Entwicklung von neuen Radiomarkierungsverfahren und deren Anwendung zur Synthese von Radiotracern für die Positronen-Emissions-Tomographie

In den letzten 30 Jahren hat sich die Positronen Emissions Tomographie (PET) zu einem der wichtigsten Instrumente in der klinischen Diagnostik entwickelt. Neben den ständigen technischen Verbesserungen verdankt die PET ihren klinischen Stellenwert vor allem dem ihr inhärenten Potenzial, physiologische und biochemische Prozesse auf molekularer Ebene und in Echtzeit darzustellen. Aufgrund der wachsenden Zahl neuer und krankheitsspezifischer Radiotracer nimmt sie auch auf dem Gebiet der Wirkstoffentwicklung sowie beim Monitoring von pharmakologischen Interventionen eine immer wichtigere Rolle ein. Grundlegend hierfür ist einerseits das intelligente Design innovativer und selektiver molekularer Sonden mit der Fähigkeit zur Visualisierung molekularer Targets, die in physiologischen und pathophysiologischen Prozessen involviert sind und andererseits die Entwicklung der dafür notwendigen fortschrittlichen Markierungsstrategien. Letzteres ist zentraler Bestandteil der radiochemischen Grundlagenforschung und Hauptgegenstand dieser kumulativen Promotionsarbeit, in dessen Rahmen ein neues „minimalistisches“ Protokoll zur Radiofluorierung ausgearbeitet wurde. Die Entwicklung der sog. „minimalistische“ Methode ermöglicht eine vereinfachte und zeitsparende Herstellung von unterschiedlichsten 18F-markierten Verbindungen, da sie weder der azeotropen Trocknung noch des Zusatzes einer Base oder anderer Additive bedarf. Das neue Radiomarkierungsverfahren umfasst eine direkte Elution von 18F- mittels alkoholischer Lösung der Ammonium-, Diaryliodonium- oder Triarylsulfoniumsalz Vorläufern. Nach Entfernung des Alkohols wird das resultierende [18F]Fluoridsalz in einem geeigneten Lösungsmittel erhitzt. Die hohe Effizienz der auf der „minimalistischen“ Methode basierenden Synthese bietet somit auch einen schnellen Zugang zu 18F-markierten Fluorbenzaldehyden ([18F]FBAs) in großen Aktivitätsmengen, was einen entscheidenden Vorteil für die Entwicklung neuer Markierungsmethoden mit Hilfe dieses Radiomarkierungsbausteins darstellt. Darauf aufbauend wurde, ausgehend von [18F]FBA, auf der Basis der Seyferth-Gilbert Homologisierung, ein innovatives Verfahren zur Synthese von bisher unbekannten 18F-markierten Fluorarylacetylenen entwickelt. Hierdurch konnten über Cycloadditions- und Kreuzkupplungsreaktionen unterschiedliche radiomarkierte Modellverbindungen sowie PET-Tracer hergestellt und somit die Vielseitigkeit der neuen radiomarkierten Synthone aufgezeigt werden. Die durch die „minimalistische“ Methode gesteigerte Effizienz der Synthese von [18F]FBA ermöglicht es ebenfalls, den bereits in der Literatur bekannten Markierungsbaustein C-(4-[18F]Fluorphenyl)-N-phenylnitron [18F]FPPN in ausreichenden Mengen zu produzieren und für die zielgerichtete Synthese diverser radiofluorierter -Lactame über die Kinugasa-Reaktion einzusetzen. Mit dem Erhalt der radiofluorierten β-Lactam-Peptid und -Protein-Konjugate in hohen radiochemischen Ausbeuten unter sehr milden Bedingungen, konnte die Eignung der Kinugasa-Reaktion als neues und leistungsstarkes Radiofluorierungsverfahren eindrucksvoll demonstriert werden. 

Optimizing immobilized cultivation of Haematococcus pluvialis for astaxanthin production

Die Produktion von Astaxanthin mittels Haematococcus pluvialis ist eines der wichtigsten Fachgebiete der Mikroalgen Biotechnologie. Kommerzielles Interesse ist zurückzuführen auf dessen Anwendungen als Pigment in der Tierzucht und neuerdings auch im Bereich des Gesundheitswesens, begründet auf seiner starken anti-oxidativen Wirkung. Allerdings begrenzen die Herausforderungen in der industriellen Produktion von H. pluvialis, in Bezug auf den Metabolismus der Alge wie gleichermaßen auch die Kultivierungsstrategie, immer noch den Markt für natürliches Astaxanthin. Die derzeit gängigen Kultivationstechnologien basieren auf Suspensionssystemen, welche weitgehende Nachteile mit sich führen, wie hoher Wasser-, Energie und Technikaufwand. Diese Probleme können durch die Anwendung einer immobilisierten Kultivation vermieden werden, weshalb diesem Verfahren immer mehr Aufmerksamkeit zu Teil wird. In dieser Arbeit wurde H. pluvialis als immobilisierte Kultur in einem Twin-Layer PSBR verwendet. Insgesamt wurden 26 verschiedene Arten von H. pluvialis gefunden, die als Biofilm wachsen und Astaxanthin produzieren konnten, wobei der Stamm CCAC 0125 zur weiteren Optimierung des Prozesses ausgewählt wurde. Biomasse und Astaxanthin Produktion stiegen zunehmenden in Abhängigkeit zu der Lichtintensität, bis einschließlich 1,015 µmol Photonen m-2 s-1, ohne Anzeichen von Photoinhibition. Maximale Biomasse Produktivität von 19.4 g m-2 d-1 wurde unter starken Lichtverhältnissen verzeichnet. Nährstofflimitierungen und Salinität unterstützen die Astaxanthin Produktion hinderten allerdings das Wachstum der Biomasse. Nichtdestotrotz, wurde die höchste Astaxanthin Produktivität von 0.507 g m-2 d-1 mit einem Biomasseanteil von 3.5% in der Trockenmasse durch starke Belichtung sowie Stickstoff- und Phosphatmangel erreicht. Diese Ergebnisse bestärken die Verwendung der immobilisierten Kultivation von H. pluvialis als Alternative zu den derzeitigen Technologien. Die Verknüpfung von hoher Biomasse mit der Produktion von Astaxanthin bei starkem Lichtintensitäten wurde nur durch die Anordnung in einem Biofilm ermöglicht. Es kann einen Durchbruch in der kommerziellen Herstellung von H. pluvialis darstellen, da hierbei das Vorziehen der Kulturen bei geringen Licht entfällt, was wiederum den derzeit verwendeten komplexen Zwei-Stufen Prozess stark vereinfacht.

Mittelneolithische Silexaustauschsysteme auf der Aldenhovener Platte und in ihrer Umgebung

In der Archäologie gibt die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Dimensionen von Tausch Hinweise auf die Reichweite und Entwicklung prähistorischer Wirtschaftssysteme und den damit verbundenen sozialen Kontakten. Bei der Erforschung neolithischer Gesellschaften wird Tausch – bedingt durch die archäologische Quellenlage – häufig anhand der Weitergabe lithischen Materials erforscht. In diesem Dissertationsprojekt wird die Weitergabe von Silex (Feuerstein) zwischen mittelneolithischen Siedlungen innerhalb der Kleinregion des heutigen Braunkohletagebaus zwischen Aachen und Köln untersucht. Silex diente als Rohmaterial zur Herstellung von Werkzeugen für die Jagd sowie für eine Vielzahl häuslicher, agrarischer und handwerklicher Tätigkeiten. Die untersuchten Siedlungslätze datieren in die mittelneolithischen Phasen Großgartach, Planig-Friedberg und Rössen (ca. 4900 bis 4550 v. Chr.). Ein zentraler Untersuchungsteil stellt der Vergleich zwischen den Fundplätzen im Hinblick auf die Produktion von Silexgrundformen und -werkzeugen dar. Dabei kommt unter anderem eine Faktorenanalyse zur Anwendung. Das Analyseresultat bildet die Grundlage zum Entwurf dreier Thesen, auf deren Überprüfung die darauffolgenden Untersuchungsschritte ausgelegt sind. Dabei werden die Analysen auf ein siedlungsinternes und ein überregionales Level ausgeweitet. Auf diese Weise konnten nicht nur quellenkritische Aspekte überprüft und Ergebnisse für das zentrale Untersuchungsgebiet verifiziert, sondern auch die weiträumigen Verteilungsmuster der Feuersteinweitergabe erfasst werden. In einer abschließenden interpretativen Betrachtung wurden die Tauschverhältnisse auf den verschiedenen Skalenniveaus anhand eines ethnographischen Modells nach M. Sahlins beschrieben.

Die (Un-)Verständlichkeit von Gesetzen – eine Herausforderung für die Gesetzesredaktion

Gesetze müssen verständlich sein, so die Forderung, sie können aber nach der herrschenden Lehre diese Anforderung nicht erfüllen, da ihre Bedeutung nicht in der geforderten Weise bestimmt sein kann, wie die Auslegungstätigkeit in der Anwendung zeigt. Der Aufsatz beschäftigt sich mit der Frage, wie unter diesen Umständen Verständlichkeit bei der Versprachlichung von Gesetzesnormen möglich ist. Voraussetzung für eine Antwort sind präzisierte Vorstellungen über die Prozesse des Verstehens, die Verständlichkeit von Texten und den Zusammenhang zwischen Verstehen, Bedeutung und Auslegung. 1. Die Bedeutung von Texten zeigt sich im Verstehen. Verstehen ist ein konstruktiver, inferenzieller Prozess, in dem anhand des Wortlautes mit Hilfe von prototypischen Annahmen, Sachwissen, Situationswissen und inferenziellen Regeln u. a. ein mentales Modell von Sachverhalten und Bewertungen der Relevanz der Informationen im gegebenen Kontext hergestellt werden. Die sprachliche Bedeutung eines Textes ist selbst kein Abbild eines Sachverhaltes, sondern eine Konstruktionsanweisung, ein solches Abbild in der Form eines mentalen Modells herzustellen. 2. Gesetzesaussagen sind normative generell-abstrakte Aussagen. Generell-abstrakte Aussagen zu verstehen, bedeutet, eine Menge von familienähnlichen mentalen Modellen entsprechend den sprachlichen und sachlichen Vorgaben rekonstruieren zu können. 3. Es gibt nicht ein einziges Verstehen, sondern Abstufungen des Verstehens zwischen relativ vagem und relativ präzisem Verstehen und zwischen punktuellem Verstehen und Erkennen der möglichen Schlussfolgerungen aus einer Aussage. Laienverstehen und professionelles, präzises Verstehen und Begreifen können in Konflikt zueinander stehen, müssen aber nicht, soweit das Laienverstehen in wesentlichen Aspekten kompatibler Teil des professionellen Verstehens ist. 4. Verstehen ist Arbeit mit einem Aufwand. Verständlichkeit entspricht dem Aufwand, der erforderlich ist, um einen Text zu verstehen. Der Aufwand hängt von der Sachkenntnis der Interpretin, von der Abstraktheit und Komplexität der vermittelten Information der Aussage und der sprachlichen Gestaltung ab. 5. Wer einen Inhalt wie eine Gesetzesnorm zu versprachlichen hat, muss vom vorgegebenen Inhalt und den textspezifischen und sachlichen Vorgaben ausgehen und kann diese nur begrenzt beeinflussen. Ein gegebene Information kann vom Inhalt so sachspezifisch und komplex sein, dass sie nicht beliebig leicht (d.h. allgemein-) verständlich formuliert werden kann. Gestaltbar ist dagegen die Textform. Die Aufgabe besteht darin, die Textform so zu gestalten, dass sie allgemeinen pragmatischen und kognitiven Verstehensregeln entspricht und die kognitiven Verstehensprozeduren in der Konstruktion mentaler Modelle unterstützt. Stichwörter sind Transparenz, Ikonizität, Erkennbarkeit der Relevanz der Inhaltselemente, Vermeidung von Konflikten mit der Allgemeinsprache. 6. Der Einwand der Unbestimmtheit (und entsprechend der Unverständlichkeit) von Gesetzestexten betrifft die Aufgabenstellung der Gesetzesredaktion nicht direkt. Das Verstehen eines Gesetzestextes bei seiner Formulierung und die Auslegung sind zwei unterschiedliche Vorgänge in unterschiedlichen Zusammenhängen. Ein Gesetzestext (der Normtext in der Terminologie der Strukturierenden Rechtslehre) setzt eine allgemeine Norm innerhalb eines allgemeinen Erwartungshorizonts. Auch wenn er eine Vielzahl von potenziellen konkreten (fiktiven) Anwendungsfällen als mentalen Modellen zu rekonstruieren erlaubt, sind unter den vorgegebenen Voraussetzungen die Regeln dieser Rekonstruktionen grundsätzlich (bei angemessener Formulierung) bestimmt. Auslegung ist demgegenüber Herstellung einer Rechtsnorm für den konkreten Fall auf der Grundlage von generell-abstrakten Normtexten. Der konkrete Fall ist individuell und hat von seinem Wesen her keinen Zusammenhang mit einer generell-abstrakten Norm. Die individuell-konkrete Rechtsnorm kann durch inferenzielle Ableitung einer Einzelnorm aus dem generellen Normtext hergeleitet und begründet werden; dies entspricht dem Resultat von gewöhnlichen Verstehensprozeduren, ist aber ebenfalls eine inferenziell gesteuerte Konstruktion einer neuen Norm. In vielen Fällen ist die Rechtsnorm aber das Resultat von Inferenzen aus einer Vielzahl von Normtexten und sonstigen Inputdaten wie Relevanzkriterien und nicht eine direkte Konkretisierung einer einzelnen bestimmten generell-abstrakten Norm. Die vielzitierte Unbestimmtheit von Normtexten in der Anwendung ist nicht Reflex der Unbestimmtheit der Bedeutung eines generell-abstrakten Normtextes als solchen, sondern der vielfältigen Vermitteltheit einer konkreten Rechtsnorm aus je nach Situation unterschiedlichen Vorgaben.

Peptide-mediated oligonucleotide delivery into eucaryotic cells

Nukleinsäuren sind viel versprechende Moleküle um genetisch bedingte Erkrankungen zu behandeln. Die unzureichende Serumstabilität und die schlechte Zellaufnahme aufgrund des hohen Molekulargewichts, der negativen Ladung und des hydrophilen Charakters der Nukleinsäure, erschweren jedoch die klinischen Anwendungen. Des Weiteren müssen bevor die Nukleinsäuren einem Patienten verabreicht werden können, geeignete in vitro-Systeme entwickelt werden, um die Auswirkungen der Nukleinsäure auf die Zellen zu untersuchen. Daher wurden zahlreiche virale als auch nicht-virale Transportsysteme entwickelt, um den Transport der therapeutischen Nukleinsäuren in die Zellen zu erleichtern. Da jedoch die Anwendung von viralen Vektoren mit vielen Nachteilen verbunden ist, werden nicht-virale Transportsysteme mit einem guten Wirkungsgrad und einer geringen Toxizität dringend benötigt. In den letzten Jahren sind sogenannte zellpenetrierende Peptide (cell penetrating peptides, CPP) als effektive, nicht-virale Vektoren für den Nukleinsäure-Transfer in den Fokus der Forschung getreten. Sie sind in der Lage, Moleküle in das Zellinnere zu transportieren, welche aufgrund ihrer Ladung, Größe und Hydrophilie normalerweise nicht die Zellmembran passieren können. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung von geeigneten in vitro-Systemen sowie die Entwicklung von neuen peptid-basierten Transportmolekülen, die über eine nicht-kovalente Verbindung in der Lage sind, die Nukleinsäuren in die Zellen zu transportieren. Hierfür wurden verschiedene CPPs im Hinblick auf ihre Transportfähigkeit für Forschungsbereiche untersucht, die noch geeignete Transporter benötigen. Die untersuchten CPPs wurden sowohl von dem humanen Calcitonin (hCT) als auch von dem kationischen antimikrobiellen Peptid CAP18 (sC18) abgeleitet. Die in dieser Arbeit untersuchten CPPs waren in der Lage, Nukleinsäuren erfolgreich in verschiedene Zelllinien (MCF-7, HEK-293 und hTERT RPE-1) zu transportierten, ohne dabei die Vitalität der Zellen zu beeinflussen. Des Weiteren konnte für das CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 eine bemerkenswert hohe Transfektions-Effizienz erzielt werden, nachdem nicht-differenzierte hTERT RPE-1 Zellen damit transfiziert wurden. Die Effizienz überschritt sogar die von Lipofectamin, welches als positiv Kontrolle verwendet wurde. CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 war zudem in der Lage in einzellige Protisten (Choanoflagellate) zu internalisieren.

GeographielehrerInnen erproben Service Learning. Empirische Rekonstruktion von Bewertungsmustern, Akzeptanzkomponenten und Gelingensbedingungen für einen gemeinwohlorientierten Geographieunterricht

Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die Frage: „Wovon hängt die Bewertung von Service Learning-Projekten durch GeographielehrerInnen ab?“. Der empirischen Beantwortung dieser Forschungsfrage geht eine theoretische und literaturgestütze Potenzialanalyse von „Service Learning im Geographieunterricht“ voraus. Diese offenbart, dass Service Learning als innovativer und vielversprechender konzeptioneller Ansatz für einen an den Bildungsstandards (DGFG 2012) orientierten und modernen Geographieunterricht bewertet werden kann. Sie zeigt jedoch auch, dass Service Learning - trotz dieser vermeintlichen Potenzialvielfalt - bislang nahezu keine Anwendung im Geographieun-terricht gefunden hat. Es ist das Ziel dieser Arbeit zu erforschen, welche Gründe und Barrieren für den zu-rückhaltenden Umgang der GeographielehrerInnen mit der Unterrichtskonzeption vor-liegen und - in einer positiven Betrachtungsweise und als Forschungsschwerpunkt - welche Akzeptanzkomponenten für Service Learning im Geographieunterricht sich aus den Wahrnehmungs- und Bewertungsmustern von LehrerInnen, die erstmalig ein Ser-vice Learning-Projekt umgesetzt haben, ableiten lassen. Diese so gewonnenen Akzep-tanzkomponenten werden abschließend im Sinne der Grounded Theory (GLASER & STRAUSS 1967) zu einem Gelingensbedingungsgefüge verknüpft. Dieses kann als wis-senschaftlich hergeleitete Hilfestellung für Initiations- und Implementationsprozesse der Unterrichtskonzeption Service Learning in den Geographieunterricht verstanden werden und richtet sich somit an GeographielehrerInnen, FachleiterInnen und Geographiedidak-tikerInnen.