@unpublished{WohlgemuthMitric2020,
  author    = {Wohlgemuth, Matthias and Mitric, Roland},
  title     = {Excitation energy transport in DNA modelled by multi-chromophoric field-induced surface hopping},
  series = {Physical Chemistry Chemical Physics},
  journal   = {Physical Chemistry Chemical Physics},
  edition   = {submitted version},
  doi       = {10.1039/D0CP02255A},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-209467},
  year      = {2020},
  abstract  = {Absorption of ultraviolet light is known as a major source of carcinogenic mutations of DNA. The underlying processes of excitation energy dissipation are yet not fully understood. In this work we provide a new and generally applicable route for studying the excitation energy transport in multi-chromophoric complexes at an atomistic level. The surface-hopping approach in the frame of the extended Frenkel exciton model combined with QM/MM techniques allowed us to simulate the photodynamics of the alternating (dAdT)10 : (dAdT)10 double-stranded DNA. In accordance with recent experiments, we find that the excited state decay is multiexponential, involving a long and a short component which are due to two distinct mechanisms: formation of long-lived delocalized excitonic and charge transfer states vs. ultrafast decaying localized states resembling those of the bare nucleobases. Our simulations explain all stages of the ultrafast photodynamics including initial photoexcitation, dynamical evolution out of the Franck-Condon region, excimer formation and nonradiative relaxation to the ground state.},
  language  = {en}
}
@article{DaryaeeChangSchiebeletal.2016,
  author    = {Daryaee, Fereidoon and Chang, Andrew and Schiebel, Johannes and Lu, Yang and Zhang, Zhuo and Kapilashrami, Kanishk and Walker, Stephen G. and Kisker, Caroline and Sotriffer, Christoph A. and Fisher, Stewart L. and Tonge, Peter J.},
  title     = {Correlating drug-target kinetics and in vivo pharmacodynamics: long residence time inhibitors of the FabI enoyl-ACP reductase},
  series = {Chemical Science},
  volume    = {7},
  journal   = {Chemical Science},
  number    = {9},
  doi       = {10.1039/c6sc01000h},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191218},
  pages     = {5945-5954},
  year      = {2016},
  abstract  = {Drug-target kinetics enable time-dependent changes in target engagement to be quantified as a function of drug concentration. When coupled to drug pharmacokinetics (PK), drug-target kinetics can thus be used to predict in vivo pharmacodynamics (PD). Previously we described a mechanistic PK/PD model that successfully predicted the antibacterial activity of an LpxC inhibitor in a model of Pseudomonas aeruginosa infection. In the present work we demonstrate that the same approach can be used to predict the in vivo activity of an enoyl-ACP reductase (FabI) inhibitor in a model of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) infection. This is significant because the LpxC inhibitors are cidal, whereas the FabI inhibitors are static. In addition P. aeruginosa is a Gram-negative organism whereas MRSA is Gram-positive. Thus this study supports the general applicability of our modeling approach across antibacterial space.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{MeiningergebChrist2018,
  author    = {Meininger [geb. Christ], Susanne},
  title     = {Processing of calcium and magnesium phosphate cements for bone substitution},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-169126},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The main focus of this thesis was the processing of different calcium and magnesium phosphate cements together with an optimization of mechanical and biological properties. Therefore, different manufacturing techniques like 3D powder printing and centrifugally casting were employed for the fabrication of reinforced or biomedically improved implants. One of the main problems during 3D powder printing is the low green strength of many materials, especially when they are only physically bonded and do not undergo a setting reaction. Such materials need post-treatments like sintering to exhibit their full mechanical performance. However, the green bodies have to be removed from the printer requiring a certain stability. With the help of fiber reinforcement, the green strength of printed gypsum samples could be increased by the addition of polymeric and glass fibers within the printing process. The results showed that fiber reinforcement during 3D powder printing is possible and opens up diverse opportunities to enhance the damage tolerance of green bodies as well as directly printed samples. The transfer to biomedically relevant materials like calcium and magnesium phosphate cements and biocompatible fibers would be the next step towards reinforced patient-specific implants. In a second approach, centrifugally casting derived from construction industries was established for the fabrication of hollow bioceramic cylinders. The aim was the replacement of the diaphysis of long bones, which exhibit a tubular structure with a high density of cortical bone on the fringe. By centrifugation, cement slurries with and without additives could be fabricated to tubes. As a first establishment, the processing parameters regarding the material (e.g. cement composition) as well as the set-up (e.g. rotation times) had to be optimized for each system. In respect of mechanics, such tubes can keep up with 3D powder printed tubes, although the mechanical performance of 3D printed tubes is strongly dependent on printing directions. Additionally, some material compositions like dual setting systems cannot be fabricated by 3D powder printing. Therefore, a transfer of such techniques to centrifugally casting enabled the fabrication of tubular structures with an extremely high damage tolerance due to high deformation ability. A similar effect was achieved by fiber (mesh) addition, as already shown for 3D powder printing. Another possibility of centrifugally casting is the combination of different materials resulting in graded structures to adjust implant degradation or bone formation. This became especially apparent for the incorporation of the antibiotic vancomycin, which is used for the treatment of bacterial implant infections. A long-term release could be achieved by the entrapment of the drug between magnesium phosphate cement layers. Therefore, the release of the drug could be regulated by the degradation of the outer shell, which supports the release into an acidic bacterial environment. The centrifugally casting technique exhibited to be a versatile tool for numerous materials and applications including the fabrication of non-centrosymmetric patient-specific implants for the reconstruction of human long bones. The third project aimed to manufacture strontium-substituted magnesium phosphate implants with improved biological behavior by 3D powder printing. As the promoting effect of strontium on bone formation and the inhibitory impact on bone resorption is already well investigated, the incorporation of strontium into a degradable magnesium phosphate cement promised a fast integration and replacement of the implant. Porous structures were obtained with a high pore interconnectivity that is favorable for cell invasion and bone ingrowth. Despite the porosity, the mechanical performance was comparable to pure magnesium phosphate cement with a high reliability of the printed samples as quantitatively determined by Weibull statistics. However, the biological testing was impeded by the high degradation rate and the relating ion release. The high release of phosphate ions into surrounding media and the detachment of cement particles from the surface inhibited osteoblast growth and activity. To distinguish those two effects, a direct and indirect cell seeding is always required for degradable materials. Furthermore, the high phosphate release compared to the strontium release has to be managed during degradation such that the adverse effect of phosphate ions does not overwhelm the bone promoting effect of the strontium ions. The manufacturing techniques presented in this thesis together with the material property improvement offer a diverse tool box for the fabrication of patient-specific implants. This includes not just the individual implant shape but also the application like bone growth promotion, damage tolerance and local drug delivery. Therefore, this can act as the basis for further research on specific medical indications.},
  subject      = {Calciumphosphate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Belka2020,
  author    = {Belka, Janina},
  title     = {Biomaterialien auf der Basis von Terpyridin-koordinierten Metallionen},
  doi       = {10.25972/OPUS-21065},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-210659},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Metallkomplexverbindungen auf der Basis von monotopen und ditopen Terpyridin-Liganden auf Zellen behandelt. Es k{\"o}nnen mehrere M{\"o}glichkeiten aufgezeigt werden, wie MEPE als kontrollierte Freisetzungssysteme f{\"u}r Zel-lanwendungen eingesetzt werden k{\"o}nnen. Es werden 2D-Beschichtungen, 3D-Knochenzemente und Terpyridin funktionalisierte Alginate hergestellt. Es ist m{\"o}glich, definier-te, homogene Fe-MEPE Schichten auf Borosilikatglas mithilfe der Layer by Layer Technik und mittels Tauschbeschichtung abzuscheiden. Um die Oberfl{\"a}che und somit die Freisetzung von Metallionen zu erh{\"o}hen, werden zus{\"a}tzlich por{\"o}se SiO2-Schichten hergestellt, welche mit Fe-MEPE infiltriert werden. Um die Anwendbarkeit von Metallkomplexverbindungen auf der Basis von monotopen und ditopen Terpyridin-Liganden als Knochenersatzmaterial zu testen werden Hydroxylapatit Knochenzemente synthetisiert. Ziel ist eine retardierende Freisetzung der Metallionen ohne Burst Effekt und ohne den Verlust der Druckstabilit{\"a}ten der HA Zemen-te. Die Funktionalisierung von Alginat mit 1-Amino-5-(2,2ʹ:6ʹ,2ʹʹ-terpyrid-4ʹ-yl-oxy)pentan resultiert in Hydrogelen, welche ein anderes Gelierverhalten als das unfunktionalisierte Alginat zeigen. Zudem ist es m{\"o}glich mit Fe(II)- /Ca(II)-Salzmischungen Hydrogele auszubilden. Die funktionalisierten Alginate sind zudem bioaktiv. Zum grundlegenden Verst{\"a}ndnis der MEPE Zell Wechselwirkung werden zun{\"a}chst Zytotoxo-zit{\"a}tsuntersuchungen mittels WST-1 Test von L929 und C2C12-Zellen mit w{\"a}ssrigen M(II)MEPE L{\"o}sungen (Metallionen M= Fe(II), Co(II), Ni(II), Zn(II)) in einem Konzentrationsbe-reich von 1,56x10-11 bis 1,6x10-5 mol L-1 durchgef{\"u}hrt. Fe-MEPE zeigt im betrachteten Kon-zentrationsbereich keine zytotoxischen Eigenschaften auf die eingesetzte Fibroblastenzelllinie. Bei Konzentrationen {\"u}ber 1x10-6 mol L-1 Fe-MEPE sinkt die Mitochondrienaktivit{\"a}t der C2C12-Zellen auf 40\%. Dagegen wirken Co- und Zn-MEPE ab einer Konzentration von 1x10-7 mol L-1 stark zytotoxisch auf L929 und C2C12-Zellen. Um selektiv die Differenzierung von C2C12, MG63, humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) und humanen Endothelzellen anzuregen, werden die Zellen auf den hergestellten 2D Beschichtungen ausges{\"a}t. Es kann gezeigt werden, dass Fe-MEPE die Proliferation zu-gunsten der Stoffwechselaktivit{\"a}t von C2C12, MG63-Zellen und hMSCs hemmt. Bei weiterer Betrachtung der spezifischen myogenen Differenzierungsmarker der C2C12-Zellen bzw. der spezifischen Gene der osteogenen Differenzierung (Osteocalcin und ALP) mithilfe qRT-PCR k{\"o}nnen erhebliche Stimulierungen auf der mRNA Basis detektiert werden. Auch auf enzymatischer Ebene zeigen Fe-MEPE modifizierte Oberfl{\"a}chen einen stimulierenden Effekt auf die Aktivit{\"a}t der alkalischen Phosphatase der MG63 Zelllinie und humaner mesenchyma-ler Stammzellen. Somit kann eine Stimulierung der myogenen Differenzierung von C2C12-Zellen, sowie oste-ogenen Differenzierung von MG63-Zellen und hMSCs mittels Fe-MEPE beschichteten Ober-fl{\"a}chen innerhalb von drei Tagen nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Fe-MEPE funktionalisierte Oberfl{\"a}chen als innovative Scaffolds f{\"u}r die Behandlung von Kno-chendefekten eingesetzt werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Biologisches Material},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bittner2017,
  author    = {Bittner, Andreas},
  title     = {Innovative Materialkonzepte f{\"u}r elektrochemische Energiespeicher},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152300},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Beschichtungstyp f{\"u}r die Elektrodenmaterialien von Lithium-Ionen-Akkumulatoren entwickelt und charakterisiert. Dieser besteht aus einem speziellen anorganisch-organischen Hybridpolymer, das sich bez{\"u}glich seiner Zusammensetzung und Funktion gegen{\"u}ber bestehenden Beschichtungsmaterialien abhebt. Das anorganisch-organische Netzwerk des Hybridpolymers konnte mittels Feststoff-NMR-Messungen vollst{\"a}ndig aufgekl{\"a}rt werden. Dabei zeigte sich ein stabiles anorganisches Ger{\"u}st aus hoch vernetzten Polysiloxan-Einheiten. Zus{\"a}tzliche organische Modifizierungen liegen als lange bewegliche Ketten mit funktionellen Polyethylenoxid-Einheiten vor oder sind in Form von Polyethern und Diolen vernetzt. Mit dieser speziellen Netzwerkstruktur ist es m{\"o}glich, Materialeigenschaften zu erzeugen, die {\"u}ber solche von rein anorganischen und rein organischen Beschichtungen hinausgehen. Zu den mit verschiedenen Methoden nachgewiesenen Eigenschaften z{\"a}hlen eine hohe ionische Leitf{\"a}higkeit von 10\(^{-4}\) S/cm, eine hohe Elastizit{\"a}t mit E = 63 kPa, eine hohe elektrochemische Stabilit{\"a}t bis 5,0 V vs. Li/Li\(^+\) und eine hohe thermische Stabilit{\"a}t. Eine weitere Besonderheit des neuen Beschichtungsmaterials ist die mehrstufige Vernetzung der anf{\"a}nglichen Prekursoren zu einem Hybridpolymer-Sol und dem abschließenden Hybridpolymer-Gel. Die im Beschichtungssol vorliegende Teilvernetzung der Vorstufen konnte detailliert mittels Fl{\"u}ssig-NMR-Messungen untersucht und beschrieben werden. Aus den Messungen ließ sich folgern, dass die organisch und anorganisch vernetzbaren Gruppen im Sol teilweise vernetzt vorliegen. Die sterisch erreichbaren Si-OR-Gruppen der so entstandenen Oligomere sind vorwiegend nicht hydrolysiert, wodurch deren anorganische Anbindung an die OH-Gruppen der Partikeloberfl{\"a}chen kinetisch bevorzugt ist. Damit lassen sich besonders homogene und vollst{\"a}ndig bedeckende Beschichtungen der Elektrodenmaterialien erzeugen. Dies konnte mit verschiedenen physikalischen und chemischen Methoden nachgewiesen werden: simulationsgest{\"u}tzte R{\"u}ckstreuanalysen mittels REM, hochaufgel{\"o}ste TEM-Aufnahmen sowie Elementanalysen durch EDX und XPS. Nach der Optimierung des nasschemischen Beschichtungsprozesses {\"u}ber Rotationsverdampfen ergaben sich f{\"u}r die verschiedenen Elektrodenmaterialien Li\(_4\)Ti\(_5\)O\(_{12}\), Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) und Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) jeweils etwa 20 nm dicke Beschichtungen mit Hybridpolymer. Die Frage nach deren L{\"o}sungsmittelbest{\"a}ndigkeit konnte durch die Analyse von behandelten Proben mit TG, REM, XPS und ICP-OES aufgekl{\"a}rt werden. Dabei zeigte sich sowohl f{\"u}r die Behandlung mit NMP, dem klassischen L{\"o}sungsmittel bei der Elektrodenfertigung mit PVDF-Binder, als auch f{\"u}r die Behandlung mit dessen umweltschonenderem Ersatzstoff Aceton eine gute Best{\"a}ndigkeit der Beschichtung. Die Beschichtung l{\"o}ste sich in den L{\"o}sungsmitteln an, blieb allerdings als geschlossene nanoskalige Beschichtung erhalten. Lediglich gegen{\"u}ber dem L{\"o}sungsmittel H\(_2\)O, das in Kombination mit dem neuen Binder CMC eingesetzt wird, wurde eine mangelnde Schichtstabilit{\"a}t deutlich. Das daf{\"u}r verantwortliche Quellverhalten der Beschichtung konnte mittels D{\"u}nnschicht-Modellsystem und daran durchgef{\"u}hrten REM-, IR- und EPA-Untersuchungen aufgekl{\"a}rt werden. Die Optimierung des Hybridpolymer-Materials bez{\"u}glich einer besseren H\(_2\)O-Best{\"a}ndigkeit {\"u}bersteigt den Rahmen dieser Arbeit und liefert die Grundlage f{\"u}r weitere k{\"u}nftige Forschungsarbeiten. Aufgrund der vollst{\"a}ndigen Bedeckung der neuen Beschichtung, ihrer besonderen Eigenschaften und ihrer Best{\"a}ndigkeit bei der klassischen Elektrodenfertigung ist es m{\"o}glich, die Elektrodenmaterialien grundlegend hinsichtlich ihrer wichtigsten Eigenschaften zu verbessern. Hierf{\"u}r wurden sowohl {\"u}ber die NMP- als auch {\"u}ber die Aceton-Route Elektroden gefertigt und zu Halbzellen und Vollzellen verarbeitet. Die REM-Analyse der Elektroden zeigte, dass die Partikelbeschichtungen keinen negativen Einfluss auf die Homogenit{\"a}t und Morphologie der Elektroden aus{\"u}ben. Damit war es m{\"o}glich, jeweils einen direkten Vergleich von beschichteten und unbeschichteten Materialien hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performance anzustellen. F{\"u}r die Kathodenmaterialien Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) und Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) ergaben die Zyklenfestigkeits- und Impedanzmessungen klare Verbesserungen durch die Beschichtung. Verbunden mit einer Verbesserung der Energiedichte erh{\"o}hte sich bei beiden Materialien die Zyklenfestigkeit um mehr als 60 \%. Bei Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) zeigt sich die Verbesserung in einer erh{\"o}hten Zellspannung durch das vergleichsweise hohe Redoxpotential des Materials von etwa 4,7 V vs. Li/Li\(^+\), w{\"a}hrend sich bei Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) die Hochvoltf{\"a}higkeit des Materials verbessert, was mit einer vergr{\"o}ßerten Speicherkapazit{\"a}t verbunden ist. Dabei ist herauszustellen, dass f{\"u}r keines der Materialien ein negativer Einfluss der d{\"u}nnen Beschichtung auf die Leistungsdichte festgestellt werden konnte. Der erwartete Mechanismus f{\"u}r die verbesserte Elektrodenfunktion durch das Hybridpolymer ist die Bildung einer physikalischen Schutzschicht in Form einer Li\(^+\)-leitf{\"a}higen Membran. Diese umgibt das Elektrodenmaterial vollst{\"a}ndig, erm{\"o}glicht die Ladungstr{\"a}gerinterkalation und sch{\"u}tzt die Elektrode gleichzeitig vor irreversiblen Reaktionen mit dem Elektrolyten. Damit verbunden ist eine verminderte Mn-Ausl{\"o}sung und eine verminderte Entwicklung von isolierenden Deckschichten aus Reaktionsprodukten wie LiF, Li\(_2\)O, Li\(_2\)CO\(_3\), was sich positiv auf die Alterung der Batteriezellen auswirkt. Die Funktion der Beschichtung wurde prim{\"a}r auf den Kathodenmaterialien demonstriert. Doch auch auf der Anodenseite wurde ihre Anwendungstauglichkeit aufgezeigt, was das große Potential der Beschichtung f{\"u}r eine breite Anwendung in Lithium-Ionen-Batterien verdeutlicht.},
  subject      = {Lithium-Ionen-Akkumulator},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Spielmann2018,
  author    = {Spielmann, Benjamin},
  title     = {Identifizierung von Einflussfaktoren auf DNA-Sch{\"a}den in weiblichem Brustgewebe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-156159},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Spontanmutationen spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Brustkrebs. Daher war das Ziel dieser Arbeit, Einflussfaktoren auf Mutationen in weiblichem Brustgewebe zu identifizieren. Daf{\"u}r wurden zun{\"a}chst von 50 gesunden Frauen, die sich aus kosmetischen Gr{\"u}nden einer Mammareduktion unterzogen hatten, Brustgewebsproben akquiriert. Ein Teil der Spenderinnen nahm im Vorfeld der Operation an einer Isoflavon-Intervention teil. Das Gewebe wurde optisch in Fett- und Dr{\"u}sengewebe separiert. Als potentielle Variablen, die die Mutationsfrequenz beeinflussen k{\"o}nnten, wurden am Lehrstuhl der lobule type, Estrogen- und Estrogenmetabolitspiegel und Tran-skriptspiegel von Genen, die f{\"u}r am Estrogen-Metabolismus beteiligte Enzyme, Transkriptonsfaktoren und Rezeptoren kodieren, im Gewebe der Probandinnen be-stimmt. Des Weiteren wurden am Lehrstuhl Oxycholesterolspiegel im Fettgewebe und am Max-Rubner-Institut in Karlsruhe Isoflavonspiegel im Dr{\"u}sengewebe der Probandinnen bestimmt. Zun{\"a}chst wurde der Umfang an genotoxischem Stress auf mitochondrialer Ebene ermittelt. Daf{\"u}r wurde der Random Mutation Capture Assay als genotypselektive Me-thode, die sensitiv genug zur Bestimmung der mitochondrialen Spontanmutations-frequenz ist, ausgew{\"a}hlt. Die erforderlichen Primer wurden f{\"u}r das Cytochrom-B-Gen designt. Nach Optimierung der Reaktion zur Kopienzahlbestimmung wurde ein linearer und varianzenhomogener Kalibrierbereich festgelegt. Die Standard-Wiederfindungsrate lag, je nach Bereich der Kalibrierung, bei 99 bis 102\% mit einer Schwankung von 2 bis 10\%. Bei Realproben lag das 10.-90. Perzentil der Stan-dardaddition-Wiederfindungsrate zwischen 62 und 117\%. Das 90. Perzentil der Standardabweichung der Wiederfindungsrate lag bei 33\% und das der Stan-dardabweichung der Kopienzahl der Proben bei 12\%. Um eine m{\"o}glichst hohe Sensitivit{\"a}t der Mutantenzahlbestimmungs-PCR zu erreichen, wurde die Reaktion ebenfalls optimiert. Bei Mutationsstandard-Wiederfindungsexperimenten wurden in 91 bis 95 Reaktionen im Mittel 11,0±1,7 PCR-Produkte detektiert, wobei kein statis-tisch signifikanter Unterschied zu den 13,6 erwarteten PCR-Produkten bestand. Die Spontanmutationsfrequenz in mitochondrialer DNA eines vor der DNA-Isolation aufgeteilten Brustdr{\"u}sengewebsaliqouts lag bei 1, 2 und 6*10-5 bp 1. Zwischen den Spontanmutationsfrequenzen im Fett- und im Dr{\"u}sengewebe bestand sowohl indi-viduell bei allen getesten Proben, als auch interindividuell, statistisch kein signifi-kanter Unterschied. Ebenso unterschieden sich die mittels Sanger-Sequenzierung der Amplifikationsprodukte der Mutantenzahlbestimmungs-PCR ermittelten Mutati-onsspektren im Fett- und Dr{\"u}sengewebe statistisch nicht signifikant. Da mehr Fett-gewebsproben als Dr{\"u}sengewebsproben zur Verf{\"u}gung standen, wurde die Spont-anmutationsfrequenz anschließend in allen geeigneten Fettgewebsproben be-stimmt. Aufgrund der großen Anzahl an potentiellen Einflussfaktoren auf die mitochondria-le Spontanmutationsfrequenz, wurden diese im Brustfettgewebe mittels multipler linearer Regressionsanalyse ermittelt. Die mitochondriale Spontanmutationsfre-quenz in humanem Brustfettgewebe wurde dabei signifikant positiv durch das Alter beeinflusst. Dies wurde in der Literatur bereits f{\"u}r humane Gehirne und Gehirne von Ratten beschrieben, jedoch nicht f{\"u}r Brustgewebe. Variablen, die in Zusam-menhang mit der mitochondrialen Proliferation stehen, beeinflussten die mito-chondriale Spontanmutationsfrequenz dagegen nicht. Zudem wurde die mito-chondriale Spontanmutationsfrequenz von Oxycholesterolspiegeln, als Marker f{\"u}r durch reaktive Sauerstoff-Spezies induziertem oxidativen Stress, und Transkript-spiegeln und Genotypen von Genen, die f{\"u}r Enzyme, die im Zusammenhang mit oxidativem Stress stehen, kodieren, beeinflusst. Ein Einfluss von oxidativem Stress auf die Spontanmutationsfrequenz in humanem Brustgewebe wurde in der Literatur noch nicht beschrieben. Im Gegensatz dazu beeinflussten Variablen, die mit der Bildung von reaktiven Estrogenchinonen in Verbindung stehen, die mitochondriale Spontanmutationsfrequenz nicht signifikant. Auch Rauchen beeinflusste die mito-chondriale Spontanmutationsfrequenz nicht. In der Literatur wurde beschrieben, dass sich auch das mitochondriale Mutationsspektrum in Lungen von Raucher- und Nichtraucherzwillingen nicht unterschied. Ebenso beeinflussten der Fettgehalt des Gewebes und der BMI, welche in Verbindung mit proinflammatorischen Media-tioren gebracht werden, die Spontanmutationsfrequenz nicht signifikant. Ber{\"u}ck-sichtigt werden muss allerdings, dass mit einem Variationskoeffizienten von 0,60 nur 60\% der Varianz der Spontanmutationsfrequenz erkl{\"a}rten werden konnte und somit weitere Einflussfaktoren eine Rolle spielen k{\"o}nnten. In Bezug auf nukle{\"a}re DNA erwies sich der Random Mutation Capture Assay in ei-ner vorangegangenen Arbeit als zu zeitaufwendig und unwirtschaftlich. Mutationen k{\"o}nnen aufgrund von DNA-Adduktbildung entstehen. Bei der Entstehung von reak-tiven Verbindungen, die in der weiblichen Brustdr{\"u}se in der Lage sind, DNA-Addukte zu bilden, wird derzeit von einer Rolle des Estrogenmetabolismus ausge-gangen. Am Lehrstuhl wurden bereits DNA-Adduktfl{\"u}sse in weiblichem Brustdr{\"u}-sengewebe mittels bioinformatischer constraint-based Netzwerkmodellierung er-rechnet. Da die f{\"u}r das Netzwerk-Modell als Surrogat f{\"u}r die Enzymaktivit{\"a}t verwen-deten Transkriptspiegel eine Vereinfachung der Enzymaktivit{\"a}t darstellen, wurden zun{\"a}chst Polymorphismen, die Einfluss auf die Bildung und Entgiftung reaktiver Estrogen-Metabolite nehmen k{\"o}nnen, identifiziert. Mittels allelischer Diskriminie-rung wurden f{\"u}r die Genotypisierung der Proben geeignete Positivkontrollen aus-gew{\"a}hlt und mittels Restriktionsfragmentl{\"a}ngen-Polymorphismus-PCR verifiziert. Die Allelfrequenzen der genotypisierten Brustgewebsproben lagen innerhalb des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts und auch innerhalb bereits publizierter Frequen-zen gesunder deutscher bzw. hellh{\"a}utiger Frauen. Ebenso entsprach der Einfluss der Polymorphismen auf den jeweils assoziierten mRNA-Spiegel den Ergebnissen anderer Studien. F{\"u}r den Polymorphismus innerhalb des Gens der Hydroxysteroid-Dehydrogenase 17β2 waren bisher keine Ergebnisse publiziert. In Brustgewebe nahm dieser Polymorphismus keinen signifikanten Einfluss auf den assoziierten mRNA-Spiegel. Zur Identifizierung von Einflussfaktoren auf Estrogen-Gewebespiegel im Brustdr{\"u}-sen- und im Brustfettgewebe wurden am Lehrstuhl bereits multiple lineare Regres-sionsmodelle mit Estrogen-Gewebespiegeln und daraus errechneten Verh{\"a}ltnissen als abh{\"a}ngige Variablen gerechnet. Bei erneut gerechneten Modellen unter zus{\"a}tz-licher Ber{\"u}cksichtung von Polymorphismen, in Genen, die f{\"u}r am Estrogenmetabo-lismus beteiligte Enzyme kodieren, wurden bei vier von neun Modellen Genotypen in die Modelle selektiert. Anschließend wurde in Kooperation mit dem Lehrstuhl f{\"u}r Bioinformatik der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg ein zus{\"a}tzliches Netzwerkmodell erstellt, das die Transkriptspiegel um die relative Aktivit{\"a}t des entsprechenden Genotyps korri-gierte. Die Validierungsergebnisse deuteten darauf hin, dass beide Addukt-Modelle (mit und ohne Polymorphismus-Ber{\"u}cksichtigung) {\"a}quivalent die reale Situation der jeweils evaluierten Estrogenmetabolitspiegel im Gewebe widerspiegelten. Daraufhin wurden mittels multipler linearer Regression Einflussfaktoren auf die mit und ohne Genotypen errechneten DNA-Adduktfl{\"u}sse ermittelt. Die Adduktfl{\"u}sse wurden dabei vom BMI signifikant positiv beeinflusst. In der Literatur wurde be-schrieben, dass {\"U}bergewicht, wahrscheinlich aufgrund erh{\"o}hter Plasma-Estrogenspiegel, mit dem Brustkrebsrisiko assoziiert ist. Dies k{\"o}nnte sich ebenso auf die DNA-Adduktbildung im Brustgewebe auswirken. Des Weiteren wurden die Adduktfl{\"u}sse, welche unter Ber{\"u}cksichtigung von polymorphismusabh{\"a}ngiger en-zymatischer Umsetzung errechnet worden waren, positiv von einer Isoflavon-Intervention und Isoflavon-Gewebespiegeln beeinflusst. Ein Einfluss von Isoflavo-nen auf estrogenassoziierte DNA-Adduktbildung wurde in der Literatur bisher noch nicht beschrieben. Des Weiteren beeinflusste lobule type 1 nach altersbedingter Regression im Vergleich zu lobule type 2/3 die DNA-Adduktfl{\"u}sse signifikant nega-tiv. Der postmenopausale Status beeinflusste im Vergleich zum pr{\"a}menopausalen Status nur die Estron-DNA-Adduktfl{\"u}sse ohne Ber{\"u}cksichtigung der polymorphis-musabh{\"a}ngigen enzymatischen Umsetzung signifikant negativ. Lobule type 1 nach altersbedingter Regression ist meist bei postmenopausalen Frauen vorzufinden. Daher sind lobule type 1 nach altersbedingter Regression und der postmenopausa-le Status zumindest ann{\"a}hernd vergleichbar. Das Ende der Estrogen-Produktion in den Ovarien in der Menopause verringert Estrogen-Plasmaspiegel, was sich ebenso auf das Brustgewebe auswirken und zu einer verringerten Estrogen-DNA-Adduktbildung im Brustgewebe f{\"u}hren k{\"o}nnte. Das Alter dagegen beeinflusste kei-ne der abh{\"a}ngigen Variablen signifikant. Obwohl bei Rauchern in vielen humanen Geweben bereits eine erh{\"o}hte Cytochrom P450-abh{\"a}ngige Monoxygenase 1A1- und 1B1-Expression nachgewiesen wurde, die potentiell zu mehr reaktiven Estro-genchinonen und damit auch DNA-Adduktbildung f{\"u}hren k{\"o}nnte, beeinflusste Rauchen bei keiner der Modellvarianten die jeweils abh{\"a}ngige Variable signifikant. Des Weiteren beeinflussten weder Ethinylestradiol, noch 17β-estradiol-freisetzende Medikamente bei einer der Modellvarianten die jeweils abh{\"a}ngige Variable signifi-kant. Die Ergebnisse der multiplen linearen Regressionsanalyse der beiden Adduktfluss-Varianten (mit und ohne Ber{\"u}cksichtigung von polymorphismusabh{\"a}ngiger en-zymatischer Umsetzung) waren nicht identisch, widersprachen sich allerdings auch nicht. Ber{\"u}cksichtigt werden muss dabei, dass die Modelle mit einem Variationsko-effizienten zwischen 0,09 und 0,33 nur 9-33\% der Varianz der jeweiligen abh{\"a}ngi-gen Variable erkl{\"a}rten und vermutlich weitere Parameter zur vollst{\"a}ndigen Erkl{\"a}-rung ben{\"o}tigt werden. Oxidativer Stress kann ebenfalls zu DNA-Addukten f{\"u}hren, wird allerdings nicht durch das verwendete metabolische Netzwerk abgebildet. Daher wurden mittels multipler linearer Regression Einflussfaktoren auf Brustgewebs-Transkriptspiegel von der NADPH-Chinon Oxidoreduktase 1, der γ-Glutamyl-Cystein Ligase und des Transkriptionsfaktors nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2, Transkripten, deren Expression bei oxidativem Stress induziert wird, ermittelt. Die jeweils signifikant mit den abh{\"a}ngigen Variablen assoziierten erkl{\"a}renden Variablen unterschieden sich dabei zum einen bezogen auf jeweils abh{\"a}ngigen Variable, zum anderen bezogen auf das Gewebe. Die Marker-Transkriptspiegel wurden vom BMI, Alkoholkonsum, Rauchen und vom menopausalen Status signifikant beeinflusst. F{\"u}r diese Variab-len wurde in der Literatur bereits ein Einfluss auf Marker f{\"u}r oxidativen Stress in humanem Blut oder Plasma und anderen Geweben, jedoch nicht in Brustgewebe beschrieben. Zellzyklus-Marker und Marker der Gewebedifferenzierung beeinfluss-ten die abh{\"a}ngigen Variablen ebenso signifikant. Des Weiteren beeinflussten Transkriptspiegel und Genotypen von Genen, die f{\"u}r Enzyme kodieren, die zur Ka-techolbildung und -entgiftung f{\"u}hren konnen, die abh{\"a}ngigen Variablen signifi-kant. Estrogenspiegel selbst beeinflussten dagegen keine der abh{\"a}ngigen Variab-len signifikant. Des Weiteren beeinflussten Oxycholesterolspiegel, als Marker f{\"u}r durch reaktive Sauerstoffspezies induzierten, oxidativen Stress, entgegen der Er-wartung keine der abh{\"a}ngigen Variablen signifikant. Obwohl in der Literatur bereits ein Einfluss des Alters auf Marker f{\"u}r oxidativen Stress im humanen Frontal-Cortex, Endothelzellen der Oberarmarterie und in der humanen Leber beschrieben wurde, beeinflusste es keinen der Transkriptspiegel im Brustgewebe signifikant. Zusammengefasst wurde zum ersten Mal die mitochondriale Spontanmutationsfre-quenz in gesundem humanem Brustgewebe bestimmt und in Kombination mit bio-informatischer Netzwerkmodellierung und multipler linearer Regressionsanalyse ein umfassendes Bild der verschiedenen Einflussfaktoren auf mitochondrialen und estrogeninduzierten genotoxischen Stress in der gesunden weiblichen Brust dar-gestellt.},
  subject      = {DNS-Sch{\"a}digung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Brockmann2018,
  author    = {Brockmann, Dorothea E. R.},
  title     = {Gef{\"u}ge-Simulationen an Nicht-Oxid-Keramiken: Korrelation zwischen Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157255},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Die experimentelle Verbesserung der makroskopischen Eigenschaften (z. B. thermische oder mechanische Eigenschaften) von Keramiken ist aufgrund der zahlreichen erforderlichen Experimente zeitaufw{\"a}ndig und kostenintensiv. Simulationen hingegen k{\"o}nnen die Korrelation von Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften nutzen, um die Eigenschaften von beliebigen Gef{\"u}gekompositionen zu berechnen. In bisherigen Simulationen wurden meist stark vereinfachte Modelle herangezogen, welche die Mikrostruktur einer Keramik nur sehr grob widerspiegeln und deshalb keine zuverl{\"a}ssigen Ergebnisse liefern. In der vorliegenden Arbeit wird die Mikrostruktur-Eigenschafts-Korrelation der drei wichtigsten Nicht-Oxid-Keramiken untersucht. Dies sind Aluminiumnitrid (AlN), Siliciumnitrid (Si3N4) und Siliciumcarbid (SiC). Diese drei Keramiktypen vertreten die h{\"a}ufigsten Mikrostrukturtypen, welche bei Nicht-Oxid-Keramiken auftreten k{\"o}nnen. Zu jedem Keramiktyp liegen zwei verschiedene Proben vor. Alle drei untersuchten Keramiktypen sind zweiphasig. Die Hauptphase von AlN und Si3N4 besteht aus keramischen K{\"o}rnern, die Nebenphase erstarrt w{\"a}hrend der Sinterung aus den zugesetzten Sinteradditiven. Die Restporosit{\"a}t von AlN und Si3N4 wird als vernachl{\"a}ssigbar angesehen und in den Simulationen nicht ber{\"u}cksichtigt. Bei den SiC-Proben handelt es sich um Keramiken mit bimodaler Korngr{\"o}{\"y}enverteilung. Durch Infiltration mit fl{\"u}ssigem Silicium wurden die Hohlr{\"a}ume zwischen den K{\"o}rnern aufgef{\"u}llt, um porenfreie SiSiC-Proben zu erhalten. Anhand von Simulationen werden zun{\"a}chst reale Mikrostrukturen in Anlehnung an vorliegende Vergleichsproben nachgebildet. Diese Modelle werden durch Abgleich mit rasterelektronenmikroskopischen 2D-Aufnahmen der Proben verifiziert. An den Modellen werden mit der Methode der Finite-Element-Simulation makroskopische Eigenschaften (W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit, Elastizit{\"a}tsmodul und Poisson-Zahl) der Keramiken simuliert und mit experimentellen Messungen an den vorliegenden Proben abgeglichen. Der Vergleich der Mikrostruktur von den computergenerierten Gef{\"u}gen und den vorliegenden Proben zeigt in der Mustererkennung durch das menschliche Auge und quantitativ in den Gef{\"u}geparametern eine gute {\"U}bereinstimmung. F{\"u}r die makroskopischen Eigenschaften wird auf der Basis einer ausf{\"u}hrlichen Literaturrecherche zu den Materialparametern der beteiligten Phasen eine gute {\"U}bereinstimmung zwischen den experimentell gemessenen und den simulierten Eigenschaften erreicht. Evtl. auftretende Abweichungen zwischen Experiment und Simulation k{\"o}nnen damit erkl{\"a}rt werden, dass die Proben Verunreinigungen enthalten, da aus der Literatur bekannt ist, dass Verunreinigungen eine Verschlechterung der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit bewirken. Nachdem die G{\"u}ltigkeit der Modelle verifiziert ist, wird der Einfluss von charakteristischen Mikrostrukturparametern und Phaseneigenschaften auf die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit, den Elastizit{\"a}tsmodul und die Poisson-Zahl der Keramiken untersucht. Hierzu werden die Mikrostrukturparameter von AlN und Si3N4 gezielt um die Parameter der vorliegenden Vergleichsproben variiert. Bei beiden Keramiktypen werden die Volumenanteile der beteiligten Phasen sowie die mittlere Sehnenl{\"a}nge der keramischen K{\"o}rner ver{\"a}ndert. Bei den AlN-Keramiken wird zus{\"a}tzlich der Dihedralwinkel variiert, welcher Auskunft {\"u}ber den Benetzungsgrad der Fl{\"u}ssigphase gibt; bei den Si3N4-Keramiken ist das Achsenverh{\"a}ltnis der langgezogenen Si3N4-K{\"o}rner von Interesse und wird deshalb ebenfalls variiert. Es zeigt sich, dass die Aufteilung der Teilvolumina zwischen den zwei Phasen den gr{\"o}ßten Einfluss auf die Eigenschaften der Keramik hat, w{\"a}hrend die {\"u}brigen Mikrostrukturparameter nur eine untergeordnete Rolle spielen. Um die Qualit{\"a}t der Simulationen zu {\"u}berpr{\"u}fen, wird die Simulationsreihe an AlN mit unterschiedlicher Aufteilung der Volumina zwischen den beiden Phasen in Relation zu etablierten Modellen aus der Literatur (Mischungsregel und Modell nach Ondracek) gesetzt. Alle Simulationsergebnisse f{\"u}r die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit und den Elastizit{\"a}tsmodul liegen innerhalb der jeweils oberen und unteren Grenze beider Modelle. Es konnte also eine Verbesserung gegen{\"u}ber den etablierten Modellen erzielt werden. An allen drei Keramiktypen wird der Einfluss der Materialeigenschaften der Haupt- und Nebenphase auf die makroskopischen Eigenschaften der Keramik untersucht. Hierf{\"u}r werden die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit, der Elastizit{\"a}tsmodul und die Poisson-Zahl der Phasen getrennt voneinander {\"u}ber einen gr{\"o}ßeren Bereich variiert. Es stellt sich heraus, dass es vom Keramiktyp und dem Volumenanteil der Nebenphase abh{\"a}ngt, wie stark der Einfluss einer Komponenteneigenschaft auf die Eigenschaft der Keramik ist. Mit den im Rahmen dieser Arbeit durchgef{\"u}hrten Simulationen wird der Einfluss von Mikrostrukturparametern und Phaseneigenschaften berechnet. Auf der Grundlage dieser Simulationen k{\"o}nnen die Architektur des Gef{\"u}ges simuliert und die Eigenschaften von Keramiken f{\"u}r individuelle Anwendungen berechnet werden. Dies ist die Basis f{\"u}r die Produktion von maßgeschneiderten Keramiken. Zudem k{\"o}nnen mit den validierten Mikrostrukturmodellen die Eigenschaften von unbekannten Mischphasen ermittelt werden, was experimentell oft nicht m{\"o}glich ist.},
  subject      = {Aluminiumnitrid},
  language  = {de}
}
@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{KraehenbuehlAmstalden2018,
  author    = {Kr{\"a}henb{\"u}hl Amstalden, Maria Cecilia},
  title     = {Development of a bacterial responsive antibiotic release system},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163386},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {A major problem regarding public health is the emergence of antibiotic resistant bacterial strains, especially methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA). This is mainly attributed to the unnecessary overuse of antimicrobial drugs by patients; however, one aspect that is often neglected is their untargeted mechanism of action, affecting not only the infection itself but also commensal bacteria which are often opportunistic pathogens causing many diseases as well. Therefore, our goal was to develop a bioresponsive antibiotic delivery system triggered by virulence factors. The designed system is comprised of a polymer to enhance its pharmacokinetic profile, a peptide cleavable linker, and the antibiotic agent itself. The bacterial protease aureolysin which is expressed by S. aureus during infections would cleave the linker and partially release the antibiotic which would be still attached to a remaining tetrapeptide. These would be cleaved by a group of proteases naturally present in plasma called aminopeptidases, finally releasing the compound. In the first part of this project, we searched for a suitable sequence to serve as a cleavable linker. It should be sensitive towards the target bacterial protease but not be cleaved by any human enzymes to guarantee the specificity of the system. Therefore, we synthesized three peptide sequences via Solid Phase Peptide Synthesis and incubated them with aureolysin as well as with many human matrix Metalloproteases. The analysis and quantification of enzymatic activity was monitored chromatographically (RP-HPLC). The plasminogen originated sequence was chosen since it was not sensitive towards MMPs, but cleaved by aureolysin. In the second part, we tried to incorporate the chosen peptide sequences as crosslinkers in hydrogel formulations. The purpose was to physically incorporate the antibiotic within the hydrogel, which would be released by the cleavage of those sequences and the consequent loosening the hydrogel net. For that purpose we used a commercially available hydrogel kit with a PVA matrix modified with maleimide, which allows a conjugation reaction with thiol functionalized crosslinkers. Three fluorophores were chosen to serve as antibiotic models and a diffusion assay was performed. Only the glomerular structured Green Fluorescent Protein (GFP) presented a low diffusion rate, thus the aureolysin release assays were performed only using this prototype. Assays showed that with a low hydrogel polymer concentration, the fluorophore either quickly diffused into the medium or was not released at all. The physical incorporation of the antibiotic within the hydrogel pores was therefore abolished as a suitable release approach. For a second attempt, we covalently bound a fluorophore to the linker, which was conjugated to the hydrogel matrix. The incubation with aureolysin and subsequent RP-HPLC analysis showed a peak with the same retention time correspondent to the fragment product after cleavage of the free linker. This is a proof that the concept of linking the peptide sequence to the antibiotic is a promising strategy for its bioresponsive release. Within the third part of this study, we analyzed the degradation of the resulted fragment after aureolysin activity and subsequent full release of the antibiotic by human aminopeptidases. We determined the concentration of those enzymes in human plasma and synthesized the fragment by conjugating the tetrapeptide sequence to aminofluorescein via EDC/NHS reaction. By incubating the construct with the lowest aminopeptidase concentration measured in plasma, the fluorophore was completely released within two hours, showing the efficacy of these enzymes as bioresponsive agents. The last part was the construction of the PEGylated linker-antibiotic. For this purpose we chose the tetracycline like antibiotic chelocardin (CHD) as our prototype. The conjugation of the linker- CHD to the polymer was performed by copper free click chemistry. The cleavage rate of the linker by aureolysin was very similar to the one obtained for the free peptide, indicating that the PEGylation does not interfere on the enzymatic activity. However, by trying to increase the loading ratio of chelocardin onto the polymer, we observed a very low cleavage rate for the system, indicating the formation of aggregates by those constructs. The designed system has proved to be a smart strategy for the delivery on demand of antibiotics in which the drug is only released by the presence of S. aureus during their virulent state.},
  subject      = {Arzneimittelforschung},
  language  = {en}
}
@article{HuangSchrammHeilmannetal.2016,
  author    = {Huang, Guozheng and Schramm, Simon and Heilmann, J{\"o}rg and Biedermann, David and Kren, Vladim{\´i}r and Decker, Michael},
  title     = {Unconventional application of the Mitsunobu reaction: Selective flavonolignan dehydration yielding hydnocarpins},
  series = {Beilstein Journal of Organic Chemistry},
  volume    = {12},
  journal   = {Beilstein Journal of Organic Chemistry},
  doi       = {10.3762/bjoc.12.66},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-160986},
  pages     = {662-669},
  year      = {2016},
  abstract  = {Various Mitsunobu conditions were investigated for a series of flavonolignans (silybin A, silybin B, isosilybin A, and silychristin A) to achieve either selective esterification in position C-23 or dehydration in a one-pot reaction yielding the biologically important enantiomers of hydnocarpin D, hydnocarpin and isohydnocarpin, respectively. This represents the only one-pot semi-synthetic method to access these flavonolignans in high yields.},
  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{Kramer2017,
  author    = {Kramer, Christian},
  title     = {Investigation of Nanostructure-Induced Localized Light Phenomena Using Ultrafast Laser Spectroscopy},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-150681},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {In recent years, the interaction of light with subwavelength structures, i.e., structures that are smaller than the optical wavelength, became more and more interesting to scientific research, since it provides the opportunity to manipulate light-induced dynamics below the optical diffraction limit. Specifically designed nanomaterials can be utilized to tailor the temporal evolution of electromagnetic fields at the nanoscale. For the investigation of strongly localized processes, it is essential to resolve both their spatial and their temporal behavior. The aim of this thesis was to study and/or control the temporal evolution of three nanostructure-induced localized light phenomena by using ultrafast laser spectroscopy with high spatial resolution. In Chapter 4, the absorption of near-infrared light in thin-film a-Si:H solar cells was investigated. Using nanotextured instead of smooth interfaces for such devices leads to an increase of absorption from < 20\% to more than 50\% in the near-infrared regime. Time-resolved experiments with femtosecond laser pulses were performed to clarify the reason for this enhancement. The coherent backscattered radiation from nanotextured solar cell devices was measured as a function of the sample position and evaluated via spectral interferometry. Spatially varying resonance peaks in the recorded spectra indicated the formation of localized photonic modes within the nanotextured absorber layers. In order to identify the modes separately from each other, coherent two-dimensional (2D) nanoscopy was utilized, providing a high spatial resolution < 40 nm. In a nanoscopy measurement on a modified device with an exposed nanotextured a-Si:H absorber layer, hot-spot electron emission was observed and confirmed the presence of localized modes. Fitting the local 2D nanospectra at the hot-spot positions enabled the determination of the resonance frequencies and coherence lifetimes of the modes. The obtained lifetime values varied between 50 fs and 130 fs. Using a thermionic emission model allowed the calculation of the locally absorbed energy density and, with this, an estimation of the localization length of the photonic modes (≈1 μm). The localization could be classified by means of the estimated localization length and additional data evaluation of the backscattered spectra as strong localization ─ the so-called Anderson localization. Based on the experimental results, it was concluded that the enhanced absorption of near-infrared light in thin-film silicon solar cells with nanotextured interfaces is caused by the formation of strongly localized photonic modes within the disordered absorber layers. The incoming near-infrared light is trapped in these long-living modes until absorption occurs. In Chapter 5, a novel hybridized plasmonic device was introduced and investigated in both theory and experiment. It consists of two widely separated whispering gallery mode (WGM) nanoantennas located in an elliptical plasmonic cavity. The goal was to realize a periodic long-range energy transfer between the nanoantennas. In finite-difference time-domain (FDTD) simulations, the device was first optimized with respect to strong coupling between the localized antenna modes and the spatially-extended cavity mode. The geometrical parameters of the antennas and the cavity were adjusted separately so that the m="0" antenna mode and the cavity mode were resonant at λ="800 nm" . A high spatial overlap of the modes was achieved by positioning the two antennas in the focal spots of the cavity, leading to a distance between the antenna centers of more than twice the resonant wavelength of the modes. The spectral response of the optimized device revealed an energy splitting of the antenna and the cavity mode into three separated hybridized eigenmodes within an energy range of about 90 meV due to strong coupling. It could be well reproduced by a simple model of three coupled Lorentzian oscillators. In the time domain, an oscillatory energy transfer between both antennas with a period of 86 fs and an energy transfer efficiency of about 7\% was observed for single-pulse excitation. For the experiments, devices with cavities and antennas of varying size were fabricated by means of focused-ion-beam (FIB) milling. Time-resolved correlation measurements were performed with high spatial and temporal resolution by using sequences of two femtosecond laser pulses for excitation and photoemission electron microscopy (PEEM) for detection. Local correlation traces at antennas in resonant devices, i.e., devices with enhanced electron emission at both antenna positions, were investigated and reconstructed by means of the coupled-oscillator model. The corresponding spectral response revealed separated peaks, confirming the formation of hybridized eigenmodes due to strong coupling. In a subsequent simulation for single-pulse excitation, one back-and-forth energy transfer between both antennas with an energy transfer efficiency of about 10\% was observed. Based on the theoretical and experimental results, it was demonstrated that in the presented plasmonic device a periodic long-range energy transfer between the two nanoantennas is possible. Furthermore, the coupled-oscillator model enables one to study in depth how specific device properties impact the temporal electric-field dynamics within the device. This can be exploited to further optimize energy transfer efficiency of the device. Future applications are envisioned in ultrafast plasmonic nanocircuitry. Moreover, the presented device can be employed to realize efficient SPP-mediated strong coupling between widely separated quantum emitters. In Chapter 6, it was investigated in theory how the local optical chirality enhancement in the near field of plasmonic nanostructures can be optimized by tuning the far-field polarization of the incident light. An analytic expression was derived that enables the calculation of the optimal far-field polarizations, i.e., the two far-field polarizations which lead to the highest positive and negative local optical chirality, for any given nanostructure geometry. The two optimal far-field polarizations depend on the local optical response of the respective nanostructure and thus are functions of both the frequency ω and the position r. Their ellipticities differ only in their sign, i.e., in their direction of rotation in the time domain, and the angle between their orientations, i.e., the angle between the principal axes of their ellipses, is ±π/"2" . The handedness of optimal local optical chirality can be switched by switching between the optimal far-field polarizations. In numerical simulations, it was exemplarily shown for two specific nanostructure assemblies that the optimal local optical chirality can significantly exceed the optical chirality values of circularly polarized light in free space ─ the highest possible values in free space. The corresponding optimal far-field polarizations were different from linear and circular and varied with frequency. Using femtosecond polarization pulse shaping provides the opportunity to coherently control local optical chirality over a continuous frequency range. Furthermore, symmetry properties of nanostructures can be exploited to determine which far-field polarization is optimal. The theoretical findings can have impact on future experimental studies about local optical chirality enhancement. Tuning the far-field polarization of the incident light offers a promising tool to enhance chirally specific interactions of local electromagnetic fields with molecular and other quantum systems in the vicinity of plasmonic nanostructures. The presented approach can be utilized for applications in chiral sensing of adsorbed molecules, time-resolved chirality-sensitive spectroscopy, and chiral quantum control. In conclusion, each of the localized light phenomena that were investigated in this thesis ─ the enhanced local absorption of near-infrared light due to the formation of localized photonic modes, the periodic long-range energy transfer between two nanoantennas within an elliptical plasmonic cavity, and the optimization of local optical chirality enhancement by tuning the far-field polarization of the incident light ─ can open up new perspectives for a variety of future applications. .},
  subject      = {Ultrakurzzeitspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Brockmann2016,
  author    = {Brockmann, Nicolas},
  title     = {Kompositschichten aus dealuminiertem Zeolith Y und Hybridpolymeren auf Basis von Bis(triethoxysilyl)ethan},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-150817},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit Kompositschichten aus Zeolithen und Hybridpolymeren, die mittels des Sol-Gel-Prozesses aus Alkyltrialkoxysilanen hergestellt werden. Am Beispiel von dealuminiertem Zeolith Y und Solen aus Bis(triethoxysilyl)ethan wurde untersucht, wie sich die Zug{\"a}nglichkeit der Zeolithporen in Kompositschichten erhalten l{\"a}sst. Zur Analyse der Porenzug{\"a}nglichkeit kamen Gasadsorptionsmessungen zum Einsatz. Zur weiteren Charakterisierung wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen und ausf{\"u}hrliche spektroskopische Untersuchungen der erhaltenen Hybridpolymer-Sole durchgef{\"u}hrt. Die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften erfolgte {\"u}ber die Messung der Wischfestigkeit. Die im Rahmen diverser Experimente erhaltenen Kompositschichten wiesen eine hohe Zeolithporenerreichbarkeit auf, sofern der Zeolithanteil mindestens 70 Volumenprozent betrug, und das jeweilige Sol einen hohen Hydrolyse- und Kondensationsgrad aufwies. Im Zusammenhang mit den genannten Studien wurden Hybridpolymere verglichen, die bei unterschiedlichen pH-Bedingungen mit verschiedenen Mengen an Wasser zur Hydrolysereaktion hergestellt wurden, oder bei denen neben Bis(triethoxysilyl)ethan Methacryloxypropyltrimethoxysilan als zweites Monomer eingesetzt wurde. Letztendlich konnten mit einfachen Mitteln Kompositschichten hergestellt werden, die auf flexible Oberfl{\"a}chen aufgebracht werden konnten und beim Biegen nicht vom Substrat abplatzten. Ferner waren sie wischfest und zeigten bei passender Zusammensetzung eine nahezu vollst{\"a}ndige Zeolithporenerreichbarkeit (Zeolithanteil: ≥ 70 Vol.-\%; Monomer: Bis(triethoxysilyl)ethan; Hydrolyse- und Polykondensationsreaktion: pH-Wert ≤ 2, {\"U}berschuss an Wasser). Ihr Anwendungspotential als Adsorbensschicht f{\"u}r die Aufnahme organischer Schadstoffe wurde beispielhaft anhand der reversiblen Adsorption von Formaldehyd demonstriert.},
  subject      = {Zeolith},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Jones2018,
  author    = {Jones, Gabriel},
  title     = {Bioinspired FGF-2 delivery for pharmaceutical application},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-153179},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {In resent years the rate of biologics (proteins, cytokines and growth-factors) as newly registered drugs has steadily risen. The greatest challenge for pharmaceutical biologics poses its arrival at the desired target location due to e.g. proteolytic and pH dependent degradation, plasma protein binding, insolubility etc. Therefore, advanced drug delivery systems, where biologics are site directed immobilized to carriers mimicking endogenous storage sites such as the extra cellular matrix can enormously assist the application and consequently the release of exogenous administered pharmaceutical biologics. We have resorted to the fibroblast growth factor 2/ heparansulfate/ fibroblast growth factor bindingprotein 1 system as a model. Phase I deals with the selection and subcloning of a wild type murine FGF-2 construct into the bacterial pHis-Trx vector system for high yields of expression and fast, feasible purification measurements. This first step enables the provision of mFGF-2, which plays a pivotal part as a growth factor in the wound healing process as well as the vascularization of tumors, for future investigations. Therefore, the correct expression of mFGF-2 was monitored via MALDI-MS and SDS-PAGE, whereas the proper folding of the tertiary beta-trefoil structure was assessed by fluorescence spectroscopy. The MTT assay allowed us to ensure that the bioactivity was comparable to sourced FGF-2. In the last step, the purity; a requirement for future binding- and protein-protein interaction assays was monitored chromatographically (RP-HPLC). In addition, a formulation for freeze-drying was developed to ensure protein stability and integrity over a period of 60 days. Altogether, the bacterial expression and purification proved to be suitable, leading to bioactive and stable production of mFGF-2. In Phase II the expression, purification and characterization of FGFBP1, as the other key partner in the FGF-2/ HS/ FGFBP1 system is detailed. As FGFBP1 exhibits a complex tertiary structure, comprised of five highly conserved disulfide bonds and presumably multiple glycosylation sites, a eukaryotic expression was used. Human embryonic kidney cells (HEK 293F) as suspension cells were transiently transfected with DNA-PEI complexes, leading to expression of Fc-tagged murine FGFBP1. Different PEI to DNA ratios and expression durations were investigated for optimal expression yields, which were confirmed by western blot analysis and SDS-PAGE. LC-MS/MS analysis of trypsin and elastase digested FGFBP1 gave first insights of the three O-glycosylation sites. Furthermore, the binding protein was modified by inserting a His6-tag between the Fc-tag (for purification) and the binding protein itself to enable later complexation with radioactive 99mTc as radio ligand to track bio distribution of administered FGFBP1 in mice. Overall, expression, purification and characterization of mFGFBP1 variants were successful with a minor draw back of instability of the tag free binding protein. Combining the insights and results of expressed FGF-2 as well as FGFBP1 directed us to the investigation of the interaction of each partner in the FGF-2/ HS/ FGFBP1 system as Phase III. Thermodynamic behavior of FGF-2 and low molecular weight heparin (enoxaparin), as a surrogate for HS, under physiological conditions (pH 7.4) and pathophysiological conditions, similar to hypoxic, tumorous conditions (acidic pH) were monitored by means of isothermal titration calorimetry. Buffer types, as well as the pH influences binding parameters such as stoichiometry (n), enthalpy (ΔH) and to some extent the dissociation constant (KD). These findings paved the way for kinetic binding investigations, which were performed by surface plasmon resonance assays. For the first time the KD of full length FGFBP1 and FGF-2 was measured. Furthermore the binding behavior of FGF-2 to FGFBP1 in the presence of various heparin concentrations suggest a kinetic driven release of bound FGF-2 by its chaperone FGFBP1. Having gathered multiple data on the FGF-2 /HS /FGFBP1 system mainly in solution, our next step in Phase IV was the development of a test system for immobilized proteins. With the necessity to better understand and monitor the cellular effects of immobilized growth factors, we decorated glass slides in a site-specific manner with an RGD-peptide for adhesion of cells and via the copper(I)-catalyzed-azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) a fluorescent dye (a precursor for modified proteins for click chemistry). Human osteosarcoma cells were able to grow an the slides and the fluorescence dye was immobilized in a biocompatible way allowing future thorough bioactivity assay such as MTT-assays and phospho-ERK-assays of immobilized growth factors.},
  subject      = {Fibroblastenwachstumsfaktor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schaaf2017,
  author    = {Schaaf, Lisa},
  title     = {Der Einfluss von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalierter Arzneistoffe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151534},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Arzneistofftransporter erm{\"o}glichen endogenen und exogenen Molek{\"u}len die {\"U}berwindung von Zellmembranen und tragen dadurch zur Aufnahme, Verteilung und Elimination von Arzneistoffen bei. Inhalativ applizierte Wirkstoffe, wie Vertreter aus der Gruppe der Beta-2-Sympathomimetika oder Anticholinergika, z{\"a}hlen zu den Substraten wichtiger, pulmonal exprimierter Arzneistofftransporter. Trotz intensivierter Forschung auf dem Gebiet der Transporter-Expression ist diese im humanen Lungengewebe bisher wenig untersucht und deren pharmakokinetische Auswirkungen auf pulmonal verabreichte Arzneistoffe sind kaum bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalierter Arzneistoffe untersucht und Erkenntnisse {\"u}ber deren Expressions-Profil im humanen Lungengewebe gewonnen werden. Pharmakokinetische Parameter des inhalativen Anticholinergikums Ipratropiumbromid wurden an einem ex vivo Modell der humanen Lunge untersucht. Nach vorheriger Applikation des kompetitiven OCTN1/2-Inhibitors L-Carnitin wurde keine signifikante Reduktion der absorbierten Wirkstoffmenge detektiert. Damit zeigten sich die beiden organischen Kationen/Carnitin-Transporter OCTN1 und OCTN2, anders als bisher vermutet, nicht als prim{\"a}r an der Absorption von Ipratropiumbromid beteiligte Transporter. Infolgedessen wurde die Beteiligung weiterer Transporter hypothetisiert. Erstmals wurden die am humanen Lungen-Perfusions-Modell gewonnenen pharmakokinetischen Daten zur pulmonalen Absorption in direkter Beziehung zur mRNA- und Protein-Expression von Arzneistofftransportern in den jeweiligen individuellen Gewebeproben betrachtet. Die pulmonale Genexpression des Multidrug Resistance-Related Protein MRP5 wies eine signifikante negative Korrelation mit der Area under the curve (AUC0 - 60 min) von Ipratropiumbromid auf (r = -0,699; p < 0,05), was die Beteiligung von MRP5 an den Umverteilungsprozessen von Ipratropiumbromid in der humanen Lunge nahelegte. Auf Protein-Ebene wurde eine positive Korrelation zwischen der Expression des organischen Kationentransporters OCT3 und der AUC0 - 60 min von Ipratropiumbromid ermittelt (r = 0,7499,p < 0,05), woraus sich eine potentielle Beteiligung von OCT3 an der Aufnahme von Ipratropiumbromid aus dem luminalen Lungenbereich ableiten ließ. Zur Untermauerung dieser Hypothese wurden Untersuchungen mit stabil transfizierten HEK293-Zellen durchgef{\"u}hrt. Sowohl der organische Kationentransporter OCT1 als auch OCT3 trugen dabei signifikant zu einer erh{\"o}hten zellul{\"a}ren Aufnahme der beiden Tritium-markierten Bronchodilatatoren Ipratropiumbromid und Salbutamol bei. Damit wurde f{\"u}r OCT3 zum ersten Mal eine Beteiligung an der zellul{\"a}ren Aufnahme dieser beiden Arzneistoffe nachgewiesen. Im Kontext der Gendermedizin sind geschlechtsspezifische Unterschiede in der Transporter-Expression von großem Interesse. Inwiefern die drei Sexualsteroidhormone Estradiol, Progesteron und Testosteron einen regulatorischen Effekt auf die mRNA-Expression von Membrantransportern haben, wurde erstmals durch in vitro Inkubationsversuche in physiologischen Hormonkonzentrationen mit der humanen Bronchialepithelzelllinie Calu-3 gepr{\"u}ft. Mittels intensiv optimierter und sorgf{\"a}ltig validierter RT-qPCR-Analytik konnten vor allem nach Inkubation mit weiblichen Sexualhormonen verglichen zu keiner Hormon-Zugabe statistisch signifikante Expressions-Unterschiede detektiert werden: Nach Behandlung mit Estradiol zeigten der Oligopeptid-Transporter PEPT2 (80,8 ± 15,6 \%) und OCTN2 (82,8 ± 4,2 \%) eine geringere Genexpression, das Multidrug Resistance-Related Protein MRP1 (111,6 ± 9,1 \%) sowie OCTN1 (112,9 ± 10,1 \%) waren nach Zugabe von Estradiol kombiniert mit Progesteron h{\"o}her exprimiert als ohne Hormon-Zusatz. Da Estradiol {\"u}berdies als Inhibitor des OCT1- und OCT3-vermittelten Transports gilt, wurde die Auswirkung des Hormons, unter anderem in physiologischer Konzentration, auf die Aufnahme von Tritium-markierten Ipratropiumbromid in stabil transfizierte HEK293-Zellen untersucht, wobei tats{\"a}chlich eine reduzierte zellul{\"a}re Ipratropiumbromid-Aufnahme beobachtet wurde. Somit k{\"o}nnte auch in vivo eine geschlechtsspezifische Inhibition der beiden Transporter stattfinden, wodurch deren Substrate einer geschlechtsspezifisch variierenden Pharmakokinetik unterliegen k{\"o}nnten. Dar{\"u}ber hinaus wurde in rund 80 humanen Lungengewebsproben die Genexpression von Arzneistofftransportern hinsichtlich geschlechts- und altersspezifischer Unterschiede {\"u}berpr{\"u}ft. In unter 50-j{\"a}hrigen M{\"a}nnern war das Multidrug-Resistance Protein MDR1 signifikant h{\"o}her exprimiert verglichen zu M{\"a}nnern von 50 - 60 Jahren. OCT1 war in Patienten von 50 - 60 Jahren signifikant geringer exprimiert als in {\"u}ber 60-J{\"a}hrigen. Daneben lieferte die Analyse aller Gewebeproben das Genexpressions-Profil von Arzneistofftransportern im humanen Lungengewebe, wobei OCT3 das h{\"o}chste und OCT2 das geringste mRNA-Expressions-Niveau unter den untersuchten Transportern aufwies. Eine wesentliche Beteiligung von OCT3 an Transportvorg{\"a}ngen im humanen Lungengewebe erschien damit wahrscheinlich. Res{\"u}mierend konnte mit der vorliegenden Arbeit ein Beitrag zur Aufkl{\"a}rung des Einflusses von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalativ verabreichter Arzneistoffe geleistet werden. Dabei konnte OCT3 erstmals als maßgeblich an der zellul{\"a}ren Aufnahme von Ipratropiumbromid beteiligter Transporter in der humanen Lunge identifiziert werden, womit einerseits die Beteiligung von Arzneistofftransportern an pharmakokinetischen Prozessen in vivo und andererseits die Bedeutung von Arzneistofftransportern f{\"u}r die inhalative Arzneimitteltherapie deutlich wurde.},
  subject      = {Lunge},
  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{Peinz2016,
  author    = {Peinz, Ulrich},
  title     = {Strukturbasiertes computergest{\"u}tztes Wirkstoffdesign an flexiblen Proteintargets: Aldose Reduktase und Hsp70},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-147103},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Proteine sind dynamische makromolekulare Systeme, die nativ in verschiedenen Konfor-mationen vorliegen. Besonders Proteine mit einer ausgepr{\"a}gten intrinsischen Flexibilit{\"a}t stellen als biologische Zielstrukturen f{\"u}r das computergest{\"u}tzte strukturbasierte Wirkstoff-design auch heute noch eine große Herausforderung dar. Die vorliegende Arbeit thematisiert die computergest{\"u}tzte Identifizierung neuer Liganden mit inhibitorischer Aktivit{\"a}t f{\"u}r zwei strukturell sehr flexible Enzyme, die bei verschiedenen Krankheiten eine pathophysio-logische Rolle spielen. Ein Schwerpunkt lag in diesem Zusammenhang auf der Entwicklung virtueller Screeningverfahren, die es erm{\"o}glichten, die Flexibilit{\"a}t der Proteine ad{\"a}quat zu ber{\"u}cksichtigen. Der erste Teil der Arbeit beschreibt ein virtuelles Screeningverfahren f{\"u}r die Identifizierung von Liganden einer neuen, durch Molekulardynamik (MD) Simulationen generierten Proteinkonformation der Aldose Reduktase (AR), einem Enzym, das im Zusammenhang mit der Entstehung von Folgeerkrankungen bei Diabetes mellitus steht. Die angewandte Vorgehensweise zeigt M{\"o}glichkeiten auf, wie eine ausgepr{\"a}gte Proteinflexibilit{\"a}t mit Hilfe computerbasierter Methoden im Rahmen eines virtuellen Screenings explizit ber{\"u}cksichtigt werden kann. Die Studie war auf der einen Seite hinsichtlich methodischer Aspekte von Interesse, da dadurch sowohl eine Beurteilung der Aussagekraft computergenerierter Proteinkonformationen, als auch eine {\"U}berpr{\"u}fung der prinzipiellen Eignung MD-generierter Enzymkonformationen als Template f{\"u}r strukturbasierten Ligandendesignstudien, erfolgen konnte. Auf der anderen Seite war diese Studie aufgrund einer m{\"o}glichen Erweiterung des bekannten Konformationsraumes der AR auch aus strukturbiologischer Sicht von Interesse. Bei der Suche nach geeigneten Liganden in Molek{\"u}ldatenbanken kommerziell erh{\"a}ltlicher Verbindungen wurde eine protein- und eine ligandbasierte Strategie verfolgt. Im Rahmen des proteinbasierten Ansatzes erfolgte zun{\"a}chst eine vergleichende Strukturanalyse verschiedener AR-Ligand-Komplexstrukturen, um Informationen hinsichtlich experimentell aufgekl{\"a}rter Bindemotive, Protein-Ligand-Interaktionen sowie bestehender struktureller Differenzen zwischen der MD-Konformation und anderen Bindetaschenkonformationen der AR zu sammeln. Anschließend wurde die Bindetasche der MD-generierten Proteinstruktur hinsichtlich g{\"u}nstiger Interaktionspunkte analysiert, um aus den Erkenntnissen Pharmako-phormodelle als Filter f{\"u}r die nachfolgenden virtuellen Datenbanksuchen zu entwickeln. Als Erg{\"a}nzung zum proteinbasierten Ansatz wurde eine ligandbasierte Strategie f{\"u}r die Identifizierung potenzieller Kandidatenmolek{\"u}le verfolgt. Dabei diente ein bekannter AR-Inhibitor als Templatstruktur, bei dem aufgrund zuvor durchgef{\"u}hrter Dockingexperimente die begr{\"u}ndete Annahme bestand, dass dieser die Bindetaschenform der MD-Proteinkonfor-mation stabilisieren k{\"o}nnte. Hierbei wurde zun{\"a}chst eine Molek{\"u}ldatenbank aus kommerziell erh{\"a}ltlichen Verbindungen, die alle {\"u}ber eine bestimmte Substruktur als Ankergruppe verf{\"u}gten, aufgebaut und anschließend durch Berechnung molekularer {\"A}hnlichkeiten zu der Templatstruktur auf m{\"o}gliche Kandidatenmolek{\"u}le durchsucht. Die virtuell identifizierten Molek{\"u}le der beiden Ans{\"a}tze wurden im Anschluss mit Hilfe von Dockingsimulationen in die Bindetasche der MD-generierten Proteinkonformation gedockt und die berechneten Bindeposen mit einem Re- und Consensus-Scoringverfahren bewertet. Im n{\"a}chsten Schritt erfolgte eine Untersuchung der Selektivit{\"a}t der Kandidatenmolek{\"u}le anhand eines Cross-Dockingexperiments an verschiedenen Bindetaschenkonformationen der AR. Auf der Grundlage aller durch das virtuelle Screeningverfahren gesammelten Informationen wurde eine finale Molek{\"u}lauswahl getroffen und sechs kommerziell verf{\"u}gbare Molek{\"u}le f{\"u}r experimentelle Untersuchungen bezogen. Die experimentelle Bestimmung der Enzyminhibition wurde dabei von Kooperationspartnern mit Hilfe eines in vitro Assays untersucht. Aufgrund einer unzureichenden L{\"o}slichkeit von vier Substanzen unter den Assaybedingungen konnte lediglich das Inhibitionspotenzial von zwei Verbindungen untersucht werden. Eine der Verbindungen zeigte bemerkenswerterweise eine inhibitorische Aktivit{\"a}t im einstelligen mikromolaren Bereich. Eine finale Beurteilung, ob die Zielsetzung dieser Studie, eine neue computergenerierte Bindetaschenkonformation der AR experi-mentell zug{\"a}nglich zu machen, durch die vorgeschlagenen Verbindungen erf{\"u}llt werden konnte, konnte zum Zeitpunkt der Anfertigung der Dissertation aufgrund ausstehender Kristallstrukturen der jeweiligen AR-Ligand-Komplexe nicht erfolgen und bleibt das Ziel zuk{\"u}nftiger Arbeiten. Die Studie zeigte jedoch deutlich, dass nicht nur experimentell aufgekl{\"a}rte Proteinstrukturen sondern auch die Nutzung von mit Hilfe computerbasierter Verfahren, wie z.B. mittels MD Simulationen, berechneter Proteinkonformationen als Templatstrukturen f{\"u}r die Identifi-zierung neuer Liganden hilfreich sein kann und daher deren Verwendung f{\"u}r diese Zielsetzung ihre Berechtigung hat. Der zweite Teil der Arbeit handelt von der computergest{\"u}tzten Identifizierung nieder-molekularer Liganden einer neuen potenziellen Bindestelle der biologischen Zielstruktur Hitzeschockprotein 70 (Hsp70), als eine neuartige Klasse von Hsp70-Inhibitoren. Hsp70 spielt eine pathophysiologische Rolle bei verschiedenen Krebserkrankungen sowie diversen weiteren Erkrankungen, wie z.B. neurodegenerativen Erkrankungen und Infektions-krankheiten. Bei der neuen potenziellen Bindestelle, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit n{\"a}her untersucht wurde, handelte es sich um das Interdom{\"a}neninterface, der Schnittstelle zwischen der Nukleotid- und Substratbindedom{\"a}ne von Hsp70. Zum Zeitpunkt der Arbeit waren keine Liganden dieser Proteinregion in der Literatur beschrieben, weshalb es zun{\"a}chst galt, die Hypothese der Adressierbarkeit dieser Zielregion durch niedermolekulare Liganden zu verifizieren. Hierf{\"u}r wurde ein virtuelles Screening durchgef{\"u}hrt, bei dem protein- sowie ligandbasierte Suchstrategien zum Einsatz kamen. Im Rahmen des proteinbasierten Ansatzes erfolgte zun{\"a}chst eine Analyse der Hsp70 Terti{\"a}r-struktur auf potenziell vorhandene Ligandenbindestellen. Im Anschluss wurde das Interdom{\"a}neninterface auf g{\"u}nstige Interaktionspunkte f{\"u}r bestimmte Atomtypen und funktionelle Gruppen zuk{\"u}nftiger Liganden untersucht. Basierend auf diesen Informationen wurde ein Pharmakophormodell als Filter f{\"u}r nachfolgende virtuelle Datenbanksuchen entwickelt. Bei dem ligandbasierten Ansatz fungierte der bekannte Hsp70-Ligand Apoptozol als Templatstruktur f{\"u}r die virtuelle Datenbanksuche, da die Ergebnisse eines vorab durchge-f{\"u}hrten Cross-Dockingexperiments deutlich auf eine Bindung des Molek{\"u}ls an das Interdom{\"a}neninterface hinwiesen. Diese Dockingstudie lieferte erste wertvolle Hinweise hinsichtlich der Bindestelle und potenzieller Bindemodi des Molek{\"u}ls an Hsp70. Im Anschluss an die virtuellen Datenbanksuchen wurden die identifizierten Kandidaten-molek{\"u}le hinsichtlich m{\"o}glicher Bindemodi und Bindungsaffinit{\"a}ten mittels Docking-simulationen in Verbindung mit einem Re- und Consensus-Scoringverfahren untersucht. Abschließend wurden neun ausgew{\"a}hlte Kandidatenmolek{\"u}le von kommerziellen Anbietern bezogen und mit Hilfe von in vitro Assays von Kooperationspartnern innerhalb der Klinischen Forschergruppe 216 auf ihre zytotoxische Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber Multiplen Myelomzellen untersucht. Dabei konnte f{\"u}r f{\"u}nf der neun getesteten Verbindungen bereits bei Konzentrationen im ein- bzw. zweistelligen mikromolaren Bereich eine Aktivit{\"a}t gemessen werden, was einer formalen Trefferquote von 56\% entspricht. Weiterhin wurde und wird in Folgearbeiten von Kooperationspartnern versucht, eine Bindung der ausgew{\"a}hlten Kandidatenmolek{\"u}le an Hsp70 n{\"a}her zu charakterisieren und sowohl am separierten Protein, als auch in der Targetzelle nachzuweisen. Dar{\"u}ber hinaus wurde zus{\"a}tzlich ein fragmentbasierter Ansatz, basierend auf einer bestimmten Substruktur, die als eine Art Ankergruppe fungieren sollte, verfolgt. Dabei diente bei der virtuellen Suche in Molek{\"u}ldatenbanken kommerzieller Anbieter ein Molek{\"u}lfragment als Suchanfrage. Aus dem identifizierten Molek{\"u}lsatz wurden Verbindungen unterschied-lichster struktureller Klassen f{\"u}r nachfolgende Dockingexperimente ausgew{\"a}hlt. Die berechneten Bindeposen wurden einem Re-Scoringverfahren f{\"u}r eine zus{\"a}tzliche Absch{\"a}tzung der Bindungsaffinit{\"a}t unterzogen. Schließlich wurden die f{\"u}nf vielver-sprechendsten Verbindungen f{\"u}r nachfolgende experimentelle Untersuchungen kommerziell bezogen. Die Ergebnisse der nachfolgenden r{\"o}ntgenkristallographischen Aufkl{\"a}rung der Protein-Ligand-Komplexe lagen bei der Anfertigung der vorliegenden Dissertation noch nicht abschließend vor und sind Bestandteil aktueller Forschungarbeiten. Mit den durchgef{\"u}hrten virtuellen Screeningverfahren konnten erstmals potenzielle Liganden des Hsp70-Interdom{\"a}neninterfaces als eine neuartige Klasse von Hsp70-Inhibitoren identifiziert werden. Weiterhin k{\"o}nnen die identifizierten, zytotoxisch aktiven Verbindungen als Leitstrukturen zuk{\"u}nftiger Inhibitordesignstudien dienen, mit dem Ziel sowohl die Zytotoxizit{\"a}t dieser Molek{\"u}le zu optimieren, als auch Struktur-Wirkungsbeziehungen f{\"u}r die Entwicklung von Inhibitoren mit verbesserten biologischen Aktivit{\"a}tsprofilen abzuleiten. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der computerbasierten Charakterisierung der Proteinflexibilit{\"a}t von Hsp70 mit Hilfe von MD Simulationen. In diesem Zusammenhang erfolgte eine Untersuchung intrinsischer Proteinbewegungen sowie des Konformations-raumes anhand von verschiedenen Hsp70-Enzymstrukturen. Die durchgef{\"u}hrten MD Simulationen waren zum Zeitpunkt der Arbeit die ersten Untersuchungen dieser Art, die nicht nur an einer einzelnen Dom{\"a}ne, sondern an ganzen Zweidom{\"a}nenstrukturen von Hsp70 erfolgten. Die generierten Trajektorien best{\"a}tigten die {\"u}berdurchschnittlich hohe Flexibilit{\"a}t der Zielstruktur Hsp70. Die im Rahmen der Studie identifizierten, zum Zeitpunkt der Arbeit noch nicht beschriebenen Proteinkonformere erweiterten das Spektrum der bekannten Hsp70-Proteinkonformationen erheblich und lieferten m{\"o}gliche Enzymkonformationen, die als Templatstrukturen f{\"u}r zuk{\"u}nftige strukturbasierte Wirkstoffdesignstudien dienen k{\"o}nnen. Dar{\"u}ber hinaus st{\"u}tzten die Beobachtungen die Hypothese der prinzipiellen Eignung des Interdom{\"a}neninterfaces von Hsp70 als eine Bindestelle f{\"u}r neue Inhibitoren. Auf der Grundlage der gewonnenen Informationen war es weiterhin m{\"o}glich, eine erste Hypothese hinsichtlich eines potenziellen inhibitorischen Wirkmechanismus der Liganden des Interdom{\"a}neninterfaces zu formulieren. Abschließend l{\"a}sst sich festhalten, dass durch die vorliegende Arbeit viele neue strukturbiologische Erkenntnisse {\"u}ber Hsp70 gewonnen wurden. Dennoch besteht weiterer Forschungsbedarf, um die Strukturbiologie von Hsp70 umfassend aufzukl{\"a}ren. M{\"o}glicher-weise k{\"o}nnen in zuk{\"u}nftigen Studien Enzymstrukturen aufgekl{\"a}rt werden, die die Existenz der in silico erzeugten und in der Arbeit beschriebenen Proteinkonformere best{\"a}tigen.},
  subject      = {Arzneimittelforschung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{ScherfClavel2017,
  author    = {Scherf-Clavel, Maike},
  title     = {Anwendung der Trockenblutanalytik zur vereinfachten {\"U}berwachung der Nierenfunktion und zur Blutspiegelbestimmung von Metformin und Sitagliptin},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146930},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die oralen Antidiabetika Metformin und Sitagliptin werden {\"u}berwiegend renal eliminiert, weshalb w{\"a}hrend der Therapie regelm{\"a}ßig die Nierenfunktion abgesch{\"a}tzt werden sollte. Dies geschieht mithilfe von Serumkreatinin-basierten Formeln, zum Beispiel der Gleichung nach Cockcroft-Gault. Mit dem Ziel, zuk{\"u}nftig eine M{\"o}glichkeit f{\"u}r eine vereinfachte Kontrolle der Therapie mit Metformin und/oder Sitagliptin in Kapillarblutproben zu haben, wurde eine Methode zur Bestimmung der Konzentration von Kreatinin, Metformin und Sitagliptin aus Trockenblutproben (Dried Blood Spots, DBS) entwickelt. Als Tr{\"a}ger zeigte Blotting Papier die besten Ergebnisse in Bezug auf die Handhabung und die Extraktionseffizienz. Aus einem einzelnen DBS gelang es, Metformin und Kreatinin mittels HPLC-UV und Sitagliptin mittels LC-MS/MS zu quantifizieren. Die fl{\"u}ssigchromatographischen Methoden wurden entsprechend der EMA- und FDA-Kriterien erfolgreich vollvalidiert. Die unteren Nachweisgrenzen (LLOQ) lagen bei 0,2 µg/mL f{\"u}r Metformin, 1,5 µg/mL f{\"u}r Kreatinin und 3 ng/mL f{\"u}r Sitagliptin. Da Referenzbereiche f{\"u}r Arzneistoffkonzentrationen in der Regel f{\"u}r Serum/Plasma angegeben werden, wurde das Verteilungsverhalten der beiden Antidiabetika zwischen Plasma (cP) und Blutzellen (cBZ) mittels in-vitro Inkubationsversuchen ermittelt. F{\"u}r Metformin betrug der Verteilungskoeffizient cP/cBZ 4,65 ± 0,73, f{\"u}r Sitagliptin 5,58 ± 0,98. Damit lagen beide Arzneistoffe mehr als 4-fach h{\"o}her im Plasma als in den Blutzellen vor. Erythrozyten waren zuvor schon als tiefes Kompartiment f{\"u}r Metformin beschrieben worden, f{\"u}r Sitagliptin waren dieses die ersten Daten die zeigten, dass der Arzneistoff ebenfalls eine relevante Verteilung in die Blutzellen zeigt. In Kooperation mit einer diabetologischen Schwerpunktpraxis wurde eine erste klinische Studie (Basisstudie) durchgef{\"u}hrt, die zum Ziel hatte, aus den DBS die Nierenfunktion abzusch{\"a}tzen. In DBS von 70 Patienten wurden Metformin, und/oder Sitagliptin sowie Kreatinin quantifiziert. Mit Hilfe der von der Praxis {\"u}bermittelten Serumkreatinin-konzentration konnte durch den Vergleich mit der Konzentration im Kapillarbut erstmalig ein Korrelationsfaktor bestimmt und verifiziert werden, um die Kapillarblut- in die Serumkonzentration des Kreatinins umzurechnen (F = cKapillarblut/cPlasma = 0,916 ± 0,088). So war es m{\"o}glich, die Nierenfunktion {\"u}ber die Formel nach Cockcroft und Gault abzusch{\"a}tzen. In der Basisstudie fiel auf, dass die Konzentration des Sitagliptins im Blut der Patienten signifikant mit steigendem H{\"a}matokrit korrelierte (Pearson R = 0,396; p < 0,05). Die n{\"a}here Untersuchung dieser Beobachtung mittels in-vitro Verteilungsversuchen zeigte eine sehr stark inter-individuell schwankende Verteilung des Sitagliptins zwischen Plasma und den Blutzellen und eine vom H{\"a}matokrit (Hct) linear abh{\"a}ngige Verteilung. In Blut mit einem h{\"o}heren Hct fand sich mehr Arzneistoff in den Blutzellen als in Blut mit niedrigerem Hct, was die h{\"o}heren Gesamtkonzentrationen an Sitagliptin im DBS erkl{\"a}rte. Dialyseversuche in-vitro best{\"a}tigten, dass die Eliminationszeit mit steigendem H{\"a}matokrit des Blutes anstieg. Damit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Blutzellen ein tiefes Kompartiment f{\"u}r Sitagliptin darstellen. Eine zweite klinische Studie (Feldstudie) wurde in Kooperation mit 14 {\"o}ffentlichen Apotheken mit dem Ziel, repr{\"a}sentative Konzentrationen f{\"u}r die Kapillarblutspiegel der beiden Medikamente unter Alltagsbedingungen zu ermitteln, durchgef{\"u}hrt. In DBS von 84 Patienten wurden wiederum Metformin, Sitagliptin und Kreatinin quantifiziert. Aus den Daten der beiden Studienpopulationen (n = 134) wurde f{\"u}r Metformin eine mittlere Konzentration von 2,22 ± 1,16 µg/mL und f{\"u}r Sitagliptin von 432,20 ± 268,79 ng/mL bestimmt. Mittels populationspharmakokinetischer Methoden konnten f{\"u}r beide Arzneistoffe zum ersten Mal Eliminationshalbwertszeiten (t1/2) aus Kapillarblut f{\"u}r Patienten mit einer Kreatininclearance gr{\"o}ßer und kleiner als 60 mL/min bestimmt werden. Erwartungsgem{\"a}ß waren die t1/2 bei besserer Nierenfunktion k{\"u}rzer, sowohl f{\"u}r Metformin (11,9 h versus 18,5 h) als auch f{\"u}r Sitagliptin (8,4 h versus 13,0 h). F{\"u}r Sitagliptin waren dies erstmalige klinische Belege f{\"u}r eine ansteigende Eliminationszeit mit sinkender Nierenfunktion. Die gewonnenen Daten boten zudem Gelegenheit, den literaturbekannten ung{\"u}nstigen Effekt einer kombinierten Einnahme von Diuretika, NSAIDs, ACE-Inhibitoren und/oder Angiotensinrezeptorantagonisten („target drugs") auf die Nierenfunktion („triple whammy") zu betrachten. Tats{\"a}chlich korrelierten die Anzahl der eingenommenen „target drugs" und auch die Dosis der Diuretika mit einer sinkenden Kreatininclearance der Patienten. Mit vorliegender Arbeit wurden zum einen neue Erkenntnisse {\"u}ber die Pharmakokinetik des Sitagliptins gewonnen, zum anderen wurde die Grundlage geschaffen, um aus einem DBS die Blutspiegel von Metformin und Sitagliptin im Zusammenhang mit der Nierenfunktion zu betrachten. In Zukunft k{\"o}nnte diese Methode f{\"u}r ein Therapeutisches Drug Monitoring der beiden Arzneistoffe eingesetzt werden um dieses f{\"u}r Patienten aufgrund der minimalinvasiven Blutabnahme wesentlich angenehmer zu gestalten.},
  subject      = {Pharmakotherapie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hader2017,
  author    = {Hader, Kilian},
  title     = {Lokalisierungsdynamik unter Ber{\"u}cksichtigung von Molek{\"u}l-Feld-Wechselwirkung, Kern-Elektron-Kopplung und Exziton-Exziton-Annihilierung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146735},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit verschiedenen Aspekten der Dynamik von Kernen, Elektronen und gekoppelten Kern-Elektron-Systemen, wobei je nach System unterschiedliche Herangehensweisen gew{\"a}hlt wurden. Zentrale Punkte sind bei allen drei Kapiteln einerseits die Lokalisierung von Teilchen und Energie und andererseits eine hohe Sensitivit{\"a}t in Bezug auf die Wahl der Anfangsbedingungen. Im ersten Teil wurden von der Carrier-Envelope-Phase (CEP) abh{\"a}ngende, laser-induzierte Lokalisierungen betrachtet. Das zentrale Element ist dabei das entwickelte Doppelpulsschema, mit welchem eine CEP-Abh{\"a}ngigkeit in beobachtbaren Gr{\"o}ßen erzeugt wird. Als Beispielsysteme wurden die Fragmentation im D₂⁺-Modellsystem und eine Isomerisierung im Doppelminimumpotential (DMP) untersucht. Als Observable wird die Asymmetrie betrachtet Im DMP kann die Asymmetrie mit dem Entantiomeren/Isomeren{\"u}berschuss gleich gesetzt werden kann und im D₂⁺-Modellsystem mit der Lokalisierung des Elektrons auf einem der beiden dissoziierenden Kerne. Eine Phasenabh{\"a}ngigkeit der Asymmetrien besteht nur f{\"u}r die CEP des zweiten Pulses φ₂, f{\"u}r welchen keine Begrenzungen f{\"u}r die Anzahl an Laserzyklen auftreten. Im DMP wurde die CEP-Abh{\"a}ngigkeit der Asymmetrien auch bei unterschiedlichen Startkonfigurationen untersucht. F{\"u}r alle untersuchten Startkonfigurationen konnte ein Laserparametersatz gefunden werden, der f{\"u}r zumindest eine der beiden Asymmetrien eine CEP-Abh{\"a}ngigkeit liefert. Aufgrund der aufgehobenen energetischen Entartung der Paare gerader und ungerader Symmetrie ist die resultierende Lokalisierung zeitabh{\"a}ngig. Zur Messung der vorhergesagten Dynamiken ist z.B. die Aufnahme eines Photoelektronen-Spektrums denkbar. In n{\"a}chsten Kapitel wurden unterschiedliche Dynamiken innerhalb eines 4d Kern-Elektron-Modells in der N{\"a}he einer konischen Durchschneidung (CI) zweier Potentiale betrachtet. Hierbei ist hervorzuheben, dass eine solche gleichzeitige Untersuchung von Kern- und Elektron-Dynamik in Systemen mit CIs in der Literatur, nach Wissen des Autors, bisher nicht ver{\"o}ffentlicht ist. Das 4d-Potential wurde mit Hilfe des sogenannten Potfit-Algorithmus gefittet. Dieser Fit wurde anschließend verwendet, um die Dynamik des gekoppelten Systems mit Hilfe der "Multi-Configuration Time-Dependent Hartree"(MCTDH)-Methode zu berechnen. Aus der Analyse der gekoppelten Kern-Elektron-Wellenfunktion ergaben sich zwei grundlegend unterschiedliche Klassen von Dynamiken: • Diabatisch: Kern- und Elektrondynamik sind nahezu entkoppelt. Der Kern bewegt sich und das Elektron bleibt statisch. • Adiabatisch: Kern- und Elektrondynamik sind stark gekoppelt. Die Kerndynamik findet auf Kreisbahnen statt. Mit der Rotation der Kerndichte um den Winkel φ geht eine Rotation der Elektron-Dichte einher. Die diabatische Bewegung entspricht der Dynamik durch die konische Durchschneidung und die adiabatische Bewegung der Dynamik auf der unteren Potentialfl{\"a}che. Welche der beiden Dynamiken stattfindet, wird durch die Wahl der Anfangsbedingung bestimmt. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Startzust{\"a}nden ist dabei die Lage des Knotens im elektronischen Anteil der Wellenfunktion. In den diabatischen Bewegungen bleibt z.B. der pₓ -artige Charakter der elektronischen Wellenfunktion konstant, wohingegen sich bei der adiabatischen Dynamik der Charakter mit der Kernbewegung {\"a}ndert. Die Zeitersparnis durch die Verwendung des MCTDH-Ansatzes im Vergleich zur Split-Operator-Methode liegt etwa bei einem Faktor 5. Das letzte Kapitel widmet sich der mikroskopischen Beschreibung von Exziton-Exziton- Annihilierung (EEA). Dabei werden numerische L{\"o}sungen der aus einem mikro- skopischen Modell hergeleiteten Ratengleichungen mit Messungen ( transienter Absorption) verglichen. Es wurden zwei Systeme untersucht: ein Squarain-basiertes Heteropolymer (SQA-SQB)ₙ und ein [2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenvinylen]-Polymer, auch bekannt als MEH-PPV. In beiden F{\"a}llen gelang die systematische Parameterbestimmung mit Hilfe einer Aufteilung in lokalisierte Subsysteme. Diese Subsysteme werden einzeln gewichtet und anschließend aufsummiert, wobei die Gewichte optimiert werden k{\"o}nnen. Aus den so erhaltenen Parametern ergibt sich f{\"u}r beide Systeme ein {\"a}hnliches Bild: • Durch ultraschnelle Lokalisierung der Anregung im fs-Bereich auf kleinere Aggregateinheiten bilden sich voneinander getrennte Subsysteme. • Die in den Subsystemen lokalisierten Exzitonen k{\"o}nnen sich nur innerhalb dieser Bereiche frei bewegen. Es ist ausreichend, direkt benachbarte Mono-, Bi-, Tri- und Tetra-Exzitonen in bis zu zwei Dimensionen zu ber{\"u}cksichtigen. • Auf einer fs-Zeitskala annihilieren direkt benachbarte Exzitonen. • Im MEH-PPV ergibt sich der Signalzerfall im fs-Bereich als Mittelwert aus einer schnellen (zwischen Ketten) und einer langsamen (innerhalb von Ketten) Annihilierung. • Im ps- bis ns-Bereich wird sowohl durch Diffusion vermittelte Annihilierung, also auch der Zerfall der ersten angeregten Zust{\"a}nde bedeutsam.},
  subject      = {Quantenmechanik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmitz2016,
  author    = {Schmitz, Tobias},
  title     = {Functional coatings by physical vapor deposition (PVD) for biomedical applications},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144825},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Metals are the most used materials for implant devices, especially in orthopedics, but despite their long history of application issues such as material failure through wear and corrosion remain unsolved leading to a certain number of revision surgeries. Apart from the problems associated with insufficient material properties, another serious issue is an implant associated infection due to the formation of a biofilm on the surface of the material after implantation. Thus, improvements in implant technology are demanded, especially since there is a projected rise of implants needed in the future. Surface modification methods such as physical vapour deposition (PVD), oxygen diffusion hardening and electrochemical anodization have shown to be efficient methods to improve the surfaces of metallic bulk materials regarding biomedical issues. This thesis was focused on the development of functional PVD coatings that are suitable for further treatment with surface modification techniques originally developed for bulk metals. The aim was to precisely adjust the surface properties of the implant according to the targeted application to prevent possible failure mechanisms such as coating delamination, wear or the occurrence of post-operative infections. Initially,  tantalum layers with approx 5 µm thickness were deposited at elevated substrate temperatures on cp Ti by RF magnetron sputtering. Due to the high affinity of tantalum to oxygen, these coatings are known to provide a self healing capacity since the rapid oxide formation is known to close surface cracks. Here, the work aimed to reduce the abrupt change of mechanical properties between the hard and brittle coating and the ductile substrate by creating an oxygen diffusion zone. It was found that the hardness and adhesion could be significantly increased when the coatings were treated afterwards by oxygen diffusion hardening in a two step process. Firstly, the surface was oxidized at a pressure of 6.7•10-3 mbar at 350 450 °C, followed by 1-2 h annealing in oxygen-free atmosphere at the same temperature leading to a diffusion of oxygen atoms into deeper parts of the substrate as proved by X-ray diffraction (XRD) analysis. The hereby caused mechanical stress in the crystal lattice led to an increase in Vickers hardness of the Ta layers from 570 HV to over 900 HV. Investigations into the adhesion of oxygen diffusion treated samples by Rockwell measurements demonstrated an increase of critical force for coating delamination from 12 N for untreated samples up to 25 N for diffusion treated samples. In a second approach, the development of modular targets aimed to produce functional coatings by metallic doping of titanium with biologically active agents. This was demonstrated by the fabrication of antimicrobial Ti(Ag) coatings using a single magnetron sputtering source equipped with a titanium target containing implemented silver modules under variation of bias voltage and substrate temperature. The deposition of both Ti and Ag was confirmed by X-ray diffraction and a clear correlation between the applied sputtering parameters and the silver content of the coatings was demonstrated by ICP-MS and EDX. Surface-sensitive XPS measurements revealed that higher substrate temperatures led to an accumulation of Ag in the near-surface region, while the application of a bias voltage had the opposite effect. SEM and AFM microscopy revealed that substrate heating during film deposition supported the formation of even and dense surface layers with small roughness values, which could even be enforced by applying a substrate bias voltage. Additional elution measurements using ICP-MS showed that the release kinetics depended on the amount of silver located at the film surface and hence could be tailored by variation of the sputter parameters. In a final step, the applied Ti and Ti(Ag) coatings deposited on cp Ti, stainless steel (316L) and glass substrates were subsequently nanostructured using a self-ordering process induced by electrochemical anodization in aqueous fluoride containing electrolytes. SEM analysis showed that nanotube arrays could be grown from the Ti and Ti(Ag) coatings deposited at elevated temperatures on any substrate, whereby no influence of the substrate on nanotube morphology could be observed. EDX measurements indicated that the anodization process led to the selective etching of Ti from Ti(Ag) coating. Further experiments on coatings deposited on glass surfaces revealed that moderate substrate temperatures during deposition resulting in smooth Ti layers as determined by AFM measurements, are favorable for the generation of highly ordered nanotube arrays. Such arrays exhibited superhydrophilic behavior as proved by contact angle measurements. XRD analysis revealed that the nanostructured coatings were amorphous after anodization but could be crystallized to anatase structure by thermal treatment at temperatures of 450°C.},
  subject      = {PVD-Verfahren},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Brueckner2017,
  author    = {Br{\"u}ckner, Charlotte},
  title     = {The Electronic Structure and Optoelectronic Processes at the Interfaces in Organic Solar Cells Composed of Small Organic Molecules - A Computational Analysis of Molecular, Intermolecular, and Aggregate Aspects},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141652},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Describing the light-to-energy conversion in OSCs requires a multiscale understanding of the involved optoelectronic processes, i.e., an understanding from the molecular, intermolecular, and aggregate perspective. This thesis presents such a multiscale description to provide insight into the processes in the vicinity of the organic::organic interface, which are crucial for the overall performance of OSCs. Light absorption, exciton diffusion, photoinduced charge transfer at the donor-acceptor interface, and charge separation are included. In order to establish structure-property relationships, a variety of different molecular p-type semiconductors are combined at the organic donor-acceptor heterojunction with fullerene C60, one of the most common acceptors in OSCs. Starting with a comprehensive analysis of the accuracy of diverse ab initio, DFT, and semiempiric methods for the properties of the individual molecules, the intermolecular, and aggregate/device stage are subsequently addressed. At all stages, both methodological concepts and physical aspects in OSCs are discussed to extend the microscopic understanding of the charge generation processes.},
  subject      = {Benchmark},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Somorowsky2016,
  author    = {Somorowsky, Ferdinand},
  title     = {Entwicklung von nanopor{\"o}sen Gl{\"a}sern mit kontrollierten Sorptionseigenschaften zur Verbesserung des Innenraumklimas},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-148100},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die prinzipielle Eignung von por{\"o}sen Vycor®-Gl{\"a}sern als Feuchteregulierungsmaterial f{\"u}r den Einsatz im Baubereich erarbeitet. Im Speziellen wurden die Einfl{\"u}sse der Herstellungsparameter auf die Glaseigenschaften entwickelt und optimiert. Die por{\"o}sen Glasflakes wurden in angepasste Putzsysteme implementiert und praxisnahe Untersuchungen der Wirksamkeit durchgef{\"u}hrt. Unterst{\"u}tzt wurden die Ergebnisse durch auf Messwerten basierte Simulationen des Geb{\"a}udeklimas, welche auch die Auswirkungen bei verschiedenen klimatischen Bedingungen ber{\"u}cksichtigen. Der verwendete Prozess zur Herstellung der por{\"o}sen Gl{\"a}ser basiert auf dem 1933 patentierten Vycor®-Verfahren [HOO34][HOO38]. Durch eine Temperaturbehandlung entmischt das homogene Natrium-Borosilicatglas in zwei perkolierende, interpenetrierende Phasen. Diese weisen deutlich unterschiedliche chemische Best{\"a}ndigkeiten auf. Durch Aufl{\"o}sen der instabileren Phase verbleibt ein por{\"o}ses, fast reines Siliciumdioxidgef{\"u}ge, dessen Struktur und Eigenschaften durch die Wahl der Prozessparameter eingestellt werden kann. Erstmals konnte gezeigt werden, dass por{\"o}se Vycor®-Gl{\"a}ser in der Lage sind, Wasser bei Raumtemperatur reversibel aufzunehmen, im Porensystem zu speichern und wieder abzugeben. Basierend auf dieser unerl{\"a}sslichen Eigenschaft, konnten die Vycor®-Gl{\"a}ser durch eine Optimierung und ein besseres Verst{\"a}ndnis der Herstellungsparameter hin zu einem Material mit wirklichen Feuchteregulierungseigenschaften qualifiziert werden. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit (Kapitel 4.1 und 4.2) wurde der Einfluss der strukturbestimmenden Parameter Glaszusammensetzung, Partikelgr{\"o}ße bzw. -form und Entmischungsbedingungen auf das Sorptionsverhalten von Wasser dargestellt. Um die Wasseraufnahme und -abgabe sowie das Zusammenspiel (Zyklisierbarkeit) bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten zu untersuchen, wurde in einem Klimaschrank ein realit{\"a}tsnahes Feuchte- und Temperaturprofil generiert. Hiermit konnte die Zyklisierbarkeit der por{\"o}sen Gl{\"a}ser in Abh{\"a}ngigkeit der Glaseigenschaften beobachtet werden. Erg{\"a}nzt wurde die Charakterisierung durch Stickstoffsorptionsuntersuchungen und REM-Aufnahmen. Bei der Glaszusammensetzung wurde der Einfluss des Siliciumdioxid-Anteils und des Boroxid zu Natriumoxid Verh{\"a}ltnisses auf das finale por{\"o}se Glas betrachtet. Es zeigte sich, dass Gl{\"a}ser mit einem geringeren SiO2 Anteil zu Gl{\"a}sern mit einer h{\"o}heren Porosit{\"a}t, einer h{\"o}heren spezifischen Oberfl{\"a}che und als Folge daraus zu einer besseren Zyklisierbarkeit f{\"u}hren. Die praktische Einsatzf{\"a}higkeit wird allerdings von einer ungen{\"u}genden mechanischen Best{\"a}ndigkeit von Gl{\"a}sern mit Siliciumdioxidgehalten unterhalb von 50 MA\% begrenzt. Das B2O3/Na2O-Verh{\"a}ltnis wirkt sich vor allem auf den Grad des Entmischungsverlaufs und damit auf die sich bildende interpenetrierende Struktur aus. Erkennbar ist dies an der zum Boroxidanteil indirekt proportionalen Transformationstemperatur. Dies zeigt sich ebenfalls bei den Zyklisierungsversuchen, bei denen sich die Wasseraufnahme bzw. -abgabe bei gegebener Temperatur und unterschiedlichem B2O3/Na2O-Verh{\"a}ltnis deutlich unterscheidet. Anhand der entsprechenden Stickstoffsorptionsuntersuchungen konnte gezeigt werden, dass das Reaktionsverm{\"o}gen eines por{\"o}sen Glases auf einen Temperatur- und Feuchtezyklus, ein Zusammenspiel aus passendem Porendurchmesser und hoher spezifischer Oberfl{\"a}che ist. Einen besonderen Aspekt der vorliegenden Arbeit stellt die Untersuchung von Glasflakes, flache Pl{\"a}ttchen mit Dicken von einigen µm und Durchmessern von bis zu 1000 µm, dar. Diese k{\"o}nnen z. B. mittels eines Rotationsflakers hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die mit den Flakes versehenen Wandanstriche nicht nur bessere Verarbeitungseigenschaften aufweisen, sondern auch im Vergleich zu ann{\"a}hernd isotropen Partikeln signifikant verbesserte Sorptionseigenschaften besitzen. Die Ausbildung der Porengr{\"o}ße und damit der spezifischen Oberfl{\"a}che verl{\"a}uft haupts{\"a}chlich {\"u}ber den einstellbaren thermischen Entmischungsvorgang. Um die optimalen Parameter f{\"u}r die Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe zu finden, wurde in dieser Arbeit neben der Plateautemperatur auch die Entmischungsdauer variiert. Oberhalb von ca. 520 °C ist die charakteristische Phasenseparation energetisch beg{\"u}nstigt. Diese verst{\"a}rkt sich mit steigender Temperatur, wodurch gr{\"o}ßere Entmischungsbezirke entstehen. Oberhalb von ca. 650 °C kommt es zum Zusammensintern der Glasflakes, sodass deren urspr{\"u}ngliche Geometrie zerst{\"o}rt wird. F{\"u}r Untersuchungen oberhalb dieser Temperaturen muss also das Rohglas entmischt und erst im nachfolgenden Prozess zu Pulver aufgemahlen werden. Glasflakes sind durch diesen Verarbeitungsprozess jedoch nicht mehr herstellbar. Ein entscheidendes neues Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die Porengr{\"o}ße innerhalb dieses Temperaturbereiches durch Anpassung der Entmischungstemperatur ann{\"a}hernd nanometer-genau eingestellt werden kann. Dies zeigt auch den großen Vorteil por{\"o}ser Vycor®-Gl{\"a}ser im Vergleich zu anderen por{\"o}sen Materialien. F{\"u}r die Feuchteregulierung erwies sich ein Porendurchmesser von 3,8 nm, welcher durch eine Entmischungstemperatur von 533 °C generiert wird, als optimal. Die Dauer der Entmischung hat vor allem einen Einfluss auf den Fortschritt des Porenwachstums, nicht jedoch auf die Porengr{\"o}ße selbst. Nach ca. 30 Minuten kann das Entstehen der Poren erstmals eindeutig nachgewiesen werden. Der Entmischungsprozess ist nach ca. 24 Stunden abgeschlossen. Eine Verl{\"a}ngerung der Entmischungszeit hat keine weitere Ver{\"a}nderung der Porenstruktur zur Folge. In Kombination mit den Ergebnissen der Untersuchungen zum Einfluss des B2O3/Na2O-Verh{\"a}ltnisses konnte gezeigt werden, dass durch die Wahl der passenden Entmischungstemperatur die gew{\"u}nschte Porengr{\"o}ße, in weiten Bereichen unabh{\"a}ngig vom B2O3/Na2O-Verh{\"a}ltnis, gezielt eingestellt werden kann. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Auslaugung hinsichtlich technischer Funktionalit{\"a}t und Umweltfreundlichkeit optimiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass neben Schwefels{\"a}ure auch Salzs{\"a}ure zur vollst{\"a}ndigen Auslaugung verwendet werden kann. Salzs{\"a}ure kann im Gegensatz zu Schwefels{\"a}ure deutlich einfacher wieder aufgearbeitet werden (geringere Temperatur und Druck im Falle einer destillativen Aufarbeitung), was f{\"u}r die wirtschaftliche Anwendung von hoher Bedeutung ist. Weiterhin wurde die Konzentration der S{\"a}ure verringert. Hierbei konnten bis zu einer Verd{\"u}nnung auf 0,75 molare Salzs{\"a}ure noch por{\"o}se Gl{\"a}ser mit vergleichbaren Zyklisierungswerten erhalten werden. Erst bei weiterer Verd{\"u}nnung wurden die entmischten Glasflakes unvollst{\"a}ndig ausgelaugt. Ein weiterer Einfluss der verwendeten S{\"a}ureart oder der Konzentration auf die Porenstruktur bzw. die Porengr{\"o}ße konnte nicht gefunden werden. Wie in der Literatur beschrieben, wurde die Auslaugung der entmischten Gl{\"a}ser zun{\"a}chst bei hohen Temperaturen oberhalb von 95 °C durchgef{\"u}hrt, sodass dieser Teilschritt viel Energie verbraucht [JAS01]. Um den Prozess ressourcenschonender aufzustellen, wurde im Kapitel 4.3 untersucht, welche Temperatur zwingend ben{\"o}tigt wird. Hierbei wurden die Temperatur und die S{\"a}urekonzentration variiert. Diese Parameter ver{\"a}ndern den Anteil der Poren, jedoch nicht die Porengr{\"o}ße. Durch eine geringere Temperatur und geringere S{\"a}urekonzentrationen nimmt die Porosit{\"a}t ab. Eine Verl{\"a}ngerung der Auslaugedauer auf drei Stunden verbessert den Grad der Auslaugung erheblich. Da die Auslaugung bei 0,40 molarer Salzs{\"a}ure nicht vollst{\"a}ndig verl{\"a}uft, wurde bei dieser Konzentration die Auslaugedauer nochmals einzeln betrachtet. Hierbei best{\"a}tigte sich, dass eine l{\"a}ngere Auslaugung den Anteil der in der Entmischung eingestellten Poren vergr{\"o}ßert und auch die Zyklisierbarkeit (Massenhub) zunimmt. Die Werte von den mit 1,5 molarer Salzs{\"a}ure ausgelaugten Gl{\"a}sern k{\"o}nnen, trotz einer Dauer von bis zu acht Stunden, jedoch nicht erreicht werden. Eine alternative M{\"o}glichkeit um die Auslaugung ressourcenschonender zu gestalten, wurde mit dem neuen Ansatz die Synthese unter hydrothermischen Bedingungen durchzuf{\"u}hren, entwickelt. Hierbei wurden die entmischten Gl{\"a}ser entweder mit verd{\"u}nnter S{\"a}ure (0,75 mol/l HCl) oder mit Wasser in einem Autoklaven bei Temperaturen von 100 °C bis 200 °C, einem Reaktionsdruck von bis zu 30 bar und f{\"u}r bis zu 20 Stunden behandelt. Im Fall der Salzs{\"a}ure verursachen alle drei Parameter eine Ver{\"a}nderung der Porenstruktur. In der Porengr{\"o}ßenbetrachtung mittels Stickstoffsorption erkennt man einen zweiten Peak bei gr{\"o}ßerem Durchmesser, wobei der urspr{\"u}ngliche Peak abnimmt. Dies deutet auf ein Aufl{\"o}sen der urspr{\"u}nglichen Porenw{\"a}nde hin. Die Zunahme des Porenvolumens und die Abnahme der spezifischen Oberfl{\"a}che best{\"a}tigt diese Annahme. Da die resultierende Porenstruktur und die spezifische Oberfl{\"a}che stark ver{\"a}ndert werden, ist diese hydrothermale Methode zur Fertigung von Glasflakes f{\"u}r die Anwendung als Feuchtespeichermaterial nicht geeignet. F{\"u}r andere Anwendungsfelder (siehe Seite 85) k{\"o}nnte diese M{\"o}glichkeit dennoch sehr interessant sein, da so leicht ein bimodales Porensystem hergestellt werden kann. Das Kapitel „Variation der Auslaugebedingungen" wird mit Untersuchungen zur Wiederverwertbarkeit von Auslaugemedium und Bors{\"a}ure abgeschlossen. Hierzu wird die gel{\"o}ste Bors{\"a}ure aus dem Auslaugemedium bei Raumtemperatur ausgef{\"a}llt. Eine anschließende destillative Aufreinigung kann zu einem nahezu vollst{\"a}ndigen Recycling, sowohl des Auslaugemediums als auch der Bors{\"a}ure, f{\"u}hren. Neben dem Einfluss der Glasherstellung und der Herstellungsparameter auf die Wasserauf- und -abgabef{\"a}higkeit der por{\"o}sen Gl{\"a}ser, wurden auch die Parameter der Klimaprofile (Raumtemperaturschwankungen, {\"A}nderung der Feuchtigkeit) genauer betrachtet. Die Sorption h{\"a}ngt stark von der Temperatur ab. Die Wasserabgabe wird durch eine h{\"o}here Temperatur (50 °C) erh{\"o}ht und beschleunigt. Dieser Effekt zeigt sich auch bei der Zyklisierung. Der Massenhub betr{\"a}gt bei 50 °C 12,1 MA\%, bei 20 °C nur noch 3,3 MA\% bei identischem Feuchte- und Zeitprofil. Die Kinetik der Wasseraufnahme und -abgabe wurde anhand von Klimaprofilen mit unterschiedlichen {\"A}nderungsraten untersucht. Hierbei fand die Feuchte{\"a}nderung von 30 \% auf 90 \% innerhalb von einer Stunde, zwei Stunden und vier Stunden statt. Untersucht wurden die f{\"u}r den Einsatz als Feuchteregulierungsmaterial optimierten Glasflakes sowie Flakes mit gr{\"o}ßeren und kleineren Porendurchmessern. Bei allen Proben findet die Aufnahme deutlich schneller statt als die Desorption. Ein Grund hierf{\"u}r ist der Flaschenhalsporeneffekt (siehe Seite 37). Des Weiteren ist bei den optimierten Glasflakes die Steigung der Massen{\"a}nderung, unabh{\"a}ngig von der Feuchte{\"a}nderungsrate, immer am gr{\"o}ßten. Diese Gl{\"a}ser sprechen also am direktesten auf {\"A}nderungen der Luftfeuchtigkeit an und es best{\"a}tigt sich, dass die Einstellung der richtigen Porengr{\"o}ße entscheidend ist. Dies konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit realisiert werden. Dar{\"u}ber hinaus erm{\"o}glichen die Ergebnisse der Experimente zur Sorptionskinetik einen umfassenderen Blick auf die Sorption und dabei insbesondere auf die Poreneigenschaften und auf die Sorptionsvorgeschichte. Ebenfalls wurde die Alterung der Sorptionsf{\"a}higkeit untersucht. Bei bis zu 20 Wiederholungszyklen konnte kein negativer Effekt beobachtet werden. Die Wasseraufnahme und -abgabe hat neben dem feuchtigkeitsregulierenden auch eine energetische Auswirkung auf den Energiehaushalt in einem Geb{\"a}ude. Da bei jeder Sorption Energie verbraucht bzw. frei wird, kann ein w{\"a}rmeregulierender Effekt auftreten. Um diesen Effekt genauer zu quantifizieren, wurde die Desorption von konditionierten Gl{\"a}sern mittels Differenzkalorimetrie untersucht. Der Energiebetrag kann sowohl bei den Glasflakes als auch bei den mit Flakes versetzten Putzen detektiert werden und korreliert mit der gespeicherten Wassermenge. Auch wenn die Einzelenergiemenge pro Vorgang sehr gering ist, so summiert sich diese bei den vielen Vorg{\"a}ngen {\"u}ber das Jahr hinweg zu einem erheblichen Gesamtenergiebetrag (ca. 6 \% des Energieverbrauchs in einem Wohnhaus), welcher eine interessante Erg{\"a}nzung zur Feuchtigkeitsregulierung darstellen kann. Mit den f{\"u}r die Wasserauf- und -abgabe optimierten por{\"o}sen Gl{\"a}sern wurden Wandanstriche (Putze und Farben) hergestellt (siehe Seite 112) und diese auf ihre Eignung als Feuchteregulierungsmaterial untersucht. Im Vergleich mit den Standardputzen haben die Klimaputze mit dem Zusatz von Glasflakes aktuell noch geringere mechanische Kennwerte, insbesondere Druckfestigkeit und Dynamisches E-Modul. Dies ist vor allem auf das lockere Gef{\"u}ge durch die Beimischung der Glasflakes zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Die Beimengung f{\"u}hrt umgekehrt aber zu einer Steigerung der Porosit{\"a}t und der spezifischen Oberfl{\"a}che. REM-Aufnahmen belegen dies. Durch Optimierung der Putzzusammensetzung gibt es jedoch eine gute Chance, die mechanischen Eigenschaften der Klimaputze noch zu verbessern. Um den Feuchteregulierungseffekt besser einsch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen, wurde in Zyklisierungsversuchen der Vycor®-Putz mit kommerziellen Putzen mit und ohne zus{\"a}tzliche Regulierungsfunktionalit{\"a}t und anderen Feuchteregulierungsmaterialien, wie Zeolithen und Holzfaserplatten, verglichen. Dabei zeigte der Putz mit den optimierten Glasflakes eine deutlich h{\"o}here Wasseraufnahmekapazit{\"a}t, ein direkteres Ansprechverhalten auf Feuchtigkeitsschwankungen und einen sehr viel h{\"o}heren Massenhub. Erkennbar wird dies vor allem beim realit{\"a}tsnahen Vergleich von zwei Wandst{\"u}cken. Hierf{\"u}r wurden Tr{\"a}gerplatten als Basis sowohl mit einem Standardputz als auch mit dem Vycor®-Klimaputz aufgebaut. Das Vycor®-Wandsystem konnte den Feuchtigkeitssprung im Klimaschrank von 72 \% r. L. auf 40 \% r. L. vollst{\"a}ndig abpuffern. Der Massenhub betrug mit ca. 13 g Wasser pro m2 Wandfl{\"a}che sogar das Dreifache der eigentlich zu bindenden Wassermenge. In Zusammenarbeit mit der Universit{\"a}t Bayreuth konnten die im Labor gewonnen Ergebnisse mittels Simulationsberechnungen untermauert werden. Mit dem Software-Tool WUFI (W{\"a}rme und Feuchte instation{\"a}r) konnte sowohl eine Regulierung der jahreszeitlichen Feuchteschwankungen als auch ein positiver Effekt auf das Wohlbefinden der Bewohner gezeigt werden. Durch die Simulationen, deren Eingangswerte auf realen Messwerten basieren, konnte nachgewiesen werden, dass sowohl por{\"o}se Gl{\"a}ser als auch die mit por{\"o}sen Glasflakes versetzen Baustoffe einen deutlich messbaren positiven Effekt auf das Raumklima haben. Der direkte Nachweis, also ein positiver Effekt des por{\"o}sen Glases auf das Raumklima, wurde bisher nur in Simulationen modelliert und ist unter realen Versuchsbedingungen noch zu pr{\"u}fen. Hierzu m{\"u}sste ein Testraum aufgebaut und {\"u}ber l{\"a}ngere Zeit vermessen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an Hand der voran beschriebenen Ergebnisse das por{\"o}se Glassystem der Vycor®-Gl{\"a}ser hinsichtlich seiner kontrollierten Sorptionseigenschaften f{\"u}r eine Anwendung als Feuchteregulierungsmaterial entwickelt. Im Zuge dessen wurde ein besseres Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Abl{\"a}ufe und Mechanismen der auftretenden spinodalen Entmischung erarbeitet. Weiterhin konnten die Zusammenh{\"a}nge zwischen den Poreneigenschaften und der Sorption von Wasser tiefgehender verstanden werden, sodass wichtige Erkenntnisse gewonnen werden konnten, um por{\"o}ses Vycor®-Glas als Modellsystem f{\"u}r Entmischung und Sorption weiter zu etablieren.},
  subject      = {Glas},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Steiger2017,
  author    = {Steiger, Christoph},
  title     = {Drug delivery of therapeutic gases - strategies for controlled and local delivery of carbon monoxide},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141054},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The isoenzyme heme oxygenase 1 (HO-1) is a key element for maintaining cellular homeostasis. Upregulated in response to cellular stress, the HO-1 degrades heme into carbon monoxide (CO), biliverdin, and Fe2+. By means of a local cell-protective feedback loop the enzyme triggers numerous effects including anti-oxidative, anti-apoptotic, and anti-inflammatory events associated with complex signalling patterns which are largely orchestrated by CO. Various approaches to mimic this physiological HO-1 / CO system aiming for a treatment of medical conditions have been described [1]. These preclinical studies commonly applied CO systemically via (i) inhalation or (ii) using CO-Releasing Molecules (CORMs) [2]. The clinical use of these approaches, however, is challenged by a lack of practicability and substantial safety issues associated with the toxicity of high systemic doses of CO that are required for triggering therapeutic effects. Therefore, one rational of this thesis is to describe and evaluate strategies for the local delivery of CO aiming for safe and effective CO therapeutics of tomorrow.},
  subject      = {Targeted drug delivery},
  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{Sawatzky2016,
  author    = {Sawatzky, Edgar},
  title     = {Design und Synthese selektiver Butyrylcholinesterase (BChE) Inhibitoren zur Entwicklung von Radiopharmazeutika zur Erforschung der Alzheimer Erkrankung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144037},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Although the physiological roles of BChE are not yet determined to date, the importance of this enzyme is continuously increasing as it was found to be associated with several disorders like diabetes mellitus type 2, cardiovascular diseases, obesity and especially with Alzheimer's disease (AD). In consequence, for investigations of BChE's pathological role in these diseases and to find new medication strategies, the development of selective and potent inhibitors is necessary. For this purpose, the current work progresses in five chapters on the exploration of the chemical, physical and biochemical properties of tetrahydroquinazoline based carbamates which were previously reported to be selective BChE inhibitors with potency in the low nanomolar range. 1) A Novel Way to Radiolabel Human Butyrylcholinesterase for PET through Irreversible Transfer of the Radiolabeled Moiety: PET-radiotracers represent an innovative tool to determine the distribution and the expression of a biological target in vivo. BChE lacks to a large degree of such tracers with a few exceptions. In this work, methods were developed to incorporate the radioisotopes 11C and 18F into the carbamate moiety of an tetrahydroquinazoline based inhibitor. In contrast to reversibly acting PET-probes, the described radiotracers were proven by kinetic studies to transfer the radioisotope covalently onto the active site of BChE, thus labeling the enzyme directly and permanently. 2) Discovery of Highly Selective and Nanomolar Carbamate-Based Butyrylcholinesterase Inhibitors by Rational Investigation into Their Inhibition Mode: To investigate the role of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold on BChE inhibition, carbamate based inhibitors were synthesized. These compounds were successively used to perform kinetic investigations to determine their inhibition mode. Based on these data, a plausible binding model was postulated explaining the influence of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold for binding at BChE's active site just before carbamate transfer takes place. Additionally, these compounds feature neuroprotective properties and prevent oxidative stress induced cell death in their carbamate form as well as after the release of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold. 3) Dual Addressing of Butyrylcholinesterase by Targeting the Catalytic Active Site (CAS) and the Peripheral Anionic Site (PAS): Compounds which are dual-targeting the CAS and the PAS of BChE are the most potent and selective BChE inhibitors to date with inhibition values in the picomolar range. In this work, a strategy is described how to turn tetrahydroquinazoline based carbamates into dual binding BChE inhibitors. These inhibitors feature a carbamate moiety which is covalently transferred onto the CAS of BChE, and in addition provide a second pharmacophore connected via a linker to the carbamate moiety which is proposed to target the PAS. Preliminary results reveal a high tolerance of BChE towards different linker lengths without decrease in affinity. 4) Investigation into Selective Debenzylation and Ring Cleavage of Quinazoline based Heterocycles: The tetrahydroquinazoline system is well investigated in terms of its synthesis and its selective oxidation. To explore the reactivity of this system, a tetracyclic tetrahydroquinazoline was exposed to common reduction agents. These experiments revealed a high sensitivity of the tetrahydroquinazoline core towards several reduction conditions 5) Experimental and Theoretical Investigation into the Stability of Cyclic Aminals: Tetrahydroquinazolines are known to degrade in acidic media through hydrolysis of their aminal system; but literature is lacking of a systematic investigation into this behavior. Therefore, different tetrahydroquinazolines were synthesized and exposed to phosphate buffered systems with defined pH-values. A clear increase of the hydrolysis rate of the aminal system was determined in dependency of an increasing acidic media. Computational studies predicted and experimental studies proved that hydrolysis takes place in an acidic environment while the condensation of this system is preferred in neutral or basic aqueous media.},
  subject      = {Cholinesterase},
  language  = {en}
}
@article{KochCappelNockeretal.2011,
  author    = {Koch, Oliver and Cappel, Daniel and Nocker, Monika and Jaeger, Timo and Floh{\´e}, Leopold and Sotriffer, Christoph and Selzer, Paul},
  title     = {Virtual screening using structure-based consensus pharmacophore models and ensemble docking based on MD-generated conformations : [From 6th German Conference on Chemoinformatics, GCC 2010, Goslar, Germany. 7-9 November 2010]},
  series = {Journal of Cheminformatics},
  volume    = {3},
  journal   = {Journal of Cheminformatics},
  number    = {Suppl. 1},
  doi       = {10.1186/1758-2946-3-S1-O23},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142830},
  pages     = {O23},
  year      = {2011},
  abstract  = {No abstract available.},
  language  = {en}
}
@article{FleglerSchneiderPrieschletal.2016,
  author    = {Flegler, Andreas and Schneider, Michael and Prieschl, Johannes and Stevens, Ralph and Vinnay, Thomas and Mandel, Karl},
  title     = {Continuous flow synthesis and cleaning of nano layered double hydroxides and the potential of the route to adjust round or platelet nanoparticle morphology},
  series = {RSC Advances},
  volume    = {6},
  journal   = {RSC Advances},
  number    = {62},
  doi       = {10.1039/c6ra09553d},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191305},
  pages     = {57236-57244},
  year      = {2016},
  abstract  = {Here, we report a continuous flow synthesis of nano LDH, comprising a continuous precipitation process using static mixers and followed by an immediate cleaning process via a semi-continuous centrifuge to obtain the final product in one-go. Via this synthesis setup, it is possible to independently vary the concentrations of the reactants during precipitation and at the same time ensure constant reaction conditions and an immediate "quenching" of the precipitate due to "on the flow"-washing. We found that this paves the way to adjust the synthesis parameters in a way that the final morphology of the nano-LDH particles can be controlled to be either round or platelet-like.},
  language  = {en}
}
@article{EmmertWitzelHeinrich2016,
  author    = {Emmert, M. and Witzel, P. and Heinrich, D.},
  title     = {Challenges in tissue engineering - towards cell control inside artificial scaffolds},
  series = {Soft Matter},
  volume    = {12},
  journal   = {Soft Matter},
  number    = {19},
  doi       = {10.1039/c5sm02844b},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191341},
  pages     = {4287-4294},
  year      = {2016},
  abstract  = {Control of living cells is vital for the survival of organisms. Each cell inside an organism is exposed to diverse external mechano-chemical cues, all coordinated in a spatio-temporal pattern triggering individual cell functions. This complex interplay between external chemical cues and mechanical 3D environments is translated into intracellular signaling loops. Here, we describe how external mechano-chemical cues control cell functions, especially cell migration, and influence intracellular information transport. In particular, this work focuses on the quantitative analysis of (1) intracellular vesicle transport to understand intracellular state changes in response to external cues, (2) cellular sensing of external chemotactic cues, and (3) the cells' ability to migrate in 3D structured environments, artificially fabricated to mimic the 3D environment of tissue in the human body.},
  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{Diedering2019,
  author    = {Diedering, Manfred},
  title     = {Mechanistische Untersuchungen zum Einfluss der Viskosit{\"a}t und Polarit{\"a}t des L{\"o}sungsmittels sowie des Substitutionsmusters auf das Produktverh{\"a}ltnis bei der Photolyse von Azoalkanen vom DBH-Typ},
  doi       = {10.25972/OPUS-19357},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-193579},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Die photolytische Stickstoffabspaltung aus Azoalkanen vom DBH-Typ verl{\"a}uft stereoselektiv unter bevorzugter Bildung des invertierten Hausans. Bei cyclopentenannelierten DBH-Derivaten kann die Selektivit{\"a}t in Abh{\"a}ngigkeit von den Br{\"u}ckenkopfsubstituenten auch umgekehrt sein. Bei der Photolyse von Azoalkan DBH-d2 zeigt sich, dass das Verh{\"a}ltnis von Inversions- zu von der Viskosit{\"a}t des L{\"o}sungsmittels abh{\"a}ngig ist. Die Viskosit{\"a}t wird sowohl durch Verwendung einer Serie von Alkoholen verschiedener Viskosit{\"a}t als auch durch Variation der Temperatur in n-Butanol ge{\"a}ndert. Der Wert f{\"u}r die Photolyse in Acetonitril f{\"u}gt sich in die Reihe der alkoholischen Solventien ein, womit eine Beteiligung von Wasserstoffbr{\"u}cken ausgeschlossen ist. Der Viskosit{\"a}tseffekt ist mit einem schrittweisen Mechanismus der Stickstoffabspaltung vereinbar, der {\"u}ber ein unsymmetrisches Singulettdiazenyldiradikal verl{\"a}uft. Die Abweichung der Viskosit{\"a}tprofile des kinv/kret-Verh{\"a}ltnisses f{\"u}r die Viskosit{\"a}ts{\"a}nderung durch L{\"o}sungsmittel- und Temperaturvariation l{\"a}sst einen kleinen aber messbaren Unterschied in der Aktivierungsenergie f{\"u}r den Inversions- und Retentionsprozess ableiten. Das kinv/kret-Verh{\"a}ltnis bei der Photolyse von DBH-d2 wird auch in Abh{\"a}ngigkeit vom Druck in superkritischem Ethan und Kohlendioxid untersucht, wof{\"u}r zun{\"a}chst eine spezielle Apparatur aufgebaut werden musste. Die Analyse der beobachteten Druckabh{\"a}ngigkeit im Hinblick auf Stoß- (Selbstdiffusionskoeffi-zient) und Reibungseffekte (Viskosit{\"a}t) l{\"a}sst schließen, dass eine Behinderung des Inversionsprozesses durch Reibung mit Mediummolek{\"u}len die experimentellen Beobachtungen am besten erkl{\"a}rt. Dies entspricht den Beobachtungen in fl{\"u}ssiger Phase und best{\"a}tigt den Mechanismus. In einer vergleichenden Untersuchung der Photolyse (bei + 25 °C) von Azaolkan Ib und der thermischen (bei +25 °C) syn-zu-anti-Isomerisierung des entsprechenden Hausans IIb wird festgestellt, dass die kinv/kret-Verh{\"a}ltnisse bei der Photolyse des Azoalkans in einer Serie von Alkoholen und die Geschwindigkeitskonstanten kiso der Isomerisierung in der gleichen Reihe von L{\"o}sungsmitteln einer sehr {\"a}hnlichen Viskosit{\"a}tsabh{\"a}ngigkeit gehorchen. Daraus wird geschlossen, dass die Bewegung bei der Ger{\"u}stinversion in beiden F{\"a}llen durch Reibung mit L{\"o}sungsmittelmolek{\"u}len gehemmt und damit die Stereoselektivit{\"a}t bestimmt wird. Die Photolyse von DBH-d2 in Isooctan/Nujol-Gemischen zeigt die gleiche Viskosit{\"a}tsabh{\"a}ngigkeit des kinv/kret-Verh{\"a}ltnisses wie die in alkoholischen Medien. Aus dem Unterschied der absoluten kinv/kret-Werte der beiden Serien und durch die Verwendung weite-rer aprotischer L{\"o}sungsmittel wird eine Beeinflussung der Selektivit{\"a}t durch die "bulk" Polarit{\"a}t des Mediums festgestellt. Fazit: Durch die Untersuchung des Einflusses der Viskosit{\"a}t und Polarit{\"a}t des L{\"o}sungsmittels auf die Stereoselektivit{\"a}t bei der Photolyse von bicyclischen Azoalkanen und die thermi-sche Isomerisierung der entsprechenden Hausane wird das Auftreten eines Diazenyldiradi-kals als Schl{\"u}sselintermediat best{\"a}tigt und dynamische Effekte werden ausgeschlossen. Bei der Photolyse der cyclopentenannelierten Azoalkane Ic,d mit n-Propyl- und Acetoxy-methylsubstituenten an den Br{\"u}ckenkopfpositionen (Schema IV) entstehen unter Singulettbedingungen (direkte Photolyse bei h{\"o}herer Temperatur) unter Retention haupts{\"a}chlich die anti-IIc,d Hausane. Unter Triplettbedingungen (direkte Photolyse bei tiefer Temperatur oder sensibilisierte Photolyse) wird das Inversionsprodukt syn-IIc,d bevorzugt. Die favorisierte Inversion beim Triplettweg wird mit der unsymmetrischen Natur der Br{\"u}ckenkopfsubstituenten n\&\#64979;Propyl und Acetoxymethyl bei der Rotation um die Br{\"u}ckenkopfposition des planaren Cyclopentan-1,3-diyltriplettdiradikal erkl{\"a}rt. Die rotationsunsymmetrischen Br{\"u}ckenkopfsubstituenten stehen in ihrer Konformation niedrigster Energie (AM1-Rechnungen) auf der gegen{\"u}berliegenden Seite des Diylrings als der annelierte Cyclopentenring. Nach ISC f{\"u}hrt der Ringschluss aufgrund sterischer Wechselwirkungen zwischen den Br{\"u}ckenkopfsubstituenten und der gem-dimethylsubstituierten Methylenbr{\"u}cke bevorzugt zum syn-Hausan. Beim Vergleich des Verh{\"a}ltnisses von Inversion zu Retention bei der Photolyse des unges{\"a}t-tigten und ges{\"a}ttigten Azoalkans Ie und If (Schema IV) zeigt sich, dass bei beiden Derivaten unter Singulettbedingungen das syn-Hausan in etwa gleichem Ausmaß entsteht. Unter Triplettbedingungen f{\"u}hrt die Photolyse zum Retentionsprodukt anti-IIe,f als Hauptdiastereomer, aber mit einem betr{\"a}chtlichen Unterschied im syn/anti-Hausan-Verh{\"a}ltnis f{\"u}r Ie (38 : 62) und If (6 : 94). Dieser signifikante Unterschied der anti-Stereoselektivit{\"a}t im Triplettweg wird mechanistisch durch weitreichende sterische Wechselwirkungen zwischen dem annelierten Ring und der gem-dimethylsubstituierten Methylenbr{\"u}cke w{\"a}hrend des Ringschlusses nach ISC des planaren Cyclopentan-1,3-diyltriplettdiradikals gedeutet. Im Gegensatz dazu ist die Denitrogenierung des intermedi{\"a}ren Diazenyldiradikals Ie,f-1DZ (analog zu Ia-1DZ) im SH2-Prozess (Inversion) des Singulettwegs relativ unempfindlich gegen{\"u}ber solchen sterischen Effekten zwischen den entfernten Substituenten. Fazit: Bei der Photolyse von f{\"u}nfringannelierten Azoalkanen wirken sich kleinere strukturelle Variationen (rotationsunsymmetrische Br{\"u}ckenkopfsubstituenten oder die Hydrierung der Doppelbindung im annelierten Ring) vor allem im Triplettweg {\"u}ber sterische Wechselwirkungen im planaren Cyclopentan-1,3-diyltriplettdiradikal auf das Verh{\"a}ltnis der entstehenden syn/anti-Hausane aus. Der SH2-Prozess im Singulettweg ist relativ unempfindlich gegen{\"u}ber solchen sterischen Effekten.},
  subject      = {Azoalkene},
  language  = {de}
}
@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}
}
@article{BaumeisterStrifflerBrandtetal.2016,
  author    = {Baumeister, Joachim and Striffler, Albrecht and Brandt, Marc and Neumann, Michael},
  title     = {Collaborative Decision Support and Documentation in Chemical Safety with KnowSEC},
  series = {Journal of Cheminformatics},
  volume    = {8},
  journal   = {Journal of Cheminformatics},
  number    = {21},
  doi       = {10.1186/s13321-016-0132-8},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146575},
  year      = {2016},
  abstract  = {To protect the health of human and environment, the European Union implemented the REACH regulation for chemical substances. REACH is an acronym for Registration, Evaluation, Authorization, and Restriction of Chemicals. Under REACH, the authorities have the task of assessing chemical substances, especially those that might pose a risk to human health or environment. The work under REACH is scientifically, technically and procedurally a complex and knowledge-intensive task that is jointly performed by the European Chemicals Agency and member state authorities in Europe. The assessment of substances under REACH conducted in the German Environment Agency is supported by the knowledge-based system KnowSEC, which is used for the screening, documentation, and decision support when working on chemical substances. The software KnowSEC integrates advanced semantic technologies and strong problem solving methods. It allows for the collaborative work on substances in the context of the European REACH regulation. We discuss the applied methods and process models and we report on experiences with the implementation and use of the system.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wistlich2019,
  author    = {Wistlich, Laura},
  title     = {NCO-sP(EO-stat-PO) as functional additive for biomaterials' development},
  doi       = {10.25972/OPUS-17836},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-178365},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The aim of this thesis was the application of the functional prepolymer NCO-sP(EO-stat-PO) for the development of new biomaterials. First, the influence of the star-shaped polymers on the mechanical properties of biocements and bone adhesives was investigated. 3-armed star-shaped macromers were used as an additive for a mineral bone cement, and the influence on the mechanical properties was studied. Additionally, a previously developed bone adhesive was examined regarding cytocompatibility. The second topic was the examination of novel functionalization steps which were performed on the surface of electrospun fibers modified with NCO-sP(EO-stat-PO). This established method of functionalizing electrospun meshes was advanced regarding the modification with proteins which was then demonstrated in a biological application. Two different kinds of antibodies were immobilized on the fiber surface in a consecutive manner and the influence of these proteins on the cell behavior was investigated. The final topic involved the quantification of surface-bound peptide sequences. By functionalization of the peptides with the UV-reactive molecule 2-mercaptopyridine it was possible to quantify this compound via UV measurements by cleavage of disulfide bridges and indirectly draw conclusions about the number of immobilized peptides. In the field of mineral biocements and bone adhesives, NCO-sP(EO-stat-PO) was able to influence the setting behavior and mechanical performance of mineral bone cements based on calcium phosphate chemistry. The addition of NCO-sP(EO-stat-PO) resulted in a pseudo-ductile fracture behavior due to the formation of a hydrogel network in the cement, which was then mineralized by nanosized hydroxyapatite crystals following cement setting. Accordingly, a commercially available aluminum silicate cement from civil engineering could be modified. In addition, it could be shown that the use of NCO-sP(EO-stat-PO) is beneficial for adjusting specific material properties of bone adhesives. Here, the crosslinking behavior of the prepolymer in an aqueous medium was exploited to form an interpenetrating network (IPN) together with a photochemically curing poly(ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA) matrix. This could be used for the development of a bone adhesive with an improved adhesion to bone in a wet environment. The developed bone adhesive was further investigated in terms of possible influences of the initiator systems. In addition, the material system was tested for cytocompatibility by using different cell lines. Moreover, the preparation of electrospun fiber meshes via solution electrospinning consisting of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) as a backbone polymer and NCO-sP(EO-stat-PO) as functional additive is an established method for the application of the meshes as a replacement of the native extracellular matrix (ECM). In general, these fibers reveal diameters in the nanometer range, are protein and cell repellent due to the hydrophilic properties of the prepolymer and show a specific biofunctionalization by immobilization of peptide sequences. Here, the isocyanate groups presented on the fiber surface after electrospinning were used to carry out various functionalization steps, while retaining the properties of protein and cell repellency. The modification of the electrospun fibers involved the immobilization of analogs or antagonists of tumor necrosis factor (TNF) and the indirect detection of these by interaction with a light-producing enzyme. Here, a multimodal modification of the fiber surface with RGD to mediate cell adhesion and two different antibodies could be achieved. After culturing the cell line HT1080, the pro- or anti-inflammatory response of cells could be detected by IL-8 specific ELISA measurements. Furthermore, the quantification of molecules on the surface of electrospun fibers was investigated. It was tested whether the detection by means of super-resolution microscopy would be possible. Therefore, experiments were performed with short amino acid sequences such as RGD for quantification by fluorescence microscopy. Based on earlier results, in which a UV-spectrometrically active molecule was used to detect the quantification of RGD, it was shown that short peptides can also be quantified in a small scale on flat functional substrates (2D) such as NCO-sP(EO-stat-PO) hydrogel coatings, and modified electrospun fibers produced from PLGA and NCO-sP(EO-stat-PO) (3D). In addition, a collagen sequence was used to prove that a successful quantification can be carried out as well for longer peptide chains. These studies have revealed that NCO-sP(EO-stat-PO) can serve as a functional additive for many applications and should be considered for further studies on the development of novel biomaterials. The rapid crosslinking reaction, the resulting hydrogel formation and the biocompatibility are to be mentioned as positive properties, which makes the prepolymer interesting for future applications.},
  subject      = {Sternpolymere},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Heilos2019,
  author    = {Heilos, Anna},
  title     = {Mechanistic Insights into the Inhibition of Cathepsin B and Rhodesain with Low-Molecular Inhibitors},
  doi       = {10.25972/OPUS-17822},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-178228},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Cysteine proteases play a crucial role in medical chemistry concerning various fields reaching from more common ailments like cancer and hepatitis to less noted tropical diseases, namely the so-called African Sleeping Sickness (Human Arfican Trypanosomiasis). Detailed knowledge about the catalytic function of these systems is highly desirable for drug research in the respective areas. In this work, the inhibition mechanisms of the two cysteine proteases cathepsin B and rhodesain with respectively one low-molecular inhibitor class were investigated in detail, using computational methods. In order to sufficiently describe macromolecular systems, molecular mechanics based methods (MM) and quantum mechanical based method (QM), as well as hybrid methods (QM/MM) combining those two approaches, were applied. For Cathespin B, carbamate-based molecules were investigated as potential inhibitors for the cysteine protease. The results indicate, that water-bridged proton-transfer reactions play a crucial role for the inhibition. The energetically most favoured pathway (according to the calculations) includes an elimination reaction following an E1cB mechanism with a subsequent carbamylation of the active site amino acid cysteine. Nitroalkene derivatives were investigated as inhibitors for rhodesain. The investigation of structurally similar inhibitors showed, that even small steric differences can crucially influence the inhibition potential of the components. Furthermore, the impact of a fluorination of the nitroalkene inhibitors on the inhibition mechanism was investigated. According to experimental data measured from the working group of professor Schirmeister in Mainz, fluorinated nitroalkenes show - in contrast to the unfluorinated compounds - a time dependent inhibition efficiency. The calculations of the systems indicate, that the fluorination impacts the non-covalent interactions of the inhibitors with the enzymatic environment of the enzyme which results in a different inhibition behaviour.},
  subject      = {Cysteinproteasen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Constantinidis2019,
  author    = {Constantinidis, Philipp},
  title     = {Schwingungsspektroskopische Untersuchung reaktiver Molek{\"u}le und ihrer Hochtemperatur-Reaktionsprodukte},
  doi       = {10.25972/OPUS-17917},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-179178},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Schwingungsspektroskopie ist eine vielseitige spektroskopische Methode, mit der Molek{\"u}lstrukturen und inter-/intramolekulare Wechselwirkungen untersucht werden k{\"o}nnen. Sie ist deshalb ein hervorragendes Mittel f{\"u}r die Identifikation von Molek{\"u}len. Die vorliegende Arbeit umfasst drei Projekte, in denen Schwingungsspektroskopie angewandt wurde, um reaktive Molek{\"u}le und ihre Hochtemperatur-Reaktionsprodukte zu untersuchen: 1. Die Aufkl{\"a}rung der Entstehungsmechanismen von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) in Verbrennungsprozessen ist eines der Hauptanliegen der Verbrennungschemie. In der vorliegenden Arbeit wurde IR/UV-Ion-Dip-Spektroskopie in Verbindung mit DFT-Frequenzrechnungen und FTIR-Messungen angewandt, um Produkte von Radikal-Radikal-Reaktionen in einem Mikroreaktor bei hohen Temperaturen zu identifizieren. Als IR-Laserquelle f{\"u}r die IR/UV-Ion-Dip-Experimente diente der Freie-Elektronen-Laser FELIX (Free-Electron Laser for Infrared eXperiments) in Nijmegen (Niederlande). In einem Teilprojekt wurde der A 1A´ (S1) <- X 1A´ (S0) {\"U}bergang in 1-(Phenylethinyl)naphthalin (1-PEN), einem mutmaßlich verbrennungsrelevanten Molek{\"u}l, mit [1+1]-REMPI-Spektroskopie untersucht. 2. Die Identifikation von gasf{\"o}rmigen Reaktionsprodukten bei der thermischen Analyse (EGA: Emissionsgasanalyse) kann als komplement{\"a}re Methode zur DTA/TG zus{\"a}tzliche Informationen f{\"u}r die Aufkl{\"a}rung von Reaktionsmechanismen liefern. Der Aufbau eines elementaren EGA/FTIR-Experiments, basierend auf einer heizbaren IR-Gaszelle, erm{\"o}glichte in der vorliegenden Arbeit die Durchf{\"u}hrung dynamischer IR-Messungen, mit denen thermische Umsetzungen von {\"U}bergangsmetall-Precursorkomplexen zu Koordinationspolymeren untersucht wurden. 3. Die Synthese des ersten bei Raumtemperatur stabilen Diborins, einer Verbindung mit einer Bor-Bor-Dreifachbindung, stellte einen Meilenstein in der elementorganischen Chemie dar. Dies implizierte eine umfassende Untersuchung der Eigenschaften der BB-Bindung und hatte die Synthese einer Reihe {\"a}hnlicher Bor-Bor-Mehrfachbindungssysteme mit variierenden Bindungseigenschaften zur Folge. In der vorliegenden Arbeit wurde Raman-Spektroskopie in Verbindung mit DFT-Frequenzrechnungen angewandt, um f{\"u}r diese Bor-Bor-Systeme die strukturellen/elektronischen Eigenschaften der zentralen CBBC-Einheit zu untersuchen.},
  subject      = {Schwingungsspektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gutmann2019,
  author    = {Gutmann, Marcus},
  title     = {Functionalization of cells, extracellular matrix components and proteins for therapeutic application},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-170602},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Glycosylation is a biochemical process leading to the formation of glycoconjugates by linking glycans (carbohydrates) to proteins, lipids and various small molecules. The glycans are formed by one or more monosaccharides that are covalently attached, thus offering a broad variety depending on their composition, site of glycan linkage, length and ramification. This special nature provides an exceptional and fine tunable possibility in fields of information transfer, recognition, stability and pharmacokinetic. Due to their intra- and extracellular omnipresence, glycans fulfill an essential role in the regulation of different endogenous processes (e.g. hormone action, immune surveillance, inflammatory response) and act as a key element for maintenance of homeostasis. The strategy of metabolic glycoengineering enables the integration of structural similar but chemically modified monosaccharide building blocks into the natural given glycosylation pathways, thereby anchoring them in the carbohydrate architecture of de novo synthesized glycoconjugates. The available unnatural sugar molecules which are similar to endogenous sugar molecules show minimal perturbation in cell function and - based on their multitude functional groups - offer the potential of side directed coupling with a target substance/structure as well as the development of new biological properties. The chemical-enzymatic strategy of glycoengineering provides a valuable complement to genetic approaches. This thesis primarily focuses on potential fields of application for glycoengineering and its further use in clinic and research. The last section of this work outlines a genetic approach, using special Escherichia coli systems, to integrate chemically tunable amino acids into the biosynthetic pathway of proteins, enabling specific and site-directed coupling with target substances. With the genetic information of the methanogen archaea, Methanosarcina barkeri, the E. coli. system is able to insert a further amino acid, the pyrrolysine, at the ribosomal site during translation of the protein. The natural stop-codon UAG (amber codon) is used for this newly obtained proteinogenic amino acid. Chapter I describes two systems for the integration of chemically tunable monosaccharides and presents methods for characterizing these systems. Moreover, it gives a general overview of the structure as well as intended use of glycans and illustrates different glycosylation pathways. Furthermore, the strategy of metabolic glycoengineering is demonstrated. In this context, the structure of basic building blocks and the epimerization of monosaccharides during their metabolic fate are discussed. Chapter II translates the concept of metabolic glycoengineering to the extracellular network produced by fibroblasts. The incorporation of chemically modified sugar components in the matrix provides an innovative, elegant and biocompatible method for site-directed coupling of target substances. Resident cells, which are involved in the de novo synthesis of matrices, as well as isolated matrices were characterized and compared to unmodified resident cells and matrices. The natural capacity of the matrix can be extended by metabolic glycoengineering and enables the selective immobilization of a variety of therapeutic substances by combining enzymatic and bioorthogonal reaction strategies. This approach expands the natural ability of extracellular matrix (ECM), like the storage of specific growth factors and the recruitment of surface receptors along with synergistic effects of bound substances. By the selection of the cell type, the production of a wide range of different matrices is possible. Chapter III focuses on the target-oriented modification of cell surface membranes of living fibroblast and human embryonic kidney cells. Chemically modified monosaccharides are inserted by means of metabolic glycoengineering and are then presented on the cell surface. These monosaccharides can later be covalently coupled, by "strain promoted azide-alkyne cycloaddition" (SPAAC) and/or "copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition" (CuAAC), to the target substance. Due to the toxicity of the copper catalysator in the CuAAC, cytotoxicity analyses were conducted to determine the in vivo tolerable range for the use of CuAAC on living cell systems. Finally, the efficacy of both bioorthogonal reactions was compared. Chapter IV outlines two versatile carrier - spacer - payload delivery systems based on an enzymatic cleavable linker, triggered by disease associated protease. In the selection of carrier systems (i) polyethylene glycol (PEG), a well-studied, Food and Drug Administration approved substance and very common tool to increase the pharmacokinetic properties of therapeutic agents, was chosen as a carrier for non-targeting systems and (ii) Revacept, a human glycoprotein VI antibody, was chosen as a carrier for targeting systems. The protease sensitive cleavable linker was genetically inserted into the N-terminal region of fibroblast growth factor 2 (FGF-2) without jeopardizing protein activity. By exchanging the protease sensitive sequence or the therapeutic payload, both systems represent a promising and adaptable approach for establishing therapeutic systems with bioresponsive release, tailored to pre-existing conditions. In summary, by site-specific functionalization of various delivery platforms, this thesis establishes an essential cornerstone for promising strategies advancing clinical application. The outlined platforms ensure high flexibility due to exchanging single or multiple elements of the system, individually tailoring them to the respective disease or target site.},
  subject      = {Glykosylierung},
  language  = {en}
}
@article{KraftStanglKrauseetal.2017,
  author    = {Kraft, Andreas and Stangl, Johannes and Krause, Ana-Maria and M{\"u}ller-Buschbaum, Klaus and Beuerle, Florian},
  title     = {Supramolecular frameworks based on [60]fullerene hexakisadducts},
  series = {Beilstein Journal of Organic Chemistry},
  volume    = {13},
  journal   = {Beilstein Journal of Organic Chemistry},
  doi       = {10.3762/bjoc.13.1},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-171996},
  pages     = {1-9},
  year      = {2017},
  abstract  = {[60]Fullerene hexakisadducts possessing 12 carboxylic acid side chains form crystalline hydrogen-bonding frameworks in the solid state. Depending on the length of the linker between the reactive sites and the malonate units, the distance of the [60]fullerene nodes and thereby the spacing of the frameworks can be controlled and for the most elongated derivative, continuous channels are obtained within the structure. Stability, structural integrity and porosity of the material were investigated by powder X-ray diffraction, thermogravimetry and sorption measurements.},
  language  = {en}
}
@unpublished{SednevMykhailiukChoudhuryetal.2018,
  author    = {Sednev, Maksim V. and Mykhailiuk, Volodymyr and Choudhury, Priyanka and Halang, Julia and Sloan, Katherine E. and Bohnsack, Markus T. and H{\"o}bartner, Claudia},
  title     = {N\(^6\)-methyladenosine-sensitive RNA-cleaving deoxyribozymes},
  series = {Angewandte Chemie, International Edition},
  journal   = {Angewandte Chemie, International Edition},
  doi       = {https://doi.org/10.1002/anie.201808745},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-171753},
  year      = {2018},
  abstract  = {Deoxyribozymes are synthetic enzymes made of DNA that can catalyze the cleavage or formation of phosphodiester bonds and are useful tools for RNA biochemistry. Here we report new RNA-cleaving deoxyribozymes to interrogate the methylation status of target RNAs, thereby providing an alternative method for the biochemical validation of RNA methylation sites containing N\(^6\)-methyladenosine, which is the most wide-spread and extensively investigated natural RNA modification. Using in vitro selection from random DNA, we developed deoxyribozymes that are sensitive to the presence of N\(^6\)-methyladenosine in RNA near the cleavage site. One class of these DNA enzymes shows faster cleavage of methylated RNA, while others are strongly inhibited by the modified nucleotide. The general applicability of the new deoxyribozymes is demonstrated for several examples of natural RNA sequences, including a lncRNA and a set of C/D box snoRNAs, which have been suggested to contain m\(^6\)A as a regulatory element that influences RNA folding and protein binding.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Juengst2019,
  author    = {J{\"u}ngst, Tomasz},
  title     = {Establishing and Improving Methods for Biofabrication},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-173444},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Die Biofabrikation ist ein junges und sehr dynamisches Forschungsgebiet mit viel Potential. Dieses Potential spiegelt sich unter anderem in den ambitionierten Zielen wieder, die man sich hier gesetzt hat. Wissenschaftler in diesem Gebiet wollen eines Tages beispielsweise funktionale menschliche Gewebe nachbilden, die aus patienteneigenen Zellen bestehen. Diese Gewebe sollen entweder f{\"u}r die Testung neuer Arzneimittel und Therapien oder sogar als Implantate einsetzt werden. Der Schl{\"u}ssel zum Erfolg soll hier die Verwendung automatisierter Prozesse in Verbindung mit innovativen Materialien sein, die es erm{\"o}glichen, die Hierarchie und Funktion des zu ersetzenden nat{\"u}rlichen Gewebes nachbilden. Obwohl in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht worden sind, gibt es immer noch H{\"u}rden, die {\"u}berwunden werden m{\"u}ssen. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die derzeit eingeschr{\"a}nkte Auswahl kompatibler Materialien f{\"u}r die Biofabrikation zu erweitern und bereits etablierte Verfahren wie den extrusionsbasierten Biodruck noch besser verstehen zu lernen. Auch neue Verfahren, wie etwa das Melt Electrospinning Writing (MEW) sollten etabliert werden. In Kapitel 3 dieser Arbeit wurde das MEW dazu verwendet, tubul{\"a}re Strukturen zu fertigen, die sich aus Polymerfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von nur etwa 12 μm zusammensetzen. Die mit Hilfe von Druckluft in Verbindung mit einer hohen elektrischen Spannung aus einer Nadelspitze austretende Polymerschmelze wurde hierbei auf zylinderf{\"o}rmigen Kollektoren mit Durchmessern zwischen 0.5 und 4.8mm gesammelt. Auf diese Weise wurden r{\"o}hrenf{\"o}rmige Faserkonstrukte generiert. Das Hauptaugenmerk lag auf dem Einfluss des Durchmessers, der Rotations- und Translationsbewegung des Kollektors auf die Morphologie der Faserkonstrukte. Hierzu wurden die Fasern erst auf unbewegten Kollektoren mit unterschiedlichen Durchmessern gesammelt und die entstehenden Muster analysiert. Es zeigte sich, dass das Fasermuster mit zunehmendem Durchmesser des Kollektors mehr den symmetrischen Konstrukten mit runder Grundfl{\"a}che glich, die auch von flachen Kollektoren bekannt sind. Je kleiner der Kollektordurchmesser wurde, desto ovaler wurde die Grundfl{\"a}che der Muster, was den Einfluss der Kr{\"u}mmung deutlich machte. In weiteren Experimenten wurden die zylindrischen Kollektoren mit Geschwindigkeiten von 4,2 bis 42 Umdrehungen pro Minute um ihre L{\"a}ngsachse gedreht. Die von flachen Kollektoren bekannten {\"U}berg{\"a}nge der Fasermorphologie konnten auch f{\"u}r runde Kollektoren best{\"a}tigt werden. So {\"a}nderte sich die Morphologie mit zunehmender Geschwindigkeit der Oberfl{\"a}che von einer achterf{\"o}rmigen Gestalt {\"u}ber eine sinusf{\"o}rmige Ausrichtung der Fasern hin zu einer geraden Linie. Der Einfluss des Kollektordurchmessers wurde auch hier deutlich, da sich etwa die Amplitude der bei Rotationsgeschwindigkeiten im Bereich sinusf{\"o}rmiger Ausrichtung abgelegten Fasern mit abnehmendem Radius erh{\"o}hte. Im n{\"a}chsten Schritt wurde neben der Rotation der Kollektoren auch eine Translation induziert. Durch geeignete Kombination von Rotation und Translation konnten Konstrukte mit definiertem Wickelwinkel hergestellt werden. Es zeigte sich, dass die Wiedergabe des vorher kalkulierten Winkels unter Verwendung von Oberfl{\"a}chengeschwindigkeiten, die nahe am {\"U}bergang zur geraden Faserausrichtung waren, am besten war. Im Rahmen dieser Arbeit konnten Winkel zwischen 5 und 60° mit hoher Pr{\"a}zision wiedergegeben werden. Im Falle von sich wiederholenden Mustern konnte auch in Bezug auf die Stapelbarkeit der Fasern aufeinander eine hohe Pr{\"a}zision erreicht werden. Kapitel 4 dieser Arbeit befasste sich mit dem extrusionsbasierten 3D-Druck. Das etabliere Verfahren wurde auf eine bisher wenig untersuchte Materialzusammensetzung von Nanopartikeln-beladenen Hydrogeltinten ausgeweitet. Die Tinte bestand aus einer Kombination von funktionalisierten Polyglyzidolen und einer unmodifizierten langkettingen Hyalurons{\"a}ure. Dieser wurden mesopor{\"o}se Silika-Nanopartikel mit unterschiedlicher Ladung zugesetzt und deren Freisetzung aus gedruckten Konstrukten mit einstellbarer Geometrien untersucht. Da die Hyalurons{\"a}ure selbst negativ geladen ist, wurde erwartet und auch gezeigt, dass aminofunktionalisierte Partikel mit positiver Ladung langsamer freigesetzt werden als carboxylfunktionalisierte Partikel mit negativer Ladung. Interessanterweise {\"a}nderten die Partikel nicht die rheologischen Eigenschaften der Tinte und es konnten Hydrogele, die mit positiv geladenen Partikeln beladen waren, bei den gleichen Druckparametern verdruckt werden, wie Hydrogele, die mit negativ geladenen Partikeln beladen waren. Die guten Druckeigenschaften der Tinten erm{\"o}glichten die pr{\"a}zise Fertigung von Konstrukten mit einer Gr{\"o}ße von 12x12x3mm^3, also von Konstrukten mit bis zu 16 aufeinanderfolgenden Lagen. Die Strangdurchmesser betrugen hierbei 627±31μm und die Verteilung der Partikel innerhalb der Str{\"a}nge war sehr homogen. Zudem konnten auch Strukturen gedruckt werden, bei denen beide Tintenarten, mit positiven und mit negativen Partikeln beladene Hydrogele, in einem Konstrukt kombiniert wurden. Hierbei zeigte sich, dass die Freisetzung der Partikel, die {\"u}ber 6 Wochen hinweg untersucht wurde, auch stark von der Geometrie der zwei-Komponenten-Konstrukte abhing. Insbesondere die Auswirkung des direkten Kontakts zwischen den Komponenten innerhalb eines Konstruktes war hier sehr deutlich. Wurden die Str{\"a}nge {\"u}ber Kreuz aufeinander abgelegt und hatten direkten Kontakt an den Kreuzungspunkten, konnte beobachtet werden, dass die positiv geladenen Partikel aus ihrem System in das mit den negativ geladenen Partikeln wanderten. Wurden die Str{\"a}nge ohne direkten Kontakt parallel nebeneinander abgelegt, wurden die positiv geladenen Partikel in umgebendes Medium freigesetzt, konnten aber selbst nach 6 Wochen nicht in den Str{\"a}ngen mit den negativ geladenen Partikeln nachgewiesen werden. Dies verdeutlicht, dass Geometrie und Ladung der Partikel einen Einfluss auf die Freisetzung der Partikel hatten und sich die Freisetzung der Partikel durch eine geschickte Kombination beider Parameter steuern l{\"a}sst. In Kapitel 5 dieser Arbeit wurde eine neue Materialklasse als Biotinte f{\"u}r den extrusionsbasierten Biodruck untersucht. Bei dem Material handelte es sich um Hydrogele auf Basis rekombinanter Spinnenseidenproteine. Diese konnten ab einer Proteinkonzentration von 3 \%Gew./Vol. ohne die Verwendung von Verdickungsmittel oder anderen Additiven und auch ohne eine nachtr{\"a}gliche Vernetzung verdruckt werden. Sowohl Hydrogele auf Basis des rekombinanten Proteins eADF4(C16) als auch eine mit einer RGD-Sequenz versehene Modifikation (eADF4(C16)-RGD) konnten mit einer hohen Formtreue verdruckt werden. Die RGD-Sequenz zeigte einen positiven Effekt auf das Anhaften von humanen Fibroblasten, die auf gedruckte Konstrukte ausges{\"a}t wurden. Zudem konnten mit Hilfe der Hydrogele auch zellbeladene Konstrukte gefertigt werden. Hierzu wurden die Hydrogele mit einer Zellsuspension so vermengt, dass eine finale Konzentration von 1,2 Millionen Zellen/ml erreicht wurde. Die beladenen Gele wurden verdruckt und es konnte eine {\"U}berlebensrate von 70,1±7,6\% nachgewiesen werden. Das in diesem Kapitel etablierte Materialsystem erm{\"o}glichte zum ersten Mal das Verdrucken lebender Zellen in einer neuen Klasse von Tinten, die weder die Beimengung von Verdickungsmittel noch einen zus{\"a}tzlichen Nachh{\"a}rtungsschritt f{\"u}r die Herstellung zellbeladener stabiler Konstrukte ben{\"o}tigt.},
  subject      = {3D-Druck},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Feineis2018,
  author    = {Feineis, Susanne},
  title     = {Thioether-poly(glycidol) as multifunctional coating system for gold nanoparticles},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-172902},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The aim of this thesis was the development of a multifunctional coating system for AuNPs based on thioether polymers, providing both excellent colloidal stability and a variable possibility to introduce functionalities for biological applications. First, two thioether-polymer systems were synthesised as a systematic investigation into colloidal stabilisation efficacy. Besides commonly used monovalent poly(ethylene glycol) (PEG-SR), its structural analogue linear poly(glycidol) (PG-SR) bearing multiple statistically distributed thioether moieties along the backbone was synthesised. Additionally, respective thiol analogues (PEG-SH and PG-SH) were produced and applied as reference. Successive modification of varyingly large AuNPs with aforementioned thiol- and thioether-polymers was performed via ligand exchange reaction on citrate stabilised AuNPs. An increased stabilisation efficacy of both thioether-polymers against biological and physiological conditions, as well as against freeze-drying compared to thiol analogues was determined. Based on the excellent colloidal stabilisation efficacy and multi-functionalisability of thioether-PG, a plethora of functional groups, such as charged groups, hydrophilic/hydrophobic chains, as well as bio-active moieties namely diazirine and biotin was introduced to the AuNP surface. Moreover, the generic and covalent binding of diazirine-modified PG-SR with biomolecules including peptides and proteins was thoroughly demonstrated. Lastly, diverse applicability and bioactivity of aforementioned modified particles in various studies was displayed, once more verifying the introduction of functionalities. On the one hand the electrostatic interaction of charged AuNPs with hydrogels based on hyaluronic acid was applied to tune the release kinetics of particles from three-dimensional scaffolds. On the other hand the strong complexation of siRNA onto two positively charged AuNPs was proven. The amount of siRNA payload was tuneable by varying the surface charge, ionic strength of the surrounding medium and the N/P ratio. Moreover, the biological activity and selectivity of the biotin-streptavidin conjugation was verified with respectively functionalised particles in controlled agglomeration test and in laser-triggered cell elimination experiments. In the latter, streptavidin-functionalised AuNPs resulted in excellent depletion of biotinylated cells whereas unfunctionalised control particles failed, excluding unspecific binding of these particles to the cell surface.},
  subject      = {Nanopartikel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stuckensen2016,
  author    = {Stuckensen, Kai},
  title     = {Fabrication of hierarchical cell carrier matrices for tissue regeneration by directional solidification},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145510},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The key hypothesis of this work represented the question, if mimicking the zonal composition and structural porosity of musculoskeletal tissues influences invading cells positively and leads to advantageous results for tissue engineering. Conventional approaches in tissue engineering are limited in producing monolithic "scaffolds" that provide locally variating biological key signals and pore architectures, imitating the alignment of collagenous fibres in bone and cartilage tissues, respectively. In order to fill this gap in available tissue engineering strategies, a new fabrication technique was evolved for the production of scaffolds to validate the hypothesis. Therefore, a new solidification based platform procedure was developed. This process comprises the directional solidification of multiple flowable precursors that are "cryostructured" to prepare a controlled anisotropic pore structure. Porous scaffolds are attained through ice crystal removal by lyophilisation. Optionally, electrostatic spinning of polymers may be applied to provide an external mesh on top or around the scaffolds. A consolidation step generates monolithic matrices from multi zonal structures. To serve as matrix for tissue engineering approaches or direct implantation as medical device, the scaffold is sterilized. An Adjustable Cryostructuring Device (ACD) was successively developed; individual parts were conceptualized by computer aided design (CAD) and assembled. During optimisation, a significant performance improvement of the ACDs accessible external temperature gradient was achieved, from (1.3 ± 0.1) K/mm to (9.0 ± 0.1) K/mm. Additionally, four different configurations of the device were made available that enabled the directional solidification of collagenous precursors in a highly controlled manner with various sample sizes and shapes. By using alginate as a model substance the process was systematically evaluated. Cryostructuring diagraphs were analysed yielding solidification parameters, which were associated to pore sizes and alignments that were determined by image processing. Thereby, a precise control over pore size and alignment through electrical regulation of the ACD could be demonstrated. To obtain tissue mimetic scaffolds for the musculoskeletal system, collagens and calcium phosphates had to be prepared to serve as raw materials. Extraction and purification protocols were established to generate collagen I and collagen II, while the calcium phosphates brushite and hydroxyapatite were produced by precipitation reactions. Besides the successive augmentation of the ACD also an optimization of the processing steps was crucial. Firstly, the concentrations and the individual behaviour of respective precursor components had to be screened. Together with the insights gained by videographic examination of solidifying collagen solutions, essential knowledge was gained that facilitated the production of more complex scaffolds. Phenomena of ice crystal growth during cryostructuring were discussed. By evolutionary steps, a cryostructuring of multi-layered precursors with consecutive anisotropic pores could be achieved and successfully transferred from alginate to collagenous precursors. Finally, very smooth interfaces that were hardly detectable by scanning electron microscopy (SEM) could be attained. For the used collagenous systems, a dependency relation between adjustable processing parameters and different resulting solidification morphologies was created. Dehydrothermal-, diisocyanate-, and carbodiimide- based cross linking methods were evaluated, whereby the "zero length" cross linking by carbodiimide was found to be most suitable. Afterwards, a formulation for the cross linking solution was elaborated, which generated favourable outcomes by application inside a reduced pressure apparatus. As a consequence, a pore collapse during wet chemical cross linking could be avoided. Complex monolithic scaffolds featuring continuous pores were fabricated that mimicked structure and respective composition of different areas of native tissues by the presence of biochemical key stimulants. At first, three types of bone scaffolds were produced from collagen I and hydroxyapatite with appropriate sizes to fit critical sized defects in rat femurs. They either featured an isotropic or anisotropic porosity and partly also contained glycosaminoglycans (GAGs). Furthermore, meniscus scaffolds were prepared by processing two precursors with biomimetic contents of collagen I, collagen II and GAGs. Here, the pore structures were created under boundary conditions, which allowed an ice crystal growth that was nearly orthogonal to the external temperature gradient. Thereby, the preferential alignment of collagen fibres in the natural meniscus tissue could be mimicked. Those scaffolds owned appropriate sizes for cell culture in well plates or even an authentic meniscus shape and size. Finally, osteochondral scaffolds, sized to either fit well plates or perfusion reactors for cell culture, were fabricated to mimic the composition of subchondral bone and different cartilage zones. Collagen I and the resorbable calcium phosphate brushite were used for the subchondral zone, whereas the cartilage zones were composed out of collagen I, collagen II and tissue mimetic contents of GAGs. The pore structure corresponded to the one that is dominating the volume of natural osteochondral tissue. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and SEM were used to analyse the composition and pore structure of the individual scaffold zones, respectively. The cross section pore diameters were determined to (65 ± 25) µm, (88 ± 35) µm and(93 ± 42) µm for the anisotropic, the isotropic and GAG containing isotropic bone scaffolds. Furthermore, the meniscus scaffolds showed pore diameters of (93 ± 21) µm in the inner meniscus zone and (248 ± 63) µm inside the outer meniscus zone. Pore sizes of (82 ± 25) µm, (83 ± 29) µm and (85 ± 39) µm were present inside the subchondral, the lower chondral and the upper chondral zone of osteochondral scaffolds. Depending on the fabrication parameters, the respective scaffold zones were also found to feature a specific micro- and nanostructure at their inner surfaces. Degradation studies were carried out under physiological conditions and resulted in a mean mass loss of (0.52 ± 0.13) \%, (1.56 ± 0.10) \% and (0.80 ± 0.10) \% per day for bone, meniscus and osteochondral scaffolds, respectively. Rheological measurements were used to determine the viscosity changes upon cooling of different precursors. Micro computer tomography (µ-CT) investigations were applied to characterize the 3D microstructure of osteochondral scaffolds. To obtain an osteochondral scaffold with four zones of tissue mimetic microstructure alignment, a poly (D, L-lactide-co-glycolide) mesh was deposited on the upper chondral zone by electrostatic spinning. In case of the bone scaffolds, the retention / release capacity of bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) was evaluated by an enzyme linked immunosorbent assay (ELISA). Due to the high presence of attractive BMP binding sites, only less than 0.1 \% of the initially loaded cytokine was released. The suitability of combining the cryostructuring process with 3D powder printed calcium phosphate substrates was evaluated with osteochondral scaffolds, but did not appear to yield more preferable results than the non-combined approach. A new custom build confined compression setup was elaborated together with a suitable evaluation procedure for the mechanical characterisation under physiological conditions. For bone and cartilage scaffolds, apparent elastic moduli of (37.6 ± 6.9) kPa and (3.14 ± 0.85) kPa were measured. A similar behaviour of the scaffolds to natural cartilage and bone tissue was demonstrated in terms of elastic energy storage. Under physiological frequencies, less than 1.0 \% and 0.8 \% of the exerted energy was lost for bone and cartilage scaffolds, respectively. With average relaxation times of (0.613 ± 0.040) sec and (0.815 ± 0.077) sec, measured for the cartilage and bone scaffolds, they respond four orders of magnitude faster than the native tissues. Additionally, all kinds of produced scaffolds were able to withstand cyclic compression at un-physiological frequencies as high as 20 Hz without a loss in structural integrity. With the presented new method, scaffolds could be fabricated whose extent in mimicking of native tissues exceeded the one of scaffolds producible by state of the art methods. This allowed a testing of the key hypothesis: The biological evaluation of an anisotropic pore structure in vivo revealed a higher functionality of immigrated cells and led finally to advantageous healing outcomes. Moreover, the mimicking of local compositions in combination with a consecutive anisotropic porosity that approaches native tissue structures could be demonstrated to induce zone specific matrix remodelling in stem cells in vitro. Additionally, clues for a zone specific chondrogenic stem cell differentiation were attained without the supplementation of growth factors. Thereby, the hypothesis that an increased approximation of the hierarchically compositional and structurally anisotropic properties of musculoskeletal tissues would lead to an improved cellular response and a better healing quality, could be confirmed. With a special focus on cell free in situ tissue engineering approaches, the insights gained within this thesis may be directly transferred to clinical regenerative therapies.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmitz2016,
  author    = {Schmitz, Michael},
  title     = {Functional hydrophilic polymers for chemoselective coupling},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145629},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Chemoselective poly(oxazolines) (POx) and poly[(oligo ethylene glycol) acrylates] were synthesized. An initiator was produced for the preparation of poly(oxazoline)s capable of participating in click chemistry reactions which allows the functionalization of the polymer at the α terminus which was confirmed by 1H NMR spectroscopy. The initiator was used for the polymerization of hydrophilic 2 methyl 2 oxazoline (MeOx), whereby chemoselective, alkyne functionalized polymers could be prepared for Cu-catalyzed azide-alkyne cycloaddition. The desired molecular weight could be achieved through the living, ring opening cationic polymerization and was confirmed by 1H NMR, SEC and MALDI ToF measurements. Polymers were terminated with piperidine if no further functionalization was needed, or with an ester derivate for enabling amine attachment in a subsequent step. In addition, polymers were functionalized by termination with NaN3 in order to provide the counterpart to the azide-alkyne reaction. IR spectroscopy was suitable for the azide detection. The coupling of polymers showed the reactivity and could be confirmed by SEC, 1H NMR and IR spectroscopy. The composition of cysteine functionalized POx was completed by thiol-ene chemistry. Since the commercially available iso 2 propyl 2 oxazoline is not available for the cationic polymerization, 2 butenyl and 2 decenyl 2 oxazoline (ButenOx and DecenOx) were first prepared. The synthesis of both copolymers, based on MeOx could be confirmed by 1H NMR as well as with SEC, whereby narrow distributions with dispersities of 1.06 could be achieved. The cysteine functionalization of the copolymers was enabled by the creation of a thiazolidine component which could be synthesized by acetal and formyl protection of cysteine and subsequent functionalization with a thiol. The component enabled the reaction with a polymer by thiol-ene reaction which was started by the addition of dimethoxyphenyl-acetophenone and was catalyzed by irradiation with UV light. Both copolymers, with a shorter (polymers with BuenOx) and longer (polymers with DecenOx) hydrophobic sidechain could be functionalized. 1H NMR spectroscopic analysis showed a quantitative reaction with the thiazolidine derivate. After deprotection by acidic workup the desired, cysteine functionalized polymer could be isolated. Quantification of cysteine functions was ensured by a modified TNBSA assay, whereby the thiols were first oxidized in order to confirm an independent measurement of amine functions. Both, the TNBSA assay as well as the NMR measurement showed the desired number of cysteine residues. The cytotoxicity of functionalized polymers with different compositions was tested by a luminescent cell viability assay (LCVA). Both, the amount of cysteine functions (5-10\%) in the copolymers as well as the length of the hydrophobic side chain were varied. All polymers did not show cytotoxicity up to concentrations of 10 mg∙mL-1. The cell activity and cell numbers only decreased below 50\% and 20\% respectively, when copolymers with 5\% cysteine and longer sidechains were measured, which was attributed to a contamination of the sample itself. The cooperation partner performed Native Chemical Ligation (NCL) with model peptides and purified the products by HPLC. A sterically non demanding peptide was synthesized, consisting of an aromatic amino acid and four glycine units. The aromatic unit was used for the quantification of the polymer-peptide conjugate in the 1H NMR spectroscopy. A polymer having five cysteine side chains has been fully implemented by NCL to a conjugate of one polymer with five peptides. A sterically more demanding peptide was additionally used and MALDI ToF measurements confirmed the successful conjugation. Furthermore the cysteine functionalized polymer was used for nanogel synthesis. The thiol of the cysteine function was oxidized in an inverse mini-emulsion by H2O2, resulting in nanogels (~500 nm) which could be confirmed by SEM, AFM, DLS and NTA measurements. Besides POx, oligo (ethylene glycol)acrylates (OEGA) were polymerized; by copolymerization with the reactive pentafluorophenyl acrylate (PFPA) reactive and amphiphilic polymers were obtained. The synthesis of PFPA could be confirmed spectroscopically by 1H , 19F NMR, and by FT IR. Copolymers were synthesized by RAFT polymerization with narrow dispersities. Functionalization with an amine functionalized thiazolidine led to a hydrophilic cysteine functionalized polymer after acidic deprotection. Apart from this polymer, a thioester functionalization was successfully performed by reaction of the active polymer with a cyclic amine functionalized thioester which does not release a toxic by product (such as the resulting thiol) during NCL and thus features a very high potential to replace former thioester.},
  subject      = {Konjugate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bellinger2016,
  author    = {Bellinger, Daniel},
  title     = {Implementation of new reaction pathway determining methods and study of solvent effects on the excited state nature of perylene based dyes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144435},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Two thematic complexes were addressed within this work. One part is related to improvements and new implementations into the CAST program package. Thereby the main focus laid on the delivery of a tool which can be used to characterize complex reactions and their mechanisms. But also within the new force field (FF) method (SAPT-FF) within the CAST program, several improvements were made. The second topic is related to the description of dye molecules and their spectral properties. The main focus within these studies was set on the influence of the environment on these properties. In the first topic improvements of the local acting NEB (nudged elastic band) methods were included and the number of available methods was extended. The initial pathway generation was improved by implementing the IDPP (image dependent pair potential) method and a new method was implemented for describing temperature dependent pathways. Additionally, improvements have been made to the optimization routines (global NEB). As a second part the Pathopt (PO) method was considerably improved. In the beginning of the work the original PO idea was used. In this approach one starts with a global optimization on one n-1 dimensional hyperplane which divides the reaction into two sub-areas for obtaining guesses of TSs (transition states). These found TS guesses were used to optimize to the "true" TS. Starting from the optimized ones a relaxation to the next connected minima is done. This idea has been automatically implemented and extended to several number of hyperplanes. In this manner a group of pathsegments is obtained which needs to be connected, but within this work it was realized that such a procedure might be not very efficient. Therefore, a new strategy was implemented which is founded on the same constrained global optimization scheme (MCM) for which the user defines the number of hyperplanes generated. The number of such generated hyperplanes should be large enough 134 to describe the space between the concerning reactants in a sufficient way. The found minima are directly used to built up the reaction pathway. For this purpose a RMSD (root mean square deviation) criterion is used to walk along ways of minimal change from one to another hyperplane. To prove the implementations various test calculations were carried out and extensions included to prove the capabilities of the new strategy. Related to these tests a new strategy for applying the move steps in MCM (Monte Carlo with minimization) was realized which is also related to the question of the coordinates representation. We were able to show that the hopping steps in MCM can be improved by applying Cartesian steps in combination of random dihedral moves with respect to the constraint. In this way it was possible to show that a large variety of systems can be treated. An additional chapter shows the improvements of the SAPT-FF implementation and related test cases. It was possible to treat benzene dimer and cluster systems of different sizes consistently also in accordance with high level ab initio based approaches. Furthermore, we showed that the SAPT-FF with the right parameters outperforms the standard AMOEBA implementation which is the basis of the SAPT-FF implementation. In the last three chapters deal with the description of perlyene-based dyes. In the first smaller chapter ground state chemistry description of macro cycles of PBI (perylene bisimide) derivatives were investigated. Therefore, AFM (atomic force microscopy) based pictures were explained within our study. The methods to explain aggregation behavior in dependency of the ring size were MD simulations and configuration studies. The last two chapters deal with opto-electronic or photo-physical properties of PBI and PTCDA (perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride). In detail, we investigated the role of the environment and the aggregate or crystal surrounding by applying different models. In that way implicit and explicit solvation models, the size of aggregates and vibration motions were used. In the case of PBI the recent work is found on preliminary studies related to my bachelor thesis and extends it. It was shown that the direct influence of a polarizable surrounding, as well as explicit inclusion of solvent molecules on the overall description of the excitations and nature of the excited states is weaker as one might expect. However the inclusion of intra-molecular degrees of freedom showed a stronger influence on the state characteristics and can induce a change of the order of states within the dimer picture. For the PTCDA molecule the main focus was set on the description of the absorption spectrum of crystalline thin films. Related to this older works exist which already gave a description and assignment of the absorption band, but are based on different approaches compared to the one used in this work. We used the supermolecule ansatz, whereas the environment and different aggregate sizes were investigated. Within the dimer based approach we were able to show that using continuum solvation (IEFPCM/COSMO) based description for the environment the relative order of states remains unchanged. Similar to the PBI calculations the influence of the vibrational motions /distortions is larger. The simulation of the crystal environment by using QM/MM (quantum mechanics/molecular mechanics) approaches delivered that an asymmetric charge distribution might induce a localization of the excitation and a stronger mixing of states. For obtaining further insights we go beyond the dimer picture and aggregates of different sizes were used, whereas the simulations up to the octadecamer mono- and even dual-layer stack were carried out. Within these calculations it was shown that the H-coupling is dominating over a weaker J-coupling between different stacks. Additionally the calculations based on DFT (density functional theory) and semi-empirics showed that the lowest state in terms of energy are mostly of Frenkel type, whereas the higher lying states are CT ones which mix with embedded Frenkel type states. The first band of the absorption spectrum was explained by inclusion of vibrational motions within the stacks which induce an intensity gain of the first excited state. This intensity was not explainable by using the undistorted stacks. Also relaxations at the crystal surface might play a role, but are experimentally not explainable.},
  subject      = {Globale Optimierung},
  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{Bertlein2019,
  author    = {Bertlein, Sarah},
  title     = {Hydrogels as Biofunctional Coatings and Thiol-Ene Clickable Bioinks for Biofabrication},
  doi       = {10.25972/OPUS-17422},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-174225},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von funktionalisierbaren Hydrogel Beschichtungen f{\"u}r Schmelz-elektrogeschriebene PCL Ger{\"u}ste und von Bio-druckbaren Hydrogelen f{\"u}r die Biofabrikation. Hydrogel Beschichtungen von Schmelz-elektrogeschriebenen Konstrukten erm{\"o}glichten die Kontrolle der Oberfl{\"a}chen-Hydrophilie und damit Zell-Material Interaktionsstudien in minimal Protein-adh{\"a}siven Umgebungen. Zu diesem Zweck wurde ein hydrophiles sternf{\"o}rmiges vernetzbares Polymer verwendet und eine Optimierung der Beschichtungsbedingungen durchgef{\"u}hrt. Außerdem boten neu entwickelte photosensitive Konstrukte eine Zeit- und pH-unabh{\"a}ngige Biofunktionalisierung. Bio-druckbare Hydrogele f{\"u}r die Biofabrikation basierten auf der Allyl-Funktionalisierung von Gelatine (GelAGE) und modifizierten Hyalurons{\"a}ure-Produkten, die das Hydrogel-Vernetzen mittels Thiol-En Click Chemie erm{\"o}glichen. Die Optimierung der GelAGE Hydrogel-Eigenschaften wurde durch eine detaillierte Analyse der Syntheseparameter, variierender En:SH Verh{\"a}ltnisse, unterschiedlicher Vernetzungsmolek{\"u}le und Photoinitiatoren erreicht. Die Homogenit{\"a}t der Thiol-En Netzwerke wurde mit denen der freien radikalischen Polymerisation verglichen und die Verwendbarkeit von GelAGE als Bio-Tinte f{\"u}r den Extrusions-basierten Bio-Druck wurde untersucht. Es wurde angenommen, dass reine Hyalurons{\"a}ure-basierte Bio-Tinten eine Beibehaltung der mechanischen und rheologischen Eigenschaften, der Zellviabilit{\"a}t und der Prozessierbarkeit erm{\"o}glichen trotz geringerem Polymer- und Thiol-Anteil der Hydrogele. Hydrogel-Beschichtungen: Hoch definierte PCL Ger{\"u}ste wurden mittels MEW hergestellt und anschließend mit sechs armigen sternf{\"o}rmigen vernetzbaren Polymeren (sP(EO-stat-PO)) beschichtet. Die Vernetzung wird durch die w{\"a}ssrig-induzierte Hydrolyse reaktiver Isocyanatgruppen (NCO) von sP(EO-stat-PO) bedingt. Diese Beschichtung erh{\"o}hte die Oberfl{\"a}chen-Hydrophilie und stellte eine Plattform f{\"u}r weitere Biofunktionalisierungen, in minimal Protein-adh{\"a}siven Umgebungen, dar. Nicht nur das Beschichtungsprotokoll wurde hinsichtlich der sP(EO-stat-PO) Konzentrationen und der Beschichtungsdauern optimiert, sondern auch Vorbehandlungen der Ger{\"u}ste wurden entwickelt. Diese waren essentiell um die finale Hydrophilie von sP(EO-stat-PO) beschichteten Ger{\"u}ste so zu erh{\"o}hen, dass unspezifische Protein-Adh{\"a}sionen vollst{\"a}ndig unterbunden wurden. Die sP(EO-stat-PO) Schichtdicke, von ungef{\"a}hr 100 nm, erm{\"o}glicht generell in vitro Studien nicht nur in Abh{\"a}ngigkeit der Ger{\"u}st-Biofunktionalisierung, sondern auch in Abh{\"a}ngigkeit der Ger{\"u}st-Architektur durchzuf{\"u}hren. Das Ausmaß der Hydrogel-Beschichtung wurde mittels einer indirekten Quantifizierung der NCO-Hydrolyse-Produkte ermittelt. Kenntnis {\"u}ber die NCO-Hydrolyse-Kinetik erm{\"o}glichte ein Gleichgewicht zwischen ausreichend beschichteten Ger{\"u}sten und der Pr{\"a}senz der NCO-Gruppen herzustellen, welche f{\"u}r die anschließenden Biofunktionalisierungen genutzt wurden. Diese Zeit- und pH-abh{\"a}ngige Biofunktionalisierung war jedoch nur f{\"u}r kleine Biomolek{\"u}le m{\"o}glich. Um diese Beschr{\"a}nkung zu umgehen und auch hochmolekulare Biomolek{\"u}le kovalent anzubinden, wurde ein anderer Reaktionsweg entwickelt. Dieser basierte auf der Photolyse von Diazirin-Gruppen und erm{\"o}glichte eine Zeit- und pH-unabh{\"a}ngige Biofunktionalisierung der Ger{\"u}ste mit Streptavidin und Kollagen Typ I. Die Fibrillen bildende Eigenschaft von Kollagen wurde genutzt um auf den Ger{\"u}sten verschiedene Kollagen-Konformationen zu erhalten und eine erste in vitro Studie best{\"a}tigte die Anwendbarkeit f{\"u}r Zell-Material Interaktionsstudien. Die hier entwickelten Ger{\"u}ste k{\"o}nnten verwendet werden um tiefere Einblicke in die Grundlagen der zellul{\"a}ren Wahrnehmung zu erhalten. Insbesondere die Komplexit{\"a}t mit der Zellen z.B. Kollagen wahrnehmen bleibt weiterhin kl{\"a}rungsbed{\"u}rftig. Hierf{\"u}r k{\"o}nnten diverse Hierarchien von Kollagen-{\"a}hnlichen Konformationen an die Ger{\"u}ste gebunden werden, z.B. Gelatine oder Kollagen-abgeleitete Peptidsequenzen. Dann k{\"o}nnte die Aktivierung der DDR-Rezeptoren in Abh{\"a}ngigkeit der Komplexit{\"a}t der angebundenen Substanzen bestimmt werden. Aufgrund der starken Streptavidin-Biotin Bindung k{\"o}nnten Streptavidin funktionalisierte Ger{\"u}ste eine vielseitige Plattform f{\"u}r die Immobilisierung von jeglichen biotinylierten Molek{\"u}len darstellen. Gelatine-basierte Bio-Tinten: Zuerst wurden die GelAGE-Produkte hinsichtlich der Molekulargewichts-Verteilung und der Integrit{\"a}t der Aminos{\"a}uren-Zusammensetzung synthetisiert. Eine detailliert Studie, mit variierenden molaren Edukt-Verh{\"a}ltnissen und Synthese-Zeitspannen, wurde durchgef{\"u}hrt und implizierte, dass der Gelatine Abbau am deutlichsten f{\"u}r stark alkalische Synthesebedingungen mit langen Reaktionszeiten war. Gelatine beinhaltet mehrere funktionalisierbare Gruppen und anhand diverser Model-Substanzen und Analysen wurde die vorrangige Amingruppen-Funktionalisierung ermittelt. Die Homogenit{\"a}t des GelAGE-Polymernetzwerkes, im Vergleich zu frei radikalisch polymerisierten GelMA-Hydrogelen, wurde best{\"a}tigt. Eine ausf{\"u}hrliche Analyse der Hydrogel-Zusammensetzungen mit variierenden funktionellen Gruppen Verh{\"a}ltnissen und UV- oder Vis-Licht induzierbaren Photoinitiatoren wurde durchgef{\"u}hrt. Die UV-Initiator Konzentration ist aufgrund der Zell-Toxizit{\"a}t und der potenziellen zellul{\"a}ren DNA-Besch{\"a}digung durch UV-Bestrahlung eingeschr{\"a}nkt. Das Zell-kompatiblere Vis-Initiator System hingegen erm{\"o}glichte, durch die kontrollierte Photoinitiator-Konzentration bei konstanten En:SH Verh{\"a}ltnissen und Polymeranteilen, die Einstellung der mechanischen Eigenschaften {\"u}ber eine große Spanne hinweg. Die Flexibilit{\"a}t der GelAGE Bio-Tinte f{\"u}r unterschiedliche additive Fertigungstechniken konnte, durch Ausnutzung des temperaturabh{\"a}ngigen Gelierungsverhaltens unterschiedlich stark degradierter GelAGE Produkte, f{\"u}r Stereolithographie und Extrusions-basiertem Druck bewiesen werden. Außerdem wurde die Viabilit{\"a}t zellbeladener GelAGE Konstrukte bewiesen, die mittels Extrusions-basiertem Bio-Druck erhalten wurden. Die Verwendung diverser multifunktioneller und makromolekularer Thiol-Vernetzungsmolek{\"u}le erm{\"o}glichte eine Verbesserung der mechanischen und rheologischen Eigenschaften und ebenso der Prozessierbarkeit. Verglichen mit dem kleinen bis-Thiol-funktionellen Vernetzungsmolek{\"u}l waren geringere Thiol-Vernetzer-Konzentrationen notwendig um bessere mechanische Festigkeiten und physikochemische Eigenschaften der Hydrogele zu erhalten. Der Extrusions-basierte Bio-Druck unterschiedlicher eingekapselter Zellen verdeutlichte die Notwendigkeit der individuellen Optimierung von Zell-beladenen Hydrogel-Formulierungen. Nicht nur die Zellviabilit{\"a}t von eingekapselten Zellen in Extrusions-basierten biogedruckten Konstrukten sollte bewertet werden, sondern auch andere Parameter wie die Zellmorphologie oder die Kollagen- oder Glykosaminoglykan-Produktion, da diese einige der essentiellen Voraussetzungen f{\"u}r die Verwendung in Knorpel Tissue Engineering Konzepten darstellen. Außerdem sollten diese Studien auf die stereolithographischen Ans{\"a}tze erweitert werden und letztlich w{\"a}re die Flexibilit{\"a}t und Zellkompatibilit{\"a}t der Formulierungen mit makromolekularen Vernetzern von Interesse. Makromolekulare Vernetzer erm{\"o}glichten die Reduktion des Polymeranteils und des Thiol-Gehalts und k{\"o}nnen, insbesondere in Kombination mit dem Zell-kompatibleren Vis-Initiator-System, voraussichtlich zu einer gesteigerten Zellkompatibilit{\"a}t beitragen, was zu kl{\"a}ren bleibt. Hyalurons{\"a}ure-basierte Bio-Tinten: Unterschiedliche Hyalurons{\"a}ure-Produkte (HA) wurden synthetisiert, sodass diese En- (HAPA) oder Thiol-Funktionalit{\"a}ten (LHASH) beinhalteten, um reine HA Thiol-En vernetzte Hydrogele zu erhalten. In Abh{\"a}ngigkeit des Molekulargewichts der HA-Produkte, der Polymeranteile und des En:SH Verh{\"a}ltnisses, konnte eine große Spanne an mechanischen Festigkeiten abgedeckt werden. Aufgrund der hohen Viskosit{\"a}t war allerdings im Falle von hochmolekularen HA (HHAPA) Produkt-L{\"o}sungen (HHAPA + LHASH) die Handhabbarkeit auf 5.0 wt.-\% beschr{\"a}nkt. Die Verwendung der gleichen HA Thiol-Komponenten (LHASH) erm{\"o}glichte Hybrid-Hydrogele, mit HA und GelAGE, mit reinen HA-Hydrogelen zu vergleichen. Obwohl der Polymeranteil von HHAPA + LHASH Hydrogelen signifikant geringer war, als im Vergleich zu Hybrid-Hydrogelen (GelAGE + LHASH), wurden f{\"u}r gleiche En:SH Verh{\"a}ltnisse {\"a}hnliche mechanische und physikochemische Eigenschaften reiner HA-Hydrogele bestimmt. Aufgrund der geringen Viskosit{\"a}t niedermolekularer HA L{\"o}sungen (LHAPA + LHASH) konnten diese nicht f{\"u}r den Extrusions-basierten Druck verwendet werden. Das nicht temperaturabh{\"a}ngige HHAPA + LHASH System hingegen konnte mit nur einem Viertel des Polymeranteils der Hybrid Formulierungen gedruckt werden. Im Vergleich zu der Hybrid Bio-Tinte wurde angenommen, dass das hoch viskose Verhalten von HHAPA + LHASH L{\"o}sungen, der geringere Polymeranteil, der geringere Druck f{\"u}r das Drucken und eine demzufolge geringere Scherspannung, maßgeblich zu der hohen Zellviabilit{\"a}t in Extrusions-basiert-biogedruckten Konstrukten beisteuerten. Die niedrigmolekulare HA Formulierung (LHAPA + LHASH) konnte zwar nicht f{\"u}r den Extrusions-basierten Druck verwendet werden, allerdings besitzt dieses System Potential f{\"u}r andere additive Fertigungstechniken wie z.B. der Stereolithographie. Um dieses System weiterzuentwickeln w{\"a}re, analog zu dem GelAGE System, eine detailliertere Studie zu den Funktionen eingekapselter Zellen hilfreich. Außerdem sollte die Initiierung dieses Systems mit dem Vis-Initiator untersucht werden.},
  subject      = {Biomaterial},
  language  = {en}
}
@article{GoerlSoberatsHerbstetal.2016,
  author    = {G{\"o}rl, Daniel and Soberats, Bartolome and Herbst, Stefanie and Stepanenko, Vladimir and W{\"u}rthner, Frank},
  title     = {Perylene bisimide hydrogels and lyotropic liquid crystals with temperature-responsive color change},
  series = {Chemical Science},
  volume    = {7},
  journal   = {Chemical Science},
  number    = {11},
  doi       = {10.1039/c6sc02249a},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162459},
  pages     = {6786-6790},
  year      = {2016},
  abstract  = {The self-assembly of perylene bisimide (PBI) dyes bearing oligo ethylene glycol (OEG) units in water affords responsive functional nanostructures characterized by their lower critical solution temperature (LCST). Tuning of the LCST is realized by a supramolecular approach that relies on two structurally closely related PBI-OEG molecules. The two PBIs socially co-assemble in water and the resulting nanostructures exhibit a single LCST in between the transition temperatures of the aggregates formed by single components. This permits to precisely tune the transition from a hydrogel to a lyotropic liquid crystal state at temperatures between 26 and 51 °C by adjusting the molar fraction of the two PBIs. Owing to concomitant changes in PBI-PBI interactions this phase transition affords a pronounced color change with "fluorescence-on" response that can be utilized as a smart temperature sensory system.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schulze2016,
  author    = {Schulze, Marcus},
  title     = {Ruthenium Complexes as Water Oxidation Catalysts and Photosensitizers},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142454},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit werden Aspekte der photokatalytischen Wasseroxidationsreaktion behandelt. Der erste Themenschwerpunkt der Dissertation besch{\"a}ftigt sich mit einem supramolekularen Makrozyklus, der drei Rutheniummetallzentren enth{\"a}lt. Dieser neuartige Katalysator zeigt eine sehr hohe katalytische Aktivit{\"a}t und gew{\"a}hrt neue Einblicke in den Mechanismus der Wasseroxidationsreaktion. Des Weiteren wird auf die mit Licht interagierenden Komponenten der photokatalytischen Wasseroxidation eingegangen. Hierbei haben sich azabenz-anellierte Perylenderivate als vielseitige Farbstoffklasse herausgestellt. Die Kombination dieser Farbstoffe mit Metallkomplexen liefert metallorganische Verbindungen, die als Photosensibilisatoren eingesetzt werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Farbstoff},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Winner2019,
  author    = {Winner, Lena},
  title     = {Synthese und Reaktivit{\"a}t neuer Iminoborane},
  doi       = {10.25972/OPUS-16916},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-169169},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit konnte der erste metallfreie, an Raumtemperatur ablaufende Wasserstofftransfer von Amminboran (NH3BH3) auf Iminoborane durchgef{\"u}hrt werden. Bei der Umsetzung von NH3BH3 mit Di tert butyliminoboran XXIIIa wurde die Bildung des hydrierten Iminoborans 1 beobachtet. DFT Rechnungen belegen einen konzertierten H+/H- Transfer von NH3BH3 mit einer Aktivierungsenergie weit unter der vergleichbarer Wasserstoff{\"u}bertragungsreaktionen. Da trotz zahlreicher Versuche keine geeigneten Einkristalle von 1 f{\"u}r eine strukturelle Charakterisierung erhalten werden konnten, wurde 1 mit IPr bzw. etherischer HCl umgesetzt, wobei das Addukt 2 bzw. das 1,2 Additionsprodukt 3 isoliert und vollst{\"a}ndig charakterisiert werden konnte. Dar{\"u}ber hinaus konnten weitere sterisch anspruchsvolle disubstituierte Amminborane dargestellt werden, die ebenfalls die F{\"a}higkeit besitzen, das Di tert butyliminoboran XXIIIa zu hydrieren. Daf{\"u}r wurden die Arylamminborane (Aryl = Dur (4) \& Tip (5)) dargestellt und mit XXIIIa umgesetzt. Hierbei bildeten sich neben 1 die entsprechenden Arylaminoborane 6 und 7. Ein weiteres Ziel war die Synthese neuartiger Iminoborane. Daf{\"u}r wurden zwei ferrocenylsubstituierte Aminoboranpr{\"a}kursoren dargestellt (Schema 53). {\"U}ber eine Chlorsilan Eliminierung sollte aus Verbindung 8 das entsprechende Iminoboran 9 synthetisiert werden. Jedoch zeigten sich in 11B NMR spektroskopischen Untersuchungen nur Zersetzungsprodukte. Des Weiteren wurde versucht, eine HCl Abstraktion mit Hilfe von verschiedenen Abstrahierungs-Reagenzien, ausgehend von dem Aminoboranpr{\"a}kursor 10, zu initiieren. Diesbez{\"u}glich wird 10 mit diversen Substraten (Na[BAr4F], Na[BAr4Cl], NaH, LiTmp und Na[HMDS]) umgesetzt, wobei sich allerdings f{\"u}r keine der eingesetzten Reagenzien die gew{\"u}nschte HCl Eliminierung zeigte. Ferner wurde der Aminoboranpr{\"a}kursor 1,4-Bis{[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chlorboranyl}durylen 14 erfolgreich dargestellt. Allerdings verlief die Chlorsilan-Eliminierung zu dem Bis-(tert-butylimino)durylenboran 15 im Pyrolyseofen erfolglos. Weitere Syntheseversuche der Aminoborane 16, 17 und 19 als Pr{\"a}kursoren f{\"u}r das (tert-Butylimino) tris bzw. bis (trifluormethyl)phenylboran f{\"u}hrten nicht zum gew{\"u}nschten Ziel (Abbildung 29). Die Bildung dieser Aminoborane l{\"a}uft unselektiv ab und es werden erhebliche Mengen unerw{\"u}nschter Nebenprodukte beobachtet. Daher k{\"o}nnen keine analysenreinen Endprodukte isoliert werden. Im Gegensatz dazu gelang die Darstellung des CF3 meta substituierten Pr{\"a}kursors 21. Durch anschließende Chlorsilan-Eliminierung konnte das (tert Butylimino) 3,5 bis(trifluormethyl)phenylboran 22 isoliert werden. Als Oligomerisierungsprodukt von 22 wurde das Dewar Borazin-Derivat 23 nachgewiesen. Weiterhin wurde der Aminoboranpr{\"a}kursor Trietylphenyl[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]chlorboran 24 erfolgreich dargestellt (Schema 56). Nach anschließender Chlorsilaneliminierung im Pyrolyseofen konnte die Bildung des (tert Butylimino)-2,4,6-triethylphenylborans 25 beobachtet werden. Durch Erw{\"a}rmen von 24 f{\"u}r zwei Stunden auf 100 °C wurde das Dimerisierungsprodukt 26 detektiert. Die Umsetzung des Iminoborans 25 mit cAAC lieferte bei tiefen Temperaturen das Addukt 28. Erw{\"a}rmen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur f{\"u}hrte zur Bildung des Cyclopropan Intermediats 30. Ferner ergab das Erhitzen auf 50 °C unter intramolekularem Ringschluss das bicyclische 1,2-Azaborolidin 31. Außerdem wurde das Azaborinin 27 {\"u}ber eine metallkatalysierte Syntheseroute, ausgehend von dem Iminoboran 25 und dem Rhodiumkatalysator [{RhCl(PiPr3)2}2] LXV, unter Acetylenatmosph{\"a}re dargestellt. Angesichts weiterer Reaktivit{\"a}tsstudien von Iminoboranen gegen{\"u}ber Lewiss{\"a}uren, wurde das Di tert butyliminoboran XXIIIa mit Tris(pentafluorphenyl)boran umgesetzt (Schema 59). Bei der Reaktion findet eine Carboborierung statt; demgem{\"a}ß handelt es sich um eine 1,2 Addition des Borans an das Iminoboran unter Bor-Kohlenstoff Bindungspaltung. DFT Rechnungen zufolge betr{\"a}gt die freie Energie der Reaktion -17.4 kcal mol-1 und l{\"a}uft damit exergonisch ab. Des Weiteren konnte mit dem NHC IDip (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-yliden) in Reaktivit{\"a}tsstudien mit (tert Butylimino)mesitylboran XXIIIb die Bildung des Aminoborans 34 beobachtet werden. Dieses entsteht durch die Migration eines Dipp Restes des NHC´s zum Stickstoffatom des vormaligen Iminoborans. Dieser Reaktionstyp stellt ein neues Beispiel f{\"u}r die Reaktivit{\"a}t zwischen Iminoboranen und NHCs im Gegensatz zu klassischen Adduktformationen dar. Einen weiteren neuartigen Beitrag zur Iminoboranchemie lieferte die Reaktion von Di tert butyliminoboran XXXII und dem von Tacke et al. entwickelten Bis(amidinato)silylen XCVI. Bei dem Reaktionsprodukt handelt es sich um eine bicyclische Silaiminboranstruktur, welche aus der Insertion von XCVI in die BN Dreifachbindung des Iminoborans hervorgeht. DFT Rechnungen best{\"a}tigen eine exergonische Reaktion mit einer Gesamtenergie von -28.4 kcal mol-1. Eine Insertion in eine Bor-Stickstoff-Dreifachbindung ist unter den Reaktivit{\"a}tsstudien mit Iminoboranen ein seltener Reaktionstyp. {\"U}berdies wurde die Reaktion zwischen dem Pentafluorphenyl-(tert-butyl)iminoboran (XCVII) und PiPr3 beobachtet. Dabei fand formal eine CH Aktivierung der drei Isopropyleinheiten von PiPr3 mit den Boratomen von drei XCVII-Einheiten statt. Zus{\"a}tzlich bindet ein Sauerstoff an das Phosphoratom. Die Ursache dieser Beobachtung und der Mechanismus dieser Reaktion ist bislang nicht gekl{\"a}rt.},
  subject      = {Bor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Dellermann2018,
  author    = {Dellermann, Theresa},
  title     = {NHC-stabilisierte Bor-Bor-Mehrfachbindungssysteme - Darstellung und Reaktivit{\"a}t},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146345},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit war es m{\"o}glich, eine Vielzahl NHC-stabilisierter Tetrabromdiboran-Addukte zu synthetisieren und mithilfe von zwei bzw. vier Reduktions{\"a}quivalenten zu reduzieren. Dies f{\"u}hrte zur Bildung neuartiger Dibromdiborene bzw. Diborin-Verbindungen, welche infolgedessen charakterisiert wurden. Der Einfluss des Carbens auf die jeweilige Struktur und Elektronik der synthetisierten Verbindungen war hierbei von besonderem Interesse. Im Fall der Diborine gelang es neben den beiden bereits literaturbekannten Verbindungen XXIII und XXXII drei neue Vertreter mit einer B≡B-Dreifachbindung (7, 8 und 9) darzustellen. Aufgrund der Verwendung von ges{\"a}ttigten Carbenen wurden die spektroskopischen und strukturellen Eigenschaften der Verbindungen soweit modifiziert, dass sie zwischen denen mit einer isolierten Dreifachbindung (B2IDip2 (XXIII) und B2IDep2 (XXXII)) und der mit Kumulencharakter (B2CAAC2 (XXXIV)) eingeordnet werden k{\"o}nnen. Neben der Charakterisierung neuartiger Verbindungen mit Bor-Bor-Dreifachbindungscharakter konnten auch zahlreiche Reaktivit{\"a}tsstudien durchgef{\"u}hrt werden. So verdeutlichte sich der strukturelle und elektronische Unterschied der Diborine vor allem am Beispiel der Reaktivit{\"a}t gegen{\"u}ber CO (Schema 42). W{\"a}hrend f{\"u}r B2IDip2 (XXIII) der Reaktionsverlauf {\"u}ber das Intermediat XXV zum Bis(boralacton) XXVI reagierte, konnte f{\"u}r die Diborine 7 und 8 prim{\"a}r die Bildung des jeweiligen Bis(boraketens) (16 und 18) beobachtet werden. Die Bindungssituation dieser Zwischenstufen wird vor allem durch die π-R{\"u}ckbindungen der Boratome in die CO-Bindung gepr{\"a}gt, welche zu einer Schw{\"a}chung dieser f{\"u}hren und sowohl in den Festk{\"o}rperstrukturen als auch in den Schwingungsspektren verdeutlicht wird. Die weitere Umsetzung zu den entsprechenden Bis(boralactonen) 17 und 19 erfolgte im Anschluss je nach Substituent bei Raumtemperatur (16) oder durch Heizen der Boraketen-Zwischenstufe (18). Mithilfe quantenmechanischer Betrachtung konnte die Ursache der unterschiedlichen Reaktionsverl{\"a}ufe n{\"a}her erl{\"a}utert werden, auch unter Einbeziehung des Diborakumulens XXXIV, welches mit {\"U}berschuss an CO auch bei hohen Temperaturen lediglich zur Bildung des Bis(boraketens) (XXXV) f{\"u}hrt. Dies zeigt, dass aufgrund der unterschiedlichen Reaktionsbarrieren der jeweiligen Diborine bzw. des Diborakumulens mit CO die Bildung des Ketens bzw. anschließend des Bis(boralactons) verschieden stark bevorzugt wird. F{\"u}r B2IDip2 (XXIII) wird deshalb aufgrund der hohen freien Gibbs-Energie, welche bei der Bildung des Bis(boralactons) entsteht, im ersten Schritt keine Bildung des IDip-stabilisierten Bis(boraketens) beobachtet und f{\"u}r B2CAAC2 (XXXIV) aufgrund von nahezu keiner Energiegewinnung im zweiten Schritt lediglich XXXV gebildet. Die freien Gibbs-Energien beider Reaktionsschritte der Umsetzungen von B2SIDip2 (7) und B2SIDep2 (8) mit CO ordnen sich zwischen den oben beschriebenen Extrema ein. Einen Einfluss des Carbens auf die Reaktivit{\"a}t zeigte auch die Umsetzung mit Wasserstoffgas. W{\"a}hrend bei XXIII, XXXII und 7 keine Reaktionen beobachtet werden konnten, verlief diese bei 8 und XXXIV unter einer 1,2-Addition des H2-Molek{\"u}ls an die B-B-Bindung und Bildung der jeweiligen Dihydrodiborene 21 (B2H2SIDep2) und XXXVIII (B2H2CAAC2). Neben der Reaktivit{\"a}t gegen{\"u}ber CO und H2 wurden auch Reaktionen beschrieben, welche zu einer Insertion einer in-situ-gebildeten Borylen-Spezies f{\"u}hrten. Diese sind die Umsetzungen von B2IDip2 (XXIII) mit CO-Quellen oder der Br{\o}nstedt-S{\"a}ure Triethylammonium(tetraphenyl)borat. In beiden F{\"a}llen kam es im Laufe der Reaktion zur Insertion eines Borfragments in die CH-Bindung des Isopropylrestes und zur Bildung der Boracyclen 20 (B2IDip2CO) und 25 ([B2IDip2H][BPh4]). Daneben konnte eine {\"a}hnliche Beobachtung bei der Umsetzung des SIDep-stabilisierten Diborins 8 mit Isonitrilen gemacht werden. Hierbei insertierte bei der Reaktion mit Metyhlisonitril ein Borfragment in den benachbarten Imidazolring unter Ausbildung eines Sechsrings. Gleichzeitig konnte eine CH-Aktivierung des Ethylrestes des Dep-Substituenten beobachtet werden. Bei der analogen Umsetzung mit tert-Butylisonitril wurde neben der einfachen auch die zweifache Insertion beider Borzentren beobachtet. Die Reaktivit{\"a}t gegen{\"u}ber Chalkogenen und Chalkogenverbindungen stellte einen weiteren, zentralen Aspekt dieser Arbeit dar. Die Umsetzung von B2IDip2 mit elementarem Schwefel und Selen f{\"u}hrte dabei zur Spaltung der B≡B-Bindung durch reduktive Insertion von drei Chalkogenbr{\"u}cken und Bildung der entsprechenden Pentachalkogenverbindungen 26 und 27. Die analogen Umsetzungen des Diborins 7 mit Selen f{\"u}hrte ebenfalls zur Bildung einer Pentachalkogenverbindung (29). Da derartige Verbindung in der Literatur bislang nicht bekannt sind, sollte auch deren Reaktivit{\"a}t exemplarisch an 27 untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass die Verbindung stabil unter photolytischen Bedingungen ist und sich bei thermischer Behandlung erst nach mehreren Tagen zersetzt. Die Umsetzung mit Triphenylphosphan oder elementarem Natrium zur Entfernung von Selenfragmenten oder mit Triphenylphosphanselenid zur Addition weiterer Seleneinheiten zeigten keine Reaktionen. Lediglich die Umsetzung mit zwei {\"A}quivalenten Natriumnaphthalid f{\"u}hrte zur erfolgreichen Darstellung des Dimers 28. Im Gegensatz dazu lieferte die Reaktion des Diborins 8 mit elementarem Selen bereits ein anderes Strukturmotiv (30), in welchem sechs Selenatome in Form von ein-, zwei und dreiatomigen Henkeln zwischen die Boratome insertierten. Durch Umsetzung mit Triphenylphosphan deuteten erste Reaktionsversuche darauf hin, dass es m{\"o}glich ist, selektiv ein Selenfragment aus der dreiatomigen Selenbr{\"u}cke zu entfernen und die entsprechende Pentachalkogenverbindung 31 zu generieren. Reaktivit{\"a}tsstudien der Diborine XXIII, 7 und 8 gegen{\"u}ber Diphenyldisulfid und -selenid als auch gegen{\"u}ber Isopropylthiol f{\"u}hrten in allen F{\"a}llen zur 1,2-Addition an die B≡B-Bindung unter Bildung der Diborene 32 bis 36 bzw. 42 und 43. Im Gegensatz dazu kam es bei der Reaktion von XXIII mit Diphenylditellurid zur Bildung eines salzartigen Komplexes 37, in welchem ein Phenyltellurireniumkation die B≡B-Bindung verbr{\"u}ckte und das entsprechende Phenyltellurid als Gegenion fungierte. Durch den Einsatz von para-substituierten Diphenylditelluriden konnten zwei weitere Verbindungen (38 und 39) dargestellt werden. Dabei zeigte der para-Substituent jedoch nur einen geringen Einfluss auf die elektronische Struktur der gebildeten Produkte. Die Reaktion von Diborin 8 mit Diphenylditellurid zeigte neben der Bildung des salzartigen Komplexes 40 auch die Entstehung des 1,2-Additionsproduktes 41, was vermutlich wie bereits bei der Reaktion mit elementarem Selen auf sterische Effekte zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist (Schema 45). Aufgrund der besonderen Bindungssituation in den Komplexen 37 bis 40 wurden diese eingehender untersucht. Die Auswertung der R{\"o}ntgenstrukturanalyse, Raman-Spektroskopie, 11B-NMR-Spinkopplungsexperimente sowie der quantenmechanischen Rechnungen ergab dabei Hinweise auf eine Koordinationsverbindung nach dem Dewar-Chatt-Duncanson-Bindungsmodell. Weitere Reaktivit{\"a}tsstudien v.a. des IDip-stabilisierten Diborins (XXIII) besch{\"a}ftigten sich mit der Synthese von π-Komplexverbindungen durch Reaktionen von XXIII mit Alkalimetallkationen in der Ligandensph{\"a}re schwach koordinierender Anionen mit Kupfer(I)-Verbindungen. Die Bildung sogenannter Kation-π-Komplexe des Diborins mit Lithium bzw. Natrium gelang durch die Umsetzung von B2IDip2 (XXIII) mit je zwei {\"A}quivalenten Lithium bzw. Natriumtetrakis(3,5-dichlorphenyl)borat quantitativ unter Bildung von 46 und 47 als unl{\"o}sliche, violette Feststoffe. Die in der Kristallstruktur ersichtliche Bindungssituation zeigt die Einkapselung der jeweiligen Kationen durch das B2-Fragment des Diborins sowie der Arylreste der Ligandensph{\"a}re, die sich infolgeder Komplexierung ekliptisch zueinander anordnen. Aufgrund der ungew{\"o}hnlichen Bindungssituation wurden theoretische Studien aufbauend auf den aus den Kristallstrukturen und den aus spektroskopischen Messungen erhaltenen Daten angefertigt. Diese beweisen eine rein elektrostatische Wechselwirkung der Kationen mit der noch intakten B≡B-Bindung des Diborins. Auch f{\"u}r die Diborine 7 und 8 konnten am Beispiel des Natriumtetrakis(3,5-dichlorphenyl)borats die Komplexe 48 ([B2SIDip2Na2][BArCl4]) und 49 ([B2SIDep2Na2][BArCl4]) erfolgreich dargestellt werden. Dies beweist, dass in den SIDip- und SIDep-substituierten Diborinen noch gen{\"u}gend Elektronendichte auf der B-B-Bindung lokalisiert ist, um derartige π-Wechselwirkungen auszubilden. Die Reaktivit{\"a}t des Diborins XXIII gegen{\"u}ber Kupfer(I)-Verbindungen wurde bereits von Dr. Jan Mies im Zuge seiner Dissertation untersucht. In dieser Arbeit ist es nun gelungen, weitere Komplexe mit Kupfer(I)-alkinylen (50 und 51) darzustellen. Dar{\"u}ber hinaus war es m{\"o}glich, eine alternative Syntheseroute zur Darstellung des dreikernigen Kupfer(I)-chlorid-Komplexes XXVII zu entwickeln sowie den entsprechenden Zweikerner 52 darzustellen. Die Verbindungen XXVII, 52 und XXVIII wurden im Anschluss in Kooperation mit der Gruppe um Dr. Andreas Steffen auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht.Dabei zeigte sich, dass alle drei Verbindungen aufgrund der langen Lebenszeiten ihrer angeregten Zust{\"a}nde phosphoreszieren, die Quantenausbeute der Phosphoreszenz jedoch stark von der Verbindung abh{\"a}ngig ist. W{\"a}hrend der dreikernige Kupfer(I)-Komplex XXVII bereits in L{\"o}sung eine Quantenausbeute von 29 \% aufwies, war eine Bestimmung der Quantenausbeute in L{\"o}sung f{\"u}r B2IDip2(CuC2TMS)2 (XXVIII) aufgrund der schwachen Emission nicht m{\"o}glich. Die Ursache des unterschiedlichen Emissionsverhaltens konnte mittels Betrachtung von Absorptions- und Anregungsspektren erkl{\"a}rt werden. F{\"u}r B2IDip2(CuCl)3 sind die beiden Spektren in L{\"o}sung nahezu identisch. Im Gegensatz dazu weisen die beiden Zweikerner 52 und XXVIII ein vom Absorptionsspektrum verschiedenes Anregungsspektrum auf, was darauf schließen l{\"a}sst, dass es zu Konformations{\"a}nderungen im angeregten Zustand kommt, welche die Emission ausl{\"o}scht. TheoretischeStudien best{\"a}tigen f{\"u}r 52, dass die Barriere zwischen zwei Konformeren, in denen die Kupferfragmente linear bzw. orthogonal angeordnet sind, lediglich 4.77 kcal/mol betr{\"a}gt und bekr{\"a}ftigen damit die vermutete Ursache der schwachen Emission. Ein zweites Thema dieser Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Darstellung und Untersuchung neuartiger Dibromdiborene, welche im Zuge der Diborin-Synthese beobachtet werden konnten. Dabei gelang es neben dem bereits literaturbekannten IDip-stabilisierten Dibromdiboren (XXIV) noch sechs weitere Vertreter dieser Verbindungsklasse darzustellen (10-15). Auch hier konnte ein Einfluss der Carbenliganden auf die strukturellen und elektronischen Eigenschaften beobachtet werden. Die Reaktivit{\"a}t der Dibromdiborene wurde in einigen Testreaktionen untersucht. Dabei zeigte sich, dass im Hinblick auf ihr Oxidationsverhalten die literaturbekannte Darstellung von Monokationen (53 [B2Br2IDip2][BArF4] und 54 [B2Br2IDep2][BArF4]) nachempfunden werden konnte. Versuche zur Bromsubstitution zeigten durch Umsetzung mit BuLi den Austausch der Bromid-Liganden durch Butylgruppen, jedoch bildeten sich aufgrund von Umlagerungen anstelle der erwarteten Diborene die kondensierten Ringsysteme 56-58.},
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