BigTac-ilmataistelusimulointi häivetekniikan hyötyjen tutkimisessa

Ilmavoimat pohtii uuden hävittäjäkaluston ostamista 2020-luvulla poistuvan F-18 Hornetin tilalle. Uusien hävittäjien kasvaneet hankintahinnat herättävät keskustelua niiden Stealth- eli häiveominaisuuksien välttämättömyydestä. Vastakkain asettuvat häivetekniikan tuottama operatiivinen suorituskyky ja suorituskyvyn hinta. Häivetekniikan tuomista mahdollisuuksista ei ole riittävän perusteltua tietoa. Tutkielman tavoitteena on luoda perusta häivetekniikan kustannustehokkuuden tarkastelulle taktiikan näkökulmasta. Tulevien hankintakustannusten tarkastelun perustaksi tarvitaan tietoa siitä, miten BigTac-simulointia voidaan käyttää ilmasotataktiikan tutkimisen työkaluna määritel-lyssä skenaariossa, jossa käytetään häivetekniikkaa. Tämän kysymyksen vastauksena on tar-koitus tuottaa ohjeistus, jonka perusteella häivetekniikan tuomia hyötyjä voidaan tutkia Big-Tac-simuloinnilla. Tässä tutkielmassa tarkastellaan kohteen tutkapoikkipinta-alan vaikutusta uhkajärjestelmien tutkien havaintoetäisyyteen sekä ammuntaetäisyyteen. Tutkielmassa testataan kokein tut-kayhtälön ilmenemistä BigTac-simulaatiossa muutettaessa kohteen tutkapoikkipinta-alaa, ja uhkajärjestelmän päätöksentekoetäisyyden muutosta vaihdettaessa kohteen tutkapoikkipinta-alaa. Näiden kokeiden jälkeen suoritettaan skenaariotarkastelu kahdella eri tutkapoikkipinta-alalla. Ilmasotataktiikan onnistumisen mittaamiseksi skenaariossa mitataan kolmea ominai-suutta, lentoturvallisuutta, selviytymistä ja tehtävän toteutumista. Eri tutkapoikkipinta-aloilla saatuja tuloksia vertaillaan erojen löytämiseksi. Ensimmäisen kokeen tuloksen perusteella ensimmäinen hypoteesi todettiin vääräksi. Hypo-teesissa ilmakehän vaimennus määriteltiin läpäisykerroinvakioksi. Kun läpäisykerroinvakio muutettiin eksponentiaalisesti kasvavaksi vaimennukseksi, tutkayhtälö toteutui BigTac-simulaatiossa. Toisen kokeen tuloksen perusteella toinen hypoteesi osoitettiin todeksi. Uhka ampui aina samalla viiveellä kohteen havaitsemisen jälkeen. Viive esiintyi riippumatta siitä miltä etäisyydeltä uhkan tutka havaitsi kohteen. Kahden kokeen perusteella todettiin, että kohteen tutkapoikkipinta-ala vaikutti oletetusti uhkajärjestelmän tutkan havaintoetäisyyteen ja ammuntaetäisyyteen. Tutkielman skenaariossa tutkapoikkipinta-alan pienentäminen vaikutti ainoastaan kohteiden selviytymiseen. BigTac ei sellaisenaan tarjoa työkalua häivetekniselle tarkastelulle. Jotta tutkimuksesta saadaan vertailukelpoisia tuloksia, on käytettävä asiantuntijaa skenaarion alus-tuksen ja kohteiden toimintatapojen muokkaamiseksi. Skenaarion perusteella esitettiin oh-jeistus BigTacin käyttöohjeeksi tuleville tutkimuksille.

Preparation and cytotoxicity of cisplatin-containing liposomes

We encapsulated cisplatin into stealth pH-sensitive liposomes and studied their stability, cytotoxicity and accumulation in a human small-cell lung carcinoma cell line (GLC4) and its resistant subline (GLC4/CDDP). Since reduced cellular drug accumulation has been shown to be the main mechanism responsible for resistance in the GLC4/CDDP subline, we evaluated the ability of this new delivery system to improve cellular uptake. The liposomes were composed of dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE), cholesteryl hemisuccinate (CHEMS), and distearoylphosphatidylethanolamine-polyethyleneglycol 2000 (DSPE-PEG2000) and were characterized by determining the encapsulation percentage as a function of lipid concentration. Among the different formulations, DOPE/CHEMS/DSPE-PEG liposomes (lipid concentration equal to 40 mM) encapsulated cisplatin more efficiently than other concentrations of liposomes (about 20.0%, mean diameter of 174 nm). These liposomes presented good stability in mouse plasma which was obtained using a 0.24-M EDTA solution (70% cisplatin was retained inside the liposomes after 30 min of incubation). Concerning cytotoxic effects, they are more effective (1.34-fold) than free cisplatin for growth inhibition of the human lung cancer cell line A549. The study of cytotoxicity to GLC4 and GLC4/CDDP cell lines showed similar IC50 values (approximately 1.4 µM), i.e., cisplatin-resistant cells were sensitive to this cisplatin formulation. Platinum accumulation in both sensitive and resistant cell lines followed the same pattern, i.e., approximately the same intracellular platinum concentration (4.0 x 10-17 mol/cell) yielded the same cytotoxic effect. These results indicate that long-circulating pH-sensitive liposomes, also termed as stealth pH-sensitive liposomes, may present a promising delivery system for cisplatin-based cancer treatment. This liposome system proved to be able to circumvent the cisplatin resistance, whereas it was not observed when using non-long-circulating liposomes composed of phosphatidylcholine, phosphatidylserine, and cholesterol.

Daniel D. Tompkins letter to General Dearborn, June 28, 1812.

Transcript [original spelling and grammar retained]: Albany June 28 1812 Sir Your letter of the 23d has been received. I had anticipated your request by ordering the detachment from Washington, Essex, Clinton and Franklin Counties into service and have fixed the days and places of their Rendezvous. Upon application to the quarter master General I find there are but 139 tents & 60 camp kettles at this place & even those I take by a kind of stealth. The Deputy Quarter Master General declines giving an order for their delivery until he shall have a written order from the Quarter Master General, and the latter is willing I Shall take them but will not give the Deputy a written order for that purpose. Under Such circumstances I shall avail myself of the rule of Possession and by virtue of the Eleven Points of Law Send them tomorrow morning without a written order from anyone. You may remember that when you were Secretary of the war department I invited you to forward and deposit in our Frontier Arsenals, arms ammunition and camp equipage free of expense to be ready in case of war and the same invitation to the war department has been repeated some time, Since The United States have now from 5 to 600 regular troops at Plattsburgh, Rome, Canandaigua & c, where those arsenals are, and yet those recruits are now and must be for weeks to come unarmed and unequipped in every respect although within musket Shot of arsenals. The recruits at Plattsburgh are within 50 miles of two tribes of Canadian Indians. In case of an attack upon the Frontiers that portion of the United States army would be as inefficient and unable to defend the inhabitants or themselves even. The Militia Detachments on the Western Frontiers received the news of war with [cherafulness] and determined courage, and I am happy to find they are united late brothers, highly improved in Discipline & ready to devote themselves to any Service or danger which the good of the Country may require. But they are in barracks from which they cannot move a days march for the want of tents and other equipage, and they are in Separate and Independent Detachments without a General Officer to command them or combine their exertions for the accomplishment of any desirable and important object. The only officer of the United States here who can do anything is the Quarter Master General and he has not a tent Camp Kettle or Knapsack in this arsenal except what I have concluded to send off tomorrow morning as above mentioned to furnish men As to Cannon Muskets and Ammunition. I can find now one here who will exercise any authority over them or deliver a Single article upon my requisition. Neither can I find any Officer of the army who feel himself authorized to exercise any authority or do any act which will aid me in the all important object of protecting the Inhabitants of an extended Frontier exposed to the Cruelties of Savages and the depredations of the enemy. If I must rely upon the Militia Solely for Such protection I entreat you to give orders to your Officers to furnish upon my orders, for the use of the Militia Detachments , all needful weapons and articles with which the United States are Supplied and of which we are destitute . You may rely upon all the assistance which my talents, influence or authority can furnish in the active prosecution of the first & necessary way which has been declared by the Constituted Authorities of our beloved Country. I am, Sir, respectfully Your ob. Servt. Daniel D. Tompkins

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Novel non phospholipid liposomes with high sterol content : development and characterization

Les liposomes sont des nanovecteurs polyvalents et prometteurs quant à leur utilisation dans plusieurs domaines. Il y a une décennie, un nouveau type de liposome constitué d’amphiphiles monoalkylés et de stérols est né fortuitement dans notre groupe. Ils sont nommés Stérosomes puisqu’ils contiennent une grande proportion de stérols, entre 50 et 70 mol %. Les objectifs de cette thèse sont de développer de nouvelles formulations de Stérosomes ayant des caractéristiques spécifiques et d’acquérir une compréhension plus profonde des règles physicochimiques qui dictent leur comportement de phase. Nous avons spécifiquement examiné le rôle de motifs moléculaires des stérols, de la charge interfaciale et de la capacité à former des liaisons H dans les interactions intermoléculaires menant à l’autoassemblage. Le comportement de phase a été caractérisé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par spectroscopie infrarouge (IR) et par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du deutérium (²H NMR). Premièrement, nous avons établi certaines corrélations entre la structure des stérols, leur tendance à former des bicouches fluides en présence d'amphiphile monoalkylé et la perméabilité des grandes vésicules unilamellaires (LUV) formées. La nature des stérols module les propriétés de mélange avec de l’acide palmitique (PA). Les stérols portant une chaîne volumineuse en position C17 sont moins aptes à induire des bicouches fluides que ceux qui ont une chaîne plus simple, comme celle du cholestérol. Un grand ordre de la chaîne alkyle de PA est un effet commun à tous les stérols investigués. Il a été démontré que la perméabilité des LUV peut être contrôlée en utilisant des stérols différents. Cependant, ces stérols n’ont aucun impact significatif sur la sensibilité des Stérosomes au pH. Afin de créer des liposomes qui sont sensibles au pH et qui ont une charge positive à la surface, des Stérosomes composés de stéarylamine et de cholestérol (Chol) ont été conçus et caractérisés. Il a été conclu que l’état de protonation de l’amine, dans ce travail, ou du groupe carboxylique, dans un travail précédent, confère une sensibilité au pH et détermine la charge à la surface du liposome. Les premiers Stérosomes complètement neutres ont été fabriqués en utilisant un réseau de fortes liaisons H intermoléculaires. Le groupe sulfoxyde est capable de former de fortes liaisons H avec le cholestérol et les molécules d’eau. Une bicouche fluide métastable a été obtenue, à la température de la pièce, à partir d'un mélange équimolaire d’octadécyl méthyl sulfoxyde (OMSO) et de Chol. Ce comportement distinct a permis d’extruder le mélange pour former des LUV à la température de la pièce. Après 30 h, le temps de vie de la phase métastable, des Stérosomes stables et imperméables existaient toujours sous une forme solide. Un diagramme de température-composition a été proposé afin de résumer le comportement de phase des mélanges d’OMSO/Chol. Finalement, nous avons élaboré des Stérosomes furtifs en incorporant du polyéthylène glycol (PEG) avec une ancre de cholestérol (PEG-Chol) à l’interface de Stérosomes de PA/Chol. Jusqu’à 20 mol % de PEG-Chol peut être introduit sans perturber la structure de la bicouche. La présence du PEG-Chol n’a aucun impact significatif sur la perméabilité de la LUV. L'encapsulation active de la doxorubicine, un médicament contre le cancer, a été réalisée malgré la faible perméabilité de ces LUV et la présence du PEG à l’interface. L’inclusion de PEG a modifié considérablement les propriétés de l’interface et a diminué la libération induite par la variation de pH observée avec des LUV nues de PA/Chol. Cette formulation inédite est potentiellement utile pour l’administration intraveineuse de médicaments.

Effect of Polymer Architecture on the Structural and Biophysical Properties of PEG-PLA Nanoparticles

Polymers made of poly(ethylene glycol) chains grafted to poly(lactic acid) chains (PEG-g-PLA) were used to produce stealth drug nanocarriers. A library of comb-like PEG-g-PLA polymers with different PEG grafting densities was prepared in order to obtain nanocarriers with dense PEG brushes at their surface, stability in suspension, and resistance to protein adsorption. The structural properties of nanoparticles (NPs) produced from these polymers by a surfactant-free method were assessed by DLS, zeta potential, and TEM and were found to be controlled by the amount of PEG present in the polymers. A critical transition from a solid NP structure to a soft particle with either a “micelle-like” or “polymer nano-aggregate” structure was observed when the PEG content was between 15 to 25% w/w. This structural transition was found to have a profound impact on the size of the NPs, their surface charge, their stability in suspension in presence of salts as well as on the binding of proteins to the surface of the NPs. The arrangement of the PEG-g-PLA chains at the surface of the NPs was investigated by 1H NMR and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). NMR results confirmed that the PEG chains were mostly segregated at the NP surface. Moreover, XPS and quantitative NMR allowed quantifying the PEG chain coverage density at the surface of the solid NPs. Concordance of the results between the two methods was found to be remarkable. Physical-chemical properties of the NPs such as resistance to aggregation in saline environment as well as anti-fouling efficacy were related to the PEG surface density and ultimately to polymer architecture. Resistance to protein adsorption was assessed by isothermal titration calorimetry (ITC) using lysozyme. The results indicate a correlation between PEG surface coverage and level of protein interactions. The results obtained lead us to propose such PEG-g-PLA polymers for nanomedecine development as an alternative to the predominant polyester-PEG diblock polymers.

Search for supersymmetry in events with photons and low missing transverse energy in pp collisions at √s=7TeV

Many models of new physics, including versions of supersymmetry (SUSY), predict production of events with low missing transverse energy, electroweak gauge bosons, and many energetic final-state particles. The stealth SUSY model yields this signature while conserving R-parity by means of a new hidden sector in which SUSY is approximately conserved. The results of a general search for new physics, with no requirement on missing transverse energy, in events with two photons and four or more hadronic jets are reported. The study is based on a sample of proton-proton collisions at s=7TeV corresponding to 4.96fb-1 of integrated luminosity collected with the CMS detector in 2011. Based on good agreement between the data and the standard model expectation, the data are used to determine model-independent cross-section limits and a limit on the squark mass in the framework of stealth SUSY. With this first study of its kind, squark masses less than 1430 GeV are excluded at the 95% confidence level. © 2012 CERN.

Novas missões e novas tecnologias: o papel do governo federal e a criação da DARPA na construção da estratégia de supremacia em ciência e tecnologia e defesa dos Estados Unidos na Guerra Fria

Pós-graduação em Relações Internacionais (UNESP - UNICAMP - PUC-SP) - FFC

Efficient RNAi-induced Protein Knockdown in Somatic Cells Using Diced or Chemically Produced Small Interfering RNAs (siRNA)

Background: RNA interference (RNAi) is a post-transcriptional gene silencing process in which double-stranded RNA (dsRNA) directs the degradation of a specific corresponding target mRNA. The mediators of this process are small dsRNAs of approximately 21 to 23 bp in length, called small interfering RNAs (siRNAs), which can be prepared in vitro and used to direct the degradation of specific mRNAs inside cells. Hence, siRNAs represent a powerful tool to study and control gene and cell function. Rapid progress has been made in the use of siRNA as a means to attenuate the expression of any protein for which the cDNA sequence is known. Individual siRNAs can be chemically synthesized, in vitro-transcribed, or expressed in cells from siRNA expression vectors. However, screening for the most efficient siRNAs for post-transcriptional gene silencing in cells in culture is a laborious and expensive process. In this study, the effectiveness of two siRNA production strategies for the attenuation of abundant proteins for DNA repair were compared in human cells: (a) the in vitro production of siRNA mixtures by the Dicer enzyme (Diced siRNAs); and (b) the chemical synthesis of very specific and unique siRNA sequences (Stealth RNai (TM)). Materials, Methods & Results: For in vitro-produced siRNAs, two segments of the human Ku70 (167 bp in exon 5; and 249 bp in exon 13; NM001469) and Xrcc4 (172 bp in exon 2; and 108 bp in exon 6; NM003401) genes were chosen to generate dsRNA for subsequent "Dicing" to create mixtures of siRNAs. The Diced fragments of siRNA for each gene sequence were pooled and stored at -80 degrees C. Alternatively, chemically synthesized Stealth siRNAs were designed and generated to match two very specific gene sequence regions for each target gene of interest (Ku70 and Xrcc4). HCT116 cells were plated at 30% confluence in 24- or 6-well culture plates. The next day, cells were transfected by lipofection with either Diced or Stealth siRNAs for Ku70 or Xrcc4, in duplicate, at various doses, with blank and sham transfections used as controls. Cells were harvested at 0, 24, 48, 72 and 96 h post-transfection for protein determination. The knockdown of specific targeted gene products was quantified by Western blot using GAPDH as control. Transfection of gene-specific siRNA to either Ku70 or Xrcc4 with both Diced and Stealth siRNAs resulted in a down regulation of the targeted proteins to approximately 10 to 20% of control levels 48 h after transfection, with recovery to pre-treatment levels by 96 h. Discussion: By transfecting cells with Diced or chemically synthesized Stealth siRNAs, Ku70 and Xrcc4, two highly expressed proteins in cells, were effectively attenuated, demonstrating the great potential for the use of both siRNA production strategies as tools to perform loss of function experiments in mammalian cells. In fact, down-regulation of Ku70 and Xrcc4 has been shown to reduce the activity of the non-homologous end joining DNA pathway, a very desirable approach for the use of homologous recombination technology for gene targeting or knockout studies. Stealth RNAi (TM) was developed to achieve high specificity and greater stability when compared with mixtures of enzymatically-produced (Diced) siRNA fragments. In this study, both siRNA approaches inhibited the expression of Ku70 and Xrcc4 gene products, with no detectable toxic effects to the cells in culture. However, similar knockdown effects using Diced siRNAs were only attained at concentrations 10-fold higher than with Stealth siRNAs. The application of RNAi technology will expand and continue to provide new insights into gene regulation and as potential applications for new therapies, transgenic animal production and basic research.

Radiolabeling of defined polymer architectures with fluorine-18 and iodine-131 for ex vivo and in vivo evaluation : visualization of structure-property relationships

Nuclear medicine imaging techniques such as PET are of increasing relevance in pharmaceutical research being valuable (pre)clinical tools to non-invasively assess drug performance in vivo. Therapeutic drugs, e.g. chemotherapeutics, often suffer from a poor balance between their efficacy and toxicity. Here, polymer based drug delivery systems can modulate the pharmacokinetics of low Mw therapeutics (prolonging blood circulation time, reducing toxic side effects, increasing target site accumulation) and therefore leading to a more efficient therapy. In this regard, poly-N-(2-hydroxypropyl)-methacrylamide (HPMA) constitutes a promising biocompatible polymer. Towards the further development of these structures, non-invasive PET imaging allows insight into structure-property relationships in vivo. This performant tool can guide design optimization towards more effective drug delivery. Hence, versatile radiolabeling strategies need to be developed and establishing 18F- as well as 131I-labeling of diverse HPMA architectures forms the basis for short- as well as long-term in vivo evaluations. By means of the prosthetic group [18F]FETos, 18F-labeling of distinct HPMA polymer architectures (homopolymers, amphiphilic copolymers as well as block copolymers) was successfully accomplished enabling their systematic evaluation in tumor bearing rats. These investigations revealed pronounced differences depending on individual polymer characteristics (molecular weight, amphiphilicity due to incorporated hydrophobic laurylmethacrylate (LMA) segments, architecture) as well as on the studied tumor model. Polymers showed higher uptake for up to 4 h p.i. into Walker 256 tumors vs. AT1 tumors (correlating to a higher cellular uptake in vitro). Highest tumor concentrations were found for amphiphilic HPMA-ran-LMA copolymers in comparison to homopolymers and block copolymers. Notably, the random LMA copolymer P4* (Mw=55 kDa, 25% LMA) exhibited most promising in vivo behavior such as highest blood retention as well as tumor uptake. Further studies concentrated on the influence of PEGylation (‘stealth effect’) in terms of improving drug delivery properties of defined polymeric micelles. Here, [18F]fluoroethylation of distinct PEGylated block copolymers (0%, 1%, 5%, 7%, 11% of incorporated PEG2kDa) enabled to systematically study the impact of PEG incorporation ratio and respective architecture on the in vivo performance. Most strikingly, higher PEG content caused prolonged blood circulation as well as a linear increase in tumor uptake (Walker 256 carcinoma). Due to the structural diversity of potential polymeric carrier systems, further versatile 18F-labeling strategies are needed. Therefore, a prosthetic 18F-labeling approach based on the Cu(I)-catalyzed click reaction was established for HPMA-based polymers, providing incorporation of fluorine-18 under mild conditions and in high yields. On this basis, a preliminary µPET study of a HPMA-based polymer – radiolabeled via the prosthetic group [18F]F-PEG3-N3 – was successfully accomplished. By revealing early pharmacokinetics, 18F-labeling enables to time-efficiently assess the potential of HPMA polymers for efficient drug delivery. Yet, investigating the long-term fate is essential, especially regarding prolonged circulation properties and passive tumor accumulation (EPR effect). Therefore, radiolabeling of diverse HPMA copolymers with the longer-lived isotope iodine-131 was accomplished enabling in vivo evaluation of copolymer P4* over several days. In this study, tumor retention of 131I-P4* could be demonstrated at least over 48h with concurrent blood clearance thereby confirming promising tumor targeting properties of amphiphilic HPMA copolymer systems based on the EPR effect.

Synthese und Charakterisierung von zylindrischen Bürsten mit polypept(o)idischen Seitenketten als nanopartikuläre Trägersysteme

Zylindrische Polymerbürsten mit pept(o)idischen Seitenketten sind auf Grund ihrer elongierten Topologie, Bioverträglichkeit und hohen Dichte an funktionellen Gruppen vielversprechende Kandidaten für Anwendungen im Bereich des kontrollierten Wirkstoff- bzw. Gentransportes.In dieser Arbeit wurden Polylysin und Polysarkosin als Bestandteile der Seitenketten verwendet. Polylysin dient als positiv geladener Polypeptidblock für die Komplexierung von Polynukleotiden. Polysarkosin reduziert mit seinem „Stealth“-Effekt die Toxizität des Trägersystems und vermindert Wechselwirkungen mit dem Immunsystem. Über den „grafting from“-Ansatz und mit Hilfe der ringöffnenden NCA-Polymerisation konnten erstmals zylindrische Bürsten mit reinen Polysarkosin-Seitenketten sowie mit amphiphilen Seitenketten aus einem Polylysinkern und einer Polysarkosinschale hergestellt werden. Die Bürsten wurden mittels Lichtstreuung, GPC, CD-Spektroskopie und AFM charakterisiert. Die hohe Biokompatibilität beider Bürsten konnte durch Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum nachgewiesen werden.Die Polysarkosin-Bürsten konnten zusätzlich an den Seitenkettenenden mit Azidgruppen funktionalisiert werden, welche eine effektive Biokonjugation ermöglichen. Die zylindrischen Bürsten zeigten nach ihrer Modifikation keine unspezifische Aufnahme in dendritische Zellen und könnten somit als Ausgangssubstanzen für die Synthese polymerbasierter Antikörper-Antigen-Konjugate in der Krebsimmuntherapie verwendet werden.Die Kern-Schale-Bürsten konnten erfolgreich mit siRNA komplexiert werden, ohne dass dabei eine Aggregation auftrat. In ersten Gen-Knockdown-Experimenten zeigten ihre Komplexe eine signifikante Verminderung der ApoB100-Proteinexpression in AML-12 Hepatozyten und könnten daher zukünftig als Transfektionsmittel in der Gentherapie ihren Einsatz finden.

18 F-Click-Radiomarkierung polymerer Trägersysteme zur ex vivo- und in vivo-Evaluierung

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein leistungsstarkes, nicht-invasives, bildgebendes Verfahren in der Nuklearmedizin und hat darüber hinaus zunehmende Bedeutung in der Arzneistoffentwicklung. Zur Verbesserung des therapeutischen Index von niedermolekularen Pharmaka werden vermehrt Wirkstofftransportsysteme eingesetzt. Eine Klasse dieser Wirkstofftransportsysteme sind Liposomen. Die Weiterentwicklung der klassischen Liposomen sind sogenannte „Stealth“-Liposomen, die eine Polyethylenglykol (PEG)-Korona zur Herabsetzung der Erkennung und Ausscheidung tragen. Zur (Weiter-)Entwicklung und deren in vivo-Evaluierung bietet die PET die Möglichkeit, die Auswirkungen von strukturellen Anpassungen auf die pharmakokinetischen Eigenschaften solcher Transportsysteme zu untersuchen. Zur Evaluierung neuartiger, cholesterolverankerter, linear-hyperverzweigter Polyglycerole (Ch-PEG-hbPG) als sterisch stabilisierende Polymere in Liposomen wurden diese im Rahmen dieser Arbeit mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 über kupferkatalysierte Alkin-Azid Cycloaddition (CuAAC) in sehr hohen Ausbeuten radiomarkiert. Zum systematischen Vergleich des in vivo-Verhaltens wurde ebenfalls ein cholesterolbasiertes lineares PEG (Ch-PEG) mit CuAAC nahezu quantitativ radiomarkiert. Als drittes Element wurde die Direktmarkierung von Cholesterol mit [18F]F- entwickelt. Diese drei Verbindungen wurden zuerst separat als Einzelkomponenten und anschließend, in Liposomen formuliert, in Tierstudien an Mäusen hinsichtlich ihrer initialen Pharmakokinetik und Biodistribution untersucht. Dabei zeigte sich ein ähnliches Verhalten der neuartigen Ch-PEG-hbPG-Derivate zu den bekannten Ch-PEG, mit dem Vorteil der Multifunktionalität an den hyperverzweigten Strukturen. Die liposomalen Strukturen mit der neuartigen sterischen Stabilisierung wiesen eine erhöhte Blutzirkulationszeit und vorteilhafte Blut-zu-Leber- und Blut-zu-Lunge-Verhältnisse im Vergleich zu den linear stabilisierten Analoga auf.rnEine weitere Klasse von Wirkstofftransportsystemen sind polymere Trägersysteme wie pHPMA. Alkinfunktionalisierte Polymere konnten in zwei verschiedenen Größen (~12 und 60 kDa) mittels CuAAC in sehr hohen Ausbeuten mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 radiomarkiert werden. Bicyclononinderivate der gleichen Größen konnten ohne Kupferkatalyse über ringspannungsvermittelte Alkin-Azid-Cycloaddition (SPAAC) mikrowellengestützt markiert werden und stehen somit zur in vivo-Untersuchung hinsichtlich des Einflusses der Markierungsart zur Verfügung.

Metodologia di progettazione concettuale per configurazioni avanzate di UCAV

Questa tesi affronta il progetto concettuale di un UCAV (Unmanned Combat Aerial Vehicle) concentrandosi maggiormente sullo studio della geometria esterna, al fine di ottenere quella particolare configurazione che minimizza l’impronta radar del velivolo. Dopo una breve descrizione delle tipologie di UAV, viene affrontato l’ampio tema della stealthiness descrivendo tutti i campi in cui il velivolo può essere “visto”, specificando la tipologia di invisibilità ai radar che è il fulcro della tesi.