nativen Glykanen detektieren. Auch das Fragmentierungsverhalten der Glykane am MALDI-TOF/TOF konnte mit Hilfe der Derivatisierungen erheblich verbessert werden. Besonders die Umsetzung mit BINH f{\"u}hrte zu einer Vielzahl charakteristischer Ringfragmente, wodurch die Aufkl{\"a}rung der verschiedenen Glykanstrukturen deutlich vereinfacht wurde. Auch im Vergleich zu 2 AB zeigten die Hydrazid-Derivate sowohl bessere Fragmentierungseigenschaften, als auch eine einfachere Handhabung f{\"u}r die Messung mittels MALDI-MS. Eine weitere M{\"o}glichkeit zur Identifikation von Glykanstrukturen liegt in der spezifischen Bindung durch Lektine. Diese Untersuchung gibt des Weiteren auch einen Hinweis auf funktionelle Eigenschaften der Glykane. Daf{\"u}r wird die hohe Affinit{\"a}t von Biotin-haltigen Derivatisierungsreagenzien zu Avidin und Streptavidin genutzt. Nach der auf diese Weise erfolgten Immobilisierung der Glykane k{\"o}nnen diese mittels spezifischer Lektine nachgewiesen werden. Die Eignung des neuen Derivatisierungsreagen-zes BINH f{\"u}r diese Zwecke wurde anhand eines Glykan-Arrays getestet. Dadurch ließ sich best{\"a}tigen, dass BINH-derivatisierte Glykane und Zucker sowohl in der Lage sind an Streptavidin zu binden, als auch durch Lektine nachgewiesen werden k{\"o}nnen. Daher kann davon ausgegangen werden, dass BINH grunds{\"a}tzlich f{\"u}r den Einsatz in bio-chemischen Methoden geeignet ist. Zusammenfassend l{\"a}sst sich sagen, dass die Derivatisierung von Kohlenhydraten mit INH, BINH und BACH zu einer deutlichen Verbesserung der Trenn- und Fragmentierungseigenschaften f{\"u}hrten. Dadurch konnten Identifizierung und Strukturanalyse sowohl von kleinen Zuckern, als auch von Glykanen erleichtert werden. Im Vergleich zu dem Standard-Derivatisierungsreagenz 2-AB zeigten die Hydrazide nicht nur im Bereich der Fragmentierungen, sondern auch durch die einfachere Derivatisierungsreaktion wesentliche Vorteile.},
  subject      = {MALDI-MS},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ilko2015,
  author    = {Ilko, David},
  title     = {The use of charged aerosol detection for the analysis of excipients and active pharmaceutical ingredients},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-118377},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {The Corona® charged aerosol detector (CAD) is an aerosol-based detector first de-scribed by Dixon and Peterson in 2002. It is capable of detecting compounds inde-pendent from their physico-chemical properties presumed the analyte is sufficiently non-volatile. Consequently, the CAD is often applied to the analysis of substances that do not possess a suitable UV chromophore. Major drawbacks are however, the detector signal is non-linear and depending on the content of organic solvent in the mobile phase. This thesis tried to explore possible applications of the CAD for pharmaceutical analysis. Therefore, several substances from different compound classes were in-vestigated. Newly developed or existing methods were validated. Thus the perfor-mance of the CAD could be examined. Both assay and impurity determination were evaluated for their compliance with ICH Q2(R1) "Validation of Analytical Proce-dures" and the "Technical Guide for the Elaboration of Monographs". In the course of the establishment of reference substances at the EDQM, a generic screening method for the identification of organic and inorganic pharmaceutical counterions was needed. An HPLC-CAD method developed by Zhang et al. was therefore investigated for its suitability for pharmacopoeial purpose. Method valida-tion was performed. It was found that 23 ions could be separated and detected. Iden-tification was achieved via retention time of an authentic standard of the corre-sponding ions. Alternatively, peak assignment was performed by determination of the exact mass using TOF-MS. Ions could be quantified as impurities or for stoichi-ometric purpose. For the impurity control in topiramate, the performance characterstics of the CAD were compared to that of an ELSD. CAD was superior to ELSD in terms of repeata-bility, sensitivity and linearity. However, impurities could be quantified with satisfac-tory accuracy with both detectors. The application of the ELSD was not feasible due to non-reproducible spike peaks eluting after the principle peak in the chromatogram of the test solution. One of the impurities, topiramate impurity A (diacetonide), gave no or a vastly diminished signal in the ELSD and the CAD, respectively. It is evapo-rated during the detection process due to its relatively high vapor pressure. The re-sponse could be enhanced by a factor of nine via post-column addition of acetoni-trile and a lower nebulizer temperature. As the response of topiramate impurity A was still about thousand-fold lower than the response of all other impurities, its quantification was not feasible. Additionally, the HPLC-CAD was successfully vali-dated as an assay procedure for topiramate. There seems to be a great potential in the application of the CAD to the analysis of excipients as most compounds do not possess a suitable UV chromophore. Here, a simple and rapid HPLC-CAD method for the determination of polidocanol (PD) was developed. The method was successfully validated as a potential assay procedure for the Ph. Eur. as none is described in either of the two PD monographs. The same method was applied to the determination of the PD release from a pharmaceutical polymer matrix. A method for the determination of the fatty acid (FA) composition of polysorbate 80 (PS80) was developed and validated. Using the CAD and mass spectrometry, we were able to identify two new FAs in 16 batches from four manufacturers. All batch-es complied with pharmacopoeial specification. Furthermore, the overall composi-tion of the different PS80 species ("fingerprinting") and the peroxide content were determined. In addition to the chemical characterization, functionality related charac-teristics (FRCs) were determined. Correlations between chemical composition and FRCs were found. The validation data of the above mentioned methods suggests that the CAD repre-sents a viable detection technique for pharmaceutical analysis. The CAD was suffi-ciently sensitive for non-volatile analytes. Impurity control down to concentrations of 0.05 or 0.03\%, as demanded by ICH Q3A (R2), is achievable. However, the response of semi-volatile compounds may be drastically diminished. It could be confirmed that the response of the CAD is linear when the range does not exceed two orders of magnitude. Exceptions may be observed depending on the actual method setup. When the measuring range is sufficiently narrow, quantification can be done using single-point calibration which is common practice in pharmaceutical anlysis. Impuri-ties may also be quantified against a single calibration solution. However, correction factors may be needed and the accuracy is considerably lower compared to an as-say method. If a compound is to be quantified over a large concentration range, log-log transformation of the calibration curve is needed and a decreased accuracy has to be accepted.},
  subject      = {Analyse},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wiest2015,
  author    = {Wiest, Johannes},
  title     = {Synthese und Charakterisierung neuer Ionischer Fl{\"u}ssigkeiten zur Verbesserung der Aufl{\"o}sungsrate und L{\"o}slichkeit eines schwer wasserl{\"o}slichen Wirkstoffes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-121733},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Ionische Fl{\"u}ssigkeiten (engl. Ionic Liquids = IL) sind organische Salze mit einem Schmelzpunkt von unter 100 °C und bieten einen interessanten Ansatz um die orale Bioverf{\"u}gbarkeit von schlecht wasserl{\"o}slichen Arzneistoffen zu verbessern. Aufgrund seiner schlechten Wasserl{\"o}slichkeit wurde aus dem Wirkstoff BGG492 der Novartis AG eine Ionische Fl{\"u}ssigkeit (IL) mit dem sterisch anspruchsvollen Gegenion Tetrabutylphosphonium hergestellt. Die IL ist ein amorpher, glasartiger Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 57 °C. Die freie S{\"a}ure (FS), das Kaliumsalz (BGG-K+) und die IL (siehe Abb. 69) wurden in festem Zustand mittels polarisationsmikroskopischen Aufnahmen, R{\"o}ntgen-Pulverdiffraktometrie, R{\"o}ntgenkristallstrukturanalysen, Infrarot-Spektroskopie und Festk{\"o}rper-NMR-Spektroskopie untersucht. Der ionische Charakter der IL in festem Zustand konnte mittels Bandenverschiebung der deprotonierten Sulfonamidgruppe im IR-Spektrum best{\"a}tigt werden. In der R{\"o}ntgenkristallstrukturanalyse konnte gezeigt werden, dass sich die Molek{\"u}le der FS in Schichten anordneten, in denen jedes Molek{\"u}l mit vier Nachbarmolek{\"u}len {\"u}ber Wasserstoffbr{\"u}cken verbunden war. Das BGG-K+ kristallisierte als Monohydrat. In dieser Kristallstruktur bildeten die Kaliumkationen in der bc-Ebene mit den BGG-Anionen ober- und unterhalb Schichten. Im Gegensatz zu der FS waren keine intermolekularen Wasserstoffbr{\"u}cken zu beobachten. Die 15N-Festk{\"o}rper-NMR-Spektren des BGG-K+ und der IL zeigten die gleiche chemische Verschiebung f{\"u}r den unsubstituierten Stickstoffes N-1' der Pyrazolgruppe und belegten somit ebenfalls die ionische Struktur der IL im festen Zustand. Die amorphe Struktur der IL wurde mittels R{\"o}ntgen-Pulverdiffraktometrie und Polarisationsmikroskop best{\"a}tigt und eine fl{\"u}ssigkristalline Phase konnte ausgeschlossen werden. Die IL zeigte im Vergleich zu der FS eine 700-fach schnellere Aufl{\"o}sungsrate J und eine signifikante Verl{\"a}ngerung der Dauer der {\"U}bers{\"a}ttigung in w{\"a}ssriger L{\"o}sung. Der sprunghafte Anstieg der Kon-zentration in L{\"o}sung („spring") und die Dauer der {\"U}bers{\"a}ttigung („parachute") wurden mittels photometrischen und potentiometrischen Titrationen untersucht. Mit Hilfe der NMR-Spektroskopie konnte der Mechanismus der {\"U}bers{\"a}ttigung aufgekl{\"a}rt werden. Das sterisch anspruchsvolle Gegenion Tetrabutylphosphonium verhinderte die Protonierung der deprotonierten Sulfonamidgruppe von BGG. In L{\"o}sung kam es zur Bildung von Aggregaten („Cluster"), in die sich das Gegenion teilweise einlagerte. Nach der Protonierung und der Bildung von Kristallisationskeimen pr{\"a}zipitierte die ungeladenen FS und der metastabile Zustand der {\"U}bers{\"a}ttigung („parachute") brach zusammen. Um den Einfluss der Struktur des Gegenions auf die Aufl{\"o}sungsrate und die Dauer der {\"U}bers{\"a}ttigung zu untersuchen, wurden ca. 40 Phosphonium- und Ammonium-Kationen synthetisiert. Die Schmelzpunkte der Phosphonium- und Ammonium-Salze wurden mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) ermittelt. F{\"u}r das Phosphonium-Salz P3332OH-Bromid konnte eine enantiotrope Umwandlung der Modifikationen mittels temperaturabh{\"a}ngiger XRPD-Messungen best{\"a}tigt werden. Die Zelltoxizit{\"a}ts-Untersuchungen der Phosphonium- und Ammonium-Salze an humanen Leberzellen (HepG2), Nierenzellen (HEK 293T) und murinen Makro-phagenzellen (J774.1) zeigten, dass mit h{\"o}herer Lipophilie die Zelltoxizit{\"a}t zunahm. Polare Kationen zeigten keine Zytotoxizit{\"a}t (IC50 > 1000 µM). Die Zelltoxizit{\"a}t der Ammonium-Salze war im direkten Vergleich mit den Phosphonium-Salzen etwas geringer. Die synthetisierten Phosphonium- und Ammonium-Salze, die als Chloride-, Bromide- und Iodide vorlagen, wurden durch Anionenaustausch in Hydroxide umgewandelt. Die Ionischen Fl{\"u}ssigkeiten wurden in einer S{\"a}ure-Base-Reaktion mit der freien S{\"a}ure des BGG-Molek{\"u}ls und den Hydroxiden hergestellt. Der ionische Charakter konnte mittels Bandenverschiebung der deprotonierten Sulfonamidgruppe im IR-Spektrum best{\"a}tigt werden. Die Substanzen waren amorph (XRPD) und die Glas{\"u}bergangstemperaturen (DSC) bewegten sich f{\"u}r die Mono-Kationen im Bereich zwischen 40 °C - 97 °C, f{\"u}r Dikationen 81 °C - 124 °C und f{\"u}r Trikationen 124 °C - 148 °C. Damit erf{\"u}llten einige Substanzen die Definition einer Ionischen Fl{\"u}ssigkeit nicht (Smp. < 100 °C) und wurden daher als Niedrig-Gitter-Enthalpie-Salze (low lattice enthalpy salt = LLES) bezeichnet. Die ILs und LLES zeigten signifikante Unterschiede in der Aufl{\"o}sungsrate J, der {\"U}bers{\"a}ttigungszeit und der Wasserdampfsorption. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass allein durch die Auswahl des Gegenions wichtige Parameter f{\"u}r die orale Bioverf{\"u}gbarkeit gesteuert werden k{\"o}nnen. Durch diesen Ansatz war es m{\"o}glich, aus dem sehr schlecht wasserl{\"o}slichen Arzneistoff BGG492 Ionische Fl{\"u}ssigkeiten bzw. LLES herzustellen, die sich drastisch schneller aufl{\"o}sten und teilweise {\"u}ber mehrere Stunden {\"u}bers{\"a}ttigte L{\"o}sungen bildeten. Insgesamt zeigte sich, dass durch eine Zunahme der Polarit{\"a}t des Gegenions eine gr{\"o}ßere Aufl{\"o}sungsrate J und eine geringere Zelltoxizit{\"a}t erzielt werden konnten. Jedoch verringerte sich dadurch die Dauer der {\"U}bers{\"a}ttigung in L{\"o}sung und erh{\"o}hte die Hygroskopizit{\"a}t der ILs und LLES.},
  subject      = {Bioverf{\"u}gbarkeit},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mandel2014,
  author    = {Mandel, Philipp},
  title     = {Entstehung von oxidativen Stressmarkern in DNA und RNA nach der Behandlung mit den Hormonen Angiotensin II und Aldosteron in vitro und in vivo : Vergleich von drei Analysemethoden zum Nachweis von 8-Oxo-2'-desoxyguanosin in LLC-PK1-Zellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-111190},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The detection of oxidative stress markers has gained increasing importancy in the early investigation of diseases like diabetes, cancer or hypertension. 8 oxo 2' deoxyguanosine (8-oxodG) is the main marker, which is used for the intracellular detection of oxidative stress levels. However, the oxidative stress markers 8 oxoguanine (8-oxoGua), a product of the DNA base excision repair and 8 oxoguanosine (8-oxoGuo), a marker for oxidative damaged RNA have received less attention up to now. The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) plays an important role in the regulation processes of the blood pressure system. During hypertension angiotensin II (Ang II) and aldosterone (Aldo) are released in high concentrations over a longer period leading to non-physiological effects of the RAAS hormones. Subsequently, an increase of the intracellular oxidative stress level in kidney cells can be measured. The aim of this thesis is the in vitro and in vivo detection of the oxidative damage in DNA and RNA by measuring oxidative stress markers, especially 8-oxodG which is triggered by Ang II and Aldo. In vitro experiments were carried out in LLC-PK1, a cell line originated from porcine kidney cells. It could been shown that Ang II and Aldo led to a dose-dependent increase of DNA damage in the cells. A time-dependent increase was detected for the first 30 minutes of the treatment. For the rest of the experimental set up (4 h) the level of detected DNA damage remained constant. The FPG comet assay and the immunocytochemical staining showed a significant increase of 8-oxodG in the cells, whereas the HPLC-MS/MS measurement only detected a small increase of 8-oxodG in the DNA. The FPG enzyme, which recognises also other oxidized purines besides 8-oxodG, which led to an overestimation of 8-oxodG in the comet assay. Also, the 8 oxodG antibody, which was used in the immunocytochemical analysis, detected higher amounts of 8-oxodG most likely due to its side reactions with other oxidized DNA structures. One of the main advantages of the last mentioned methods is the direct measurement in damaged cells, whereas the HPLC-MS/MS requires an isolation of the DNA. During this isolation process the oxidative stress markers can be oxidized and the detection can become imprecise. The main purpose of the in vivo experiments was the detection of the oxidative stress marker 8-oxoGua, 8-oxodG and 8-oxoGuo in the urine of test animals. The treatment of C57BL/6 mice and Sprague Dawley (SD) rats with the RAAS hormones led to an increase of the blood pressure, higher DNA damage due to oxidative stress as well as an increased excretion rate of oxidative stress markers. The inhibition of the angiotensin II type 1- or mineralocorticoid receptor and a mutation of the AT1a gene could show, that the DNA damage is independent from the hypertension. In addition, it was shown that the NOX4 is not alone responsible for the oxidative stress. Other NADPH oxidases must contribute to the induction of oxidative stress inside the cell. Moreover, the activation of the Nrf2 pathway has an influence on the effect of Aldo in SD rats. The excretion rate of the oxidative stress markers in the 20 h urine of the treated animals showed how the equilibrium between the DNA repair and the oxidative stress level was changing over time. The measurement of 8-oxoGuo became more and more popular, because up to the fact that 80 \% of the DNA is translated into RNA. Overall, the detection of 8-oxodG and 8-oxoGuo is feasible for monitoring the disease or the healing process, because the measurement is non-invasive. The detection of 8-oxodG and 8-oxoGuo in nucleic acids is a first step into the field of basic research methods, because it reveals a snapshot of the nucleic acid damage in the cell at a specific time point. Usually, there will be an overestimation of the oxidative stress marker resulting from the analytical method. Although, it is possible to detect an underestimation of oxidative stress markers in tissue samples if not all cell types are damaged equally. Therefore, a primary goal should be the detection of a stable oxidation product of guanine to insure a reliable detection strategy and for a better understanding of the equilibrium of DNA oxidation and repair.},
  subject      = {Oxidativer Stress},
  language  = {de}
}
@phdthesis{HafergebZailer2021,
  author    = {Hafer [geb. Zailer], Elina},
  title     = {Tagging - Development of new qNMR methods},
  doi       = {10.25972/OPUS-21958},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-219583},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {High-resolution nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is used in structure elucidation and qualitative as well as quantitative examination of product components. Despite the worldwide development of numerous innovative NMR spectroscopic methods, several official methods that analyze specific substances and do not represent a holistic analysis, are still in use for the quality control of drugs, food and chemicals. Thus, counterfeit or contaminated products of inferior quality can be brought onto the market and distributed despite previous quality controls. To prevent this, three NMR spectroscopic methods have been developed within the scope of this work (1) to study the peroxide value in vegetable and animal oils, (2) for the qualitative and quantitative analysis of metal cations and (3) to determine the enantiomeric excess in chiral alcohols. In oil analysis, titration methods are used to determine the bulk quality parameters such as peroxide value, which represents the concentration of peroxides. Titrations show several drawbacks, such as the need of a large amount of sample and solvents, cross reactions and the low robustness. Thus, an alternative NMR spectroscopic method was developed to improve the peroxide analysis by using triphenylphosphine as a derivatization reagent, which reacts with peroxides in a stoichiometric ratio of 1:1 forming triphenylphosphine oxide. In the 1H-31P decoupled NMR spectrum, the signals of the unreacted triphenylphosphine and the reacted triphenylphosphine oxide are detected at 7.4 ppm and 7.8 ppm, respectively. The ratio of the two signals is used for the calculation of the peroxide concentration. 108 oil samples with a peroxide value between 1 meq/kg and 150 meq/kg were examined using the developed method. Oils with a very low peroxide value of less than 3 meq/kg showed a relative standard deviation of 4.9\%, highly oxidized oils with a peroxide value of 150 meq/kg of 0.2\%. The NMR method was demonstrated as a powerful technique for the analysis of vegetable and krill oils. Another 1H NMR spectroscopic method was developed for the qualitative determination of Be2+, Sr2+ and Cd2+, and for the qualitative and quantitative determination of Ca2+, Mg2+, Hg2+, Sn2+, Pb2+ and Zn2+ by using ethylenediamine tetraacetate (EDTA) as complexing agent. EDTA is a hexadentate ligand that forms stable chelate complexes with divalent cations. The known amount of added EDTA and the signal ratio of free and complexed EDTA are used to calculate the concentrations of the divalent cations, which makes the use of an internal standard obsolete. The use of EDTA with Be2+, Sr2+, Cd2+, Ca2+, Mg2+, Hg2+, Sn2+, Pb2+ and Zn2+ result in complexes whose signals are pH-independent, showing cation-specific chemical shifts and couplings in the 1H NMR spectrum that are used for identification and quantification. In the presented NMR method, the limit of quantification of the cations Ca2+, Mg2+, Hg2+, Sn2+, Pb2+, and Zn2+ was determined with 5-22 μg/mL. This method is applicable in the food and drug sectors. The third NMR spectroscopic method introduced an alternative determination of the enantiomer excess (ee) of the chiral alcohols menthol, borneol, 1-phenylethanol and linalool using phosgene as a derivatizing reagent. Phosgene reacts with a chiral alcohol to form carboxylic acid diesters, made of two identical (RR, SS) or two different enantiomers (RS, SR). These two different types of diastereomers can be examined by the difference of their chemical shifts. In the presented method, the integration values of the carbonyl signals in the 13C NMR spectrum are used for the determination of the enantiomer excess. The limit of quantification depends, among others, on the sample and on the non-labelled or 13C-labelled phosgene used for the analysis. In the case of menthol, a quantification limit of ee=99.1\% was determined using non-labelled phosgene and ee=99.9\% using 13C-labelled phosgene. The 13C NMR method was also applied for the quality control of the enantiomeric purity of borneol, 1-phenylethanol and linalool. The developed 13C NMR method represents a powerful alternative to Mosher's reagent for investigating the enantiomeric excess in chiral alcohols. This work demonstrates the variety of possibilities of applications for the quantitative nuclear magnetic resonance spectroscopy in the chemical analysis of drugs, food and chemicals using tagging reactions such as derivatizations and complexations. The nuclear resonance spectroscopic methods developed in this research work represent powerful alternatives to the previously used quality control techniques.},
  subject      = {NMR Spektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Saedtler2021,
  author    = {Saedtler, Marco},
  title     = {Pharmaceutical formulation strategies for novel antibiotic substances utilizing salt formation and two- and three-dimensional printing techniques},
  doi       = {10.25972/OPUS-21978},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-219784},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Salt formation is a routinely used strategy for poorly water-soluble drugs and traditionally performed with small inorganic counterions. High energy crystal lattices as well as effects on the local pH within the aqueous boundary layer during dissolution drive the increased dissolution rate and apparent solubility. Ionic liquids however, by definition low melting ionic salts with often large organic counterions, combine an increased dissolution rate with solubilization of the drug by the counterion itself. Long lasting supersaturation profiles of increased kinetic solubility were reported for several drugs formulated as ionic liquids increasing their overall bioavailability. Furthermore, aggregation and micellization between highly lipophilic compounds and amphiphilic bile acids was described before, demonstrating the capabilities of the human body itself to utilize solubilization of poorly water-soluble compounds. Development of novel counterions not only tailoring the desired physicochemical properties e.g. dissolution rate of the parent drug but adding - in a best-case scenario synergistic - pharmacological activity has been driven forward in the last years. However, salt formation can only be applied for ionizable i.e. acidic or basic compounds. While co-crystals can be used as a nonionized alternative, their formation is not always successful leading to an urgent need for other formulation strategies. In these lines, development of 2D and 3D printing techniques has been ongoing for the last decades and their pharmaceutical application has been demonstrated. The versatile nature and commercial availability allow a decentralized production further elaborating this technique for a highly flexible and patient-oriented supply with medication. This thesis focuses on the theoretical background and potential application of salt formation in the pharmaceutical development of a drug candidate. The first section presents the current knowledge and state of the art in preparation of low melting ionic liquids i.e. salts and is translated to the in vitro investigation of molecular interaction between the poorly water-soluble drug imatinib and components of the human intestinal fluid in the second section. Development of novel antibiotic counterions and assessment of their potential use in pharmaceutical formulations with fluoroquinolones is described in the last two sections. Chapter I describes the application of low melting ionic liquids in pharmaceutical formulation and details their development in the last two decades from versatile organic solvents in chemical synthesis towards amorphous strategies for drug delivery. The chapter gives a general overview on molecular structure and physicochemical properties of several drug containing ionic liquids and details the mechanisms which attribute to a typically fast dissolution, increased aqueous solubility as well as enhanced permeation which was reported in several publications. Chapter II translates the increased aqueous solubility of drugs by an organic counterion to the human gastrointestinal tract with taurocholate and lecithin as main drivers for the solubilization of highly lipophilic and poorly water-soluble drugs. Investigation of the interaction of imatinib - a poorly water-soluble weak base - with fasted- and fed state simulated intestinal fluids revealed a complex interplay between the components of the intestinal fluid and the drug. Mixed vesicles and micelles were observed in concentration dependent aggregation assays and revealed differences in their size, molecular arrangement as well as composition, depending on the tested drug concentration. Overall, the study outlines the effective interaction of weakly basic drugs with taurocholate and lecithin to minimize recrystallization during intestine passage finally leading to favorable supersaturation profiles. Chapter III focuses on the development of novel antibiotic counterions which potentially move the evolution of ionic liquids from a pharmaceutical salt with tailored physicochemical properties to a synergistic combination of two active pharmaceutical ingredients. The natural occurring anacardic acid derived from the cashew nut shell inspired a series of antibacterial active acidic compounds with increasing alkyl chain length. Their physicochemical properties, antibacterial activity, bacterial biofilm inhibition and cytotoxicity were detailed and in vivo activity in a Galleria mellonella model was assessed. This group of anacardic acid derivatives is synthetically accessible, easily modifiable and yielded two compounds with favorable activity and physicochemical profile for further drug development. Chapter IV outlines the potential application of anacardic acid derivatives in pharmaceutical formulations by salt formation with fluoroquinolone antibiotics as well as novel techniques such as 2D/3D printing for preparation of drug imprinted products. Despite anacardic acid derivatives demonstrated promising physicochemical properties, salt formation with fluoroquinolone antibiotics was not feasible. However, 2D/3D printed samples with anacardic acid derivative alone or in combination with ciprofloxacin demonstrated physical compatibility between drug and matrix as well as antibacterial activity against three S. aureus strains in an agar diffusion assay. Conclusively, drug printing can be applied for the herein tested compounds, but further process development is necessary. In summary, preparation of low melting ionic liquids, salts or co-crystals is an appropriate strategy to increase the aqueous solubility of poorly water-soluble drugs and tailor physicochemical properties. The counterion itself solubilizes the drug and furthermore potentially interferes with the complex micellar environment in the human intestine. However, salt formation as routinely used formulation strategy is not feasible in every case and development of alternative techniques is crucial to hurdle challenges related to unfavorable physicochemical properties. The outlined techniques for 2D/3D drug printing provide versatile production of drug products while extending the design space for novel drug development.},
  subject      = {L{\"o}slichkeit},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Guentzel2022,
  author    = {G{\"u}ntzel, Paul Mathias},
  title     = {Bioinspired Ion Pairs Transforming Poorly Water-soluble Compounds into Protic Ionic Liquids and Deep Eutectic Solvents},
  doi       = {10.25972/OPUS-21980},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-219806},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Microbial, mammalian and plant cells produce and contain secondary metabolites, which typically are soluble in water to prevent cell damage by crystallization. The formation of ion pairs, e.g. with carboxylic acids or mineral acids, is a natural blueprint to keep basic metabolites in solution. It was aimed at showing whether the mostly large carboxylates form soluble protic ionic liquids (PILs) with basic natural products resulting in enhanced aqueous solubility. Furthermore, their supramolecular pattern in aqueous solution was studied. Thereby, naturally occurring carboxylic acids were identified being appropriate counterions for natural basic compounds and facilitate the formation of PILs with their beneficial characteristics, like improved dissolution rate and enhanced apparent solubility.},
  subject      = {Ionic Liquids},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pawellek2021,
  author    = {Pawellek, Ruben},
  title     = {Charged Aerosol Detector Performance Evaluation and Development of Optimization Strategies for the Analysis of Amino Acids},
  doi       = {10.25972/OPUS-24319},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-243197},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The charged aerosol detector (CAD) is an aerosol-based detector employed in liquid chromatography which has become established in the field of pharmaceutical analysis due to its outstanding performance characteristics, e.g. the almost uniform response for nonvolatile analytes. Owing to its principle of detection, the response of the CAD depends on the volatility of a compound and is inherently nonlinear. However, the newly implemented instrumental settings evaporation temperature and power function value (PFV) are valuable tools to overcome some of these drawbacks and can even enhance the detector's capabilities when adjusted properly. This thesis aimed to evaluate the impact of the new instrumental settings on the CAD performance. Additionally, the influence of modern separation techniques for small polar compounds on the CAD was assessed and the applicability of hyphenated UV-CAD techniques explored. The optimization strategies derived from the evaluation procedures and the conjunction of the instrumental and chromatographic techniques investigated were utilized for the challenging impurity profiling of amino acids and amino acid-like drugs. The results of the method validation procedures confirmed the broad applicability of the CAD in the pharmaceutical analysis of nonvolatile compounds, supported by satisfactory sensitivity and reproducibility for meeting the regulatory requirements with respect to the ICH guidelines Q2(R1) and Q3A(R2). The limits of applicability include the analysis of semivolatile compounds, and the method transfer between current and legacy CAD models. Further advances in the definition and standardization of allowed ranges for the instrumental settings and the establishment of general optimization procedures in the method development could lead to a more widespread use of the detection technique in compendial methods.},
  subject      = {Instrumentelle Analytik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Urlaub2021,
  author    = {Urlaub, Jonas},
  title     = {Development of analytical methods for the quality assessment of mineral oil based excipients and mechanochemically stressed active pharmaceutical ingredients},
  doi       = {10.25972/OPUS-24346},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-243465},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {For the quality assurance of substances for pharmaceutical use, a variety of analytical techniques are available to address specific analytical problems. In this field of application, liquid chromatography (LC) stands out as the gold standard in the pharmaceutical industry. Various detectors can be employed, which are e.g. based on UV/Vis spectroscopy for the examination of molecules with a chromophore, or mass spectrometry (MS) for structural elucidation of analytes. For the separation of enantiomers, the use of capillary electrophoresis (CE) may be more favorable due to the high separation efficiency and easy-to-use and comparatively inexpensive chiral selectors, in contrast to chiral columns for LC, which are usually very expensive and limited to a restricted number of analytes. For structure elucidation in impurity profiling, one- and multidimensional 1H NMR spectroscopy is a valuable tool as long as the analyte molecule has got nuclei that can be detected, which applies for the magnitude of organic pharmaceutical substances. For the evaluation of the amount of mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH) in various paraffin samples from different suppliers, a straightforward method based on 1H NMR spectroscopy was elaborated. The MOAH/MOSH ratio was used to indicate the amount of MOAH of paraffins and to evaluate the extent of refining. In addition, a representative paraffin sample was measured without sample solvent at high temperatures (about 340 K) to avoid the interfering residual solvent signals in the spectral regions of interest. The results of both methods were in good accordance. Moreover, the 1H NMR results were complemented with the UV measurements from the purity testing of paraffins according to the DAB 8. Correlations of the NMR and UV spectroscopic data indicated a linear relationship of both methods for the determination of MOAH in paraffins. Finally, the 1H NMR data was evaluated by principal component analysis (PCA) to explore differences within the paraffin samples and the spectral regions in the 1H NMR spectrum which are responsible for the formation of groups. It could be found that most variation is due to the MOSH of the paraffins. The PCA model was capable of differentiating between soft, liquid and solid paraffins on the one hand and between natural and synthetic liquid paraffins on the other hand. The impurity profiling of L-ascorbic acid 2-phosphate magnesium (A2PMg) was performed by means of one- and two-dimensional NMR spectroscopy. Several ethylated impurities could be detected, which were likely to be formed during synthesis of A2PMg. The structures of two of the ethylated impurities were identified as ascorbic acid 2-phosphate ethyl ester and ethanol, (residual solvent from synthesis). NMR spectroscopic studies of the fractions obtained from preparative HPLC of A2PMg revealed two additional impurities, which were identified as phosphorylated derivatives of ascorbic acid, ascorbic acid 3,5-phosphate and ascorbic acid 5-phosphate. Solid state mechanochemistry as an alternative approach for stress testing was applied on the drug substances S-Ibuprofen (Ibu) and Clopidogrel (CLP) using a ball mill, in order to study their degradation profile: First, the isomerization of S-Ibu was investigated, which was stressed in the solid state applying several milling frequencies and durations under basic, acidic and neutral conditions. For the separation of Ibu enantiomers, a chiral CE method was developed and validated according to ICH Q2(R1). It was found that S-Ibu is overall very stable to isomerization; it shows minor conversion into the R-enantiomer under basic environment applying long milling times and high frequencies. Last, the degradation profile of clopidogrel hydrogen sulfate (CLP) was investigated, which was stressed in the solid state under various oxidative conditions. An already existing HPLC-UV method was adjusted to sufficiently separate the degradation products, which were characterized by means of UV and MS/(MS) detection. Most of the degradation products identified were already reported to result from conventional CLP stress tests. The degradation profile of CLP was mainly influenced by the material of the milling jar and the type of catalyst used.},
  subject      = {HPLC},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Glaser2015,
  author    = {Glaser, Jan},
  title     = {Antileishmanial compounds from Nature - Elucidation of the active principles of an extract from Valeriana wallichii rhizomes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-129140},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {This study is dealing with the bioactivity-guided fractionation of a chloroform extract from pulverized rhizomes of Valeriana wallichii with focus on isolation and structure elucidation of the antileishmanial active principles.},
  subject      = {Leishmaniose},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wahl2016,
  author    = {Wahl, Oliver},
  title     = {Impurity Profiling of Challenging Active Pharmaceutical Ingredients without Chromophore},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-137205},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The impurity profiling of pharmaceutical ingredients can oppose many challenges. The best part of active pharmaceutical ingredients (APIs) and the related substances are detectable by UV detection, a very common detection principle. However, if an API lacks a suitable chromophore other means of detection are necessary. The corona charged aerosol detector (CAD) is a detector capable of detecting substances independent of their chemical structure. This "universal" detector has only one limitation: The analyte has to have a sufficiently low vapor pressure. Another important challenge that comes often together with the lack of a chromophore concerns the separation. These substances (e.g. most amino acids and derivatives) often contain structures that make them difficult to retain on conventional reversed phase columns. Possible solutions to overcome these challenges, like the application of the CAD and the benefit of so-called mixed-mode stationary phases in impurity profiling for pharmacopoeial purposes were explored in this work. The related substances analyzed in this thesis comprise amino acids, inorganic ions, bisphosphonic acids, basic and acidic derivatives of amino acids (esters and amides). The successful development and validation of mixed-mode liquid chromatography methods with CAD detection for carbocisteine and ibandronate sodium might help to increase the acceptance of this versatile detector in the pharmaceutical industry and in official authorities dealing with the determination of related substances. The combination of UV and CAD detection proved very useful during the analysis of Bicisate. Most of the related substances and some unidentified impurities were detectable by CAD whereas a synthesis by-product, a semi-volatile ester, was only detectable in the UV trace. The simple combination covers all relevant impurities in a single analysis. Two truly orthogonal methods regarding separation and detection for the enantiomeric purity of magnesium-L-aspartate helped to find the reason for elevated D aspartic acid content in the drug substance. A very quick and sensitive indirect separation using the OPA derivatization with NAC was developed as a powerful screening tool, whereas the direct separation of D- and L-CBQCA-Asp derivatives confirmed the results. Both methods were optimized in order to do without substances mentioned on the REACH list, like sodium tetraborate which is very frequently applied in standard derivatization protocols and CE separations. The importance of orthogonal detection principles in the determination of related substances of amino acids was discussed in a review article dealing with the revision of amino acid monographs in the Ph. Eur..},
  subject      = {Chromatographie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kesetovic2016,
  author    = {Kesetovic, Diana},
  title     = {Synthesis and biological testing of potential anti-tuberculosis drugs targeting the β-ketoacyl ACP synthase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-131301},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {With 9.6 million new cases and 1.5 million deaths in 2014, tuberculosis (TB) is alongside with AIDS the most deadly infection.‎ Foremost, the increased prevalence of resistant strains of M. tuberculosis among the TB-infected population represents a serious thread. Hence, in the last decades, novel drug targets have been investigated worldwide. So far a relatively unexplored target is the cell wall enzyme β-ketoacyl-ACP-synthase "KasA", which plays a crucial role in maintaining the membrane impermeability and hence the cell ability to resist to the immune response and drug therapy. KasA is a key enzyme in the fatty acid synthase "FAS-II" elongation cycle, responsible for the extension of the growing acyl chain within the biosynthesis of precursors for the most hydrophobic constituents of the cell wall - mycolic acids. Design of the novel KasA inhibitors, performed in the research group of Prof. Sotriffer by C. Topf and B. Schaefer, was based on the recently published crystal structure of KasA‎ in complex with its known inhibitor thiolactomycin (TLM). Considering the essential ligand-enzyme interactions, a pharmacophore model was built and applied in the virtual screening of a modified ZINC database. Selected hits with the best in silico affinity data have been reported by Topf‎ and Schaefer‎. In this work, two of the obtained hits were synthesized and their structure was systematically varied. First, a virtual screening hit, chromone-2-carboxamide derivative GS-71, was modified in the amide part. Since the most of the products possessed a very low solubility in the aqueous buffer medium used in biological assays, polar groups (nitro, succinamidyl and trimethyl-amino substituent in position 6 of the chromone ring or hydroxyl group on the benzene ring in the amide part have been inserted to the molecule. Further variations yielded diaryl ketones, diaryl ketone bearing a succinamidyl substituent, carboxamide bearing a methylpiperazinyl-4-oxobutanamido group and methyl-malonyl ester amides. Basically, the essential structural features necessary for the ligand-enzyme interactions have been maintained. The latter virtual screening hit, a pyrimidinone derivative VS-8‎ was synthesized and the structure was modified by substitution in positions 2, 4, 5 and 6 of the pyrimidine ring. Due to autofluorescence, detected in most of the products, this model structure was not further varied. Simultaneously, experiments on solubilization of the first chromone-2-carboxamides with cyclodextrins, cyclic oligosacharides known to form water-soluble inclusion complexes, were performed. Although the assessed solubility of the chromone 3b/DIMEB (1:3) mixture exceeded 14-fold the intrinsic one, the achieved 100 µM solubility was still not sufficient to be used as a stock solution in the binding assay. The experiments with cyclodextrin in combination with DMSO were ineffective. Owing to high material costs necessary for the appropriate cyclodextrin amounts, the aim focused on structural modification of the hydrophobic products. Precise structural data have been obtained from the solved crystal structures of three chromone derivatives: the screening hit GS-71 (3b), its trimethylammonium salt (18) and 6-nitro-substituted N-benzyl-N-methyl-chromone-2-carboxamide (9i). The first two compounds are nearly planar with an anti-/trans-rotamer configuration. In the latter structure, the carboxamide bridge is bent out of the chromone plane, showing an anti-rotamer, too. Considering the relatively low partition coefficient of compound 3b (cLogP = 2.32), the compound planarity and correlating tight molecular packing might be the factors significantly affecting its poor solubility. Regarding the biological results of the chromone-based compounds, similar structure-activity correlations could be drawn from the binding assay and the whole cell activity testing on M. tuberculosis. In both cases, the introduction of a nitro group to position 6 of the chromone ring and the presence of a flexible substituent in the amide part showed a positive effect. In the binding study, the nitro group at position 4 on the N-benzyl residue was of advantage, too. The highest enzyme affinity was observed for N-(4-nitrobenzyl)-chromone-2-carboxamide 4c (KD = 34 µM), 6-nitro substituted N-benzyl-chromone-2-carboxamide 9g (KD = 40 µM) and 6‑nitro-substituted N-(4-nitrobenzyl)-chromone-2-carboxamide 9j (KD = 31 µM), which could not be attributed to the fluorescence quenching potential of the nitro group. The assay interference potential of chromones, due to a covalent binding on the enzyme sulfhydryl groups, was found to be negligible at the assay conditions. Moderate in vivo activity was detected for 6‑nitro-substituted N-benzyl-chromone-2-carboxamide 9g and its N-benzyl-N-methyl-, N‑furylmethyl-, N-cyclohexyl- and N-cyclohexylmethyl derivatives 9i, 9d, 9e, 9f, for which MIC values 20 - 40 µM were assessed. Cytotoxicity was increased in the N‑cyclohexylmethyl derivative only. None of the pyrimidine-based compounds showed activity in vivo. The affinity of the model structure, VS-8, surpassed with KD = 97 µM the assessed affinity of TLM (KD = 142 µM). Since for the model chromone compound GS-71 no reliable KasA binding data could be obtained, a newly synthesized chromone derivative 9i was docked into the KasA binding site, in order to derive correlation between the in silico and in vitro assessed affinity. For the 6‑nitro-derivative 9i a moderate in vivo activity on M. tuberculosis was obtained. The in silico predicted pKi values for TLM and 9i were higher than the corresponding in vitro results, maintaining though a similar tendency, i.e., the both affinity values for compound 9i (pKi predicted = 6.64, pKD experimental = 4.02) surpassed those obtained for TLM (pKi predicted = 5.27, pKD experimental = 3.84). Nevertheless, the experimental pKD values are considered preliminary results. The binding assay method has been improved in order to acquire more accurate data. Owing to the method development, limited enzyme batches and solubility issues, only selected compounds could be evaluated. The best hits, together with the compounds active on the whole cells of M. tuberculosis, will be submitted to the kinetic enzyme assay, in order to confirm the TLM-like binding mechanism. Regarding the in vivo testing results, no correlations could be drawn between the predicted membrane permeability values and the experimental data, as for the most active compounds 9e and 9f, a very low permeability was anticipated (0.4 and 0.7 \%, respectively). Further biological tests would be required to investigate the action- or transport mode.},
  subject      = {Tuberkelbakterium},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Seufert2016,
  author    = {Seufert, Florian},
  title     = {Entwicklung von Inhibitoren des „macrophage infectivity potentiator"-Proteins},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-134820},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die Melioidose und die Legion{\"a}rskrankheit werden von den beiden Erregern Burkholderia pseudomallei bzw. Legionella pneumophila verursacht. Eine hohe Mortalit{\"a}tsrate trotz langwieriger Behandlungen sowie die zunehmende Resistenz vieler Bakterien gegen{\"u}ber den eingesetzten Antibiotika verdeutlichen die Notwendigkeit alternativer Behandlungsmethoden. Als neues Angriffsziel gilt das bereits in vielen Pathogenen gefundene „macrophage infectivity potentiator"-Protein, kurz Mip, das als Virulenzfaktor die Infektion forciert. Bei Legionella pneumophilia ist LpMip daf{\"u}r verantwortlich, dass das Bakterium in die Lunge eindringen kann. Dabei {\"u}berwindet der Erreger mit Hilfe des Mips die Epithelzellschicht und die extrazellul{\"a}re Matrix. F{\"u}r BpMip ist der Sachverhalt der Invasion noch Gegenstand aktueller Forschung. Beide Mips zeigen eine hohe Sequenzhomologie zu humanem FKBP12 (FK506-bindende Proteine) und geh{\"o}ren deshalb zur Superfamilie der Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerasen (PPIasen), die die F{\"a}higkeit besitzen, die cis/trans-Isomerisierung von Peptidbindungen der Aminos{\"a}ure Prolin zu katalysieren. Die bereits bekannten FKBP12- und Mip-Inhibitoren Rapamycin und FK506 sind aufgrund ihrer immunsuppressiven Wirkung nicht zur Behandlung der beiden Krankheiten einsetzbar. Im Vorfeld dieser Arbeit konnte durch Synthese des literaturbekannten nicht-immunsuppressiven FKBP12-Inhibitors eine Leitstruktur gewonnen werden, die sowohl die PPIase-Aktivit{\"a}t von LpMip als auch von BpMip inhibiert. Zun{\"a}chst konnten in dieser Arbeit durch Optimierung des Synthesewegs die Inhibitoren enantiomerenrein hergestellt werden. Ebenso wurde verifiziert, dass das S-Enantiomer das aktivere Konfigurationsisomer ist. Daneben wurde durch Synthese der Verbindung 8a/S-8a die anti-PPIase-Aktivit{\"a}t und die L{\"o}slichkeit im PBS-Puffer verbessert sowie die Zytotoxizit{\"a}t im Vergleich zu S-1a gesenkt Diese Verbindung zeigte jedoch eine schlechte Aktivit{\"a}t im Infektionsassay. In weiteren Kooperationen mit dem Biozentrum W{\"u}rzburg und dem Dstl wurden die Inhibitoren ebenfalls erfolgreich an den Mips von Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae, Francisella tularensis undYersinia pestis getestet. In dieser Arbeit wurden erstmals Mip-Inhibitoren an Burkholderien in einer In-vivo-Studie untersucht. Die Wirksamkeit der Inhibitoren im Tiermodell soll in Folgestudien bewiesen werden. Damit ist eine aussichtsreiche Basis f{\"u}r zuk{\"u}nftige alternative Behandlungsmethoden der gram-negativer Bakterien gelegt.},
  subject      = {Burkholderia},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmidt2016,
  author    = {Schmidt, Ines},
  title     = {Dimere Tacrinverbindungen als neue Wirkstoffe gegen tropische Infektionskrankheiten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-134566},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {J{\"a}hrlich fordern Erkrankungen wie Malaria, Leishmaniose oder die Afrikanische Schlafkrankheit mehrere Millionen Todesopfer. Der Ursprung dieser Krankheiten liegt im tropischen Lebensraum der Vektoren, deren Ausbreitung durch hohe Bev{\"o}lkerungsdichte, mangelnde hygienische Verh{\"a}ltnisse und Armut zus{\"a}tzlich beg{\"u}nstigt werden. Die Resistenzbildung der Erreger auf bisherige Wirkstoffe und die hohen Kosten der Behandlungen stellen eine weitere Herausforderung dar. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die gefundene Aktivit{\"a}t der Tacrin-Derivate gegen Protozoen zu verbessern und die Wirkmechanismen zu untersuchen. Zuerst wurde eine Substanzbibliothek aus monomeren und dimeren Tacrin-Derivaten aufgebaut. Die Synthese der Monomeren erfolgte durch die Kondensation von 2-Amino-benzonitrilen und Cyclohexanonen nach Niementowski. Zur Dimerisierung wurden die entsprechenden 9-Chlor-1,2,3,4-tetrahydroacridine mit Diaminoalkanen umgesetzt, da die Reaktion der synthetisierten Monomeren mit Dihalogenalkanen zu Nebenreaktionen f{\"u}hrte. Um eine aussagekr{\"a}ftige Substanzbibliothek aufzubauen, wurden sowohl Substituenten im aromatischen Bereich (R1) und im ges{\"a}ttigten Bereich (R2) eingef{\"u}hrt, aber auch die L{\"a}nge der Zwischenkette variiert (n). Alle Zielverbindungen wurden im Sonderforschungsbereich 630 („Erkennung, Gewinnung und funktionale Analyse von Wirkstoffen gegen Infektions-krankheiten") auf ihre antiprotozoale Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber Plasmodium falciparum, Leishmania major und Trypanosoma brucei brucei, und auf zytotoxische Eigenschaften gegen die murine Makrophagen-Zelllinie J774.1 getestet. Auffallend war, dass die dimeren Verbindungen um jeweils etwa eine Zehnerpotenz wirksamer sind als die Monomeren. Bemerkenswert ist, dass aus den Ergebnissen der monomeren Verbindungen noch Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet werden konnten, w{\"a}hrend der Substitution bei dimeren Verbindungen eine untergeordnete Rolle zukam und die Aktivit{\"a}t haupts{\"a}chlich durch die Kettenl{\"a}nge ver{\"a}ndert werden konnte. Aus der folgenden {\"U}bersicht wird deutlich, dass Tacrin-Derivate generell schlechter wirksam sind als die dimeren Verbindungen mit Hexylkette, und diese wiederum geringere Aktivit{\"a}ten als die Verbindungen mit Nonylkette zeigen. Im Folgenden werden die Einzelprojekte vorgestellt: 1.) Plasmodium falciparum Aus den Ergebnissen der In-vitro-Experimente der Monomeren l{\"a}sst sich ableiten, dass Substituenten mit einem +M-Effekt im aromatischen Bereich und ein mittelkettiger Alkylsubstituent in Position 2 am effektivsten sind. F{\"u}r dimere Verbindungen mit einer Hexylkette wurde eine verbesserte In-vitro-Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber den Monomeren gefunden, die im nanomolaren Bereich liegt und mit der Wirksamkeit von Chloroquin vergleichbar ist. Mit den aktivsten Substanzen wurden anschließend die Wirkmechanismen von bekannten, strukturell verwandten Substanzen {\"u}berpr{\"u}ft. Dabei konnte die Inhibition der β-H{\"a}matin-Bildung (Chloroquin) sowie die Inhibition der plasmodialen Disulfid-Reduktasen (Mepacrin) ausgeschlossen werden. Erste Screening-Untersuchungen an Falcipain-2 ließen diese Cystein-Protease als m{\"o}gliches Target vermuten. Die Bestimmung der IC50-Werte, die im Einklang mit den Ergebnissen aus den In-vitro-Experimenten standen, best{\"a}tigte diese Vermutung. Die Verbindung H8 zeigte mit einem IC50-Wert von 5.2 µM eine sehr gute Hemmwirkung an Falcipain-2. Auch im Vollzellassay zeigte sich diese Verbindung mit einem IC50-Wert von 20 nM (Selektivit{\"a}tsindex 1250) als potenter Wirkstoff gegen Plasmodien. Mit dieser Verbindung konnte eine Leitstruktur f{\"u}r weitere Optimierung gefunden werden. 2.) Leishmania major F{\"u}r die monomeren Verbindungen zeichnet sich ab, dass Substituenten mit einem positiven mesomeren Effekt im aromatischen Bereich eine Aktivit{\"a}tssteigerung in vitro herbeif{\"u}hren, die nochmals durch Vergr{\"o}ßerung der Substituenten in Position 2 erh{\"o}ht werden kann. Die beste Aktivit{\"a}t wurde bei Verbindung A16 mit einem IC50-Wert von 5.7 µM gefunden, die meisten monomeren Verbindungen liegen jedoch im zweistelligen mikromolaren Bereich. Bei Betrachtung der IC50-Werte der dimeren Verbindungen f{\"a}llt auf, dass die Aktivit{\"a}t auch hier weniger durch die Substituenten als durch die Kettenl{\"a}nge gesteuert wird. Die Verbindungen mit einer Hexylkette liegen teilweise im einstelligen, teilweise im zweistelligen mikromolaren Bereich. Die entsprechenden dimeren Verbindungen mit einer Zwischenkette von neun Methyleneinheiten liegen alle im Bereich von 2 - 10 µM, wobei sich aus den Substitutionsmustern kein eindeutiger Trend abzeichnet. Obwohl dies auf unspezifische Wirkmechanismen hindeutet, wurde aufgrund der strukturellen {\"A}hnlichkeit zu dimeren Acridinderivaten die Hemmwirkung gegen die Leishmania infantum Trypanothion-Reduktase untersucht und zeigte eine Hemmung dieser Reduktase. Durch weitere kinetische Untersuchungen der potentesten Verbindung C8 konnte diese als parabolisch-kompetitiver Inhibitor klassifiziert werden. 3.) Trypanosoma brucei brucei und Trypanosoma cruzi F{\"u}r die Hemmung des Wachstums der Trypanosomen wurden in der Reihe der monomeren Verbindungen ein Propylsubstituent in Position 2 und ein Chlorsubstituent in Position 7 als geeignetes Substitutionsmuster identifiziert. Die IC50-Werte der dimeren Verbindungen liegen im submikromoalren Bereich. Aber auch hier ist der Trend zu erkennen, dass die Substanzen mit der l{\"a}ngeren Zwischenkette von neun Methyleneinheiten geringf{\"u}gig aktiver sind als diejenigen mit einem Spacer von sechs Methyleneinheiten. Die potentesten Verbindungen sind allerdings die unsubstituierte Verbindung C8 und C9 mit IC50-Werten von 130 nM bzw. 120 nM. Daraus l{\"a}sst sich schlussfolgern, dass auch hier die Substitution des Grundger{\"u}sts weniger auf die Aktivit{\"a}t auswirkt als die Verl{\"a}ngerung des Linkers. Des Weiteren wurden die Hemmeigenschaften der dimeren Tacrinverbindungen an der trypanosomalen Cystein-Protease Rhodesain untersucht und die Aktivit{\"a}t durch niedrige mikromolare IC50-Werte best{\"a}tigt. Weitere Untersuchungsergebnisse bez{\"u}glich des Hemmmechanismus liegen zu diesem Zeitpunkt nicht vor. Des Weiteren konnte Verbindung C8 als {\"a}ußert potenter, kompetitiver Inhibitor der Tryanothion-Reduktase identifiziert werden. Bemerkenswert dabei ist, dass das humane Analogon zur Trypanothion-Reduktase, die Glutathion-Reduktase, nicht gehemmt wird.},
  subject      = {Tacrin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hoellein2015,
  author    = {H{\"o}llein, Ludwig},
  title     = {Entwicklung vereinfachter fl{\"u}ssigchromatographischer 
Untersuchungsmethoden zur Qualit{\"a}tskontrolle essentieller Antimalaria-Medikamente in Entwicklungs- und 
Schwellenl{\"a}ndern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-113194},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden sehr einfache, fl{\"u}ssigchromatographische Methoden zur Qualit{\"a}tsanalytik gebr{\"a}uchlicher Antimalaria-Medikamente (Amodiaquin, Mefloquin, Proguanil sowie die Kombination Artemether/Lumefantrin) entwickelt, die nur wenige, g{\"u}nstig erh{\"a}ltliche Chemikalien (Phosphatpuffer, Methanol) sowie gew{\"o}hnliche, kommerzielle RP-18-S{\"a}ulen ben{\"o}tigen. Sie sind insbesondere zur Anwendung in Laboratorien in Entwicklungsl{\"a}ndern geeignet und erfordern keine komplexen HPLC-Instrumente wie beispielsweise Gradientenpumpen oder S{\"a}ulenthermostate. Der Verzicht auf Ionenpaarreagenzien erm{\"o}glicht es, dass eine station{\"a}re Phase f{\"u}r mehr als nur einen einzigen Einsatzzweck verwendet werden kann und dass langwierige {\"A}quilibrier- bzw. Sp{\"u}lschritte nicht notwendig sind. Alle Methoden arbeiten im isokratischen Elutionsmodus und durch die Verwendung kurzer S{\"a}ulen (125 mm) konnten die jeweiligen Analysenzeiten zus{\"a}tzlich verringert werden. Hierdurch ist zudem eine Reduzierung des Fließmittelverbrauches m{\"o}glich. W{\"a}hrend der Methodenentwicklung wurden charakteristische, aus dem Herstellungsweg des jeweiligen Arzneistoffes stammende potentielle Verunreinigungen ber{\"u}cksichtigt. Ihre Bestimmung erlaubt eine Aussage {\"u}ber die Herkunft eines Wirkstoffes bzw. eines Arzneimittels, da das Verunreinigungsmuster einer Substanz oftmals die Zuordnung zu einem bestimmten Herstellungs- bzw. Reinigungsprozess erm{\"o}glicht. Alle Methoden wurden hinsichtlich der Linearit{\"a}t innerhalb des Arbeitsbereiches sowie der Wiederholpr{\"a}zision charakterisiert. Es wurde eine gute Reproduzierbarkeit gefunden. Die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen der untersuchten Verunreinigungen lagen bei einem Level von je 0.1 \%. Durch gezielte Variation wurde der Einfluss wechselnder Trenntemperaturen sowie schwankender pH-Werte der jeweiligen mobilen Phase und die hieraus resultierenden Effekte untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Methoden sehr robust gegen{\"u}ber diesen Einflussgr{\"o}ßen sind und somit f{\"u}r die Anwendung mit einfach ausgestatteten HPLC-Systemen sowie besonders f{\"u}r den Einsatz in tropische Gebieten mit wechselnden klimatischen Bedingungen gut geeignet sind. Fl{\"u}ssigchromatographische Methoden spielen heute in der pharmazeutischen Analytik vor allem zur Bestimmung der Reinheit eines Arzneistoffes eine herausragende Rolle und sind in nahezu jeder Monographie der wichtigsten Arzneib{\"u}cher (z. B. im Ph. Eur.) zu finden. Einfach durch-f{\"u}hrbare Untersuchungsmethoden, wie beispielsweise die im GPHF-Minilab® angewandte D{\"u}nnschichtchromatographie, erfordern im Vergleich zur HPLC weniger komplexe und teure Instrumente und k{\"o}nnen selbst in entlegenen Gebieten ohne Laboratorium durchf{\"u}hrt werden. Sie verf{\"u}gen allerdings {\"u}ber eine nur sehr geringe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, da sowohl die praktische Durchf{\"u}hrung als auch die anschließende Auswertung rein manuell bzw. visuell erfolgt und somit in hohem Maße einer Beeinflussung durch den jeweiligen Analytiker unterworfen ist. Die entwickelten HPLC-Methoden wurden mit d{\"u}nnschichtchromatographischen Verfahren verglichen, hierbei besonders unter dem Aspekt der visuellen und der instrumentellen Auswertung der Chromatogramme zur Bestimmung des Gehaltes einer unbekannten Probe. Hierbei konnte aufgezeigt werden, dass die D{\"u}nnschichtchromatographie der Fl{\"u}ssigchromatographie eindeutig unterlegen ist, insbesondere wenn die Auswertung nicht mittels eines entsprechenden Scanners sondern rein visuell erfolgt: Nur in den wenigsten F{\"a}llen ist es m{\"o}glich, eine ann{\"a}hernd pr{\"a}zise Aussage {\"u}ber den Gehalt zu treffen und zudem ist die Bestimmung der Verwandten Substanzen nur sehr bedingt m{\"o}glich. Durch den Einsatz von Auftrageger{\"a}ten bzw. Plattenscannern kann die Genauigkeit zwar signifikant erh{\"o}ht werden, allerdings sind solche Instrumente im Verh{\"a}ltnis wesentlich teurer als einfache, modulare HPLC-Systeme und z{\"a}hlen heute in den wenigsten Laboratorien zum Standardinventar. Vereinfachte chromatographische Methoden k{\"o}nnen ein wichtiges Hilfsmittel f{\"u}r Kontrolllaboratorien in Entwicklungsl{\"a}ndern sein, wenn komplexe, etablierte Protokolle nur eingeschr{\"a}nkt angewendet werden k{\"o}nnen. Durch die Kombination aus d{\"u}nnschichtchromatographischer Basisanalytik und einer fl{\"a}chendeckenden Untersuchung mittels HPLC l{\"a}sst sich die Arzneimittelqualit{\"a}t sehr gut {\"u}berpr{\"u}fen, die regulatorischen Organe eines Landes entsprechend zu entlasten und die Versorgung der Bev{\"o}lkerung mit qualitativ einwandfreien Medikamenten zu gew{\"a}hrleisten. Ein weiterer Teil der Arbeit befasst sich mit der Stabilit{\"a}tsanalytik individuell hergestellter, Noradrenalin-haltiger Injektionsl{\"o}sungen. Solche Rezepturen werden oftmals in Krankenhausapotheken im Rahmen der Defektur auf Vorrat durch Verd{\"u}nnen der entsprechenden kommerzieller Fertigarzneimittel mit isotonischer Kochsalzl{\"o}sung zubereitet, um z. B. f{\"u}r Notfallsituationen am Wochenende die Rezepturen vorr{\"a}tig zu haben. Durch die Untersuchungen wurde gepr{\"u}ft, inwieweit der {\"u}bliche Verd{\"u}nnungsgrad von 0.1 \% einen Einfluss auf die Stabilit{\"a}t des Noradrenalins hat und welche Lagerungsbedingungen f{\"u}r die Zubereitungen empfohlen werden k{\"o}nnen. Nach der Lagerung unter verschiedenen Bedingungen (gek{\"u}hlt, bei Raumtemperatur sowie jeweils mit bzw. ohne Lichtschutz) konnte gezeigt werden, dass die Gehalte an Noradrenalin bei keiner der untersuchten Lagerungsbedingungen unter einen Wert von 99.0 \% fielen. Individuell hergestellte Noradrenalin-Injektionsl{\"o}sungen k{\"o}nnen somit bis zu sieben Tage im Voraus hergestellt und f{\"u}r die Anwendung am Patienten bereit gehalten werden. Die L{\"o}sungen sollten dennoch gek{\"u}hlt und unter Lichtschutz aufbewahrt werden, um den Abbau des Arzneistoffes und eine mikrobielle Kontamination zu minimieren.},
  subject      = {HPLC},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Grotz2013,
  author    = {Grotz, Michael},
  title     = {Synthese und Charakterisierung abiotischer Foldamere und ihrer Bausteine f{\"u}r die Nutzung in biologischen Systemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96486},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Charakterisierung und Untersuchung von Foldameren und ihren Untereinheiten im Rahmen des FOLDAPPI-Projekts (Foldamers against Protein-Protein Interaction). Des Weiteren wurden neuartig substituierte Chinoline dargestellt, um sie im Rahmen des SFB 630 auf ihre Hemmwirkung gegen Leishmanien und Trypanosomen zu untersuchen. Im ersten Projekt wurde ein neuartiges Monomer entwickelt, welches die Wasserl{\"o}slichkeit der Foldamere verbessern sollte. Zu diesem Zweck wurde eine zus{\"a}tzliche, hoch polare Seitenkette in den Chinolingrundk{\"o}rper eingef{\"u}hrt. Dieses modifizierte Monomer konnte erfolgreich synthetisiert werden. Um die Verbesserung der Wasserl{\"o}slichkeit gegen{\"u}ber dem zuvor verwendeten Monomer zu testen, wurde erfolgreich ein Tetramer daraus aufgebaut. Das entsch{\"u}tzte Tetramer konnte jedoch aufgrund seiner hohen Polarit{\"a}t nicht ausreichend gereinigt werden, um die abschließenden L{\"o}slichkeitsuntersuchungen durchzuf{\"u}hren. Um dieses Problem zu umgehen, wurde von der Umsetzung in L{\"o}sung auf Reaktionen an der Festphase gewechselt, was die Reinigung der Produkte wesentlich erleichtern sollte. Dabei wurde eine vom Arbeitskreis von I. Huc neu entwickelte mikrowellengest{\"u}tzte Methode verwendet. Das Referenzmolek{\"u}l mit den bisher verwendeten Seitenketten konnte so ohne Probleme synthetisiert und seine L{\"o}slichkeit in Wasser bestimmt werden. Beim neu entwickelten Monomer kam es allerdings beim Aufbau des Tetrameres zu einer Zersetzungsreaktion, weshalb das abschließende Ziel nicht erreicht werden konnte. Im zweiten Projekt wurden zwei Ziele angestrebt: Zun{\"a}chst sollte ein Weg gefunden werden, die Einf{\"u}hrung der Seitenketten an den Chinolinen erst an der festen Phase vorzunehmen, wodurch viele Syntheseschritte bei der Vorbereitung der Monomere gespart werden k{\"o}nnten. Zus{\"a}tzlich sollte eine neue Kupplungsreaktion entwickelt werden, wodurch der Entsch{\"u}tzungsschritt des zu kuppelnden Amins an der Festphase eingespart werden kann. Dadurch w{\"u}rde vor allem bei großen Foldameren das Harz geschont und die Gefahr einer Degenerierung wesentlich verringert. F{\"u}r die Kupplungsreaktion vorgesehen war ein azidfunktionalisiertes Monomer, das mittels Staudinger-Reaktion verkn{\"u}pft werden sollte. Das entsprechende Monomer konnte erfolgreich synthetisiert werden. Auch das erste Ziel, die Einf{\"u}hrung der Seitenkette an der Festphase, konnte erfolgreich durchgef{\"u}hrt werden. Leider war die Verwirklichung beider Ziele {\"u}ber die gleiche Syntheseroute nicht ohne weiteres m{\"o}glich. Da das Monomer ohne die Seitenkette deutlich hydrophiler wurde, w{\"a}re eine Trocknungsmethode bei erh{\"o}hter Temperatur von Vorteil gewesen, um gebundenes Wasser vollst{\"a}ndig zu entfernen. Da das Monomer allerdings auch eine Azidfunktion tr{\"a}gt und sich bei 130 °C explosionsartig zersetzt, war dies nicht m{\"o}glich. Allerdings gen{\"u}gen bereits geringe Spuren von Feuchtigkeit, um die Staudinger-Reaktion zu beeintr{\"a}chtigten. Deshalb konnte das zweite Projektziel nicht verwirklicht werden. Im dritten Projekt wurde die Herstellung einer großen Foldamer-Bibliothek f{\"u}r die Untersuchung der Bindungsaffinit{\"a}t gegen{\"u}ber IL-4 angestrebt. Sie sollte aus 48 Hexameren bestehen, wobei an drei Monomeren die Seitenketten variiert werden sollten, um ein breites Spektum an verschiedenen Kombinationen von Wechselwirkungen abzudecken. Dazu wurden zun{\"a}chst vier verschiedene Monomere synthetisiert, welche eine aromatisch, eine unpolare, eine anionische bzw. eine kationische Seitenkette enthielten. F{\"u}r die Kupplung der Foldamere wurde eine an die Synthese von Aminos{\"a}uresequenzen angelehnte Methode entwickelt und erfolgreich angewandt. So konnten alle 48 Foldamere erfolgreich synthetisiert und 46 von ihnen in ausreichenden Mengen f{\"u}r die Untersuchung an IL-4 gereinigt werden. Leider liegen f{\"u}r diese Bibliothek bisher keine abschließenden Ergebnisse {\"u}ber die Inhibitionseigenschaften gegen{\"u}ber IL-4 vor. Strukturell sehr {\"a}hnliche Foldamere zeigten jedoch in ersten Experimenten eine Inhibition von IL-4 was eine Wirksamkeit der neu erstellten Bibliothek vermuten l{\"a}sst. Das vierte Projekt wurde im Rahmen des SFB 630 durchgef{\"u}hrt. Hierzu wurden einige der urspr{\"u}nglich f{\"u}r andere Projekte hergestellten Foldamere ausgew{\"a}hlt, teilweise entsch{\"u}tzt bzw. an der Nitrogruppe reduziert und anschließend auf Ihre Aktivit{\"a}t gegen Leishmanien und Trypanosomen getestet. Es zeigte sich, dass das verwendete Substitutionsmuster, in den gestesteten Konzentrationen nicht gegen Leishmanien und Trypanosomen wirksam ist. Es eignet sich also nicht f{\"u}r die Erstellung einer neuen Leitstruktur gegen diese beiden Erreger. Allerdings trat im untersuchten Konzentrationsbereich auch keine Zytotoxizit{\"a}t auf, was eine interessante Information f{\"u}r die Verwendung der Foldamere und ihrer Bausteine in biologischen Systemen darstellt.},
  subject      = {Foldamere},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Heinig2014,
  author    = {Heinig, Katja},
  title     = {Massenspektrometrische Identifizierung und Charakterisierung von posttranslationalen Modifikationen bei pathologischen freien Antik{\"o}rperleichtketten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108275},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden die freien Antik{\"o}rperleichtketten von Patienten mit Multiplen Myelom bzw. mit Multiplen Myelom und AL-Amyloidose auf das Auftreten von posttranslationalen Modifikationen mit der Hilfe von MS/MS-Spektren analysiert. Beide Patientengruppen zeichnen sich durch eine {\"U}berproduktion von monoklonalen Antik{\"o}rperleichtketten aus, wobei diese bei Multiplen-Myelom-Patienten l{\"o}slich und bei den AL-Amyloidose-Patienten unl{\"o}slich vorliegen. Zur Vorbereitung der massenspektrometrischen Messungen wurden die FLCs aus den Knochenmarks{\"u}berst{\"a}nden der Patienten isoliert. Daf{\"u}r wurde eine 2-Schritt-Aufarbeitungsmethode etabliert, bei der mit Hilfe einer Affinit{\"a}tschromatographie und einer pr{\"a}parativen SDS-PAGE die FLCs aus einer komplexen Matrix isoliert werden konnten. Mit Hilfe der MS/MS-Messungen konnten Sulfonierungen, Methylierungen, Acetylierungen, Oxidierungen und eine O-Glykosylierung identifiziert werden. In einem weiteren Schritt wurden mittels Varianzanalyse Sequenzen von AL-Amyloidose- und Multiplen-Myelom-Patienten sowie von Kontrollprobanten hinsichtlich der Verteilung der Aminos{\"a}uren statistisch analysiert. Dabei konnten mehrere Stellen im FLC-Peptid identifiziert werden, an denen bestimmte Aminos{\"a}uren in Abh{\"a}ngigkeit der Subgruppe signifikant unterschiedlich vorkommen.},
  subject      = {Massenspektrometrie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{JakobRodamer2014,
  author    = {Jakob-Rodamer, Verena},
  title     = {Development and validation of LC-MS/MS methods to determine PK/PD parameters of anti-infectives},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109215},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {In the present thesis the development and validation of bioanalytical LC-MS/MS methods for the quantification of erythromycin A, erythromycin ethylsuccinate, roxithromycin, clarithromycin, 14 hydroxy clarithromycin, flucloxacillin, piperacillin and moxifloxacin in human plasma and human urine (piperacillin) is introduced. All methods were applied to analyze human plasma and urine samples from clinical trials and therefore, have been validated according to international guidelines. The methods were reliable in these studies and fulfilled all regulatory requirements known at the time of the study conduct. Moreover, the validation data of the macrolides were compared on three different mass spectrometers (API III Plus, API 3000™, API 5000™). The new innovations in the ion source (horizontal versus vertical electrospray), the ionpath (skimmer, QJet) and the diameter of the orifice resulted in better sensitivity and a larger linearity range for the majority of the analytes. Sensitivity was improved up to a factor of 12 (for clarithromycin) between API III Plus to API 3000™ and up to a factor of 8 (for erythromycin and roxithromycin) between API 3000™ and API 5000™, keeping the accuracy and precision data at about the same level. The high sensitivity was a benefit for example for the flucloxacillin study, because concentrations from all subject samples were detectable up to approximately eight half-lives, i.e. no concentrations needed to be reported below the quantification limit. Also the linearity range were extended from two orders of magnitude to up to four orders of magnitude, which increases the likelihood to allow to analyze all samples from a pharmacokinetic study in the same run. This is especially useful if a large concentration range needs to be analysed, for example, if the method shall be applied in an ascending dose study. Then, all low concentrations from the beginning of the study can be determined, as well as all high concentrations, without the need to dilute and analyse single samples repeatedly. The pharmacokinetic data were compared to previously reported literature data and correlated graphically with MIC values of popular microorganisms which might be a starting point for further PK/PD investigations. The PK/PD theory is a very helpful tool for prediction of the efficacy of given drugs against certain micro-organisms. Depending on the pharmacodynamic processes, e. g. the mode of action, three classes of drugs have been identified. In the same way this applies to adverse effects, which need to be minimised by reducing plasma concentrations. These coherences are not well-investigated, yet, and are not discussed further in this thesis. Still, a lot of research has to be done in this interdisciplinary field to minimise uncertainty in single values, like an AUC/MIC. These include: Improve accuracy and precision of bioanalytical methods determining total and free concentration data in biological matrices for calculation of AUC and Cmax These parameters are related to the MIC in pharmacodynamic considerations. Since the determination of the MIC often underlies significant variations and also differences between microbiological laboratories, the determination of concentrations of anti-infectives is particular important, being achievable by scientific exact techniques. Finally, from the volume of distribution of antibiotics can be used to derive information about intracellular concentrations and effectivity of antiinfectives.},
  subject      = {Antimikrobieller Wirkstoff},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hartung2013,
  author    = {Hartung, Andreas Walter},
  title     = {Entwicklung neuartiger pharmakologischer Wirkstoffe als Inhibitoren des HSF-1/HSP70-Systems zur Behandlung des Multiplen Myeloms},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-91390},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Das Multiple Myelom (MM) zeichnet sich durch eine krankhafte Entartung der Plasmazellen im Knochenmark aus und gilt heute trotz zahlreicher Behandlungsfortschritte immer noch als unheilbar. Als attraktive Zielstrukturen f{\"u}r neue Therapiem{\"o}glichkeiten haben sich in den vergangenen Jahren „Heat-Shock"-Proteine etabliert. Diese liegen h{\"a}ufig {\"u}berexprimiert vor und sind bei der Stabilisierung mehrerer onkogener Signalwege des MM von zentraler Bedeutung. Zun{\"a}chst wurden von Pharmaunternehmen verschiedene Inhibitoren von HSP90 entwickelt, die sich in pr{\"a}klinischen MM-Studien als erfolgreich herausstellten, in klinischen Studien jedoch nur eine begrenzte Wirksamkeit zeigten, da eine Inhibition von HSP90 zu einer schnellen HSF-1-vermittelten Hochregulation der HSP70- Expression f{\"u}hrt. Dies kompensiert die Inhibition von HSP90 und f{\"u}hrt damit zu einer Abschw{\"a}chung der Anti-Tumoraktivit{\"a}t. Eine duale Hemmung von HSP90 und des HSF-1/HSP70-Systems wird daher als vielversprechende Strategie f{\"u}r eine wirksame Behandlung des MM betrachtet. Die vorliegende Arbeit, die im Rahmen der klinischen Forschergruppe 216 erstellt wurde, befasst sich daher mit der Entwicklung von Inhibitoren des HSF-1/HSP70-Systems. Hierzu wurden zwei unabh{\"a}ngige Strategien verfolgt. Neben einem indirekten Ansatz, der auf einer blockierten HSP70-Expression via Inhibition des HSF-1-Signalwegs beruht, stand die direkte Inhibition von HSP70 im Fokus. Die erzielten Ergebnisse im Einzelnen: 1) In Anlehnung an den HSF-1-Inhibitor NZ28 (12) sollte untersucht werden, ob das dort enthaltene Tetrahydroisochinolin-Ger{\"u}st eine Leitstruktur f{\"u}r die Entwicklung von Hemmstoffen des HSF-1-Signalwegs darstellt. Hierzu wurde eine Reihe unterschiedlich substituierter Tetrahydroisochinolinon-Derivate hergestellt. Die Synthese erfolgte {\"u}ber eine sequenzielle Ugi-Heck-Reaktion, da hierbei drei Substituenten des Tetrahydro- isochinolin-Ger{\"u}sts hochflexibel und unabh{\"a}ngig voneinander variiert werden k{\"o}nnen und sich so leicht ein breites Spektrum verschiedener Tetrahydroisochinolinon-Derivate aufbauen l{\"a}sst. Eine Bioaktivit{\"a}tsanalyse zeigte jedoch, dass keine der so erhaltenen Verbindungen (26) die HSF-1-vermittelte HSP70-Expression zu inhibieren vermochte. Um den Einfluss des spezifischen Substitutionsmusters der via Ugi-Heck-Reaktion erhaltenen Produkte zu untersuchen, wurde außerdem eine Auswahl der als HSP70- Inhibitoren synthetisierten Tetrahydroisochinolinone (24 und 36) im HSF-1-Assay getestet. Da auch f{\"u}r diese Verbindungen keine Inhibition des Signalwegs beobachtet werden konnte, besteht Grund zur Annahme, dass substituierte Tetrahydroisochinolin-Derivate nicht als Leitstruktur f{\"u}r die Entwicklung von HSF-1-Inhibitoren geeignet sind. 2) Im Gegensatz zu den synthetisierten Tetrahydroisochinolinonen zeigten einige der als Zwischenprodukte der Ugi-Heck-Reaktion isolierten α-Acylaminocarboxamide, die durch ein Michael-System charakterisiert sind, eine Inhibition der HSF-1-vermittelten HSP70- Expression. Zwar konnten keine eindeutigen Struktur-Wirkungsbeziehungen bez{\"u}glich einzelner Substituenten abgeleitet werden, aber es zeigte sich, dass die beobachtete Bioaktivit{\"a}t nicht vom enthaltenen Michael-System abh{\"a}ngig ist. Dem Wirkprinzip der α-Acylaminocarboxamide scheint somit keine kovalente Bindung mit nukleophilen Seitenketten von Proteinen zugrunde zu liegen, was das Potenzial unspezifischer Interaktionen reduziert. 3) Bei der Ugi-Multikomponentenreaktion wurden als Carbons{\"a}urederivate auch β-Acyl-substituierte Acryls{\"a}uren eingesetzt. Dabei wurde beobachtet, dass dieser Austausch zur Bildung von pharmakologisch interessanten 2,5-Diketopiperazinderivaten (35) f{\"u}hrt. Die in nur einem Reaktionsschritt erhaltenen 2,5-DKPs zeigten eine spezifische und dosisabh{\"a}ngige antiproliferative Wirkung auf aktivierte T-Zellen, was sie als potenzielle Wirkstoffkandidaten f{\"u}r die Behandlung von unbeabsichtigten T-Zell-vermittelten Autoimmunantworten interessant macht (AG Topp). Eine Analyse der Struktur-Wirkungsbeziehungen zeigte unter anderem eine Pr{\"a}ferenz f{\"u}r trans-konfigurierte 2,5-DKPs. Die Aktivit{\"a}t der potentesten Verbindungen der syntheti- sierten Serie lag in derselben Gr{\"o}ßenordnung wie die der Positiv-Kontrolle 17-Dimethoxyaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin (17-DMAG, 4b). 4) Ausgangspunkt f{\"u}r die Entwicklung neuartiger HSP70-Inhibitoren war das Ergebnis eines virtuellen Screenings (AG Sotriffer), das darauf abzielte die Proteinfunktion durch eine Interaktion mit dem Interdom{\"a}nen-Interface von HSP70 zu blockieren. Im ersten Schritt wurde eine diastereoselektive und hochflexible Reaktionssequenz zum virtuelle Screening-Hits (trans-24a) etabliert, mit der im zweiten Schritt eine Bibliothek verwandter Substanzen aufgebaut wurde. Gezielte strukturelle Modifikationen erlaubten dabei wesentliche Strukturelemente zu identifizieren sowie Informationen f{\"u}r die Generierung von Derivaten mit h{\"o}herer Aktivit{\"a}t zu gewinnen. Die wichtigsten Erkenntnisse dabei waren: - Ausschließlich trans-konfigurierte Tetrahydroisochinolinon-Derivate sind wirksam. - Carboxamide (Pos. 4) sind aktiver als analoge Carbons{\"a}uren. - Die Methoxyfunktion am Phenylsubstituenten in Pos.3 ist f{\"u}r die Aktivit{\"a}t wichtig, dagegen f{\"u}hrt das Entfernen der OCH3- Gruppe am Phenylring in Pos. 2 zu einer Aktivit{\"a}tssteigerung. - Eine aliphatische MeNH-Einheit am exozyklischen Amid reduziert die Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber Arylamidsubstituenten um eine Zehnerpotenz. Dar{\"u}ber hinaus f{\"u}hrt ein terti{\"a}rer Dimethylcarboxamid-Rest zum vollst{\"a}ndigen Aktivit{\"a}tsverlust. Zur Falsifizierung der postulierten Bindetasche wurden zus{\"a}tzlich gezielt Derivate mit sterisch anspruchsvollen Substituenten (Tetrahydronaphthyl, Phenoxyphenyl) hergestellt, die nicht in der Lage sein sollten im berechneten Bindemodus am Interdom{\"a}nen-Interface zu binden. Dabei stand das so ermittelte verf{\"u}gbare Platzangebot in Einklang mit den aufgrund der Docking-Analysen getroffenen Annahmen. Um die Enantioselektivit{\"a}t der Aktivit{\"a}t der trans-Verbindungen zu pr{\"u}fen, wurde f{\"u}r zwei repr{\"a}sentative Carboxamide (24a und 24i) eine Enantiomerentrennung mittels chiraler HPLC durchgef{\"u}hrt und die Enantiomere einzeln getestet. Dabei erwiesen sich die R,R-Derivate als Tr{\"a}ger der Anti-MM-Wirksamkeit. Zur Absch{\"a}tzung der Permeabilit{\"a}t wurden die PSA-Werte der Carboxamide (24) berechnet. Mit Ausnahme der hydroxylsubstituierten Verbindung 24r lagen die Werte aller Derivate (24a-q) in einem Bereich von 65-88{\AA}2, was einen akzeptablen Resorptionsanteil von 55-90\% erwarten l{\"a}sst. Die Bestimmung der Lipophilie der hergestellten Carboxamide mittels HPLC ergab einen logD-Bereich von 1-3, in dem Wirkstoffe einen ausgewogenen lipophilen Charakter besitzen. Die Effizienz der hergestellten Inhibitoren wurde dar{\"u}ber hinaus anhand der ermittelten LE- (engl. ligand efficiency) und LLE-Werte (engl. ligand lipophilic efficiency) beurteilt. Die g{\"u}nstigste Kombination aus LE und LLE wurde f{\"u}r Verbindung 24j (EC50 = 0.20 μM) ermittelt. Dieses Derivat zeichnet sich durch einen Phenylsubstituenten in Position2 des Tetrahydroisochinolin-Ger{\"u}sts, einen Methoxyphenylrest in Position3 und einen Pyrimidinsubstituenten am exozyklischen Amid aus. Zur Beurteilung unspezifisch toxischer Effekte wurde neben der Wirksamkeit an MM-Zellen auch der Einfluss der Tetrahydroisochinolin-Derivate auf die Viabilit{\"a}t von mononukle{\"a}ren Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) untersucht (AG Chatterjee). W{\"a}hrend die aktivsten Carboxamide an MM-Zellen im submikromolaren Bereich wirksam waren, zeigte mit Ausnahme des phenolsubstituierten Derivats trans-24r keine der getesteten Verbindungen toxische Effekte an PBMCs (EC50 > 100 μM). Dar{\"u}ber hinaus legen detaillierte Westernblot-Analysen einen HSP70-spezifischen Wirkmechanismus nahe. Außerdem f{\"u}hrte eine duale Hemmung von HSP70 und HSP90 durch gleichzeitige Inkubation mit trans-24i und NVP-AUY922 (5) zu einem additiven pro-apoptotischen Effekt bei MM-Zellen. Aufgrund der vielversprechenden In-vitro-Ergebnisse und seiner guten L{\"o}slichkeit wurde trans-39c in vivo untersucht. Zu diesem Zweck wurden zun{\"a}chst die physikochemischen Parameter pKa, logP und L{\"o}slichkeit sowie die Plasma-Proteinbindung ermittelt (in Kooperation mit AG Meinel). Auf Basis einer im Anschluss durchgef{\"u}hrten Pharmakokinetik-Simulation wurden zwei unterschiedliche Dosierungen gew{\"a}hlt. Toxizit{\"a}tsuntersuchungen von trans-39c zeigten keine H{\"a}molyseaktivit{\"a}t und keinen Effekt auf die Viabilit{\"a}t von Leber- und Nierenzellen (H. Bruhn). F{\"u}r die In-vivo-Studie wurde ein murines MM-Modell verwendet, das auf MOPC-315.BM-Luciferase+-Zellen basiert und eine nicht-invasive In-vivo-Bestimmung der Tumorentwicklung via Biolumineszenz erm{\"o}glicht (AG Beilhack). {\"U}ber einen Zeitraum von zehn Tagen wurde zwei Gruppen mit jeweils f{\"u}nf Tieren behandelt. Dazu wurde trans-39c (4 bzw. 40 μg) im Abstand von 12 h intraperitoneal appliziert. Alle Versuchstiere tolerierten die Behandlung und die mit einer Dosis von 40 μg therapierte Gruppe zeigte eine signifikante Reduktion des Tumorwachstums gegen{\"u}ber einer unbehandelten Kontrollgruppe. Dieses Ergebnis konnte zus{\"a}tzlich durch eine im Anschluss durchgef{\"u}hrte Ex-vivo-Untersuchung best{\"a}tigt werden, bei der die Tumorlast in verschiedenen Knochen und Geweben ermittelt wurde. Die Tetrahydroisochinolinon-Derivate haben sich damit als ausgezeichnete Leitstruktur f{\"u}r die Weiterentwicklung als HSP70-Inhibitoren erwiesen und k{\"o}nnten in Zukunft zu einem deutlichen Fortschritt bei der Behandlung des Multiplen Myeloms beitragen.},
  subject      = {Plasmozytom},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Voelker2013,
  author    = {V{\"o}lker, Michael},
  title     = {Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung neuer In-vitro-Methoden zur Untersuchung des Fremdstoffmetabolismus und der Inhibition fremdstoffmetabolisierender Enzyme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-99434},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Arzneistoffe werden nach ihrer Applikation durch verschiedene fremdstoff-metabolisierende Enzyme des Organismus biochemisch ver{\"a}ndert. Durch eine Hemmung dieser Enzyme, z. B. durch Grapefruitsaft oder einen gleichzeitig eingenommenen Arzneistoff, kann es insbesondere bei Arzneistoffen mit geringer therapeutischer Breite, wie z. B. Theophyllin oder Phenprocoumon, zu gef{\"a}hrlichen Nebenwirkungen kommen. Besonders gef{\"a}hrdet sind multimorbide Patienten, die eine Therapie mit einer Vielzahl von Arzneimitteln erhalten. Um den Metabolismus von neuen Wirkstoffen und deren Interaktionspotential zu untersuchen, werden u. a. In-vitro-Experimente mit Zellfraktionen oder einzelnen Enzymen durchgef{\"u}hrt. Bei Inhibitionsassays wird der Einfluss von Arzneistoffen auf die Umsetzung eines Testsubstrates untersucht. Ein Großteil dieser Arbeit besch{\"a}ftigt sich daher mit der Entwicklung von Methoden, mit denen die Inhibition wichtiger fremd-stoffmetabolisierender Enzyme, wie Cytochrom-P450-Enzyme (CYP-Enzyme), Glutathion-S-Transferasen (GSTs) und Carboxylesterasen (CES), untersucht werden kann. Dabei wurde auch eine Charakterisierung der Testsubstrate vorgenommen. Dar{\"u}ber hinaus wurden die Bioaktivierung von Clopidogrel und die Bildung von reaktiven Metaboliten untersucht. Aufgrund aktueller Diskussionen {\"u}ber die Interaktion zwischen Clopidogrel und Omeprazol wurde in dieser Arbeit die Bioaktivierung von Clopidogrel mit Hilfe von LC/MS/MS-Analysen und rekombinanten CYP-Enzymen sowie humanen Lebermikrosomen untersucht. Aufgrund der Instabilit{\"a}t des aktiven Metaboliten wurde in den inkubierten Proben eine Derivatisierung mit Dimedon durchgef{\"u}hrt. Die Untersuchungen zeigten, dass die Umwandlung zum 2-Oxo-Clopidogrel durch mehrere CYP-Enzyme erfolgt. Neben CYP2C19 sind CYP1A2, CYP2B6, CYP2C9 und CYP3A4 beteiligt. Anhand von selektiven Inhibitoren konnte CYP3A4 f{\"u}r die Bildung des aktiven Metaboliten aus 2-Oxo-Clopidogrel identifiziert werden. Neben der Biotransformation durch CYP-Enzyme wird haupts{\"a}chlich der Carbons{\"a}ureester des Clopidogrels hydrolysiert. Untersuchungen mit humanen Subzellfraktionen und rekombinanten Carboxylesterasen zeigen, dass die Esterhydrolyse durch CES1 katalysiert wird. Des Weiteren wurde der Metabolismus von Omeprazol untersucht. Es stellte sich heraus, dass die 5-Hydroxylierung und die 5-O-Demethylierung haupts{\"a}chlich durch CYP2C19 und CYP2D6 erfolgen. Dabei besitzt Omeprazol die h{\"o}chste Affinit{\"a}t zu CYP2C19. Die Bildung von Omeprazolsulfon wird hingegen nur durch CYP3A4 katalysiert. Mit Hilfe etablierter CYP-Inhibitionsassays wurde der Einfluss von Clopidogrel und Omeprazol auf neun verschiedene CYP-Enzyme untersucht. Durch Clopidogrel wurden CYP2B6 (IC50 = 6 nM), CYP2C19 (IC50 = 0.4 µM) und CYP1A2 (IC50 = 2.8 µM) gehemmt. Omeprazol inhibiert v. a. CYP2C19 (IC50 = 2 µM) und CYP3A4 (IC50 = 17 µM). Im Folgenden wurde auch der Einfluss von Omeprazol auf die Bildung von 2-Oxo-Clopidogrel untersucht. Die Bioaktivierung wurde allerdings erst bei einer Omeprazol-Konzentration von mehr als 10 µM beeinflusst. Am st{\"a}rksten wurde dabei CYP2C19 (IC50 ca. 100 µM) gehemmt. Aufgrund der recht schwachen Inhibition von CYP2C19 durch Omeprazol und der Tatsache, dass mehrere CYP-Enzyme die Bildung von 2-Oxo-Clopidogrel katalysieren, l{\"a}sst sich der Wirkungsverlust von Clopidogrel bei einer gleichzeitigen Einnahme von Omeprazol anhand der Ergebnisse der In-vitro-Versuche nicht durch eine Hemmung von CYP2C19 erkl{\"a}ren. Eine bisher nur wenig bei In-vitro-Interaktionsstudien untersuchte Klasse fremdstoffmetabolisierender Enzyme sind die Carboxylesterasen (CES), die v. a. bei der Bioaktivierung von Esterprodrugs eine wichtige Rolle spielen. F{\"u}r die Entwicklung von Inhibitionsassays wurden zun{\"a}chst verschiedene Modellsubstrate ausgew{\"a}hlt. Nach Inkubation dieser Substrate mit humanen Subzellfraktionen und rekombinanten Carboxylesterase-Enzymen wurden die Metaboliten mit Hilfe einer HPLC/UV-Analyse quantifiziert. Es zeigte sich, dass Methyl-4-nitrobenzoat und Mycophenolatmofetil selektiv durch CES1 hydrolysiert werden. Die Hydrolyse von Phenylacetat, p-Nitrophenylacetat und 4-Methylumbelliferylacetat wurde durch alle verwendeten Enzyme katalysiert. Dar{\"u}ber hinaus konnte eine Hydrolyse der aus Boswellia-Arten (Weihrauch) stammenden 3-O-Acetyl-11-keto--boswellias{\"a}ure durch CES2 beobachtet werden. Aufgrund der bei den meisten Modellsubstraten auftretenden Instabilit{\"a}t im Inkubationspuffer war eine Korrektur mit Hilfe von Blindproben erforderlich. Die Hydrolyse konnte durch Erniedrigung des pH-Wertes des Inkubationspuffers von 7.4 auf 6.5 und durch die Zugabe von Essigs{\"a}ure zur Stoppl{\"o}sung verlangsamt werden. Anschließend wurde die Beeinflussung der Hydrolyse von p-Nitrophenylacetat durch Pflanzenextrakte untersucht. Es zeigte sich, dass zahlreiche Extrakte die Esterasen aus der humanen Leber hemmten und die Aktivit{\"a}t bei einer Extraktkonzentration von 25-50 µg/ml weit unterhalb von 50 \% lag. Die Inhibition von CES durch Pflanzenextrakte stellt daher ein bisher unbekanntes Risiko f{\"u}r Arzneimittelinteraktionen dar. Cytochrom-P450-Enzyme (CYP-Enzyme) sind die wichtigste Gruppe fremdstoff-metabolisierender Enzyme. Zur Untersuchung der Beeinflussung dieser Enzyme durch neue Wirkstoffe werden daher standardm{\"a}ßig In-vitro-Interaktionsstudien durchgef{\"u}hrt. Von der Food and Drug Administration (FDA) wurden daher f{\"u}r jedes CYP-Enzym verschiedene Arzneistoffe als Testsubstrate vorgeschlagen. Zus{\"a}tzlich kommen bei solchen Untersuchungen Modellsubstrate zum Einsatz, deren Metaboliten fluoreszieren und die somit f{\"u}r ein Hochdurchsatz-Screening mit Hilfe von Mikrotiterplatten verwendet werden k{\"o}nnen. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von Modellsubstanzen (Cumarin- und Harman-Derivate) auf ihre Eignung als Substrate f{\"u}r CYP-Inhibitionsassays untersucht. Nach der Entwicklung von Methoden zur Detektion der Metaboliten, die durch LC/MS/MS-Analysen oder durch HPLC/Fluoreszenzanalysen erfolgte, wurden die CYP-Enzyme identifiziert, die an der Umsetzung der Substrate beteiligt sind und mit Hilfe von CYP-Enzymen und humanen Lebermikrosomen wurden die Km-Werte der Substrate bestimmt. Die Untersuchungen zur Stabilit{\"a}t der CYP-Enzyme {\"u}ber 60 min zeigten, dass diese bei 37 °C stark an Aktivit{\"a}t verlieren, insbesondere CYP1A2. F{\"u}r eine maximale Umsetzungsgeschwindigkeit war eine NADPH-Konzentration von 1 mM ausreichend. Die Untersuchung von 14 Standardsubstraten ergab, dass die Mehrheit selektiv durch das entsprechende CYP-Enzym umgesetzt wird. Die Amodiaquin-N-deethylierung, die Tolbutamidhydroxylierung, die Chlorzoxazon-6-hydroxylierung und die 4-Nitrophenol-2-hydroxylierung wurden durch mehrere CYP-Enzyme katalysiert. Als Positivkontrollen f{\"u}r die Inhibitionsassays und zur Identifizierung der am Metabolismus beteiligten CYP-Enzyme werden von der FDA verschiedene Inhibitoren vorgeschlagen. Da nicht zu allen Inhibitoren Daten {\"u}ber deren Isoenzymselektivit{\"a}t vorliegen, wurde mit Hilfe der Assays die inhibitorische Aktivit{\"a}t von zw{\"o}lf Inhibitoren auf neun verschiedene CYP-Enzyme untersucht. Alle Inhibitoren hemmten das jeweilige angegebene CYP-Enzym. Bei Furafyllin (CYP1A2), Tranylcypromin (CYP2A6), Clopidogrel (CYP2B6), Montelukast (CYP2C8), Sulfaphenazol (CYP2C9), Chinidin (CYP2D6) und Ketoconazol (CYP3A4) konnte eine Konzentration ermittelt werden, bei der nur ein CYP-Enzym gehemmt wird. F{\"u}r Quercetin, Nootkaton, Diethyldithiocarbamat, Sertralin und Ticlopidin wurde eine Inhibition mehrerer CYP-Enzyme festgestellt. Mit Hilfe der CYP-Inhibitionsassays wurden Extrakte lebertoxischer Arzneipflanzen, wie z. B. Tussilago farfara (Huflattich) oder Chelidonium majus (Sch{\"o}llkraut), untersucht. Alle Extrakte hemmten konzentrationsabh{\"a}ngig die CYP-Enzyme, am st{\"a}rksten die Enzyme der Subfamilie CYP2C. Als In-vitro-Substrate f{\"u}r CYP-Inhibitionsassays werden aufgrund ihrer starken Fluoreszenz h{\"a}ufig Cumarin-Derivate eingesetzt. In dieser Arbeit wurden daher 18 O-alkylierte bzw. O-benzylierte Derivate von 7-Hydroxycumarin, 7-Hydroxy-4-methylcumarin und 7-Hydroxy-4-trifluormethylcumarin synthetisiert und die Umsetzung durch verschiedene CYP-Enzyme mit Hilfe der zuvor optimierten LC/LC/Fluoreszenz-basierten Assays untersucht. An der O-Desalkylierung der Cumarin-Derivate waren haupts{\"a}chlich CYP1A2, CYP2B6 und im geringeren Ausmaß CYP2C19, CYP2D6 und CYP2E1 beteiligt. Die h{\"o}chste Affinit{\"a}t besaßen die Substrate zu CYP1A2. Debenzylierungen wurden neben CYP1A2 haupts{\"a}chlich durch CYP3A4 katalysiert. Die h{\"o}chsten Umsetzungsgeschwindigkeiten wurden f{\"u}r die Debenzylierung von 7-Benzyloxy-4-methylcumarin (BMC, 14 pmol/pmol P450/min) und 7-Benzyloxy-4-trifluormethylcumarin (BFC, 9 pmol/pmol P450/min) beobachtet. F{\"u}r 7-Methoxy-4-trifluormethylcumarin (MFC) war die Umsetzungs¬geschwindigkeit f{\"u}r die O-Demethylierung mit CYP1A2 und CYP2B6 im Vergleich zu CYP2C9 deutlich h{\"o}her. MFC und 7-Ethoxy-4-trifluormethylcumarin (EFC) eignen sich daher v. a. f{\"u}r Inhibitionsuntersuchungen von CYP2B6. Bei den untersuchten 7 Alkyloxycumarinen handelt es sich in allen F{\"a}llen nicht um selektive CYP-Substrate. Sie k{\"o}nnen demnach nicht f{\"u}r Inhibitionsuntersuchungen mit humanen Lebermikrosomen verwendet werden. Ein Einsatz f{\"u}r Simultanbestimmungen der Hemmung mehrerer CYP-Enzyme in einem Versuch (Cocktail-Assay) ist aus diesem Grund ebenfalls nicht m{\"o}glich. Durch LC/MS-Analysen nach Inkubation der Cumarin-Derivate mit humanen Lebermikrosomen zeigte sich, dass neben den entsprechenden O Desalkylmetaboliten mehrere Hydroxymetaboliten entstehen und der O Desalkylmetabolit insbesondere bei Derivaten mit l{\"a}ngeren Alkylsubstituenten nicht der Hauptmetabolit ist. Ein Ziel der Arbeitsgruppe ist es zudem, neue In-vitro-Substrate zur Untersuchung der Inhibition von CYP-Enzymen mit besseren enzymkinetischen und analytischen Eigenschaften zu entwickeln. Grundstruktur hierf{\"u}r ist das -Carbolin, da -Carbolin-Derivate eine starke Fluoreszenz aufweisen. Von dem Naturstoff Harmin ist bekannt, dass dieser durch CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 und CYP2D6 O-demethyliert wird. Durch Modifizierung der Harman-Struktur sollte die CYP-Isoenzymselektivit{\"a}t f{\"u}r die O-Dealkylierung gesteigert werden und Substrate f{\"u}r weitere CYP-Enzyme erhalten werden. Hierf{\"u}r wurden in der Arbeitsgruppe u. a. 2-Benzyl-7-benzyloxyharman (BBH), 2-Benzyl-7-methoxyharman (BMH), 7-Methoxy-9-(4-carboxybenzyl)harman (MCBH) und 2-Methyl-7-methoxyharman (MMH) hergestellt. In dieser Arbeit wurden LC/LC/Fluoreszenz- und LC/MS/MS-Methoden zur Quantifizierung der aus diesen Derivaten entstehenden O-Desalkylmetaboliten entwickelt und die Substrate charakterisiert. Die Einf{\"u}hrung von Benzylsubstituenten an der phenolischen Hydroxylgruppe von Harmol (BBH) f{\"u}hrte zum Metabolismus durch CYP3A4 und die Substitution mit einem Carboxybenzylrest am Indolstickstoff (MCBH) verst{\"a}rkte die Selektivit{\"a}t zu den Enzymen der Subfamilie 2C. Durch die Methylierung des Pyridin-Stickstoffs des Harmins (MMH) wurde ein selektives Substrat f{\"u}r CYP2D6 erhalten, weshalb bei dieser Substanz auch humane Lebermikrosomen verwendet werden k{\"o}nnen. Durch die im Vergleich zu anderen CYP2D6-Substraten erhaltene hohe Umsetzungsgeschwindigkeit l{\"a}sst sich die Proteinkonzentration minimieren. F{\"u}r die {\"u}berwiegend an der O-Dealkylierung der Substrate beteiligten CYP-Enzyme wurden die Km-Werte ermittelt. Bei der Untersuchung von verschiedenen CYP-Inhibitoren zeigte sich, dass mit diesen Substraten vergleichbare IC50-Werte, wie mit den Standardsubstraten, erhalten werden. Die Harman-Derivate k{\"o}nnen daher zur Untersuchung der Inhibition wichtiger CYP-Enzyme eingesetzt werden und bieten eine Alternative zu den bisher vorhandenen Fluoreszenz-Substraten. Durch die Einstellung des pH-Wertes im Anschluss an die Inkubation lassen sich die Metaboliten ebenfalls fluorimetrisch in der Mikrotiterplatte detektieren und k{\"o}nnen f{\"u}r ein Hochdurchsatz-Screening eingesetzt werden. Allerdings m{\"u}ssen die Fluoreszenzeigenschaften weiter verbessert werden, um eine kontinuierliche Bestimmung w{\"a}hrend der Inkubation zu erm{\"o}glichen. In der pharmazeutischen Industrie besteht ein großes Interesse an der Detektion von reaktiven Metaboliten, um eine potentielle Lebertoxizit{\"a}t von neuen Wirkstoffen vorhersagen zu k{\"o}nnen. Hierf{\"u}r werden die Testsubstanzen mit humanen Lebermikrosomen inkubiert und die reaktiven Metaboliten mit Glutathion abgefangen. Zur Optimierung der LC/MS/MS-Analysen wurde in dieser Arbeit die Fragmentierung solcher Addukte anhand von Standardsubstanzen untersucht. Bei allen untersuchten Glutathion-Addukten trat eine Abspaltung der Pyroglutamins{\"a}ure bei positiver Polarit{\"a}t mit einer vergleichbaren Signalintensit{\"a}t auf, weshalb eine Detektion dieses Fragmentes durch einen Neutral-Loss-Scan am besten geeignet erschien. Mit Hilfe der Screening-Methode wurden zuerst Arzneistoffe untersucht, von denen reaktive Metaboliten bekannt sind. F{\"u}r die Bioaktivierung von Clozapin konnten CYP1A2, CYP2D6 und CYP3A4 identifiziert werden, w{\"a}hrend die Toxifizierung von Paracetamol haupts{\"a}chlich durch CYP1A2 und CYP3A4 erfolgte. Auff{\"a}llig war, dass mit steigender Paracetamolkonzentration keine S{\"a}ttigung der Umsetzung auftrat. Durchgef{\"u}hrte Molek{\"u}lver{\"a}nderungen am Glutathion, wie die Einf{\"u}hrung eines Dansylrestes oder eines Biotins, f{\"u}hrten zu keiner deutlichen Verbesserung der Detektion der reaktiven Metaboliten. Dar{\"u}ber hinaus zeigte sich, dass bei den markierten GSH-Derivaten die Umsetzung durch GSTs erheblich reduziert ist. Mit der Screening-Methode wurden allerdings viele falsch positive Signale erhalten, so dass diese nicht f{\"u}r eine Untersuchung von Extrakten lebertoxischer Pflanzen eingesetzt werden konnte. F{\"u}r eine eindeutige und schnelle Identifizierung der Signale als Glutathion-Addukte ist daher die hochaufl{\"o}sende Massenspektrometrie erforderlich. Eine weitere Klasse fremdstoffmetabolisierender Enzyme sind die Glutathion-S-Transferasen (GSTs), {\"u}ber deren Inhibition durch Arzneistoffe und Pflanzenextrakte in der Literatur nur wenige Daten vorliegen. Zur Entwicklung von Inhibitionsassays wurden die in der Literatur beschriebenen Substrate 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol, 4 Nitrochinolin-N-oxid, 1,2-Dichlor-4-nitrobenzol und 4-Nitrobenzylchlorid verwendet. Die Detektion der Metaboliten erfolgte im Gegensatz zu der h{\"a}ufig eingesetzten Photometrie mit Hilfe der HPLC/UV- bzw. einer LC/MS/MS-Analyse. F{\"u}r die Kalibrierung wurden zun{\"a}chst die entsprechenden Glutathionkonjugate aus den Substraten synthetisiert. Bei den durchgef{\"u}hrten diskontinuierlichen Assays stellte die h{\"a}ufig auftretende nichtenzymatische Reaktion der Substrate mit Glutathion ein Problem dar. Durch die Erniedrigung des pH-Wertes des Inkubationspuffers von 7.4 auf 6.5 und der Senkung der Inkubationstemperatur von 37 °C auf 25 °C konnte die nichtenzymatische Reaktion w{\"a}hrend der Inkubation erheblich verlangsamt werden. Die nichtenzymatische Reaktion nach der Inkubation konnte durch Zugabe von Oxidationsmitteln gestoppt werden. Von den getesteten humanen Lebersubzell¬fraktionen besaß die cytosolische Fraktion bei allen Substraten die h{\"o}chste Aktivit{\"a}t. Im Rahmen der Assayentwicklung wurde die Glutathion-, die Proteinkonzentration und die Inkubationszeit optimiert. Es wurden die Km- und Vmax-Werte f{\"u}r die Umsetzung der Substrate ermittelt. Als Positivkontrolle diente das ebenfalls synthetisierte Glutathionkonjugat der Etacryns{\"a}ure, f{\"u}r das die IC50-Werte mit jedem Substrat bestimmt wurden. Dabei konnte ein Einfluss des pH-Wertes des Inkubationspuffers und der Inkubationstemperatur auf die gemessene inhibitorische Aktivit{\"a}t beobachtet werden. Anschließend wurde ein Screening von Arzneistoffen, ausgew{\"a}hlten Naturstoffen und etwa 50 Pflanzenextrakten auf eine Inhibition der GSTs in humanem Lebercytosol mit 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol, das am schnellsten von allen Substraten umgesetzt wurde, durchgef{\"u}hrt. Von den getesteten Naturstoffen fiel eine ausgepr{\"a}gte Hemmung durch Biflavonoide auf. Nahezu alle untersuchten Pflanzenextrakte hemmten die GSTs. Eine starke Inhibition der GSTs zeigten Extrakte aus Cinnamomum cassia (Zimt), die sich als nicht-kompetitiv herausstellte. Weiterhin wurde eine starke Hemmung der Extrakte gerbstoffhaltiger Pflanzen, wie z. B. Hamamelis virginiana (virginische Zaubernuss) oder Krameria triandra (Ratanhia), beobachtet. Hier resultierten IC50-Werte zwischen 5 und 30 µg/ml. Ein Vergleich verschiedener Methoden zur Detektion des Metaboliten 2,4 Dinitrophenyl-S-glutathion zeigte, dass die Photometrie f{\"u}r die Untersuchung der Inhibition von Pflanzenextrakten aufgrund der St{\"o}rung durch die Pflanzenmatrix ungeeignet ist. Mit Hilfe der verwendeten HPLC/UV- sowie der LC/MS/MS-Analyse konnte der Metabolit selektiv erfasst werden und reproduzierbare Ergebnisse f{\"u}r die Inhibition der GSTs durch Pflanzenextrakte erzielt werden. Neben den GSTs wurde auch die Beeinflussung der Glutathionreduktase (GR) in dieser Arbeit untersucht. Hierf{\"u}r wurde ein HPLC-basierter Assay entwickelt, bei dem das reduzierte Glutathion mit 5,5´-Dithiobis(2-nitrobenzoes{\"a}ure) derivatisiert und das entstandene gemischte Disulfid aus Glutathion und 5-Thio-2-nitrobenzoes{\"a}ure quantifiziert wurde. Zur Untersuchung der Inhibition durch Pflanzenextrakte wurde humanes Lebercytosol verwendet, das von allen humanen Lebersubzellfraktionen die h{\"o}chste Aktivit{\"a}t besaß. Im Vergleich zu den GSTs wurde die GR durch die {\"u}berwiegende Zahl der ausgew{\"a}hlten Pflanzenextrakte kaum gehemmt. Eine nennenswerte Inhibition der GR konnte nur bei Extrakten von Juglans regia (Walnuss) beobachtet werden. Fazit In dieser Arbeit wurden eine Reihe von In-vitro-Methoden zur Untersuchung der Inhibition von CYP-Enzymen und weiteren fremdstoffmetabolisierenden Enzymen, wie CES oder GSTs, entwickelt. Aufgrund der dabei angewendeten selektiven HPLC-basierten Quantifizierung der Metaboliten durch UV-, Fluoreszenz- oder MS-Detektion k{\"o}nnen mit diesen Methoden auch Proben mit komplexer Matrix untersucht werden. F{\"u}r alle Assays wurden die Inkubationsbedingungen optimiert und die enzymkinetischen Parameter vieler Substrate ermittelt. Dar{\"u}ber hinaus wurden wichtige Erkenntnisse {\"u}ber die Isoenzymselektivit{\"a}t dieser Substrate gewonnen. Die Eignung der Assays wurde anhand von Standardinhibitoren bewiesen. Schließlich wurde die inhibitorische Aktivit{\"a}t von zahlreichen Pflanzenextrakten bestimmt, deren Auswirkung auf fremdstoffmetabolisierende Enzyme bisher unbekannt war. Die in dieser Arbeit beschriebenen Methoden k{\"o}nnen f{\"u}r die Untersuchung des Metabolismus von Arzneistoffen und der Inhibition fremdstoffmetabolisierender Enzyme, die f{\"u}r eine Zulassung neuer Wirkstoffe erforderlich ist, routinem{\"a}ßig eingesetzt werden.},
  subject      = {Xenobiotikum},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Skiera2013,
  author    = {Skiera, Christina},
  title     = {1H NMR spectroscopic determination of deterioration marker compounds in fats and oils},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-95756},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {In food and pharmaceutical analysis, the classical indices peroxide value (PV), acid value (AV) and p-anisidine value (ANV) still play an important role as quality and authenticity control parameters of fats and oils. These indices are sum parameters for certain deterioration products (PV for hydroperoxides, AV for free fatty acids, ANV for aldehydes) and are obtained using volumetric or UV/VIS spectroscopic analytical approaches. 1H NMR spectroscopy provides a fast and simple alternative to these classical approaches. In the present work, novel 1H NMR methods to determine hydroperoxides, free fatty acids and aldehydes in fats and oils were developed. Hydroperoxides: The influence of solvent, water, free fatty acids and sample weight on the hydroperoxide group proton (OOH) signal was investigated. On the basis of the obtained results, the sample preparation procedure of the new 1H NMR method was established. A rough assignment of the hydroperoxide group signals in edible fats and oils to methyl oleate, methyl linoleate and methyl linolenate was conducted. Furthermore, to gain information on how many different hydroperoxide species originate from trioleate autoxidation, a kinetic study on trioleate monohydroperoxides was performed. The evaluation of the data strongly indicates that all of the conceivable 18 trioleate monohydroperoxides were formed during trioleate autoxidation. The analytical performance of the NMR method was compared to that of the classical PV approach by means of the so-called "relative sensitivity" according to Mandel. It was shown that both methods exhibit a similar analytical performance. A total of 444 edible oil samples were analysed using both methods. For some oil varieties considerable discrepancies were found between the results. In the case of black seed oil and olive oil two substances were identified that influence the classical PV determination and thus cause positive (black seed oil) and negative (olive oil) deviations from the theoretical PV expected from the NMR values. Free fatty acids: In order to find the optimal solvent mixture to measure the carboxyl group protons (COOH) of free fatty acids in fats and oils, the effect of solvent on the COOH signal was investigated for different mixtures of CDCl3 and DMSO-d6. The comparison of the NMR method with the classical AV method by means of the relative sensitivity revealed that both methods exhibit a similar analytical performance. 420 edible oil samples were analysed by both approaches. Except for pumpkin seed oil, where slight deviations were observed, there was a good compliance between the results obtained from the two methods. Furthermore, the applicability of the 1H NMR assay to further lipids with relevance in pharmacy was tested. For hard fat, castor oil, waxes and oleyl oleate modifications of the original sample preparation procedure of the NMR method were necessary to achieve comparable results for both methods. Aldehydes: The new 1H NMR method enables the determination of the molar amounts of n-alkanals, (E)-2-alkenals and (E,E)-2,4-alkadienals. It was illustrated that the ANV can be modelled as a linear combination of the NMR integrals of these aldehyde species. A functional relationship was derived on the basis In conclusion, the new 1H NMR methods provide an excellent alternative to of calibration experiments. The suitability of the model was shown by comparing the NMR-determined ANVs with the measured classical ANVs of 79 commercially available edible oils of different oil types. In conclusion, the new 1H NMR methods provide an excellent alternative to the determination of the classical indices PV, AV and ANV. They have several advantages over the classical methods including the consumption of small solvent amounts, the ability to automatize measurement and to acquire several different parameters out of the same NMR spectrum. Especially concerning their selectivity, the 1H NMR methods are highly superior to the classical methods.},
  subject      = {Fett},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Becht2022,
  author    = {Becht, Alexander Ulrich},
  title     = {New applications for spectroscopic and chemometric studies of drugs},
  doi       = {10.25972/OPUS-27534},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-275342},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Spectroscopic methods were established decades ago in a wide variety of fields. This also applies to the pharmaceutical field, although they initially were mostly used for identity testing or structure elucidation only. Technical developments, such as miniaturization (NMR benchtop devices), Fourier transformations (for NMR, MIR spectroscopy) or the combination with chemometric evaluation (e.g., in Process Analytical Technology, PAT), have further increased their importance and opened up new applications. The aim of this work was to investigate further new approaches and to find new applications for already established methods and to show their benefits. By means of MIR, NIR and NMR data and their chemometric evaluation (principal component analysis, PCA; hierarchical cluster analysis, HCA; linear discriminant analysis, LDA), possibilities were presented to successfully determine the manufacturer or the pharmaceutical company of various paracetamol preparations. In the course of this, various similarities and correlations between the preparations of individual companies could also be identified. For this purpose, a suitable sample preparation was developed for each spectroscopic method, and suitable measurement parameters in order to obtain reproducible spectra for the chemometric evaluation were determined. Furthermore, the results of the two unsupervised methods (HCA, PCA) were compared with each other. The HCA was able to confirm those of the PCA for the very most part. Additionally, through these methods it was possible to characterize many of the preparations based on clusters formed by comparable tablet compositions. In order to be able to measure unmortared, whole tablets using the NIR spectrometer, an attachment was developed and manufactured using 3D printing. Its functionality was demonstrated by measuring and analyzing the tablets of two different batches of nine paracetamol preparations. The batches were clearly distinguished on the basis of a PCA and a significant difference was also demonstrated by means of statistical tests. For NMR spectroscopy, a method was developed to obtain optimized "fingerprint" spectra of drug formulations. For this purpose, a 1D DOSY measurement was elaborated, in which the signals of the active ingredient could be filtered out by the appropriate choice of measurement parameters. The chemometric evaluation can thus focus on the remaining signals of the excipients, on the basis of which the preparations of the same API can be distinguished. Especially in the case of formulations that consist largely of active ingredient, data pre processing of the spectra can thus be simplified and greater importance can be assigned to the originally very small excipient signals. A quantitative 1H NMR method was developed for the comparison of a high field spectrometer (400 MHz) with a benchtop spectrometer (80 MHz) for two finished drugs. It was shown that it is possible to obtain comparable results with both instruments, but that the influence of the excipients on the signals and the lower resolution of the benchtop instrument must be taken into account. Therefore, it was not possible to obtain comparable results without further optimization of the method for one of the active ingredients. In the investigation of various reactions between APIs and excipients using DOSY, its usefulness as a screening method in stability testing was demonstrated. For this purpose, three different APIs and excipients were stressed together and the reaction mixtures were subsequently measured using DOSY. Based on the translational diffusion coefficient, the reaction products could be identified and distinguished from the active ingredients and the excipients used. The importance of thoughtful processing could also be demonstrated. If all peak heights are selected when evaluating signals split by direct spin spin coupling, this allows the detection of hidden signals as long as not all signals have the same diffusion coefficient. The selective selection of individual peak heights in the case of split signals also enables the evaluation of signals that overlap slightly. However, the limitations of this method were also shown when two signals overlap too much and differ too little in their diffusion coefficients. Hence, it has been successfully demonstrated in the various projects that the new chemometric approaches, as well as the new applications of already established methods, enable in depth findings and thus have a clear added value.},
  subject      = {Instrumentelle Analytik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Leistner2023,
  author    = {Leistner, Adrian Dieter},
  title     = {Improving the quality analysis of monographed drugs - dapsone, baclofen, acarbose and other selected APIs},
  doi       = {10.25972/OPUS-30331},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-303318},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {All presented studies aimed on the improvement of the quality analysis of already monographed drugs. Thereby different LC methods were applied and coupled to i.e., the UV/VIS detector, the CAD or a hyphenation of these detectors, respectively. The choice of the chromatographic system including the detector was largely dependent on the physicochemical properties of the respective analytes. With the risk-assessment report on the API cetirizine we presented an exemplary tool, that can help to minimize the risk of the occurrence of unexpected impurities. An in- deep analysis of each step within synthesis pathway by means of reaction matrices of all compounds was performed. It is essential to understand the complete impurity profile of all reactants, solvents, and catalysts and to include them in the matrix. Finally, the API of this synthesis was checked if all impurities are identified by this tool. Of note, a shortcoming of such a targeted approach is that impurities can still occur, but they are not captured. This disadvantage can be partially compensated by non-targeted approaches if they are performed in parallel with the other studies that represent most of the impurities. However, this work also shows that even in a supposedly simple synthesis, potentially hundreds of by-products can be formed. For each of them, it must be decided individually whether their formation is probable or how their quantity can be minimized in order to obtain APIs, that are as pure as possible. In the dapsone project it was aimed to replace the existing old Ph. Eur. TLC method with a modern RP-HPLC method. This was successful and since Ph. Eur. 10.6, the method developed in this work, became a valid monograph. Within the revision process of the monograph, the individual limits for impurities were tightened. However, this new method needs HPLC instrumentation, suitable to perform gradients. As this is not always available in all control laboratories, we also developed an alternative, more simple method using two different isocratic runs for the impurity analysis. The obtained batch results of both, the new pharmacopoeial method and the more simple one, were in a comparable order of magnitude. Furthermore, within the method development stage of the Ph. Eur. method, we could identify one unknown impurity of the impurity reference by high-resolution MS/MS analysis. Also, in the baclofen project it was aimed to replace the existing Ph. Eur. method with the introduction of an additional impurity to be quantified. A corresponding method was developed and validated. However, due to the harmonization process of the pharmacopoeias, it is currently not used. In addition, we tried to find further, non- 116 SUMMARY chromophoric impurities by means of the CAD. However, except for one counterion of an impurity, no further impurities were found. Also, the aforementioned new impurity could not be detected above the reporting threshold in the batches analyzed. As the only individually specified impurity A is also present at a low level, it can be concluded that the examined batches of baclofen are very pure. The use of universal detectors, such as the CAD can be particularly interesting for compounds with no chromophore or those with only a weak chromophore. Therefore, we decided to take a closer look at the impurity profile of acarbose. Currently, acarbose and its impurities are being studied by low wavelength UV detection at 210 nm. Therefore, the question arose whether there are no other impurities in the API that do not show absorption at this wavelength. CAD, which offers consistent detection properties for all non-volatile compounds, is ideally suited for this purpose. However, it was not so easy to use the CAD together with the UV detector, for example, as a hyphenated detection technique, because the Ph. Eur. method uses phosphate buffers. However, this is non-volatile and therefore inappropriate for the CAD. Therefore, an attempt was made to replace the buffer with a volatile one. However, since this did not lead to satisfactory results and rather the self-degradation process of the stationary phase used could be observed by means of the CAD, it was decided to switch to alternative stationary phases. A column screening also revealed further difficulties with acarbose and its impurities: they show an epimerization reaction at the end of the sugar chain. However, since one wanted to have uniform peaks in the corresponding chromatograms, one had to accelerate this reaction significantly to obtain only one peak for each component. This was best achieved by using two stationary phases: PGC and Amide-HILIC. Impurity-profiling methods could be developed on each of the two phases. In addition, as expected, new impurities could be detected, albeit at a low level. Two of them could even be identified by spiking experiments as the sugar fragments maltose and maltotriose. Taken together, it can be concluded, that this work has contributed significantly to the improvement of the quality analysis of monographed drugs. In addition to the presented general tool for the identification of potential impurities, one of the methods developed, had already been implemented to the Ph. Eur. In an effort to improve the CAD's universal detection capabilities, additional methods have also been developed. Further, new improved methods for the impurity profiling are ready to use.},
  subject      = {Instrumentelle Analytik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Page2022,
  author    = {Page, Lukas},
  title     = {Entwicklung und pr{\"a}klinische Evaluation immunologischer und nuklearmedizinischer diagnostischer Tests f{\"u}r Schimmelpilz-assoziierte Hypersensitivit{\"a}t und invasive Mykosen},
  doi       = {10.25972/OPUS-25245},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-252459},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Schimmelpilze k{\"o}nnen in Abh{\"a}ngigkeit des Immunstatus und der Vorerkrankungen betroffener Patienten unterschiedliche Krankheitsbilder wie Hypersensitivit{\"a}ts-erkrankungen oder lebensbedrohliche invasive Infektionen hervorrufen. Da die Diagnosestellung dieser Erkrankungen mitunter komplex und insensitiv ist, sollten im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Ans{\"a}tze neuer diagnostischer Assays untersucht werden. In den letzten Jahren wurden Assays entwickelt, die auf Basis durchflusszytometrisch quantifizierter Pilz-spezifischer T-Zellen aus peripherem Blut einen supportiven Biomarker zur Diagnostik invasiver Mykosen liefern k{\"o}nnten. Da die hierf{\"u}r isolierten T-Zellen anf{\"a}llig gegen{\"u}ber pr{\"a}analytischer Lagerzeiten und immunsuppressiver Medikation sind, wurden hier Protokolloptimierungen vorgenommen, um anhand eines Vollblut-basierten Assays mit zus{\"a}tzlicher CD49d-Kostimulation diesen Limitationen entgegen zu wirken. In einer Studie an gesunden Probanden konnte dabei gezeigt werden, dass die Kombination der Durchflusszytometrie mit ausgew{\"a}hlten Zytokin-Messungen (IL-5, IL-10 und IL-17) zu einer verbesserten Erkennung vermehrt Schimmelpilz-exponierter Personen beitragen k{\"o}nnte. Neben Infektionen k{\"o}nnten dabei im umwelt- und arbeitsmedizinischen Kontext Polarisationen der T-Zell-Populationen detektiert werden, welche mit Sensibilisierungen und Hypersensitivit{\"a}t assoziiert werden. Zus{\"a}tzlich wurde ein in vitro Transwell® Alveolarmodell zur Simulation pulmonaler Pilzinfektionen f{\"u}r Erreger der Ordnung Mucorales adaptiert, durch Reproduktion wichtiger Merkmale der Pathogenese von Mucormykosen validiert, und f{\"u}r Untersuchungen der Immunpathologie und Erreger-Invasion verwendet. Das Modell wurde anschließend zur in vitro Evaluation von radioaktiv markiertem Amphotericin B mit 99mTc oder 68Ga als nuklearmedizinischen Tracer verwendet. Die untersuchten Schimmelpilze zeigten dabei eine zeit- und dosis-abh{\"a}ngige Aufnahme der Tracer, w{\"a}hrend bakteriell infizierte Proben nicht detektiert wurden. Die erhobenen Daten dokumentieren ein vielversprechendes Potenzial von Amphotericin B-basierten Tracer, das in zuk{\"u}nftigen in vivo Studien weiter evaluiert werden sollte.},
  subject      = {Schimmelpilze},
  language  = {de}
}
@phdthesis{LehmanngebHofmann2017,
  author    = {Lehmann [geb. Hofmann], Anna},
  title     = {Entwicklung potenzieller Inhibitoren der Hitzeschockkomponenten HSF1 und HSP70 am Modell des Multiplen Myeloms},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-153477},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Krebs geh{\"o}rt zu einem der zentralen Leiden der 21. Jahrhunderts und ist in den einkommensstarken L{\"a}ndern die zweith{\"a}ufigste Todesursache. Die Erkrankung Multiples Myleom (MM) geh{\"o}rt mit 1.3 \% aller Krebserkrankungen zwar zu den seltenen Formen, verl{\"a}uft jedoch meist t{\"o}dlich und zeichnet sich durch eine unkontrollierte Entartung der monoklonaler Plasmazellen im Knochenmark aus. Da maligne Zellen dauerhaft internen und externen Stressfaktoren ausgesetzt sind und auf die Hitzeschutzantwort angewiesen sind, stellen die Komponenten des Hitzeschocksystems wie z.B. Chaperone HSP70 und HSP90 bzw. der Hitzeschockfaktor HSF1 ein attraktives therapeutisches Ziel dar. Nachweislich f{\"u}hrt die Inhibition des Chaperons HSP90 zur HSF1-vermittelten Hochregulation des Proteins HSP70, sodass die Hitzeschutzantwort der zytotoxischen Aktivit{\"a}t der Inhibitoren entgegenwirkt und die Therapieerfolgschancen mindert. Die vorliegende Doktorarbeit, die im Rahmen der Klinischen Forschergruppe 216 (CRU216) ausgearbeitet wurde, befasste sich einerseits mit der Erweiterung der bereits vorhandenen Substanzbibliotheken sowohl zur Inhibition des Proteins HSP70 als auch des Transkriptionsfaktors HSF1. Hierdurch sollten detailliertere Struktur-Wirkungs-Bezeugungen evaluiert werden. Weiterhin wurden die kooperierenden Arbeitsgruppen des Forschungsprojektes durch die Entwicklung und Herstellung von Substanzen unterst{\"u}tzt, um mit Hilfe vielseitiger Methoden die exakten Wirkmechanismen beider Verbindungsklassen zu verstehen und aufzukl{\"a}ren. Die bereits bestehende Substanzbibliothek der 3,4-Dihydroisochinolin-1(2H)-on-Derivate aus der vorangehenden Arbeit wurde erfolgreich um neue Carbons{\"a}ure- ((±) 6a-j) und Carbons{\"a}ureamidverbindungen ((±) 7b-e) erweitert. Durch die Substitution phenolischer Seitengruppen der Isoquinolinone gelang es, S{\"a}urederivate herzustellen, die eine h{\"o}here Zytotoxizit{\"a}t auf den INA-6-Zellen als die Leitstruktur AH073t aufwiesen. Dabei handelt es sich um die monobromierte Verbindung (±) 6c (EC50 = 0.17 µM) oder das Derivat mit einem kurzem Bromoethoxylinker (±) 6j (EC50 = 0.18 µM). Parallel hierzu wurde festgestellt, dass die Substitution aromatischer Seitengruppen durch aliphatische Reste ((±) 6h-i) zum kompletten Aktivit{\"a}tsverlust f{\"u}hrte. Durch dir fortf{\"u}hrende Umsetzung zu den Amiden gelang die Herstellung des Derivates (±) 7c (EC50 = 0.47 µM), welches eine {\"a}hnliche Aktivit{\"a}t im Vergleich zu der Struktur AH122t ((±) 7a) zeigte. Weiterhin wurde Verbindung (±) 7d identifiziert, die eine sechsfach h{\"o}here Zytotoxizit{\"a}t von 34.8 nM im Vergleich zu der Leitstruktur (±) 7a (EC50 = 200 nM) aufwies. Die Trennung der trans-Enantiomere der Leitstruktur AH073t wurde erfolgreich mit Hilfe einer chiralen chromatographischen Methode durchgef{\"u}hrt und die Absolutkonfiguration mit Hilfe der Circulardichroismus-Spektroskopie (Arbeitskreis Bringmann) bestimmt. Durch die biologische Untersuchung an den MM-INA-6-Zellen (Arbeitskreis Chatterjee) wurde die enantiospezifische Aktivit{\"a}t des 3R,4R-Enantiomers best{\"a}tigt, wohingegen das 3S,4S-Isomer hingegen nicht aktiv war. Die angestrebte Amidierung zu enantiomerenreinen Substanzen f{\"u}hrte gegen die Erwartung zu einem Diastereomerengemisch, da aufgrund des aciden Protons am Kohlenstoff C-4 die Carbons{\"a}uren im Laufe der Synthese epimerisierten. Um die Epimerisierung an der aciden Position zu vermeiden, wurden neuartige Isochinolinoncarbons{\"a}ure-Derivate hergestellt, die erstmalig an dem Kohlenstoff C 4 substituiert wurden. Mit Hilfe einer Schutzgruppentechnik wurden in drei Syntheseschritten erfolgreich drei neue Derivate, n{\"a}mlich eine fluorierte ((±) 11), methylierte ((±) 15) und ethylierte Verbindung ((±) 16), erhalten. Die Bestimmung der Absolutkonfiguration der fluorierten und ethylierten Spezies gelang durch die R{\"o}ntgenstrukturanalyse der Einkristalle (Arbeitskreis Braunschweig). Dabei wurde festgestellt, dass die Alkylierungsreaktion stereospezifisch verliefen und ausschließlich cis-Derivate erhalten wurden. Die biologische Untersuchung dieser Substanzen best{\"a}tigte die Konfiguration, da alle drei Verbindungen keine Aktivit{\"a}t auf MM-INA-6-Zellen zeigten (EC50 >100 µM). Weiterhin wurde mit Hilfe einer UV-metrischen Messung die S{\"a}ttigungskonzentration der neuen Derivate untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Substitution am Kohlenstoff C-4 zur Senkung der L{\"o}slichkeit gef{\"u}hrt hat. Anhand der Proteinkristallstruktur des bHSC70 (C.Grimm) wurde ein TMAO-Molek{\"u}l in der N{\"a}he der der Interface-Oberfl{\"a}che identifiziert. Basierend auf diesem Ergebnis wurde eine Methode zur Herstellung eines TMAO-Isochinolinonhybrides entwickelt, welches sich an der Leitstruktur AH073t orientierte. W{\"a}hrend der Synthesesequenz ist es zu der Decarboxylierung des angestrebten 3,4-Dihydroisochinolin-1(2H)-on-Derivates gekommen, wodurch das neue Derivat 17 erhalten wurde. Nachdem die Reaktionsbedinungen variiert und die gew{\"u}nschte Verbindung nicht erhalten wurde, wurde 17 im darauffolgenden Syntheseschritt erfolgreich zum TMAO-Hybrid 18 umgesetzt. Der Szintillationsn{\"a}henachweis (SPA) ist eine etablierte Methode, um mit Hilfe von radioaktivmarkierten Liganden Bindungsstudien im Hochdurchsatzformat durchzuf{\"u}hren und hier die Bindungsposition der Isochinolinon-Derivate zu untersuchen. Die Substanz AH122t diente hierbei als Leitstruktur zur Entwicklung einer Methode zur Radioaktivmarkierung der potentiellen HSP70-Inhibitoren, sodass die aktivierte Stanylverbindung (±) 19 erhalten wurde. Diese Verbindung konnte in der Gegenwart von Chloramin T und des NaI-Salzes innerhalb von wenigen Sekunden zum Radioliganden (±) 7d* umgesetzt werden. Die Herstellung des Radioliganden wurde mittels einer entwickelten HPLC-Methode analysiert und validiert. Eine weitere M{\"o}glichkeit zur Evaluieren der potentiellen Bindungspartner der hergestellten Isochinolinon-Verbindungen bietet die Affinit{\"a}tschromatographie gekoppelt mit der proteomischen Analyse mittels quantitativer Massenspektrometrie (Arbeitskreis Schlosser). Es gelang die Herstellung der Biotin-markierter Liganden (±) 23, der sich an der Leitstruktur AH073t orientierte, und (±) 25, der sich an AH081t orientierte. Die ersten Analysen mittels Affinit{\"a}tschromatographie zeigten, dass mit dem Liganden (±) 23 {\"u}berraschenderweise keine Proteine signifikant angereichert wurden, w{\"a}hrend mit dem Liganden (±) 25 zwar keine HSP70-Proteine angereichert, aber einige Komponenten der Hitzeschutzantwort wie die Phosphatidylinositol-Kinasen DNA-PK und ATM, und die Untereinheiten des Chaperons HSP90 identifiziert werden konnten. Die bereits bestehende Substanzbibliothek der -Acylaminocarboxamide wurde erfolgreich mit Hilfe der Ugi-Multikomponentenreaktion um die Derivate (±) 38c-g erweitert. Die Evaluierung der biologischen Aktivit{\"a}t erfolgte semiquantitativ mittels Westernblot und quantitativ mittels ELISA-Assay (Arbeitskreis Chatterjee), wobei die Beurteilung indirekt anhand des HSF1-vermittelten Regulationslevels des Chaperons HSP72 erfolgte. Hierbei wurden neue Verbindungen (±) 38c und (±) 38g mit dem ,-ges{\"a}ttigten Carbonylsystem identifiziert, die eine vergleichbare inhibitorische Aktivit{\"a}t wie die bereits bekannten unges{\"a}ttigten Derivaten (±) 37l oder (±) 37m zeigten, was darauf hinweist, dass die inhibitorische Aktivit{\"a}t der  Acylaminocarboxamide nicht von der kovalenten Bindung des Michael-Systems verursacht wird. Um das Target der -Acylaminocarboxamide zu evaluieren, wurde auch hier die Durchf{\"u}hrung der Affinit{\"a}tschromatographie gekoppelt mit der Analyse mittels der quantitativer Massenspektrometrie angestrebt (Arbeitskreis Schlosser). In Anlehnung an die Synthesemethodik f{\"u}r die HSP70-Liganden wurden hierf{\"u}r die Biotin-markierten Liganden (±) 42, (±) 44 und (±) 46 erfolgreich hergestellt, die sich durch die Position des Biotinlinkers unterscheiden. Die proteomische Untersuchung wurde erfolgreich mit den Liganden (±) 44 und (±) 46 durchgef{\"u}hrt und es wurden 68 Proteine signifikant angereichert. Viele dieser Proteine tragen die sogenannte Armadillo-Dom{\"a}ne, die eine wichtige Rolle in der Protein-Protein-Interaktion spielt und eine hochkonservierte Bindungstasche aufweist. Unter den angereicherten Proteinen befanden sich mitunter der MICOS-Komplex, der CCR4-NOT-Komplex und die Kinasen des Phosphatidylinositol-Signalwegs. Von den letzteren konnten explizit die Kinasen DNA-PK, ATM, ATR und mTOR identifiziert werden, die m{\"o}glicherweise die HSF1-regulierte HSP70-Expression beeinflussen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Position des Linkers die Bindung an zwei unterschiedliche Proteingruppen beeinflusst. W{\"a}hrend der Ligand (±) 44 ausschließlich mit den Proteinen des CCR4-NOT-Komplexes interagierte, wurden f{\"u}r den Liganden (±) 46 die Komponenten des COG Komplexes identifiziert.},
  subject      = {Plasmozytom},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wohlfart2022,
  author    = {Wohlfart, Jonas},
  title     = {Analysis of Drug Impurities by Means of Chromatographic Methods: Targeted and Untargeted Approaches},
  doi       = {10.25972/OPUS-27387},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-273878},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {The presented works aimed on the analysis of new impurities in APIs and medicinal products. Different subtypes of LC were coupled to suitable detection methods, i.e. UV and various MS techniques, depending on the chemical natures of the analytes and the analytical task. Unexpected impurities in medicinal products and APIs caused several scandals in the past, concomitant with fatalities or severe side effects in human and veterinary patients. The detection of nitrosamines in sartans led to the discovery of nitrosamines in various other drugs, of which the antibiotic rifampicin was analyzed in this work. An examination of the synthesis of rifampicin revealed a high potential for the formation of 4-methyl-1-nitrosopiperazine (MeNP). An LC-MS/HRMS method suitable for the quantification of MeNP was applied in the analysis of drugs collected from Brazil, Comoros, India, Nepal, and Tanzania, where a single dose of rifampicin is used in the post-exposure prophylaxis of leprosy. All batches were contaminated with MeNP, ranging from 0.7-5.1 ppm. However, application of rifampicin containing up to 5 ppm MeNP was recommended by the regulatory authorities for the post-exposure prophylaxis of leprosy. In the 1990s the aminoglycoside antibiotic gentamicin attracted attention after causing fatalities in the USA, but the causative agent was never identified unequivocally. The related substance sisomicin was recognized as a lead impurity by the Holzgrabe lab at the University of W{\"u}rzburg: sisomicin was accompanied by a variety of other impurities and batches containing sisomicin had caused the fatalities. In 2016, anaphylactic reactions were reported after application of gentamicin. A contamination of the medicinal products with histamine, an impurity of the raw material fish peptone used upon the production, could be identified as the cause of the adverse effects. Batches of gentamicin sulfate, which had been stored at the University of W{\"u}rzburg since the earlier investigations, were analyzed regarding their contamination with histamine to determine whether the biogenic amine was responsible for the 1990s fatalities as well. Furthermore, a correlation with the lead impurity sisomicin was checked. Histamine could be detected in all analyzed batches, but at a lower level than in the batches responsible for the anaphylactic reactions. Moreover, there is no correlation of histamine with the lead impurity sisomicin. Hence, the causative agent for the 1990s fatalities was not histamine and remains unknown. Another source of impurities is the reaction of APIs with excipients, e.g. the esterification of naproxen with PEG 600 in soft gel capsules. The influence of the formulation's composition on this reaction was investigated by means of LC-UV. Therefore, the impurity naproxen-PEG-ester (NPEG) was synthesized and used for the development of a method suitable for the analysis of soft gel capsule formulations. Different formulations were stressed for 7 d at 60 °C and the relative amount of NPEG was determined. The formation of NPEG was influenced by the concentrations of water and lactic acid, the pH, and the drug load of the formulation, which can easily be explained by the chemistry behind esterification reactions. Keeping in mind the huge variety of sources of impurities, it might be impossible to predict all potential impurities of a drug substance/product. Targeted and untargeted approaches were combined in the impurity profiling of bisoprolol fumarate. Eight versions of an LC-HRMS method were developed to enable the detection of a maximum number of impurities: an acidic and a basic buffered LC was coupled to MS detection applying ESI and APCI, both in positive in negative mode. MS and MS/MS data were acquired simultaneously by information dependent acquisition. In the targeted approach, potential impurities were derived from a reaction matrix based on the synthesis route of the API, while the untargeted part was based on general unknown comparative screening to identify additional signals. 18 and 17 impurities were detected in the targeted and the untargeted approach, respectively. The molecular formulae were assessed based on the exact mass and the isotope pattern. Theoretical fragment spectra generated by in silico fragmentation were matched with experimental data to estimate the plausibility of proposed/elucidated structures. Moreover, the detected impurities were quantified with respect to an internal standard.},
  subject      = {LC-MS},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Beier2023,
  author    = {Beier, Charlotte},
  title     = {Metabolomische Untersuchung von Humanserum nach der Einnahme eines Kiefernrindenextraktes (Pycnogenol®)},
  doi       = {10.25972/OPUS-31691},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-316917},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Der aus der in Frankreich kultivierten Meeres-Kiefer (Pinus pinaster) gewonnene und standardisierte Rindenextrakt Pycnogenol enth{\"a}lt neben Procyanidinen auch weitere polyphenolische sekund{\"a}re Naturstoffe und ist zudem weltweit als USP-gelistetes Nahrungserg{\"a}nzungsmittel kommerziell erh{\"a}ltlich. Der Konsum von polyphenolreichen Lebensmitteln ist ebenso wie die Einnahme von Pycnogenol mit einer Vielzahl von positiven Effekten bei verschiedenen pathophysiologischen Prozessen assoziiert. Dazu z{\"a}hlen beispielsweise antioxidative oder antiinflammatorische Wirkungen, welche sowohl in vitro als auch in vivo beobachtet werden konnten. Bislang gelang es nach der Einnahme des Extraktes nicht alle in Humanserum oder -plasma detektierten Substanzen zu identifizieren; zudem ist nicht gekl{\"a}rt, von welchen Stoffen konkret eine Bioaktivit{\"a}t ausgeht oder ob diese durch synergistische Effekte zustande kommt. Aus diesen Gr{\"u}nden sollten in der vorliegenden Arbeit im Rahmen einer Klinischen Studie bislang nicht beschriebene Analyten in Humanserum mittels UHPLC-qTOF-MS charakterisiert werden. Hierbei wurde ein ungerichteter, metabolomischer Ansatz gew{\"a}hlt. Die Studienproben der Proband*innen wurden dabei also ohne etwaige Restriktionen analysiert, beispielsweise hinsichtlich m{\"o}glicher Molek{\"u}lstrukturen oder der Retentionszeiten der detektierten Analyten. N{\"a}her betrachtet werden sollten Analyten, die in einer individuellen Serumprobe nach Beginn der viert{\"a}gigen Pycnogenol-Einnahme neu auftraten. In Anschluss an eine Probenvorbereitung mittels methanolischer Proteinpr{\"a}zipitation im sauren Milieu konnten in dem Humanserum der Proband*innen im ESI-Positiv-Modus f{\"u}nf und im ESI-Negativ-Modus 23 interessante Analyten nachgewiesen werden, die auf die Einnahme von Pycnogenol zur{\"u}ckzuf{\"u}hren waren. Elf dieser Substanzen konnte eine Struktur zugeordnet werden, wobei alle ausschließlich als Sulfatkonjugate vorlagen. Zu diesen z{\"a}hlten neben Zimts{\"a}ure-Derivaten wie Ferulas{\"a}ure-Sulfat zudem Flavonoide, z. B. Taxifolin-Sulfat, aber auch Phenylvalerians{\"a}ure-Abk{\"o}mmlinge, beispielsweise Hydroxydihydroxyphenylvalerians{\"a}ure-Sulfat, sowie Vertreter aus der Gruppe der Benzoes{\"a}uren und weitere Aromaten wie z. B. Pyrogallol-Sulfat oder Protocatechus{\"a}ure-Sulfat. Nach unserem besten Wissen war der Aspekt der ausschließlichen Sulfatierung neuartig. Wie aufgrund des interindividuell variablen Metabolismus zu erwarten, insbesondere durch das enterale Mikrobiom, war die Verteilung dieser sogenannten Marker innerhalb der 15 Studienteilnehmenden sehr heterogen. Nicht jeder Marker wurde bei jeder Person erfasst; die Spannweite reichte dabei von einem Teilnehmenden im Falle des mikrobiellen Metaboliten Hydroxyphenylvalerians{\"a}ure-Sulfat bis hin zu 14 Proband*innen bei einer nicht-identifizierbaren, jedoch wahrscheinlich endogenen Substanz im ESI-Positiv-Modus. Am h{\"a}ufigsten wurden die elf zuordenbaren Analyten vier Stunden nach der Einnahme von Pycnogenol {\"u}ber einen Zeitraum von vier Tagen bestimmt. Im Anschluss sollte die Bioaktivit{\"a}t dieser Substanzen in einem endothelialen Zellkulturmodell untersucht werden. Das Endothel wurde als Zielstruktur gew{\"a}hlt, da eine endotheliale Dysfunktion in der Pathogenese einer Reihe von Krankheiten mit ausgepr{\"a}gter Mortalit{\"a}t und Morbidit{\"a}t eine bedeutende Rolle spielt. Zudem wurde bereits eine positive Wirkung auf die Endothelfunktion nach der Einnahme von Pycnogenol beschrieben, wobei bis dato der Mechanismus auf molekularer Ebene unklar war. Die Charakterisierung der Sulfatkonjugate bez{\"u}glich ihrer Bioaktivit{\"a}t ex vivo mit humanen Endothelzellen aus der Nabelschnurvene (HUVEC) gestaltete sich herausfordernd. Initial sollte untersucht werden, inwiefern diese Substanzen einer durch einen Entz{\"u}ndungsstimulus hervorgerufenen Sch{\"a}digung der endothelialen Glycocalyx entgegenwirken oder diese vermeiden k{\"o}nnen. Allerdings ließen sich mit den verschiedenen inflammatorischen Stimuli Lipopolysaccharid (LPS), Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) und Wasserstoffperoxid bez{\"u}glich Konzentration und Inkubationsdauer keine reproduzierbaren Kulturbedingungen f{\"u}r eine valide ELISA-Quantifizierung des endothelialen Markers Heparansulfat etablieren. Im Anschluss erfolgte unter dem Einfluss einer TNF-α-Stimulation ein orientierendes Screening mit den Monosubstanzen Ferulas{\"a}ure und Protocatechus{\"a}ure bzw. mit deren Sulfatkonjugaten in Konzentrationen von 0,1 und 0,5 µM. Dabei zeigten die Konjugate beider Analyten bei der niedrigeren Konzentration tendenziell eine glycocalyx-protektive Wirkung, welche bei der h{\"o}heren Konzentration jedoch nicht mehr beobachtet werden konnte. Die endotheliale Permeabilit{\"a}t wurde mittels eines FITC-Dextran-Permeabilit{\"a}ts-Assays untersucht. Hiermit sollte ebenfalls ein m{\"o}glicher endothel-protektiver Einfluss der sulfatierten Substanzen unter entz{\"u}ndlichen Bedingungen (TNF-α-Stimulation) beleuchtet werden. Jedoch konnte weder bei Ferulas{\"a}ure oder Protocatechus{\"a}ure noch bei deren Sulfatkonjugate oder Taxifolin in diesem Modell ein Einfluss auf die endotheliale Barrierefunktion erfasst werden. Urspr{\"u}nglich war abschließend geplant in einem ex vivo-Modell die Humanserum-Proben mit dem darin enthaltenen Gemisch aus m{\"o}glicherweise bioaktiven Metaboliten direkt im Zellkulturmodell auf ihre Wirkung zu testen. Dies hat den Vorteil, dass simultan synergistische Effekte und Einfl{\"u}sse der Matrix untersucht werden k{\"o}nnen und ausschließlich in vivo erreichbare Konzentrationen eingesetzt werden. Aufgrund der limitierten Verf{\"u}gbarkeit der Studienproben und der oben geschilderten heterogenen Ergebnisse wurde auf eine weitere Analyse im Rahmen eines ex vivo-Modells verzichtet. Mit der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass nach der Einnahme von Pycnogenol resorbierte Bestandteile und Metabolite in Humanserum ausschließlich als Sulfatkonjugate vorlagen. Zudem wurde bez{\"u}glich der Evaluation der endothelialen Bioaktivit{\"a}t durch Polyphenole eine Grundlage f{\"u}r weitere Untersuchungen geschaffen. Damit konnte ein Beitrag zur pharmakokinetischen und -dynamischen Charakterisierung von Pycnogenol geleistet werden.},
  subject      = {Polyphenole},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rasheed2019,
  author    = {Rasheed, Huma},
  title     = {Development of simple and cost-effective High Performance Liquid Chromatography methods for quality control of essential beta-lactam antibiotics in low- and middle-income countries},
  doi       = {10.25972/OPUS-17721},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-177214},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Assay and impurity profiling of the pharmaceuticals are the key routine quality control methods employed worldwide for which High Performance Liquid Chromatography (HPLC) is the most widely used technique. The ability to carry out these routine laboratory procedures in low- and middle- income countries (LMICs) need the methods to be based upon simple instruments manageable with moderate levels of personnel skill and costs involved. Simple, convenient, and cost effective reverse phase HPLC methods were developed using phosphate buffer and methanol as mobile phase with C18 column as stationary phase for the impurity profiling and assay of beta lactam antibiotics. Isocratic elution and UV detection was employed in these methods. Impurity profiling method was developed for coamoxiclav tablets and ceftriaxone bulk drug. The method for ceftriaxone included a supplementary method to quantify one of its known impurity (Impurity D of ceftriaxone). This method involved use of acetonitrile where as the two main methods were achieved on the targeted method design, described above. With the exception of impurity A of ceftriaxone, the methods developed can successfully quantify impurities to the concentration as low as ≤0.05\%, which is in accordance with the current guidelines for the impurity profiling of antibiotics issued by European Medicines Agency. As ensuring cost reduction was one of the key objectives of carrying out the method development exercise, in situ methods for the preparation of impurities were also identified and some new methods were introduced. The stability of beta lactam antibiotics and the choice of solvent were given due attention during the process of method development revealing information on the presence of new impurities. Deacetyl cefotaxime and 2-mercaptobenzathiazole were identified in this process as new impurities of ceftriaxone currently not listed under known impurities by United States Pharmacopoeia and European Pharmacopoeia. However, deacetyl cefotaxime is a known impurity of cefotaxime whereas the latter molecule is a degradation product of one of the synthesis impurities of ceftriaxone. This substance is reported to be carcinogenic and is resolved using the supplementary method developed for ceftriaxone, hence making its detection and quantification possible. A known inactive impurity of ceftriaxone (Impurity A, E-isomer of ceftriaxone) was` also shown to be produced by exposure to day light, thus warranting the light protection of the ceftriaxone solution, an information that is of critical importance in the clinical settings. A series of experimentation was carried out on the finished products of beta lactam antibiotics sampled from Pakistan and few other countries, to identify key quality issues in the samples. Though the limited sample size and convenient sampling did not provide results that could yield a decisive figure for the country status for prevalence of substandard and falsified medical products, but the experiments have clearly indicated that the problems in drug quality do exist and beta lactam antibiotics form a class of high-risk medicine with respect to surveillance for poor-quality medicines. Isolation of unknown impurities was also carried out along with the introduction of new and modified methods for preparation of impurities of beta-lactam antibiotics. In addition, detailed literature survey was carried out for understanding the complex problem of the poor-quality medicine, impact of poor quality antimicrobials on health care system and the magnitude of the problem at the global level. The country status of Pakistan regarding quality of medicines was recorded based upon the available documentary evidence. The current technologies and strategic options available for low- and middle-income countries in aiding fight for combating poor quality medicines was also laid down to design recommendations for Pakistan. A comprehensive review of the information technology tools used for identification and control of substandard and falsified medicines was also conducted.},
  subject      = {HPLC},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nagl2022,
  author    = {Nagl, Patrick Alexander},
  title     = {Chemistry meets Cancer Immunotherapy: Synthesis and Characterization of Hapten-like Compounds for Selective Immunotherapy},
  doi       = {10.25972/OPUS-21138},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-211385},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Chimeric antigen receptors (CARs) are able to specifically direct T cells to tumor antigens and therapy with anti-CD19 CARs has already cured cancer patients with B-cell lymphomas who have undergone long-term therapy non-successful. Despite this impressive result, the therapy is currently only approved as a last treatment option for blood cancers due to its life-threatening deficiencies. For patient safety and to enable additional application such as the treatment of solid tumors, CAR-T cells must be controllable, e. g. by chemically programmable CARs (cpCARs) regulated by hapten-like compounds. This thesis reports the synthesis and characterization of such hapten-like compounds. In the first step, seven different warheads with two different spacers were bound to biotin in order to find a suitable warhead for programming the cpCAR. In a second step, synthetic routes for the three pharmacophores folate, c(RGD), and an RGD peptidomimetic were developed. The routes allow the modification of the pharmacophores with one of the warheads from the first step. CuAAC was chosen as a bioorthogonal approach to link pharmacophores and warheads. In total, three different pharmacophores were modified with the 1,3-diketone motif of compound 21 leading to 112, 113 and 128. Activation of the T-cell signaling cascade was tested after binding of these hapten-like compounds to the cpCAR in the presence of suitable target structures. For 112, only a slight, non-significant, activation of the T-cell signaling cascade was observed, whereas for 113 and 128, a significant activation of the T-cell signaling cascade was observed. The poor solubility of the folate compounds led to alternative strategies. Folic acid was exchanged by pteroic acid and the bifunctional, linear compounds were enlarged to trifunctional dendrimers. Besides the reported regioisomer in 112, a second one, which was not reported to date, occurred by the cyclization of the linear RGD pentapeptide leading to 113. After the reported synthesis of an RGD peptidomimetic analogous to 128 could not be reproduced, a new synthetic route was developed. It also consists of 17 steps, but reduces the number of linear steps from 13 to 10. Moreover, the developed route contains an asymmetric hydrogenation step and is, compared to the published one, more flexible by the use of the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). In addition, an unknown reaction was observed. Instead of the formation of a Schiff base in the reductive amination of 129, an insertion of propargylamine occurred forming 131. The reaction is almost quantitative and in high purity. After requiring no purification, it could be predestined for industrial purposes, such as the synthesis of N-functionalized 1,2-dihydroquinolines or as a building block with various orthogonal functional groups. Besides the sulfonamide 16, the diketone (21, 27, 31) and lactam compounds (39 - 41), experiments on adapter molecules with further warheads were performed. In the synthesis of a proadapter approach, in which the warhead is formed only after the retro-aldol reaction catalyzed by the mAb, 6 of 10 steps were successfully performed. A newly developed synthesis to keto-sulfonyl and keto-sulfoxide compounds could not be completed but was performed on a small scale to the point of keto-sulfonyl and keto-sulfoxide. Furthermore, a universal synthesis route was designed to allow the introduction of the warhead at the end of the synthesis by acylation. Thus, after 5 shared steps, 3 of them in quantitative yield, different warheads may be introduced. Moreover, this also facilitates the purification and the analysis of the compounds by the absence of tautomerism or labile groups. However, the acylation experiments were not successful with either the acid cyanide or the Weinreb amide. In summary, this thesis has proven that the 1,3-diketone motif is a suitable warhead for programming the cpCAR, which was developed by Hudecek et al. (unpublished data). The hapten-like compounds 112, 113 and 128 simultaneously bind to integrin \${\alpha}_v{\beta}_3\$ and the cpCAR activating the T-cell signaling cascade. The modular synthesis strategy and the use of the bioorthogonal CuAAC allow straightforward access to these valuable immunotherapeutics but revealed the need for an additional purification step to remove copper ions.},
  subject      = {Organische Synthese},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schwiering2019,
  author    = {Schwiering, Fabian},
  title     = {Lokalisation und Bedeutung der NO-sensitiven Guanylyl-Cyclase bei der Leberfibrose in der Maus},
  doi       = {10.25972/OPUS-18652},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-186520},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Mittels der im Rahmen dieser Arbeit behandelten Untersuchungen konnten neue Erkenntnisse {\"u}ber die Rolle der NO-GC bei der Pathogenese der Lungen- und der Leberfibrose gewonnen wer- den. Infolge einer Fibrose in Lunge und Leber kommt es zu einer {\"u}berm{\"a}ßigen Akkumulation von EZM, die zum Organversagen f{\"u}hren kann. Bis jetzt existieren nur wenige Therapiem{\"o}glichkeiten, die zur Behandlung von Organfibrose dienen. Jedoch konnte bereits gezeigt werden, dass durch den Einsatz von NO-GC-Stimulatoren/Aktivatoren es zu Verbesserung/Heilung bei verschiedenen Organfibrosen kommt. Deshalb wird vermutet, dass die NO-GC eine modulatorische Rolle bei der Entwicklung einer Organfibrose einnimmt. Die Effektorzellen sind bisher unbekannt. Im ersten Teil dieser Arbeit sollten die Effektorzellen der Lunge in vitro untersucht werden. Da bekannt ist, dass in der Lunge Perizyten NO-GC exprimieren, wurde ein Protokoll etabliert, das es erm{\"o}glichte, Perizyten spezifisch aus der Lunge zu isolieren und in Kultur zu bringen. Durch den Einsatz von verschiedenen Markern wurden im Anschluss diese isolierten Perizyten weiter charakterisiert. Zum einen konnte festgestellt werden, dass die NO-GC in diesen isolierten Zellen exprimiert wird. Zum anderen stellte sich heraus, dass die Perizyten auch durch einen Marker (SM/MHC) identifiziert werden k{\"o}nnen, der eigentlich als VSMC-Marker gilt. Diese Daten waren analog zu den In-vivo-Daten von Aue et al. Zus{\"a}tzlich sollte untersucht werden, ob diese NO-GC- exprimierenden Perizyten in Kultur zu Myofibroblasten differenziert werden k{\"o}nnen. Dies gelang jedoch nicht durch Stimulation mit TGF-β1. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte herausgefunden werden, in welchen Zellen in der Leber die NO-GC exprimiert wird. Es konnte in vivo gezeigt werden, dass die NO-GC in der Leber in den HSC exprimiert wird. Da bekannt ist, dass die NO-GC Einfluss auf die Organfibrose nimmt, sollte die NO-GC-Expression in der Leberfibrose untersucht werden. Dabei konnte festgestellt werden, dass es zu einer gesteigerten NO-GC-Expression in der CCl4-induzierten Leberfibrose kommt. Diese war vor allem in den Myofibroblasten lokalisiert - den Zellen, die wahrscheinlich f{\"u}r den {\"u}berm{\"a}ßigen Einbau der EZM sorgen. Um den Einfluss der NO-GC auf die Leberfibrose genau- er zu untersuchen, wurde die Fibrose zwischen WT- und GCKO-Tieren verglichen. Dabei konnte beobachtet werden, dass es in den GCKO-Tieren zu einer st{\"a}rkeren Fibrose als in WT-Tieren kam, die sich durch eine vermehrte Einlagerung von Kollagen und einer erh{\"o}hten Expression von TGF-β1 auszeichnete. Damit konnte nachgewiesen werden, dass die NO-GC eine wahrschein- lich protektive Rolle in der Leberfibrose einnimmt. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde die Rolle der HSC in der Leberfibrose genauer untersucht. Dabei konnte zum ersten mal festgestellt werden, dass sich die HSC in Subpopulation unter- teilen lassen. Durch den Einsatz von Reporterm{\"a}usen, bei denen unter dem SM/MHC- oder PDGFRβ-Promotor das Flurophor tdTomato exprimiert wurde, ließen sich die HSC in 3 Subpo- pulationen einteilen: (1) SM/MHC-Tomato- und PDGFRβ-Tomato-; (2) SM/MHC-Tomato- und PDGFRβ-Tomato+ und (3) SM/MHC-Tomato+ und PDGFRβ-Tomato-. Durch Lineage-Tracing- Versuche konnte den beschriebenen Subpopulationen Aufgaben in der Leberfibrose und in deren Aufl{\"o}sung zugeordnet werden. Die Subpopulation 1 ist in der gesunden Leber haupts{\"a}chlich in den Zonen 2 und 3 des Leberazinus lokalisiert. In der Fibrose wandern diese Zellen zu den fibrotischen Regionen und differenzieren dort zu Myofibroblasten. In der Aufl{\"o}sung der Fibrose verschwinden diese Zellen durch Apoptose aus der Leber. Die HSC-Subpopulation 2 befindet sich in der gesunden Leber in der Zone 1 des Leberazinus. Auch in und nach Aufl{\"o}sung der Leberfibrose verweilen diese Zellen dort. Zwar befindet sich die HSC-Subpopulation 3 in der ge- sunden Leber ebenfalls nur in Zone 1 des Leberazinus, jedoch wandern die Zellen in der Fibrose in die Zone 2 und 3 und ersetzen dort die HSC-Subpopulation 1, die in die fibrotische Region gewandert ist. Nach Aufl{\"o}sung der Leberfibrose hat die HSC-Subpopulation 3 die Population 1 vollst{\"a}ndig ersetzt. Nach Identifizierung der HSC-Subpopulationen stellte sich die Frage, ob ein spezifischer Aus- schnitt der NO-GC zu einer ver{\"a}nderten Leberfibrose f{\"u}hrt im Vergleich zum WT. Dazu wurde unter dem SM/MHC- und PDGFRβ-Promotor die NO-GC deletiert und die Fibrose in diesen Knockouts untersucht. W{\"a}hrend bei der Deletion der NO-GC unter dem PDGFRβ-Promotor kein Unterschied im Vergleich zum WT gesehen werden konnte, ließ sich beim SM/MHC-GCKO Unterschiede feststellen. Durch den Ausschnitt der NO-GC in den Zellen der HSC-Subpopulation 3 kam es zu einer verringerten Expression von PPARγ in der gesunden Leber. Da PPARγ als Gegenspieler von TGF-β1 fungiert, konnte eine erh{\"o}hte TGF-β1-Expression in der gesunden und fibrotischen Leber des SM/MHC-GCKO im Vergleich zum WT-Tier gesehen werden. Diese Ergebnisse sprechen daf{\"u}r, dass die NO-GC {\"u}ber die Steuerung des PPARγ ihren protektiven Effekt auf die Leberfibrose aus{\"u}bt.},
  subject      = {Leberfibrose},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Riad2019,
  author    = {Riad, Noura},
  title     = {The Development of Dualsteric Ligands for the Elucidation of Mode of Activation of Muscarinic Receptors and their Selective Signaling},
  doi       = {10.25972/OPUS-17928},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-179282},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {GPCRs, particularly muscarinic receptors (mAChRs), are significant therapeutic targets in many physiological conditions. The significance of dualsteric hybrids selectively targeting mAChR subtypes is their great advantage in avoiding undesired side effects. This is attained by exploitation of the high affinity of ligand-binding to the orthosteric site and the structural diversity of the allosteric site to target an individual mAChR subtype, as well as offering signal bias to avoiding undesired transduction pathways. Furthermore, dualsteric targeting of mAChR subtypes helps in the elucidation of the physiological role of each individual mAChR subtype. The first project was the attempt of synthesis of the M2-preferring ligand AFDX-384. AFDX-384 is known to preferentially bind to the M2 receptor subtype as an orthosteric antagonist, with partial interaction with residues in the allosteric site. This project aimed to re-trace the synthesis route of AFDX-384, to open the door to its upscaling and the future synthesis of AFDX-type dualsteric ligands. The multi-step synthesis of AFDX-384 is achieved through the synthesis of its 2 precursors, the chloro acyl derivative VIII and the piperidinyl derivative IV. Upscaled synthesis of the piperidinyl derivative IV was attained. Synthesis of the chloro acyl compound VIII was attempted. Several trials to synthesize the benzopyridodiazepine nucleus as well as its chloro-acylation resulted in the production of the novel crystal structures V and VI. X-ray crystallography was also done for crystallized molecules of the closed-ring benzopyridodiazepine VII that was previously synthesized. Chloro-acylation reactions of compound VII using phosgene seem to be attainable when done using reflux overnight. However, the use of methanol to aid in elution during silica gel column chromatography converted the expected product to the carbamate analogue IX. Hence, further attempts in purification should refrain from the use of methanol. The use of triphosgene instead of phosgene demonstrates a cleaner route for further upscaled synthesis. The second project was the synthesis of dualsteric ligands involving variable orthosteric and allosteric moieties. Four different types of hybrids have been created over multiple steps. Dualsteric ligands have been synthesized using either a phthalimido- or 1,8-naphthalimidopropylamino moiety as the allosteric-binding group, coupled to either N-desmethyl pirenzepine or N-desmethyl clozapine using variable chain lengths. Furthermore, the synthesis of the dualsteric ligands involving N-desmethyl clozapine linked to either the super-agonist iperoxo or acetylcholine, and being connected using variable alkane chain lengths. Several reaction conditions have been investigated throughout the analysis of the optimal condition to conduct the critical final step of synthesis of these dualsteric hybrids, which involves the linking of the two segments of the hybrid together. The optimal method, which produced the least side products and highest yield, was to connect the two intermediates of the compound in absence of base, catalyst or microwaves while stirring at 35 °C for several days using acetonitrile as solvent (silica gel TLC monitoring, 0.2 M aqueous KNO3/MeOH 2:3). The ideal purification methods for the final compounds were found to be either crystallization from the reaction medium or using C18 reverse phase silica gel flash chromatography (using H2O/MeOH solvent system). All the hybrids will be subjected to pharmacological testing using the appropriate FRET assays.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Erk2018,
  author    = {Erk, Christine},
  title     = {Metabolismus und Reaktivit{\"a}tsstudien neuer Arzneistoffe mittels LC-MS/MS-Methoden},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-167025},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Metabolismus sowie der Reaktivit{\"a}t verschiedener Wirk- und Arzneistoffe mittels fl{\"u}ssigchromatographischer und massen-spektrometrischer Methoden, sie gliedert sich dabei in vier Projekte. Zur Bestimmung des Metabolitenprofils wurde ein passendes In-vitro-Inkubationssystem mit Cytochrom-P-450-Systemen entwickelt. So wurden der Metabolismus und die Pharmakokinetik der Mip-Inhibitoren SF110, SF235 und SF354 gegen Legionellen, sowie neuer antitrypanosomaler Verbindungen MB209, MB343 und MB444 und von Daptomycin bestimmt. Dar{\"u}ber hinaus wurde die antibakterielle Aktivit{\"a}t des Daptomycins gegen{\"u}ber einem unbekannten Staphylokokkus-Stammes S. sciuri ermittelt. Außerdem wurden Reaktivit{\"a}tsuntersuchungen neu synthetisierter Inhibitoren gegen Tuberkulose und S. aureus durchgef{\"u}hrt. Die untersuchten Mip-Inhibitoren lieferten ein Metabolitenprofil, welches durch Ester- und Amidhydrolysen sowie Hydroxylierungen gepr{\"a}gt wurde. Die Verbindung SF110 schien dabei bereits eine gewisse Instabilit{\"a}t der Esterbindung aufzuweisen, da auch im Blindwert entsprechende Spaltprodukte identifiziert werden konnten. Die Hauptmetabolite von SF235 und SF354 bildeten sich durch unterschiedliche Hydrolysen, da die Spaltung des Molek{\"u}ls von den jeweiligen Substituenten abh{\"a}ngig ist. Innerhalb dieser Substanzklasse dominiert die mikrosomale Enzymkatalyse, da der gr{\"o}ßte metabolische Umsatz sowie die meisten Metabolite mittels mikrosomaler Fraktion des Menschen bzw. der Maus gefunden wurden. Die Klasse der Mip-Inhibitoren wird somit vor allem durch Cytochrom-P-450-Enzyme umgesetzt, wobei die Hydrophilie durch Einf{\"u}hrung polarer OH-Gruppen der Molek{\"u}le erh{\"o}ht wird. Die Hydroxylierung scheint dabei positionsspezifisch, bedingt durch sterische Hinderungen oder dirigierende Einfl{\"u}sse, abzulaufen. Stabilit{\"a}tsvergleiche zwischen SF110, SF235 und SF354 zeigten, dass die Einf{\"u}hrung einer Amidbindung anstelle der korrespondierenden Esterbindung die Substanzklasse maßgeblich metabolisch stabilisiert. Im Rahmen des murinen In-vivo-Metabolismus wurde beobachtet, dass SF235 einem deutlich st{\"a}rkeren Metabolismus unterlag als SF354 und sich der Metabolismus vor allem innerhalb der ersten 30 min vollzog. Demgegen{\"u}ber zeigten die In-vitro-Ergebnisse gegenteilige Ergebnisse, bei denen SF354 die am st{\"a}rksten metabolisierte Substanz war. Diese widerspr{\"u}chlichen Ergebnisse deuten darauf hin, dass In-vitro-Modelle nur als Anhaltspunkt verwendet werden sollten, um m{\"o}gliche Trends abzuleiten. Metabolismusstudien der Chinolonamide, die gegen die afrikanische Schlafkrankheit wirken sollen, veranschaulichten, dass die gr{\"o}ßte enzymatische Umsetzung aller drei getesteten Verbindungen mittels cytosolischer Fraktion erfolgte. Die Enzymreaktionen werden vermutlich durch ALDH bzw. MAO dominiert und nicht durch CYP bzw. FMO. Die gebildeten Metabolite in den verschiedenen Fraktionen unterlagen (ω-1)-Oxidationen, N-Desalkylierungen, Amidhydrolysen und aromatischen Hydroxylierungen. Auffallend war, dass eine Hydroxylierung am aromatischen Benzylring nur erfolgen konnte, sofern der Benzylaromat keinen Fluorsubstitutenten trug, da dieser desaktivierend wirkte. Die aromatische Hydroxylierung am Chinolonamid erfolgte dagegen bei allen drei Substanzen. Es wurde somit lediglich eine Hydroxylierung am Benzylring von MB343 festgestellt. Die enzymatische Aktivit{\"a}t aller Substanzen folgte einer Reaktionskinetik 1. Ordnung. Die unterschiedlichen Stabilit{\"a}ten der Substanzen zeigten einen deutlichen Trend: MB209 wurde, da es die instabilste Verbindung darstellt, im gr{\"o}ßten Maße umgesetzt, gefolgt von den stabileren Derivaten MB343 und MB444. Die Untersuchung der enzymatischen Aktivit{\"a}ten zeigte, dass die drei Substanzen, verglichen mit der Leitstruktur GHQ168, eine um den Faktor zehn geringere Aktivit{\"a}t aufwiesen [19]. Aufgrund der eingef{\"u}hrten Fluoratome weisen die Substanzen somit eine wesentlich h{\"o}here Stabilit{\"a}t auf. Diese Ergebnisse wurden durch die Untersuchung der Halbwertszeit best{\"a}tigt, bei der MB444 den h{\"o}chsten Wert besaß. Weiterhin ist die Position des Fluorsubstituenten am Chinolonger{\"u}st ausschlaggebend f{\"u}r die metabolische Stabilit{\"a}t, wobei MB444 aufgrund des para-Fluorsubstituenten am Chinolonamid die stabilste Verbindung darstellt. Durch Inkubation von Daptomycin mit unterschiedlichen S. sciuri-Isolaten wurde ein m{\"o}glicher Inaktivierungsmechanismus beobachtet, bei dem das Antibiotikum durch Spaltung des cyclischen Aminos{\"a}ureringes, durch Deacylierung des Fetts{\"a}ureschwanzes, einer Kombination beider Mechanismen oder durch eine Spaltung des heteroaromatischen Ringsystems von Tryptophan inaktiviert wurde. Die Proteasen des Daptomycin-resistenten S. sciuri-Isolats TS92 f{\"u}hrten zu einem Daptomycinabbau von 35 \%, unabh{\"a}ngig von der eingesetzten Menge des Arzneistoffes. Das Ausmaß des Abbaus scheint dar{\"u}ber hinaus vom eingesetzten Inkubationsmedium abh{\"a}ngig zu sein, da die Proteasen voraussichtlich auf ein bestimmtes N{\"a}hrmedium angewiesen sind. Der sensitive S. sciuri-Stamm TS93 lieferte die h{\"o}chste Abbaurate an Daptomycin mit 55 \% und widerlegt damit die Vermutung, dass Daptomycin die geringste antibakterielle Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber diesem S. sciuri-Stamm aufweist. Im In-vitro-Metabolismus zeigte Daptomycin insgesamt eine sehr geringe Umsetzungsmenge mit maximal 5 \% nach 4 h und einer geringen Metabolitenbildung. Hier wurde nur ein Metabolit gefunden, welcher auch mittels S. sciuri-Inkubation identifiziert wurde. Dieser Mechanismus k{\"o}nnte somit auf anderem Wege verlaufen. Die Reaktivit{\"a}tsstudien der kovalenten Inhibitoren der FadA5-Thiolase gegen Tuberkulose zeigten, dass nur die Verbindungen C1 und C4 eine Reaktivit{\"a}t gegen{\"u}ber der Aminos{\"a}ure Cystein93 im aktiven Zentrum besaßen, die somit f{\"u}r den gew{\"u}nschten Einsatzzweck geeignet sein k{\"o}nnten. Weiterhin wurde bei den kovalenten Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase mit dem Enzym FabI, welches im aktiven Zentrum ein Tyrosin besitzt, keine Reaktion festgestellt, da keine Addukte identifiziert wurden. Dies ist vermutlich auf die Unl{\"o}slichkeit im verwendeten TRIS-Puffer zur{\"u}ckzuf{\"u}hren.},
  subject      = {Biotransformation},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bach2019,
  author    = {Bach, Matthias},
  title     = {Massenspektrometrische Analyse der Interaktionen von Protein mit Proteinen und Proteinen mit niedermolekularen Verbindungen},
  doi       = {10.25972/OPUS-16046},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-160462},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Proteine k{\"o}nnen aufgrund ihrer biochemischen Vielfalt eine Vielzahl von Interaktionen mit anderen Proteinen oder chemischen Verbindungen eingehen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Protein-Protein Interaktionen mittels chemischen Quervernetzens untersucht. Das Ziel war, neue und verbesserte Methoden zu entwickeln, um Interaktionsnetzwerke zu erstellen. Im zweiten Teil wurden die Interaktionen von Proteinen mit niedermolekularen Verbindungen untersucht, um Drug Targets zu identifizieren und zu validieren. Die Untersuchung von Protein-Protein Interaktionen mittels Massenspektrometrie (MS) ist eine leistungsf{\"a}hige Methode, um alle potentiellen Interaktionen eines Proteins nach einer Anreicherung (Co-IP) aus einem Zelllysat zu detektieren. Durch das zus{\"a}tzliche Quervernetzen dieser Proteine und anschließender MS kann ein Interaktionsnetzwerk erstellt werden, um direkte von indirekten Interaktionen unterscheiden zu k{\"o}nnen (Topology Mapping). Zur Methodenetablierung wurden kommerzielle Crosslinker und rekombinante Proteine von bekannten Interaktionspartnern mit niedriger Komplexit{\"a}t verwendet. Die beiden Interaktionspartner NPL4 und UFD1 konnten mit dem Crosslinker BS3 erfolgreich quervernetzt und anhand der vernetzten Peptide identifiziert werden. Im n{\"a}chsten Schritt wurde dieser Arbeitsablauf auf eine Co-IP des Mediatorkomplexes aus Hefe angewendet. Die Probenkomplexit{\"a}t ist hierbei 500 - 1000-fach h{\"o}her als bei der Verwendung von rekombinanten Proteinen. Nach der erfolgreichen Quervernetzung konnte innerhalb des Komplexes ein Interaktionsnetzwerk erstellt werden. Diese Daten passen zu dem bereits bekannten Modell des Mediatorkomplexes. Interaktionen zu bekannten Interaktionspartnern, wie der RNA-Pol II, konnten aufgrund deren subst{\"o}chiometrischen Anreicherung nicht identifiziert werden. Aufgrund der genannten Limitationen beim Quervernetzen von Proteinen wurden folgende neue und verbesserte Methoden entwickelt: 1. Verwendung des spaltbaren Crosslinkers (DSSO), der w{\"a}hrend der Messung selektiv durch niedrige Kollisionsenergie gespalten werden kann, um die Datenbanksuche zu vereinfachen. Die Funktionalit{\"a}t der DSSO-Strategie konnte erfolgreich am Protein Cytochrom C getestet werden. Bei der ersten Fragmentierung wird der Linker gespalten, anschließend k{\"o}nnen die getrennten Peptide separat fragmentiert werden. Die erzeugten Daten sind mit einer Standarddatenbanksuche kompatibel, was bei gemischten Spektren von zwei Peptiden nicht der Fall w{\"a}re. Beim Quervernetzen der rekombinanten Interaktionspartner UBX und p97N mit DSSO konnte der zu best{\"a}tigende Crosslink zwischen zwei Lysinen nicht identifziert werden. Grund hierf{\"u}r k{\"o}nnte eine zu kurze Linkerl{\"a}nge von DSSO sein. Diese Versuche brachten jedoch einige Limitationen des Ansatzes zum Vorschein, wie die Beschr{\"a}nkung auf die Protease Trypsin, aufgrund der positiven Ladung am C-Terminus und die Notwendigkeit von großen Proteinmengen, da das Spalten des Linkers einen zus{\"a}tzlichen Intensit{\"a}tsverlust f{\"u}r die folgende Identifizierung der Peptide mit sich bringt. 2. Da die niedrige Abundanz von quervernetzten Peptiden das Hauptproblem bei deren Identifizierung ist, wurde eine Methode entwickelt, um w{\"a}hrend der Messung direkt nach diesen niedrig abundanten Spezies zu suchen. Entscheidendes Kriterium hierf{\"u}r war, dass quervernetzte Peptide zwei C-Termini haben. Diese wurden zur H{\"a}lfte enzymatisch mit 18O bzw. 16O markiert und wieder vereinigt. Der resultierende Massenunterschied von 8 Da (4 x 18O) kommt ausschließlich bei zwei quervernetzten Peptiden vor und kann w{\"a}hrend der Messung direkt gesucht werden. Die vollst{\"a}ndige Markierung von Peptiden mit 18O wurde zun{\"a}chst am Protein Beta-Galaktosidase getestet. Bereits hier stellte sich heraus, dass der enzymatische R{\"u}cktausch von 18O zu 16O ein Problem darstellt und die Markierungseffizienz von Aminos{\"a}uren beeinflusst wird, die sich C-terminal nach der Spaltstelle befinden. Mit dieser Strategie ließ sich somit keine vollst{\"a}ndige Markierung f{\"u}r alle Peptide erreichen, was f{\"u}r diese Strategie essentiell gewesen w{\"a}re. 3. Um alle Probleme zu umgehen, die bei der Identifizierung von quervernetzten Peptiden auftreten, wurde eine Methode entwickelt, um quervernetzte Proteine anhand von Profilen nach einer Auftrennung im Polyacrylamidgel (SDS-PAGE) zu identifizieren. Durch das Quervernetzen von Proteinen entstehen zus{\"a}tzliche Proteinbanden nach einer SDSPAGE, die im Gel nach oben verschoben sind. Alle Proteine in diesen neu erzeugten Bereichen stellen somit potentielle Interaktionspartner dar. Als Modellsystem wurde der Mediatorkomplex verwendet. Er wurde aus einem Zelllysat mittels Co-IP angereichert und anschließend quervernetzt. Aus den mittels LC-MS/MS gemessenen Gelfraktionen wurden Proteinprofile erstellt und miteinander verglichen. Die Intensit{\"a}tsmaxima der Proteine des Mediatorkomplexes konnten in bestimmten zus{\"a}tzlichen Fraktionen gefunden werden, was den indirekten Nachweis f{\"u}r eine Interaktion darstellt. Die Funktionalit{\"a}t der Strategie konnte somit best{\"a}tigt werden. Ein verbleibender Nachteil ist jedoch die zu geringe Trennleistung von Polyacrylamidgelen. Befinden sich mehr als 50 Proteine in einer Fraktion, k{\"o}nnen potentielle Interaktionspartner nicht eindeutig zu einer Untereinheit eines Komplexes zugeordnet werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde im Rahmen der Klinischen Forschergruppe 216 (CRU216) Interaktionen von Proteinen mit verschiedenen niedermolekularen Verbindungen massenspektrometrisch untersucht, um potentielle Drug Targets zu identifizieren. Diese Versuche sind vergleichbar mit Co-IP Experimenten, da sich der Arbeitsablauf nur durch die Anreicherung mittels chemischer Verbindung unterscheidet. Hierzu wurden biotinylierte Verbindungen immobilisiert und potentielle Drug Targets aus einem komplexen Zelllysat angereichert. Die Identifzierung der echten Bindungspartner wurde {\"u}ber quantitive Massenspektrometrie erreicht. Dabei wurden die angereicherten Proteine, die an die niedermolekularen Substanzen binden mit einer geeigneten Kontrollanreicherung verglichen. Mit den getesteten α-acyl Aminocarboxamiden konnten verschiedene Proteinkomplexe und interagierende Proteine spezifisch angereichert werden. Hierbei waren die vier Kinasen DNA-PK, ATM, ATR und mTOR besonders interessant, da sie mit onkogenem Signalling und {\"U}berlebensmechanismen wie der Hitzeschockantwort in Zellen des Multiplen Myeloms (MM) in Verbidnung stehen. Die Inhibition der DNA-PK, ATM, ATR und mTOR mit α- acyl Aminocarboxamiden stellt somit einen m{\"o}glichen Therapieansatz dar, wenn er zusammen mit hitzestressausl{\"o}senden Inhibitoren verwendet wird. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Armadillodom{\"a}ne innerhalb der potentiellen Drug targets signifkant angereichert wurde. Sie stellt damit eine potentielle Bindestelle der α-acyl Aminocarboxamide dar. Abschließend wurden Proteine mit biotinylierten Naphtylisochinolinen aus einem MMZelllysat angereichert, deren Vorl{\"a}ufersubstanzen eine Wirkung auf Tumorzellen und den Malariaparasit Plasmodium falciparum gezeigt hatten. Hierbei konnten vor allem RNAbindende- und mRNA-Splicing Proteine identifiziert werden, die zum Teil essentiell f{\"u}r das Spleißen in-vivo sind. Hierzu geh{\"o}ren mehrere Untereinheiten der Splicing Factoren 3A und 3B. Die Ver{\"a}nderung der transkriptionellen Regulation und der resultierende Effekt auf Krebszellen konnte bereits in anderen Studien mit dem Inhibitor Spliceostatin A gezeigt werden, der das Spleißen beeinflusst.},
  subject      = {Massenspektrometrie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Terveer2017,
  author    = {Terveer, Nils},
  title     = {Springs and Parachutes - Development and Characterization of Novel Formulations for Poorly Water-Soluble Drugs},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-154311},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Successful formulation development of novel, particularly organic APIs of low molecular weight as candidates for ground-breaking pharmaceutical products is a major challenge for the pharmaceutical industry because of the poor aqueous solubility of most of these compounds. The hit identification strategies of drug development in use today apply high throughput screening techniques for the investigation of thousands of substances. This approach led to a systematical increase in molecular weight and lipophilicity and a decrease of water solubility of lead compounds reaching market access. The high lipophilicity causes an excellent permeability of the compounds which favours the absorption process from the small intestine, but it causes a decrease of water-solubility. It becomes evident that an adequate aqueous solubility is necessary for absorption of the API from the gastrointestinal fluids into the systemic circulation and hence for efficacy of the pharmaceutical product. Only an dissolved API is getting absorbed and becomes efficacious. The precipitated proportion is resigned directly. Therefore, the development of an individual formulation aligning the physicochemical characteristics is necessary for every API to produce supersaturated solutions in the small intestine and to reach an adequate bioavailability after absorption into the systemic circulation. In this thesis a specific formulation development was investigated for two exemplary poorly water-soluble APIs to replace the empirical approach often used today. The basic tyrosine-kinase inhibitor imatinib and six different acetylated amino acids were transferred into ILs. As compared to the free base and the mesylate salt, which is marketed by Novartis AG as Gleevec®, the dissolution rate as well as the supersaturation time was increased significantly. By changing the mesylate anion with its potential genotoxic risks, the total toxicity of the drug product could be decreased. The amorphous ILs proved adequate stability under forcing conditions and there was no recrystallization of the free base observed. The amorphous character of the ILs caused an increased amount of water vapour sorption which can be compensated by special packaging materials. Taken together, the presentation of imatinib as an IL is intended for oral administration as a tablet and can cause a reduction of dose because of the increased solubility. Therefore, the occurrence of side effects can be reduced as compared to Gleevec®. If there is actually an increased bioavailability to observe, has to be proved by the execution of animal trials. The novel NOX inhibitor VAS3947 is intended for the treatment of endothelial dysfunctions causing diseases like heart failure and stroke. The compounds poor aqueous solubility hindered further clinical development so far and make the drug candidate to remain in a very early stage of the drug development process. Therefore, different formulation concepts were evaluated in this study: An amorphous solid dispersion prepared from VAS3947 and Eudragit® L100 by means of spray drying was able to increase the dissolution rate and solubility of the compound significantly, but with the accomplished kinetic solubility being in the low µM range it is not possible to reach therapeutic plasma concentrations. In contrast, the incorporation into cyclodextrins resulted in an 760-fold increased solubility. Different cyclodextrins were evaluated. Especially the lipophilic derivatives of the β-cyclodextrin showed to be the most adequate excipients. The incorporation of the API into the cyclodextrin cavity was proved by means of NMR spectroscopy. Additionally, a formulation of VAS3947 and hydroxypropyl-β-cyclodextrin was prepared. This formulation is intended for the intravenous application during animal trials, which have to be conducted to get to know the pharmacokinetics of VAS3947. This formulation reached a concentration of 1 mg/mL spending striking protection of VAS3947 against degradation. Presentation of VAS3947 as a microemulsion system led also to increase the aqueous solubility of the compound, but not in the same extent as the cyclodextrin formulation. Beside the formulation development a physicochemical characterization was performed to get to know important parameters such as log P and pKa values of VAS3947. An HPLC method was developed and validated to analyse the extent of solubility improvement. A major issue of the compound VAS3947 and all related triazolopyrimidine derivatives, developed by Vasopharm GmbH, is the insufficient chemical stability because of presence of a hemiaminal moiety in the chemical structure. Stability investigations and an extensive biopharmaceutical characterization confirm the hindering of further clinical development by insufficient drug stability and high cytotoxicity. Poor aqueous solubility is an additional disadvantage which can be handled by a concerted formulation development.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Ferraro2021,
  author    = {Ferraro, Antonio},
  title     = {Entwicklung potenzieller (ir-)reversibler Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase FabI in S. aureus/ E. coli und der Thiolase FadA5 in M. tuberculosis},
  doi       = {10.25972/OPUS-23839},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238392},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Antimikrobielle Resistenzen stellen eine weltweite Herausforderung dar und sind mit einer hohen Morbidit{\"a}t und Mortalit{\"a}t verbunden. Die Letalit{\"a}tsrate durch multiresistente Keime steigt stetig an, weshalb die WHO im Jahr 2017 eine Priorit{\"a}tenliste resistenter Keime erstellte, die die Entwicklung neuer Antibiotika vorantreiben soll. Diese umfasst vornehmlich gramnegative Bakterien, da diese aufgrund ihres Zellaufbaus sowie diverser Resistenzmechanismen besonders widerstandsf{\"a}hig gegen{\"u}ber dem Angriff vieler Antibiotika sind. Einige grampositive Keime (z.B. S. aureus) stehen ebenfalls auf dieser Liste und stellen eine große Herausforderung f{\"u}r die Medizin dar. Infolgedessen ist die Entwicklung neuer Antiinfektiva mit neuen Angriffspunkten gegen resistente Pathogene zwingend n{\"o}tig, um mit bisherigen Resistenzen umgehen zu k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Entwicklung und Synthese von kovalent (reversibel) bindenden Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase FabI (Staphylococcus aureus, Escherichia coli) und der Thiolase FadA5 (Mycobacterium tuberculosis). Beide Enzyme sind essenziell f{\"u}r das {\"U}berleben des jeweiligen Bakteriums. FabI ist ein wichtiges und geschwindigkeitsbestimmendes Schl{\"u}sselenzym der Fetts{\"a}uresynthese Typ II diverser Bakterien. Hierbei werden wichtige Phospholipide hergestellt, die f{\"u}r den Aufbau der Zellmembran n{\"o}tig sind. Schiebel et al. ist es gelungen, einen potenten Inhibitor f{\"u}r den Erreger S. aureus sowie E. coli zu entwickeln und zu charakterisieren. Ausgehend von dieser Verbindung wurde eine Substanzbibliothek mit verschiedenen „warheads" hergestellt. Hierbei wurde die Verkn{\"u}pfung zwischen dem Pyridon-Grundger{\"u}st und der elektrophilen Gruppe sowie die {\"u}ber den Ether verkn{\"u}pften aromatischen Ringsysteme variiert. Diese Verbindungen wurden hinsichtlich ihrer inhibitorischen Aktivit{\"a}t am jeweiligen Enzym getestet. Anschließend wurde von Verbindung 32 und 33, die jeweils eine gute Inhibition des Enzyms aufweisen, der IC50-Wert gemessen. Beide Verbindungen weisen eine 50-prozentige Reduktion der Enzymaktivit{\"a}t im mittleren nanomolaren Bereich auf. Zus{\"a}tzlich wurde Verbindung 32 in einem sogenannten „jump-dilution"-Assay auf kovalente Inhibition getestet. Durch dieses Experiment konnte eine kovalente Inhibition des Enzyms ausgeschlossen werden. Die Reaktivit{\"a}t der eingesetzten „warheads" wurde gegen{\"u}ber einem Tripeptid mittels eines LC/MS-Iontrap-Systems bestimmt. Die untersuchten Verbindungen zeigten keine signifikante Reaktion mit der im Tripeptid eingebauten nukleophilen Aminos{\"a}ure Tyrosin, deren Nukleophilie bei dem pH-Wert des Tests (pH = 8.2 und 10.8) nicht hoch genug ist. Um einen Einblick in den Bindemodus der Verbindungen zu erhalten, wurden ferner Kristallisationsversuche durchgef{\"u}hrt. Die erhaltenen Kristallstrukturen zeigen, dass die Verbindungen mit dem gew{\"u}nschten Bindemodus am Zielenzym binden, aber eine kovalente Modifizierung des Tyrosins146 durch die eingesetzten „warheads" aufgrund der großen Entfernung (6 {\AA} zwischen elektrophiler Gruppe und Tyrosin146), unwahrscheinlich ist. Zus{\"a}tzlich wurden die physikochemischen Eigenschaften (Stabilit{\"a}t, Wasserl{\"o}slichkeit und logP) der Verbindung 32 sowie Verbindung 33 charakterisiert. M. tuberculosis ist der Erreger der global verbreiteten Infektionskrankheit Tuberkulose (TB), die zu den zehn h{\"a}ufigsten Todesursachen weltweit geh{\"o}rt. Das Bakterium kann das im menschlichen K{\"o}rper vorkommende Cholesterol metabolisieren und nutzt dessen Abbauprodukte als wichtige Kohlenstoffquelle. Die Thiolase FadA5 ist bei diesem Abbau ein wichtiges Enzym und konnte als potenzielles innovatives Target f{\"u}r neue Antibiotika definiert werden. Durch Dockingstudien konnten zwei potenzielle Leitstrukturen als Inhibitoren der Thiolase FadA5 identifiziert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die vorgeschlagenen Strukturen mit dem gew{\"u}nschten „warhead" synthetisiert und hinsichtlich ihrer inhibitorischen Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Enzym untersucht. Die Zielverbindungen zeigen keine signifikante Hemmung sowie kovalente Bindung {\"u}ber die eingesetzten „warheads" an die Thiolase FadA5.},
  subject      = {Enoyl-acyl-carrier-protein-Reductase<Enoyl-[acyl-carrier-protein]-Reductase>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Volpato2021,
  author    = {Volpato, Daniela},
  title     = {Bitopic Ligands and their molecular fragments for the study of the M1 Muscarinic Receptor},
  doi       = {10.25972/OPUS-24881},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-248815},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The past decades have witnessed the development of new pharmaceutical compounds that modulate receptor function by targeting allosteric sites. Allosteric sites are, by definition, domains topographically distinct from the orthosteric binding pocket where the natural ligand binds. Exploring the possibilities of linking orthosteric and allosteric pharmacophores in one compound to yield 'bitopic' compounds is a strategy derived from the "message-address" concept by Schwyzer , first applied to GPCRs by Portoghese et al. This concept explicitly underlines the orthosteric/allosteric combination, in opposite to the more general umbrella term bivalent. The broad possibilities of bitopic ligands in the pharmaceutical field are under continuous study. Bitopic compounds are promising pharmaceutical tools for taking advantage of the allosteric binding to achieve subtype selectivity while preserving high affinity at the receptor. The development of bitopic ligands, based on the idea of combining high affinity (via orthosteric sites) with high selectivity (via allosteric sites), have led to the development of highly selective bivalent ligands for GPCRs , such as for the opioid receptors , muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs), serotonin receptors, cannabinoid receptors, and gonadotropin-releasing hormone receptors. This concept has even been extended to other receptors, for examples nicotinic receptors and other proteins, such as acetylcholinesterases and the tyrosine kinase receptors TrkA and TrkC. The reasons to pursue a bitopic ligand approach are various. An improved affinity for the target GPCR and/or an improved selectivity either at the level of receptor subtype, or at the level of signaling pathway. Another advantage of bitopic ligands over purely allosteric ligands is that the former rely on the appropriate presence of endogenous agonist tone to mediate their effects, whereas a bitopic ligand would engage the orthosteric site irrespective of the presence or absence of endogenous tone. By way of introduction to the hybrid approach, a review of the concept of hybrids compounds targeting the cholinergic system is presented in section A of this thesis. Recent updates in hybrid molecule design as a strategy for selectively addressing multiple target proteins involved in Alzheimer's disease (AD) is here reported . This represents the potential and the growing interest in hybrid compound as pharmacological tools to achieve receptor subtype selectivity and/or, to study the overall functional activity of the receptor. Until now, muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) have proved to be a particularly fruitful receptor model for the development and characterization of bitopic ligands. In this thesis, several examples of new muscarinic bitopic approach are reported in the results section. A study of bipharmacophoric ligands composed of the muscarinic positive allosteric modulators (BQCAderived compounds) linked with chain of various lengths to different orthosteric building blocks is reported in the result part 1. Synthesis and examination of the potential pharmacological characteristic of Oxotremorine-BQCAd compounds and Xanomeline-BQCAd hybrid derivatives are described in results parts 2 and 4, respectively. Moreover, the bitopic concept has even been extended to other proteins, such as acetylcholinesterase. In the result part 5 an overview of the new Tacrine-Xanomeline hybrids aiming to improve the inhibitory potency of the acetylcholinesterase and simultaneously to increase the cholinergic tone, via the xanomelinic portion acting on the M1 receptor is given. A new trivalent approach is presented for the first time to deepen the study of the M1 muscarinic receptor in the result part 6. Moreover, the synthesis of a new series of iperoxo-derived alkane, bis(ammonio)alkane-type and rigidified chain ligands is given in the result part 7 together with some prospects for further research.},
  subject      = {Ligand <Biochemie>},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Unger2020,
  author    = {Unger, Nina},
  title     = {Stability of Tryptophan in Parenteral Amino Acid Solutions: Identification of Degradation Products and Development of HPLC Analysis Methods},
  doi       = {10.25972/OPUS-19982},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-199825},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {The stability of Trp in pure solutions and in parenteral AA formulations was evaluated with regard to typically used manufacturing processes, storage conditions and primary packaging. Therefore, thorough stability studies on Trp solutions were conducted beforehand. The applied stressing method, i.e. steam sterilization by autoclave, are chemically seen relatively mild but showed to be efficient to induce Trp degradation in the presence of oxygen. Subsequent identification, separation and characterization were challenging due to similar substance properties, numerous stereoisomers and pairs of diastereomers found amongst them. However, the identified o-aminoacetophenone compounds, Kyn and NFK, are associated with photo reactivity and have photo-oxidizing properties. Thus, best possible protection from UV-light, together with strict oxygen expulsion, are the most important criteria to impede Trp degradation after autoclaving. The identification of Trp degradation products was assisted by the compilation of a substance library, which included manifold reported and chemically plausible Trp degradation substances. The substances were classified for priority and their early or late-stage occurrence. The large number of possible substances and stereoisomers was narrowed down with the information retrieved from LC-UV/MS experiments. However, final identification was achieved by the synthesis of proposed substances as references. The following eight substances were characterized as Trp degradation substances: Kyn, NFK and three pairs of diastereomers R,R/R,S DiOia, R,R/R,S Oia and cis/trans PIC. Fig. 33 shows the proposed degradation pathway and demonstrates the close chemical relationship, which may be an explanation for the conversion of some substances into each other during the storage period. The proposed pathway brings together the results of different Trp stability and stressing studies, respectively [89, 94, 97, 98, 103, 133]. To our knowledge, the simultaneous formation of the identified degradation substances has not been reported before and especially not under the stressing conditions applied. The application of a traditional RP-HPLC method was compared to two developed IP-HPLC methods and a RP-HPLC methods using a modified perfluorinated column. Orthogonal analyses methods and especially the combination of UV and MS detection are necessary in order to indicate potentially undetected degradation substances. Main evaluation criteria were the separation performance, analyses time, reproducibility and feasibility. The best results upon assessment of all Trp degradation products, in both; pure Trp solutions and pharmaceutical formulations, were obtained by a traditional RP-HPLC. The optimized method was validated according to ICH guidelines Q2(R1) and meets the criteria of a stability-indicating HPLC-UV method. The validated method has a sufficient separation performance with an adequate selectivity indicating the Trp degradation substances next to each other and next to other AAs in finished pharmaceutical formulations. The detailed knowledge of Trp degradation and the method presented may be transferred practically to the pharmaceutical industry processing Trp-containing products. In general, the findings might contribute to the quality management of such pharmaceutical products during manufacturing and storage. Additionally, the study results provide basic information for the establishment of an impurity consideration following the ICH guidelines Q3B (R2) (impurities in new drug products) for products containing Trp. However, further development of the method applying more sophisticated detectors or more potent HPLC techniques like e.g. UHPLC and the implication of more sensitive (MS) detectors like ToF-MS would be advantageous with regard to economic and practical aspects.},
  subject      = {Stabilit{\"a}t},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Geyer2023,
  author    = {Geyer, Florian},
  title     = {Targeting of M\(_2\) and M\(_4\) Muscarinic Receptor Subtypes with New Dualsteric Ligands},
  doi       = {10.25972/OPUS-27150},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-271506},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {As part of the parasympathetic nervous system, muscarinic receptors are involved in the regulation of numerous functions in the human body. However, targeting a specific subtype of muscarinic receptors is challenging due to the high degree of similarity within the binding site of the endogenous neurotransmitter acetylcholine. Therefore, this study focused on the investigation of dualsteric ligands. Such hybrid ligands target the orthosteric acetylcholine binding site and, simultaneously, a distinct allosteric binding site. Since allosteric binding regions show significant structural differences throughout muscarinic receptor subtypes, it was aimed to produce selective ligands by means of combination of two pharmacophores in one molecule. Herein, the thienopyridine derivatives LY2033298 and LY2119620 were chosen as allosteric moieties. Based on literature studies, the investigated allosteric modulators were analyzed in terms of adequate attachment points for the combination with an orthosteric agonist. As orthosteric units, muscarinic superagonist iperoxo, xanomeline, and TMA were applied in this work. Since the distance between orthosteric and allosteric moieties plays a crucial role for dualsteric ligand binding, the linker chain length was also varied. Pharmacological investigations of the synthesized hybrid ligands were perfomed via FRET- and BRET-assay measurements.},
  subject      = {GTP-bindende Proteine},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Volpp2021,
  author    = {Volpp, Miriam},
  title     = {Bestimmung der Plasmaproteinbindung von niedrig affinen Liganden am Beispiel der Ephedra-Alkaloide},
  doi       = {10.25972/OPUS-21961},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-219619},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Zur Bestimmung der Bindungsaffinit{\"a}t von Liganden zu den Plasmaproteinen, insbesondere Albumin, wurden {\"u}ber die Jahre zahlreiche Methoden entwickelt. Die Grundlage dieser Arbeit war die Bestimmung der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide unter Verwendung einzelner dieser etablierten Methoden. Aufgrund ihres Anwendungsgebiets als Notfallmedikation bei An{\"a}sthesie-bedingter Hypotonie und den damit verbundenen Anforderungen an die Pharmakokinetik, sollten die Ephedra-Alkaloide niedrig-affine Liganden der Plasmaproteine darstellen. In der Literatur und in vorhergehenden Arbeiten wurden f{\"u}r die Ephedra-Alkaloide jedoch sehr unterschiedliche, teilweise der Indikation widersprechende Affinit{\"a}ten bestimmt. Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit das Ausmaß der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide weiter untersucht und die Affinit{\"a}t zu Albumin bzw. anderen Plasmaproteinen im humanen Serum bestimmt werden. Neben der Affinit{\"a}t sollte auch die Stereoselektivit{\"a}t der Bindung genauer betrachtet werden, die bei der Bindung vieler Wirkstoffe eine Rolle spielt. Als Referenzmethode diente die kontinuierliche Ultrafiltration, die auch schon bei H{\"o}rst verwendet wurde. Folgende Schlussfolgerungen konnten aus den Ergebnissen dieser Arbeit gezogen werden: 1) Die Ergebnisse der kontinuierlichen Ultrafiltration zeigten, dass die Ephedra-Alkaloide, Ephedrin und Pseudoephedrin, ein nur geringes Ausmaß an Plasmaprotein-bindung von 4 - 9 \% gegen{\"u}ber bovinem und humanem Serumalbumin zeigen. Eine deutlich h{\"o}here Plasmaproteinbindung von 19 - 37 \% konnte hingegen bei der Verwendung von humanem Serum bestimmt werden. Die Affinit{\"a}t von Pseudoephedrin war dabei jeweils geringer als die von Ephedrin. 2) Diese Ergebnisse mit humanem Serum und die Tatsache, dass Albumin vorwiegend saure Stoffe bindet, legen nahe, dass die Ephedra-Alkaloide vermehrt an andere Plasmaproteine in Serum binden. Erste Messergebnisse mit saurem α1 Glykoprotein best{\"a}tigen diese Vermutung. 3) Eine Stereoselektivit{\"a}t konnte nur in geringem Maß bei (+) Ephedrin beobachtet werden, wobei der Unterschied nur im Serum signifikant ist. Pseudoephedrin dagegen zeigte keinerlei Stereoselektivit{\"a}t. Diese Beobachtung passt zu den Schlussfolgerungen der Pfeiffer'schen Regel zur Stereoselektivit{\"a}t einer Bindung. 4) Andere Sympathomimetika mit einer zus{\"a}tzlichen Phenolgruppe im Molek{\"u}l zeigen eine {\"a}hnlich niedrige Affinit{\"a}t zu Albumin von ca. 10 \%. Eine zus{\"a}tzliche Phenolgruppe scheint die sauren Eigenschaften des Liganden nicht ausreichend zu erh{\"o}hen, um die Affinit{\"a}t zu Albumin signifikant zu steigern. 5) Das terti{\"a}re Kohlenstoffatom am Stickstoff des Ephedrins scheint in gewisser Weise an der Bindung zu Albumin beteiligt zu sein. Sympathomimetika mit einer zus{\"a}tzlichen Methylgruppe an diesem Kohlenstoffatom, wie Ephedrin, Pseudoephedrin und Oxilofrin, zeigen eine gr{\"o}ßere Streuung der Messergebnisse. Eine zus{\"a}tzliche Methylgruppe in dieser Position scheint die Bindung daher sterisch zu hindern. 6) Die Ergebnisse der diskontinuierlichen Ultrafiltration best{\"a}tigen weitestgehend die Ergebnisse der kontinuierlichen Ultrafiltration 7) Eine Bestimmung des Ausmaßes der Plasmaproteinbindung von niedrig-affinen Stoffen ist mit den anderen orthogonalen Methoden ACE, NMR und iTC nicht m{\"o}glich. Diese drei verwendeten Methoden trennen nicht wie die klassischen Methoden den gebundenen vom ungebundenen Wirkstoff, sondern beruhen auf einer Ver{\"a}nderung bestimmter Messparameter: bei der ACE die Migrationszeit, bei der NMR-Spektroskopie die chemische Verschiebung der Signale bzw. der Diffusionskoeffizient und bei der iTC die frei werdende Bindungsw{\"a}rme. Bei allen drei Methoden war die {\"A}nderung der Messgr{\"o}ße aufgrund der niedrigen Plasmaproteinbindung zu gering, um auswertbar zu sein. 8) Eine St{\"o}rgr{\"o}ße bei die orthogonalen Methoden war vielfach auch das Albumin selbst bzw. dessen Eigenschaften. Bei der Affinit{\"a}ts-Kapillarelektrophorese sind physiologische HSA-Konzentrationen wegen des starken Basislinienrauschens nicht messbar. Zudem bewirkt der Albuminzusatz im Trennpuffer eine Viskosit{\"a}ts{\"a}nderung, die den EOF verlangsamt und so die Messung st{\"o}rt. Bei der NMR-Spektroskopie k{\"o}nnen wegen der {\"U}berlagerung der Signale durch die breiten Albuminbanden weder Ver{\"a}nderungen in der chemischen Verschiebung noch des Diffusionskoeffizienten zuverl{\"a}ssig bestimmt werden. In der iTC erschwerte die Schaumbildung der L{\"o}sung, die durch die Oberfl{\"a}chenaktivit{\"a}t des Albumins verursacht wird, die Messung. In dieser Arbeit konnte somit das Ausmaß der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide mit verschiedenen Methoden erfolgreich bestimmt werden. Damit best{\"a}tigte diese Arbeit, dass die Ephedra-Alkaloide, wie deren Indikation vermuten l{\"a}sst, zu den niedrig affinen Liganden des Albumins z{\"a}hlen. Um genauer eingrenzen zu k{\"o}nnen durch welche Plasmaproteine im Blutserum die Ephedra-Alkaloide transportiert werden, sollten die Untersuchungen zum sauren α1-Glykoprotein fortgesetzt und gegebenenfalls durch weitere Bestimmungen mit anderen Plasmaproteinen erg{\"a}nzt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben auch gezeigt, dass viele der unz{\"a}hligen Methoden zur Untersuchung der Plasmaproteinbindung bei der Bestimmung von niedrig affinen Liganden ihre Grenzen haben. Nach wie vor sind zur Bestimmung einer niedrigen Bindungsaffinit{\"a}t weiterhin die klassischen Methoden, wie die kontinuierliche Ultrafiltration, Mittel der Wahl. Nicht zuletzt deshalb erfreuen sich diese Methoden auch heute noch großer Beliebtheit.},
  subject      = {Proteinbindung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Walther2023,
  author    = {Walther, Rasmus},
  title     = {Analysis of weakly chromophore impurities by means of liquid chromatography coupled with charged aerosol detection and mass spectrometry},
  doi       = {10.25972/OPUS-32186},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-321862},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {In all the projects presented, it is evident that the selection of suitable separation conditions is only one side of the coin. Equally crucial in the development of methods for the quality assessment of APIs/drugs is the right detection system. The application of CAD as an alternative to UV detection at low wavelength of the two weak chromophore main degradation products of the very polar, zwitterionic API carbocisteine requires the volatility of the mobile phase. Therefore, as a substitute for the non-volatile ion pairing reagent tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH), six different volatile alkylamines as well as a RP/SAX mixed-mode column were evaluated. The best selectivity and separation performance comparable to TBAOH was achieved with the RP/SAX column and a mixture of formic acid and trifluoroacetic acid. For the simultaneous optimisation of the evaporation temperature of the CAD as a function of two chromatographic parameters, a central composite design was chosen and the "desirability function" was subsequently applied for modelling. In addition, column bleeding was investigated with a second RP/SAX column (different batch) with the result that the acetonitrile percentage had to be adjusted and preconditioning by injection of concentrated samples is essential. The final mixed-mode method was finally validated with both columns according to the ICH Q2 (R1) guideline. Based on this, an MS-compatible method was developed with little effort using an identical RP/SAX column in UPLC dimension for the untargeted analysis by HRMS of two carbocisteine-containing prototype syrup formulations. For a comprehensive characterisation, HRMS and MS/HRMS data were recorded simultaneously by information dependent acquisition mode. Based on the exact masses, isotope patterns and an in silico plausibility check of the fragment spectra, the prediction of the structures of the unknown impurities was possible. In both syrup samples, which had been stored for nine months at 40 °C and 75 \% r.h., two additional impurities of carbocisteine (i.e. lactam of the sulfoxides and disulphide between cysteine and thioglycolic acid) were identified by comparison with the corresponding prototype placebo samples using general unknown comparative screening. In addition, the formation of Maillard products by binary mixtures with 13C-labelled sugars was revealed in the sucrose-containing formulation. For the promising hyphenation of the UV detector with the CAD for the simultaneous detection of all UV-active impurities of the cholesterol-lowering drug simvastatin and the only weak chromophore dihydrosimvastatin, the Ph. Eur. method had to be adapted. Besides replacing phosphoric acid with trifluoroacetic acid, the gradient also had to be adjusted and a third critical peak pair was observed. Based on validation experiments (according to the ICH Q2 (R1) guideline), the suitability of the CAD for sensitive detection (LOQ = 0.0175 \% m/m) was proven.  To further investigate the robustness of the adapted method and CAD, a Plackett-Burman design was chosen. None of the factors had a statistically significant effect on the S/N of the CAD in the ranges tested. Regarding the three critical peak pairs, on the other hand, the factors to be controlled were statistically established, so that a targeted correction is possible if the system suitability test is not passed. The idea of employing a hyphenated UV-CAD system was finally applied to the structurally closely related lovastatin and its specified impurity dihydrolovastatin. Here, the CAD showed a significantly better S/N compared to the compendial UV detection at 200 nm. The suitability of CAD for the analysis of non-volatile fatty acids in polysorbate 80 (PS80) as favourable alternative to the Ph. Eur. GC method (no time-consuming, error-prone and toxic derivatisation) has already been demonstrated. The aim of this project was therefore to develop a robust method with a focus on the AQbD principles, which can be used for the analysis of other excipients with similar fatty acid composition. After the definition of the analytical target profile and a risk assessment by means of an Ishikawa diagram, a suitable C18 column and the chromatographic framework conditions (formic acid concentration and initial/final gradient conditions) were selected after only few preliminary runs. The remaining critical method parameters were then investigated with the help of DoE and RSM. Using the obtained model equations, Monte Carlo simulations were performed to create the method operable design region as a region of theoretical robustness. After validation according to ICH Q2 (R1), the fatty acid composition of a magnesium stearate batch was successfully analysed as a further application example in addition to PS80. The CAD was able to prove its potential in all the issues investigated in the context of this doctoral thesis. As a cost-effective alternative compared to MS instruments, it thus closes a gap in the quality assessment of APIs or excipients without a suitable chromophore. The easy method transfer to (HR)MS instruments also allows for a unique degree of sample characterisation through untargeted approaches in case of new impurities. For resource- and time-efficient work, the possibilities and limitations of software tools for method development and data evaluation as well as the application of risk-based approaches such as AQbD should also be considered.},
  subject      = {Carbocistein},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Heinz2023,
  author    = {Heinz, Christine Silvia},
  title     = {Synthesis of Analogues and Hybrid Ligands of Pilocarpine for the Study of Muscarinic Receptor Dynamics},
  doi       = {10.25972/OPUS-28148},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-281486},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) are involved in signal transmission at the synapses of the parasympathetic nervous system. The five subtypes of mAChRs regulate various body functions such as heart function, gland secretion, memory, and learning. For the development of drugs with the least side-effects possible, the molecular causes of subtype selectivity and signalling bias are under investigation. In this context, the study of dualsteric ligands binding simultaneously to the orthosteric and the allosteric binding sites of the receptor is of high interest. To date, dualsteric ligands were synthesised as hybrids of full agonists or superagonists being the orthosteric element, linked to known subtype selective allosteric fragments. In this work, the existing library was expanded to hybrid ligands based on the partial agonist pilocarpine. A suitable linker attachment point to pilocarpine was investigated. For this aim, pilocarpine (2), isopilocarpine (15), pilosinine (16) and desmethyl pilosinine (35) were synthesised as orthosteric ligands and orthosteric fragments for the construction of the hybrid molecules (Figure 42). Pilocarpine was liberated from the commercial hydrochloride or nitrate salt and isopilocarpine was generated by epimerisation of pilocarpine. Pilosinine was synthesised in a Michael addition reaction of a dithiane carrying the imidazole moiety 82 onto the lactone precursor furan-2(5H)-one (83) followed by complete deprotection (Figure 43a).[133] The desmethyl pilosinine (35) was obtained in a newly developed synthetic route based on a Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) reaction to build the methylene bridge between the imidazole aldehyde and the precursor of the lactone moiety 57 (Figure 43b). All four orthosters were converted to the respective dualsteric compounds with a naphmethonium fragment as allosteric moiety. The four orthosteric fragments and the four hybrid molecules with a linker length of six methylene units were tested for their dose dependent G protein recruitment at the receptor subtypes M1-5 using a mini-G nanoBRET assay. The study of the orthosteric ligands revealed that pilocarpine has the highest ability of all four orthosters to induce activity at all receptor subtypes. A change of the cis- to a trans-configuration of the lactone substituents or a complete removal of the ethyl substituent provoked a significant reduction of activity. Removal of the methyl substituent of the imidazole moiety led to improved receptor activation. The efficacies of the hybrid ligands show that the linker attachment at the imidazole moiety of pilocarpine and its analogues does not abolish activity and hybrid formation of isopilocarpine even improved receptor activation. Thus, the linker attachment point seems a valid choice, but linker length might not be optimum. In contrast to the orthosters, the trans-substitution of the lactone was advantageous for receptor activation of the hybrid ligands. The hybrid without a methyl substituent at the imidazole (69) had an increased efficacy. Additionally, the naphmethonium fragment lowered the maximum effect of pilocarpine, whereas the activity of isopilocarpine was increased. The intensity of both effects was influenced by the subtype selectivity produced by naphmethonium leading, in the case of the pilocarpine hybrid, to less decreased responses or, in the case of the isopilocarpine hybrid, to more increased responses at the M2 and M4 receptors. The results generally lead to the assumption that the allosteric moiety strongly influences the binding poses of the hybrid ligands so that the orthosteric fragments do not interact with the binding site in the same way as the orthosters alone. A second project was based on molecular dynamics simulations of the binding pose of pilocarpine,[73] leading to the hypothesis that the partial agonism of pilocarpine results from an equilibrium between an agonistic and an antagonistic binding pose at the orthosteric binding site of the receptor. The ratio of occupancy of both binding poses determines the observed efficacy of pilocarpine. The orthosteric binding site provides more space for the ethyl substituent in the supposed antagonistic pose than in the agonistic binding pose. This hypothesis was tested by the synthesis and pharmacological evaluation of pilocarpine analogues with alkyl substituents of different sizes at the lactone (16, 31a, c, d) (Figure 44). The analogues with larger alkyl residues are expected to shift the equilibrium towards the antagonistic binding pose, the analogues with smaller residues should have the inverse effect. The synthesis of the pilocarpine analogues was first attempted as a mixture of stereoisomers which were supposed to be separated at the end of the synthetic route. The racemic mixture of the thermodynamically more stable trans-isomers of the target compounds was prepared in a one-pot Michael-addition-alkylation reaction of a dithiane imidazole onto furan-2(5H)-one similarly to the synthesis of pilosinine (Figure 45). The resulting enolate was quenched by an iodoalkane to achieve alkylation of the lactone and subsequent complete deprotection yielded the racemic trans-analogues of pilocarpine.[133] After unsuccessful attempts of chiral resolution, the mixture of trans-isomers was converted to a mixture of all four possible diastereomers in a kinetic epimerisation reaction.[95] A separation of the stereoisomers was not possible in this project so only the racemic molecule 16 (pilosinine, R = H) was obtained from this synthetic route. For the selective synthesis of the cis-isomers following a patent from Reimann,[146] both stereocenters of the target molecules were produced in the last synthetic step by a syn-hydrogenation of the α,β-unsaturated precursor (Figure 46). The racemic pilocarpine analogues, except the butyl derivative (31d), were purified by crystallisation as their nitrate salts. This provided the racemic mixtures with less than 8\% of the trans-isomers as impurity. The racemic pilocarpine (2), itself, was obtained with 15\% trans-impurity and was used as reference compound. Additionally, the possibility of chiral resolution by chromatographic methods was demonstrated in the case of the methyl derivative (31a). The pharmacological testing of the desired enantiomer of 31a is in progress.},
  subject      = {Muskarinrezeptor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Scheuplein2023,
  author    = {Scheuplein, Nicolas Julian},
  title     = {Synthesis and Characterization of Antimicrobial Inhibitors of the "Macrophage Infectivity Potentiator" Protein and Fluorescent Probes},
  doi       = {10.25972/OPUS-32189},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-321892},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This dissertation focuses on Mip (macrophage infectivity potentiator protein) inhibitors in response to increasing antibiotic resistance. The study follows an antivirulence approach, which aims to inhibit the non-essential Mip protein without exerting too much selective pressure. Three focus areas were (1) development and synthesis of a fluorescent probe for screening Mip inhibitors via fluorescence polarization; (2) design and synthesis of broad spectrum Mip inhibitors bearing a side chain; and (3) understanding the metabolism of Mip inhibitors and identification of active metabolites. A sub-study addressed the biotinylation of anti-leishmanial compounds from Valeriana wallichii rhizomes, with three tracer molecules synthesized for future pull-down experiments.},
  subject      = {Antibiotikum},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmidt2023,
  author    = {Schmidt, Sebastian},
  title     = {A closer look at long-established drugs: enantioselective protein binding and stability studies},
  doi       = {10.25972/OPUS-34594},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-345945},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The aim of this work was to investigate older, established drugs. The extent of the protein binding of chiral ephedra alkaloids to AGP and of ketamine to albumin was determined. Since enantiomers of these drugs are individual available, the focus was on possible enantioselective binding and structural moieties involved in the binding. Previously published work suggested that ephedrine and pseudoephedrine can bind stereoselectively to proteins other than albumin in serum. For the determination of the extent of protein binding, the established ultrafiltration with subsequent chiral CE analysis was used. To determine the influence of basicity on binding, the drugs methylephedrine and norephedrine were also analyzed. Drug binding to AGP increased with increasing basicity as follows: norephedrine < methylephedrine < ephedrine < pseudoephedrine. pKaff was determined both graphically using the Klotz plot and mathematical indicating a low affinity of the ephedra alkaloids to AGP. Using STD-NMR spectroscopy experiments the aromatic protons and the C-CH3 side chain were shown to be most strongly involved in binding, which could be confirmed by molecular docking experiments in more detail. For all drugs, van der Waals-, π π , cationic interactions, hydrogen bonds, and a formation of a salt bridge were observed. The individual enantiomers showed no significant differences and thus the binding of ephedra alkaloids to AGP is not significant. In contrast to the ephedra alkaloids, the possible enantioselective binding to albumin was investigated for R and S ketamine. Again, ultrafiltration followed by CE analysis was performed. The binding of ketamine to one main binding site could be identified. A non-linear fit was used for the determination of pKaff. Using the NMR methods STD-NMR, waterLOGSY-NMR, and CPMG-NMRspectroscopy: the aromatic protons as well as the protons of the NCH3 methyl group showed the largest signal intensity changes, while the cyclohexanone protons showed the smallest changes. pKaff was also determined by the change in the chemical shift at different drug-protein ratios. These obtained values confirm the values obtained from ultrafiltration. Based on this, ketamine is classified as a low-affinity ligand to albumin. There were no significant differences between the individual enantiomers and thus the binding of ketamine to albumin is not a stereoselective process. Using statistical design of experiments an efficient chiral CE method for determining the extent of protein binding of R and S ketamine to albumin was developed and validated according to ICH Q2 (R1) guideline. The stability of ketamine was also investigated because a yellowish discoloration of an aqueous solution of ketamine developed under heat. XRPD investigations showed the same crystal structure for all batches examined. An untargeted screening using LC HRMS as well as LC UV measurements showed no degradation of ketamine or the presence of impurities in stress and non-stressed ketamine solutions, confirming the stability of ketamine under the stress conditions investigated. The lower the quality of the water used in the stress tests, the more intense the yellow discoloration occurred. The impurity or the mechanism that causes the yellow discoloration could not be identified.},
  subject      = {Proteinbindung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Weinmann2023,
  author    = {Weinmann, Joshua},
  title     = {Chemical Modifications of Quinolone Amides Against African Trypanosomiasis: Balancing Solubility, Bioactivity, and Cytotoxicity},
  doi       = {10.25972/OPUS-29659},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-296599},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The human African trypanosomiasis is a neglected tropical disease, which is caused by the protozoan Trypanosoma brucei and transmitted by the bite of the tsetse fly. An untreated infection leads to death. However, only a few drugs with significant drawbacks are currently available for treatment. In this thesis, quinolone amides with an antitrypanosomal activity were synthesized and their biological and physicochemical properties were measured. New structure-activity relationships and a promising lead structure were discovered.},
  subject      = {Trypanosomiase},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schlauersbach2023,
  author    = {Schlauersbach, Jonas},
  title     = {The bile-drug-excipient interplay},
  doi       = {10.25972/OPUS-29653},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-296537},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The bile system in vertebrates is an evolutionary conserved endogenous solubilization system for hydrophobic fats and poorly water-soluble vitamins. Bile pours out from the gallbladder through the common bile duct into the duodenum triggered by cholecystokinin. Cholecystokinin is released from enteroendocrine cells after food intake. The small intestine is also the absorption site of many orally administered drugs. Most emerging drug candidates belong to the class of poorly water-soluble drugs (PWSDs). Like hydrophobic vitamins, these PWSDs might as well be solubilized by bile. Therefore, this natural system is of high interest for drug formulation strategies. Simulated intestinal fluids containing bile salts (e.g., taurocholate TC) and phospholipids (e.g., lecithin L) have been widely applied over the last decade to approximate the behavior of PWSDs in the intestine. Solubilization by bile can enhance the oral absorption of PWSDs being at least in part responsible for the positive "food effect". The dissolution rate of PWSDs can be also enhanced by the presence of bile. Furthermore, some PWSDs profit from supersaturation stabilization by bile salts. Some excipients solubilizing PWSDs seemed to be promising candidates for drug formulation when investigated in vitro without bile. When tested in vivo, these excipients reduced the bioavailability of drugs. However, these observations have been hardly examined on a molecular level and general links between bile interaction in vitro and bioavailability are still missing. This thesis investigated the interplay of bile, PWSDs, and excipients on a molecular level, providing formulation scientists a blueprint for rational formulation design taking bile/PWSD/excipient/ interaction into account. The first chapter focus on an in silico 1H nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy-based algorithm for bile/drug interaction prediction. Chapter II to IV report the impact of excipients on bioavailability of PWSDs interacting with bile. At last, we summarized helpful in vitro methods for drug formulation excipient choice harnessing biopharmaceutic solubilization in chapter V. Chapter I applies 1H NMR studies with bile and drugs on a large scale for quantitative structure-property relationship analysis. 141 drugs were tested in simulated intestinal media by 1H NMR. Drug aryl-proton signal shifts were correlated to in silico calculated molecular 2D descriptors. The probability of a drug interacting with bile was dependent on its polarizability and lipophilicity, whereas interaction with lipids in simulated intestinal media components was dependent on molecular symmetry, lipophilicity, hydrogen bond acceptor capability, and aromaticity. The probability of a drug to interact with bile was predictive for a positive food effect. This algorithm might help in the future to identify a bile and lipid interacting drug a priori. Chapter II investigates the impact of excipients on bile and free drug fraction. Three different interaction patterns for excipients were observed. The first pattern defined excipients that interacted with bile and irreversibly bound bile. Therefore, the free drug fraction of bile interacting drugs increased. The second pattern categorized excipients that formed new colloidal entities with bile which had a high affinity to bile interacting drugs. These colloids trapped the drug and decreased the free drug fraction. The last excipient pattern described excipients that formed supramolecular structures in coexistence with bile and had no impact on the free drug fraction. These effects were only observed for drugs interacting with bile (Perphenazine and Imatinib). Metoprolol's free drug fraction, a compound not interacting with bile, was unaffected by bile or bile/excipient interaction. We hypothesized that bile/excipient interactions may reduce the bioavailability of bile interacting drugs. Chapter III addresses the hypothesis from chapter II. A pharmacokinetic study in rats revealed that the absorption of Perphenazine was reduced by bile interacting excipients due to bile/excipient interaction. The simultaneous administration of excipient patterns I and II did not further reduce or enhance Perphenazine absorption. Conversely, the absorption of Metoprolol was not impacted by excipients. This reinforced the hypothesis, that drugs interacting with bile should not be formulated with excipients also interacting with bile. Chapter IV further elaborates which in vitro methods using simulated intestinal fluids are predictive for a drug's pharmacokinetic profile. The PWSD Naporafenib was analyzed in vitro with simulated intestinal fluids and in presence of excipients regarding solubility, supersaturation, and free drug fraction. Naporafenib showed a strong interaction with TC/L from simulated bile. Assays with TC/L, but not without identified one excipient as possibly bioavailability reducing, one as supersaturation destabilizing, and the last as bile not interacting and supersaturation stabilizing excipient. A pharmacokinetic study in beagle dogs outlined and confirmed the in vitro predictions. The Appendix summarizes in vivo predictive methods as presented in chapter I to IV and rationalizes experimental design paving the way towards a biopharmaceutic excipient screening. The first presented preliminary decision tree is transformed into a step-by-step instruction. The presented decision matrix might serve as a blueprint for processes in early phase drug formulation development. In summary, this thesis describes how a drug can be defined as bile interacting or non-interacting and gives a guide as well how to rate the impact of excipients on bile. We showed in two in vivo studies that bile/excipient interaction reduced the bioavailability of bile interacting drugs, while bile non-interacting drugs were not affected. We pointed out that the bile solubilization system must be incorporated during drug formulation design. Simulated gastrointestinal fluids offer a well-established platform studying the fate of drugs and excipients in vivo. Therefore, rational implementation of biopharmaceutic drug and excipient screening steers towards efficacy of oral PWSD formulation design.},
  subject      = {Solubilisation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Masota2023,
  author    = {Masota, Nelson Enos},
  title     = {The Search for Novel Effective Agents Against Multidrug-Resistant Enterobacteriaceae},
  doi       = {10.25972/OPUS-30263},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-302632},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This thesis aimed at searching for new effective agents against Multidrug-Resistant Enterobacteriaceae. This is necessitated by the urgent need for new and innovative antibacterial agents addressing the critical priority pathogens prescribed by the World Health Organization (WHO). Among the available means for antibiotics discovery and development, nature has long remained a proven, innovative, and highly reliable gateway to successful antibacterial agents. Nevertheless, numerous challenges surrounding this valuable source of antibiotics among other drugs are limiting the complete realization of its potential. These include the availability of good quality data on the highly potential natural sources, limitations in methods to prepare and screen crude extracts, bottlenecks in reproducing biological potentials observed in natural sources, as well as hurdles in isolation, purification, and characterization of natural compounds with diverse structural complexities. Through an extensive review of the literature, it was possible to prepare libraries of plant species and phytochemicals with reported high potentials against Escherichia coli and Klebsiella pneumnoniae. The libraries were profiled to highlight the existing patterns and relationships between the reported antibacterial activities and studied plants' families and parts, the type of the extracting solvent, as well as phytochemicals' classes, drug-likeness and selected parameters for enhanced accumulation within the Gram-negative bacteria. In addition, motivations, objectives, the role of traditional practices and other crucial experimental aspects in the screening of plant extracts for antibacterial activities were identified and discussed. Based on the implemented strict inclusion criteria, the created libraries grant speedy access to well-evaluated plant species and phytochemicals with potential antibacterial activities. This way, further studies in yet unexplored directions can be pursued from the indicated or related species and compounds. Moreover, the availability of compound libraries focusing on related bacterial species serves a great role in the ongoing efforts to develop the rules of antibiotics penetrability and accumulation, particularly among Gram-negative bacteria. Here, in addition to hunting for potential scaffolds from such libraries, detailed evaluations of large pool compounds with related antibacterial potential can grant a better understanding of structural features crucial for their penetration and accumulation. Based on the scarcity of compounds with broad structural diversity and activity against Gram-negative bacteria, the creation and updating of such libraries remain a laborious but important undertaking. A Pressurized Microwave Assisted Extraction (PMAE) method over a short duration and low-temperature conditions was developed and compared to the conventional cold maceration over a prolonged duration. This method aimed at addressing the key challenges associated with conventional extraction methods which require long extraction durations, and use more energy and solvents, in addition to larger quantities of plant materials. Furthermore, the method was intended to replace the common use of high temperatures in most of the current MAE applications. Interestingly, the yields of 16 of 18 plant samples under PMAE over 30 minutes were found to be within 91-139\% of those obtained from the 24h extraction by maceration. Additionally, different levels of selectivity were observed upon an analytical comparison of the extracts obtained from the two methods. Although each method indicated selective extraction of higher quantities or additional types of certain phytochemicals, a slightly larger number of additional compounds were observed under maceration. The use of this method allows efficient extraction of a large number of samples while sparing heat-sensitive compounds and minimizing chances for cross-reactions between phytochemicals. Moreover, findings from another investigation highlighted the low likelihood of reproducing antibacterial activities previously reported among various plant species, identified the key drivers of poor reproducibility, and proposed possible measures to mitigate the challenge. The majority of extracts showed no activities up to the highest tested concentration of 1024 µg/mL. In the case of identical plant species, some activities were observed only in 15\% of the extracts, in which the Minimum Inhibitory Concentrations (MICs) were 4 - 16-fold higher than those in previous reports. Evaluation of related plant species indicated better outcomes, whereby about 18\% of the extracts showed activities in a range of 128-512 μg/mL, some of the activities being superior to those previously reported in related species. Furthermore, solubilizing plant crude extracts during the preparation of test solutions for Antibacterial Susceptibility Testing (AST) assays was outlined as a key challenge. In trying to address this challenge, some studies have used bacteria-toxic solvents or generally unacceptable concentrations of common solubilizing agents. Both approaches are liable to give false positive results. In line with this challenge, this study has underscored the suitability of acetone in the solubilization of crude plant extracts. Using acetone, better solubility profiles of crude plant extracts were observed compared to dimethyl sulfoxide (DMSO) at up to 10 \%v/v. Based on lacking toxicity against many bacteria species at up to 25 \%v/v, its use in the solubilization of poorly water-soluble extracts, particularly those from less polar solvents is advocated. In a subsequent study, four galloylglucoses were isolated from the leaves of Paeonia officinalis L., whereby the isolation of three of them from this source was reported for the first time. The isolation and characterization of these compounds were driven by the crucial need to continually fill the pre-clinical antibiotics pipeline using all available means. Application of the bioautography-guided isolation and a matrix of extractive, chromatographic, spectroscopic, and spectrometric techniques enabled the isolation of the compounds at high purity levels and the ascertainment of their chemical structures. Further, the compounds exhibited the Minimum Inhibitory Concentrations (MIC) in a range of 2-256 µg/mL against Multidrug-Resistant (MDR) strains of E. coli and K. pneumonia exhibiting diverse MDR phenotypes. In that, the antibacterial activities of three of the isolated compounds were reported for the first time. The observed in vitro activities of the compounds resonated with their in vivo potentials as determined using the Galleria mellonella larvae model. Additionally, the susceptibility of the MDR bacteria to the galloylglucoses was noted to vary depending on the nature of the resistance enzymes expressed by the MDR bacteria. In that, the bacteria expressing enzymes with higher content of aromatic amino acids and zero or positive net charges were generally more susceptible. Following these findings, a plausible hypothesis for the observed patterns was put forward. The generally challenging pharmacokinetic properties of galloylglucoses limit their further development into therapeutic agents. However, the compounds can replace or reduce the use of antibiotics in livestock keeping as well as in the treatment of septic wounds and topical or oral cavity infections, among other potential uses. Using nature-inspired approaches, a series of glucovanillin derivatives were prepared following feasible synthetic pathways which in most cases ensured good yields and high purity levels. Some of the prepared compounds showed MIC values in a range of 128 - 512 μg/mL against susceptible and MDR strains of Klebsiella pneumoniae, Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Vancomycin-Resistant Enterococcus faecium (VRE). These findings emphasize the previously reported essence of small molecular size, the presence of protonatable amino groups and halogen atoms, as well as an amphiphilic character, as crucial features for potential antibacterial agents. Due to the experienced limited success in the search for new antibacterial agents using purely synthetic means, pursuing semi-synthetic approaches as employed in this study are highly encouraged. This way, it is possible to explore broader chemical spaces around natural scaffolds while addressing their inherent limitations such as solubility, toxicity, and poor pharmacokinetic profiles.},
  subject      = {Enterobacteriaceae},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Triyasmono2024,
  author    = {Triyasmono, Liling},
  title     = {Development and Application of Quantitative \(^1\)H NMR Spectroscopy and Chemometrics for Quality Determination of Red Fruit (\(Pandanus\) \(conoideus\), Lam.) Oil},
  doi       = {10.25972/OPUS-30272},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-302726},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {In this thesis, a new approach of a qNMR method has been investigated to demonstrate the reliability and importance of this method as an alternative solution for analyzing oil quality parameters, especially in RFO, which has particular characteristics (red color). This study also includes the chemometric evaluation of spectral data for authentication, visual grouping, and prediction of RFO quality based on the degree of unsaturation, FFA value, and unsaturated fatty acid content. The analytical measurement procedure of NMR spectroscopy begins with optimization of the analytical acquisition parameters, including effect of solvent, effect of sample concentration, selection of appropriate internal standards, determination of T1, and method validation. Furthermore, the results of the method development were interpreted to RFO samples evaluation, which began with determining the assignment of signal spectra for the determination of AV, SV, EV, and IV simultaneously with: the hydrolysis approach and standard addition of palmitic acid.},
  subject      = {NMR-Spektroskopie},
  language  = {en}
}