Excited-state dynamics in donor-acceptor systems for energy conversion

In dieser Arbeit werden die Dynamiken angeregter Zustände in Donor-Akzeptorsystemen für Energieumwandlungsprozesse mit ultraschneller zeitaufgelöster optischer Spektroskopie behandelt. Der Hauptteil dieser Arbeit legt den Fokus auf die Erforschung der Photophysik organischer Solarzellen, deren aktive Schichten aus diketopyrrolopyrrole (DPP) basierten Polymeren mit kleiner Bandlücke als Elektronendonatoren und Fullerenen als Elektronenakzeptoren bestehen. rnEin zweiter Teil widmet sich der Erforschung von künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren, basierend auf Porphyrinen, Quinonen und Ferrocenen, die jeweils als Lichtsammeleinheit, Elektronenakzeptor beziehungsweise als Elektronendonatoren eingesetzt werden, um langlebige ladungsgetrennte Zustände zu erzeugen.rnrnZeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie und transiente Absorptionsspektroskopie haben gezeigt, dass Singulettexzitonenlebenszeiten in den Polymeren PTDPP-TT und PFDPP-TT Polymeren kurz sind (< 20 ps) und dass in Mischungen der Polymere mit PC71BM geminale Rekombination von gebundenen Ladungstransferzuständen ein Hauptverlustkanal ist. Zudem wurde in beiden Systemen schnelle nichtgeminale Rekombination freier Ladungen zu Triplettzuständen auf dem Polymer beobachtet. Für das Donor-Akzeptor System PDPP5T:PC71BM wurde nachgewiesen, dass die Zugabe eines Lösungsmittels mit hohem Siedepunkt, und zwar ortho-Dichlorbenzol, die Morphologie der aktiven Schicht stark beeinflusst und die Solarzelleneffizienz verbessert. Der Grund hierfür ist, dass die Donator- und Akzeptormaterialien besser durchmischt sind und sich Perkolationswege zu den Elektroden ausgebildet haben, was zu einer verbesserten Ladungsträgergeneration und Extraktion führt. Schnelle Bildung des Triplettzustands wurde in beiden PDPP5T:PC71BM Systemen beobachtet, da der Triplettzustand des Polymers über Laungstransferzustände mit Triplettcharakter populiert werden kann. "Multivariate curve resolution" (MCR) Analyse hat eine starke Intensitätsabhängigkeit gezeigt, was auf nichtgeminale Ladungsträgerrekombination in den Triplettzustand hinweist.rnrnIn den künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren hat transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt, dass photoinduzierter Ladungstransfer in Quinon-Porphyrin (Q-P) und Porphyrin-Ferrocen (P-Fc) Diaden sowie in Quinon-Porphyrin-Ferrocen (Q-P-Fc) Triaden effizient ist. Es wurde jedoch auch gezeigt, dass in den P-Fc unf Q-P-Fc Systemen die ladungsgetrennten Zustände in den Triplettzustand der jeweiligen Porphyrine rekombinieren. Der ladungsgetrennte Zustand konnte in der Q-P Diade durch Zugabe einer Lewissäure signifikant stabilisiert werden.

Amphotericin B nano-formulations : development, characterisation and suitability for oral administration

In der Form von Nanokapseln (AmB-HST), Nanoemulsion beziehungsweise multilamellaren Vesikeln (MLV) wurden drei Amphotericin-B-Formulierungen für die orale Applikation entwickelt, charakterisiert und verglichen. Die neuartige homogene Nanokapsel-Formulierung des hydrophoben Polyen-Antimykotikums Amphotericin B wurde in Analogie zu einem für Simvastatin und andere Arzneistoffe etablierten Prozess aus der Reinsubstanz, Lezithin und Gelatine mit Hilfe des HST-Verfahrens hergestellt. Photometrische Untersuchungen zeigten, dass das Endprodukt aus Monomeren aufgebaut ist. Mittels Mikroskopie ließen sich die Aggregate vor der Umhüllung mit Lezithin und Gelatine im Ausgangsmaterial als individuelle kugelförmige Arzneistoffpartikel darstellen. Strukturuntersuchungen mit dynamischer licht streuung (DLS) zeigten eine enge Größenverteilung der verkapselten Partikel von ca. 1 µm. Die Struktur der Hülle der HST-Partikel wurde erstmalig mit Neutronenstreuung unter Verwendung der Deuterium-basierten Lösungsmittel kontrastmethode aufgeklärt. Durch die teilweise Kontrastmaskierung des Partikelkerns bei der Neutronenstreuung konnte die Lezithin-Gelatine-Hülle als eine dünne, 5,64 ± 0.18 nm dicke Schicht aufgelöst werden, welche der biologischen Lipidmembran ähnlich, im Vergleich aber geringfügig größer ist. Dieses Resultat eröffnet Wege für die Optimierung der Formulierung von pharmazeutischen Nanopartikeln, z.B. durch Oberflächenmodifizierungen. Weitere Untersuchungen mittels Kleinwinkelneutronenstreuung unter Verwendung der D-Kontrastvariation deuten darauf hin, dass die Komponenten der Nanokapseln nicht den gleichen Masseschwerpunkt haben, sondern asymmetrisch aufgebaut sind und dass die stärker streuenden Domänen weiter außen liegen. Die Partikel sind im Vergleich zu Liposomen dichter. In-Vitro Freisetzungsstudien belegen das Solubilisierungsvermögen des HST-Systems, wonach die Freisetzung des Arzneistoffes aus der Formulierung zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als diejenige der Reinsubstanz war. rnDie Nanoemulsion-Formulierung von Amphotericin B wurde mit einem Öl und Tensid system, jedoch mit unterschiedlichen Co-Solvenzien, erfolgreich entwickelt. Gemäß der Bestimmung der Löslichkeit in verschiedenen Hilfsstoffen erwies sich der Arzneistoff Amphotericin B als nicht-lipophil, gleichzeitig aber auch als nicht-hydrophil. Die zur Ermittlung der für die Emulsionsbildung notwendigen Hilfstoffkonzentrationen erstellten ternären Diagramme veranschaulichten, dass hohe Öl- und Tensidgehalte zu keiner Emulsionsbildung führten. Dementsprechend betrug der höchste Ölgehalt 10%. Die Tröpfchengröße wuchs mit zunehmender Tensidkonzentration, wobei die Co-Solventmenge der Propylenglykol-haltigen Nanoemulsion indirekt verringert wurde. Für die Transcutol®P-haltige Nanoemulsion hingegen wurde das Gegenteil beobachtet, nämlich eine Abnahme der Tröpfchengröße bei steigenden Tensidkonzentrationen. Durch den Einschluss des Arzneistoffes wurde nicht die Viskosität der Formulierung, sondern die Tröpfchengröße beeinflusst. Der Wirkstoffeinschluss führte zu höheren Tröpfchengrößen. Mit zunehmender Propylenglykolkonzentration wurde der Wirkstoffgehalt erhöht, mit zunehmender Transcutol®P-Konzentration dagegen vermindert. UV/VIS-spektroskopische Analysen deuten darauf hin, dass in beiden Formulierungen Amphotericin B als Monomer vorliegt. Allerdings erwiesen sich die Formulierungen Caco-2-Zellen und humanen roten Blutkörperchen gegenüber als toxisch. Da die Kontrollproben eine höhere Toxizität als die wirkstoffhaltigen Formulierungen zeigten, ist die Toxizität nicht nur auf Amphotericin, sondern auch auf die Hilfsstoffe zurückzuführen. Die solubilisierte Wirkstoffmenge ist in beiden Formulierungen nicht ausreichend im Hinblick auf die eingesetzte Menge an Hilfsstoff nach WHO-Kriterien. Gemäß diesen Untersuchungen erscheinen die Emulsions-Formulierungen für die orale Gabe nicht geeignet. Dennoch sind Tierstudien notwendig, um den Effekt bei Tieren sowie die systemisch verfügbare Wirkstoffmenge zu ermitteln. Dies wird bestandskräftige Schlussfolgerungen bezüglich der Formulierung und Aussagen über mögliche Perspektiven erlauben. Nichtsdestotrotz sind die Präkonzentrate sehr stabil und können bei Raumtemperatur gelagert werden.rnDie multilamellar-vesikulären Formulierungen von Amphotericin B mit ungesättigten und gesättigten neutralen Phospholipiden und Cholesterin wurden erfolgreich entwickelt und enthielten nicht nur Vesikel, sondern auch zusätzliche Strukturen bei zunehmender Cholesterinkonzentration. Mittels Partikelgrößenanalyse wurden bei den Formulierungen mit gesättigten Lipiden Mikropartikel detektiert, was abhängig von der Alkylkettenlänge war. Mit dem ungesättigten Lipid (DOPC) konnten hingegen Nanopartikel mit hinreichender Verkapselung und Partikelgrößenverteilung gebildet werden. Die Ergebnisse der thermischen und FTIR-spektroskopischen Analyse, welche den Einfluss des Arzneistoffes ausschließen ließen, liefern den Nachweis für die mögliche, bereits in der Literatur beschriebene Einlagerung des Wirkstoffs in lipid- und/oder cholesterinreiche Membranen. Mit Hilfe eines linearen Saccharosedichtegradienten konnte die Formulierung in Vesikel und Wirkstoff-Lipid-Komplexe nach bimodaler Verteilung aufgetrennt werden, wobei der Arzneistoff stärker mit den Komplexen als mit den Vesikeln assoziiert ist. Bei den Kleinwinkelneutronenstreu-Experimenten wurde die Methode der Kontrastvariation mit Erfolg angewendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass Cholesterol in situ einen Komplex mit Amphotericin B bildet. Diesen Sachverhalt legt unter anderem die beobachtete Differenz in der äquivalenten Streulängendichte der Wirkstoff-Lipid- und Wirkstoff-Lipid-Cholesterin-haltigen kleinen unilamellaren Vesikeln nahe. Das Vorkommen von Bragg-Peaks im Streuprofil weist auf Domänen hin und systematische Untersuchungen zeigten, dass die Anzahl der Domänen mit steigendem Cholesteringehalt zunimmt, ab einem bestimmten Grenzwert jedoch wieder abnimmt. Die Domänen treten vor allem nahe der Außenfläche der Modellmembran auf und bestätigen, dass der Wirkstoff in den Cholesterinreichen Membranen vertikal eingelagert ist. Die Formulierung war sowohl Caco-2-Zellen als auch humanen roten Blutkörperchen gegenüber nicht toxisch und erwies sich unter Berücksichtigung der Aufnahme in Caco-2-Zellen als vielversprechend für die orale Applikation. Die Formulierung zeigt sich somit aussichtsreich und könnte in Tabletten weiterverarbeitet werden. Ein Filmüberzug würde den Wirkstoff gegen die saure Umgebung im Magen schützen. Für die Bestimmung der systemischen Verfügbarkeit der Formulierung sind Tierstudien notwendig. Die entwickelten multilamellaren Formulierungen einschließlich der Wirkstoff-Cholesterin-Komplexe bieten somit gute Aussichten auf die mögliche medizinische Anwendung. rnrn

Optische Experimente zur Untersuchung der Nichtgleichgewichtsdynamik kolloidaler Suspensionen

In der vorliegenden Forschungsarbeit wird die Konkurrenz von Kristallisation und Verglasung in metastabilen kolloidalen Hart-Kugel(HK)-Modellsystemen mit dynamischer und zeitaufgelöster statischer Lichtstreuung untersucht. Durch gleichzeitige Messungen mit beiden Methoden an derselben Probe gelang es, mit hoher Genauigkeit und aussagekräftiger Statistik nachzuweisen, dass in beiden Systemklassen eine starke Korrelation der strukturellen und dynamischen Eigenschaften vorliegt und diese Korrelation zu quantifizieren. Ein zentraler Teil der Arbeit bestand in dem Aufbau einer geeigneten Lichtstreuanlage mit der erstmalig Messungen der Dynamik und der Struktur simultan an derselben nicht-ergodischen Probe durchgeführt werden konnten. Für die dynamische Lichtstreuung wurde ein Flächendetektor (CCD-Kamera) verwendet. In Kombination mit einer speziellen Detektionsoptik ermöglicht dies, die gleichzeitige Detektion von Streulicht aus unterschiedlichen Probenbereichen (Subensembles). Damit kann gleichzeitig die Dynamik in unterschiedlichen Subensembles mit einer Auflösung von 15,8x15,8µm2 untersucht werden. Die Lichtstreuanlage wurde ausführlich charakterisiert und ihre korrekte Funktionsweise mithilfe von Vergleichsmessungen an etablierten Lichtstreuanlagen bestätigt. Die zeitliche Entwicklung der Dynamik und der Struktur von metastabilen Proben wurde unterhalb, am und oberhalb des Glasübergangs quantifiziert. Dabei zeigte das untersuchte kolloidale HK-Modellsystem alle typischen Eigenschaften eines HK-Systems. Die kristallisierenden Proben zeigten das etablierte zweistufige Kristallisationsszenario mit entsprechender Kristallisationskinetik und die Glasproben zeigten das erwartete Alterungsverhalten. Bei dem zweistufigen Kristallisationsszenario kommt es zuerst zur Nukleation einer metastabilen Zwischenphase von sogenannten Precursorn. In einer zweiten Stufe bilden sich Kristallite innerhalb dieser Precursor. Durch Vergleich zwischen kristallisierenden und verglasenden Proben konnte auch während der Verglasung die Bildung von Precursorn beobachtet werden. Die Korrelation zwischen der Anzahl an Precursorn und der Partikeldynamik legt die Vermutung nahe, dass das immer noch unverstandene Phänomen der Alterung von Gläsern mit der Bildung von Precursorn zusammenhängt. Verhinderte Kristallisation führt zu einer starken Verlangsamung der Partikeldynamik. Die Partikeldynamik einer Probe am Glasübergang zeigt, dass die Probe vor Einsetzen der Kristallisation eine glasartige Dynamik aufwies. Dies legt die Vermutung nahe, dass einkomponentige kolloidale HK-Gläser den Gleichgewichtszustand (Kristall) auf langen Zeitskalen erreichen können. Durch die Untersuchung der Partikeldynamik von metastabilen Proben in einzelnen Subensembles konnte eine heterogene Verteilung der Partikeldynamik nachgewiesen werden. Es existieren Bereiche, in denen die Partikeldynamik schneller oder langsamer ist als in anderen Bereichen. Gleichzeitig zeigen die Messungen der strukturellen Eigenschaften, dass metastabile Proben auch heterogen bezüglich ihrer Struktur sind. Mithilfe dieser Messungen konnte die zeitliche Entwicklung des Anteils an langsamen Partikeln und des Anteils an Partikeln innerhalb von Objekten höherer Ordnung (Precursor/Kristallite) bestimmt werden. Es zeigte sich eine direkte Korrelation zwischen dem Anteil an langsamen Partikeln und dem Anteil an Partikeln in Objekten höherer Ordnung. Die Untersuchung der Dynamik und der Struktur in einzelnen Subensembles lieferte einen weiteren Hinweis darauf, dass Subensembles, in denen eine stärker ausgeprägte strukturelle Ordnung vorliegt, auch bevorzugt eine langsamere Partikeldynamik aufweisen.

Neuroelectromagnetic correlates of perceptual closure processes

Perceptual closure refers to the coherent perception of an object under circumstances when the visual information is incomplete. Although the perceptual closure index observed in electroencephalography reflects that an object has been recognized, the full spatiotemporal dynamics of cortical source activity underlying perceptual closure processing remain unknown so far. To address this question, we recorded magnetoencephalographic activity in 15 subjects (11 females) during a visual closure task and performed beamforming over a sequence of successive short time windows to localize high-frequency gamma-band activity (60–100 Hz). Two-tone images of human faces (Mooney faces) were used to examine perceptual closure. Event-related fields exhibited a magnetic closure index between 250 and 325 ms. Time-frequency analyses revealed sustained high-frequency gamma-band activity associated with the processing of Mooney stimuli; closure-related gamma-band activity was observed between 200 and 300 ms over occipitotemporal channels. Time-resolved source reconstruction revealed an early (0–200 ms) coactivation of caudal inferior temporal gyrus (cITG) and regions in posterior parietal cortex (PPC). At the time of perceptual closure (200–400 ms), the activation in cITG extended to the fusiform gyrus, if a face was perceived. Our data provide the first electrophysiological evidence that perceptual closure for Mooney faces starts with an interaction between areas related to processing of three-dimensional structure from shading cues (cITG) and areas associated with the activation of long-term memory templates (PPC). Later, at the moment of perceptual closure, inferior temporal cortex areas specialized for the perceived object are activated, i.e., the fusiform gyrus related to face processing for Mooney stimuli.

Serum concentrations of lectin-pathway components in healthy neonates, children and adults: mannan-binding lectin (MBL), M-, L-, and H-ficolin, and MBL-associated serine protease-2 (MASP-2)

This study aimed to measure serum concentrations of five lectin-pathway components, mannan-binding lectin (MBL), M-ficolin, L-ficolin, H-ficolin, and MBL-associated serine protease-2 (MASP-2), in healthy neonates and children, to determine if they change with age and to compare them with serum concentrations in healthy adults. Concentrations were measured in 141 preterm and 30 term neonates, in 120 children including infants and adolescents, and in 350 adults (97 for L-ficolin) by inhouse time-resolved immunofluorometric assays or commercially available enzyme-linked immunosorbent assays. The adjacent categories method applying Wilcoxon-Mann-Whitney tests was used to determine age categories where concentrations differed significantly. Displaying serum concentration vs. age, an inverted-U shape (higher concentrations in children than in neonates and adults) was found for MBL and the ficolins, and an S-shape for MASP-2. Serum concentrations of all five lectin-pathway components were significantly lower in preterm neonates <32-wk gestational age compared to older neonates, infants, and children. Only M-ficolin in children >1 yr and H-ficolin in term neonates and in children were found to be comparable with adult values. MBL, M-, L-, and H-ficolin, and MASP-2 serum concentrations show important changes with age. The respective normal ranges for adults should not be used in the pediatric population. The age-specific pediatric ranges established here may be used instead.

Theta burst transcranial magnetic stimulation is associated with increased EEG synchronization in the stimulated relative to unstimulated cerebral hemisphere

Theta burst transcranial magnetic stimulation (TBS) may induce behavioural changes that outlast the stimulation period. The neurophysiological basis of these behavioural changes are currently under investigation. Given the evidence that cortical information processing relies on transient synchronization and desynchronization of neuronal assemblies, we set out to test whether TBS is associated with changes of neuronal synchronization as assessed by surface EEG. In four healthy subjects one TBS train of 600 pulses (200 bursts, each burst consisting of 3 pulses at 30 Hz, repeated at intervals of 100 ms) was applied over the right frontal eye field and EEG synchronization was assessed in a time-resolved manner over 60 min by using a non-overlapping moving window. For each time step the linear cross-correlation matrix for six EEG channels of the right and for the six homotopic EEG channels of the left hemisphere were computed and their largest eigenvalues used to assess changes of synchronization. Synchronization was computed for broadband EEG and for the delta, theta, alpha, beta and gamma frequency bands. In all subjects EEG synchronization of the stimulated hemisphere was significantly and persistently increased relative to EEG synchronization of the unstimulated hemisphere. This effect occurred immediately after TBS for the theta, alpha, beta and gamma frequency bands and 10-20 min after TBS for broadband and delta frequency band EEG. Our results demonstrate that TBS is associated with increased neuronal synchronization of the cerebral hemisphere ipsilateral to the stimulation site relative to the unstimulated hemisphere. We speculate that enhanced synchronization interferes with cortical information processing and thus may be a neurophysiological correlate of the impaired behavioural performance detected previously.

Reaction Control in Quiescent Systems of Free-Radical Retrograde-Precipitation Polymerization

Free-radical retrograde-precipitation polymerization, FRRPP in short, is a novel polymerization process discovered by Dr. Gerard Caneba in the late 1980s. The current study is aimed at gaining a better understanding of the reaction mechanism of the FRRPP and its thermodynamically-driven features that are predominant in controlling the chain reaction. A previously developed mathematical model to represent free radical polymerization kinetics was used to simulate a classic bulk polymerization system from the literature. Unlike other existing models, such a sparse-matrix-based representation allows one to explicitly accommodate the chain length dependent kinetic parameters. Extrapolating from the past results, mixing was experimentally shown to be exerting a significant influence on reaction control in FRRPP systems. Mixing alone drives the otherwise severely diffusion-controlled reaction propagation in phase-separated polymer domains. Therefore, in a quiescent system, in the absence of mixing, it is possible to retard the growth of phase-separated domains, thus producing isolated polymer nanoparticles (globules). Such a diffusion-controlled, self-limiting phenomenon of chain growth was also observed using time-resolved small angle x-ray scattering studies of reaction kinetics in quiescent systems of FRRPP. Combining the concept of self-limiting chain growth in quiescent FRRPP systems with spatioselective reaction initiation of lithography, microgel structures were synthesized in a single step, without the use of molds or additives. Hard x-rays from the bending magnet radiation of a synchrotron were used as an initiation source, instead of the more statistally-oriented chemical initiators. Such a spatially-defined reaction was shown to be self-limiting to the irradiated regions following a polymerization-induced self-assembly phenomenon. The pattern transfer aspects of this technique were, therefore, studied in the FRRP polymerization of N-isopropylacrylamide (NIPAm) and methacrylic acid (MAA), a thermoreversible and ionic hydrogel, respectively. Reaction temperature increases the contrast between the exposed and unexposed zones of the formed microgels, while the irradiation dose is directly proportional to the extent of phase separation. The response of Poly (NIPAm) microgels prepared from the technique described in this study was also characterized by small angle neutron scattering.

M-ficolin in the neonatal period: Associations with need for mechanical ventilation and mortality in premature infants with necrotising enterocolitis

OBJECTIVE: Necrotising enterocolitis (NEC) causes significant mortality in premature infants. The involvement of the innate immune system in the pathogenesis of NEC remains unclear. M-, L- and H-ficolins recognize microorganisms and activate the complement system, but their role in host defense is largely unknown. This study investigated whether ficolin concentrations are associated with NEC. STUDY DESIGN: Case-control study including 30 premature infants with NEC and 60 controls. M-, L- and H-ficolins were measured in cord blood using time-resolved immunofluorometric assays. Multivariate logistic regression was performed. RESULTS: Of the 30 NEC cases (median gestational age, 29.5 weeks), 12 (40%) were operated and 4 (13%) died. No difference regarding ficolin concentration was found when comparing NEC cases versus controls (p>0.05). However, infants who died of NEC had significantly lower M-ficolin cord blood concentrations than NEC survivors (for M-ficolin <300ng/ml; multivariate OR 12.35, CI 1.03-148.59, p=0.048). In the entire study population, M-, L- and H-ficolins were positively correlated with gestational age (p<0.001) and birth weight (p<0.001). Infants with low M-ficolin required significantly more often mechanical ventilation after birth multivariate (OR 10.55, CI 2.01-55.34, p=0.005). CONCLUSIONS: M-, L- and H-ficolins are already present in cord blood and increase with gestational age. Low cord blood concentration of M-ficolin was associated with higher NEC-associated fatality and with increased need for mechanical ventilation. Future studies need to assess whether M-ficolin is involved in multiorgan failure and pulmonary disease.

H-ficolin serum concentration and susceptibility to fever and neutropenia in paediatric cancer patients

H-ficolin (Hakata antigen, ficolin-3) activates the lectin pathway of complement similar to mannose-binding lectin. However, its impact on susceptibility to infection is currently unknown. This study investigated whether the serum concentration of H-ficolin at diagnosis is associated with fever and neutropenia (FN) in paediatric cancer patients. H-ficolin was measured by time-resolved immunofluorometric assay in serum taken at cancer diagnosis from 94 children treated with chemotherapy. The association of FN episodes with H-ficolin serum concentration was analysed by multivariate Poisson regression. Median concentration of H-ficolin in serum was 26 mg/l (range 6-83). Seven (7%) children had low H-ficolin (< 14 mg/l). During a cumulative chemotherapy exposure time of 82 years, 177 FN episodes were recorded, 35 (20%) of them with bacteraemia. Children with low H-ficolin had a significantly increased risk to develop FN [relative risk (RR) 2.24; 95% confidence interval (CI) 1.38-3.65; P = 0.004], resulting in prolonged duration of hospitalization and of intravenous anti-microbial therapy. Bacteraemia occurred more frequently in children with low H-ficolin (RR 2.82; CI 1.02-7.76; P = 0.045). In conclusion, low concentration of H-ficolin was associated with an increased risk of FN, particularly FN with bacteraemia, in children treated with chemotherapy for cancer. Low H-ficolin thus represents a novel risk factor for chemotherapy-related infections.

Plasma levels of mannan-binding lectin (MBL)-associated serine proteases (MASPs) and MBL-associated protein in cardio- and cerebrovascular diseases

Growing evidence suggests a prominent role of the complement system in the pathogenesis of cardio- and cerebrovascular diseases (CVD). Mannan-binding lectin-associated serine proteases (MASPs) MASP-1 and MASP-2 of the complement lectin pathway contribute to clot formation and may represent an important link between inflammation and thrombosis. MBL-associated protein MAp44 has shown cardioprotective effects in murine models. However, MAp44 has never been measured in patients with CVD and data on MASP levels in CVD are scarce. Our aim was to investigate for the first time plasma levels of MAp44 and MASP-1, -2, -3 concomitantly in patients with CVD. We performed a pilot study in 50 healthy volunteers, in stable coronary artery disease (CAD) patients with one-vessel (n = 51) or three-vessel disease (n = 53) and age-matched controls with normal coronary arteries (n = 53), 49 patients after myocardial infarction (MI) and 66 patients with acute ischaemic stroke. We measured MAp44 and MASP-1 levels by in-house time-resolved immunofluorometric assays. MASP-2 and MASP-3 levels were measured using commercial enzyme-linked immunosorbent assay kits. MASP-1 levels were highest in subacute MI patients and lowest in acute stroke patients. MASP-2 levels were lower in MI and stroke patients compared with controls and CAD patients. MASP-3 and MAp44 levels did not differ between groups. MASP or MAp44 levels were not associated with severity of disease. MASP and MAp44 levels were associated with cardiovascular risk factors including dyslipidaemia, obesity and hypertension. Our results suggest that MASP levels may be altered in vascular diseases. Larger studies are needed to confirm our results and elucidate the underlying mechanisms.

Analysis of protein expression in zebrafish during gonad differentiation by targeted proteomics

The molecular mechanisms governing sex determination and differentiation in the zebrafish (Danio rerio) are not fully understood. To gain more insights into the function of specific genes in these complex processes, the expression of multiple candidates needs to be assessed, preferably on the protein level. Here, we developed a targeted proteomics method based on selected reaction monitoring (SRM) to study the candidate sex-related proteins in zebrafish which were selected based on a global proteomics analysis of adult gonads and representational difference analysis of male and female DNA, as well as on published information on zebrafish and other vertebrates. We employed the developed SRM protocols to acquire time-resolved protein expression profiles during the gonad differentiation period in vas::EGFP transgenic zebrafish. Evidence on protein expression was obtained for the first time for several candidate genes previously studied only on the mRNA level or suggested by bioinformatic predictions. Tuba1b (tubulin alpha 1b), initially included in the study as one of the potential housekeeping proteins, was found to be preferentially expressed in the adult testis with nearly absent expression in the ovary. The revealed changes in protein expression patterns associated with gonad differentiation suggest that several of the examined proteins, especially Ilf2 and Ilf3 (interleukin enhancer-binding factors 2 and 3), Raldh3 (retinaldehyde dehydrogenase type 3), Zgc:195027 (low density lipoprotein-related receptor protein 3) and Sept5a (septin 5a), may play a specific role in the sexual differentiation in zebrafish.

Active water in protein-protein communication within the membrane: the case of SRII-HtrII signal relay.

We detect internal water molecules in a membrane-embedded receptor-transducer complex and demonstrate water structure changes during formation of the signaling state. Time-resolved FTIR spectroscopy reveals stimulus-induced repositioning of one or more structurally active water molecules to a significantly more hydrophobic environment in the signaling state of the sensory rhodopsin II (SRII)-transducer (HtrII) complex. These waters, distinct from bound water molecules within the SRII receptor, appear to be in the middle of the transmembrane interface region near the Tyr199(SRII)-Asn74(HtrII) hydrogen bond. We conclude that water potentially plays an important role in the SRII --> HtrII signal transfer mechanism in the membrane's hydrophobic core.

Laser-induced transient grating analysis of dynamics of interaction between sensory rhodopsin II D75N and the HtrII transducer.

The interaction between sensory rhodopsin II (SRII) and its transducer HtrII was studied by the time-resolved laser-induced transient grating method using the D75N mutant of SRII, which exhibits minimal visible light absorption changes during its photocycle, but mediates normal phototaxis responses. Flash-induced transient absorption spectra of transducer-free D75N and D75N joined to 120 amino-acid residues of the N-terminal part of the SRII transducer protein HtrII (DeltaHtrII) showed only one spectrally distinct K-like intermediate in their photocycles, but the transient grating method resolved four intermediates (K(1)-K(4)) distinct in their volumes. D75N bound to HtrII exhibited one additional slower kinetic species, which persists after complete recovery of the initial state as assessed by absorption changes in the UV-visible region. The kinetics indicate a conformationally changed form of the transducer portion (designated Tr*), which persists after the photoreceptor returns to the unphotolyzed state. The largest conformational change in the DeltaHtrII portion was found to cause a DeltaHtrII-dependent increase in volume rising in 8 micros in the K(4) state and a drastic decrease in the diffusion coefficient (D) of K(4) relatively to those of the unphotolyzed state and Tr*. The magnitude of the decrease in D indicates a large structural change, presumably in the solvent-exposed HAMP domain of DeltaHtrII, where rearrangement of interacting molecules in the solvent would substantially change friction between the protein and the solvent.

Luminescence Enhancement after Adding Stoppers to Europium(III) Nanozeolite L

Stopper molecules attached to nanozeolite L (NZL) boost the luminescence of confined Eu3+-β-diketonate complexes. The mechanism that is responsible was elucidated by comparing two diketonate ligands of different pKa and two aromatic imines, and by applying stationary and time resolved spectroscopy. The result is that the presence of the imidazolium based stopper is favorable to the sustainable formation of Eu3+-β-diketonate complexes with high coordination by decreasing the proton strength inside the channels of NZL. A consequence is that strongly luminescent transparent films can be prepared using aqueous suspension of the stopper modified composites.

Estimation of aortic pressure waveforms from 4D phase-contrast MRI

Several approaches for the non-invasive MRI-based measurement of the aortic pressure waveform over the heart cycle have been proposed in the last years. These methods are normally based on time-resolved, two-dimensional phase-contrast sequences with uni-directionally encoded velocities (2D PC-MRI). In contrast, three-dimensional acquisitions with tridirectional velocity encoding (4D PC-MRI) have been shown to be a suitable data source for detailed investigations of blood flow and spatial blood pressure maps. In order to avoid additional MR acquisitions, it would be advantageous if the aortic pressure waveform could also be computed from this particular form of MRI. Therefore, we propose an approach for the computation of the aortic pressure waveform which can be completely performed using 4D PC-MRI. After the application of a segmentation algorithm, the approach automatically computes the aortic pressure waveform without any manual steps. We show that our method agrees well with catheter measurements in an experimental phantom setup and produces physiologically realistic results in three healthy volunteers.