Exploratory analysis of differences in sperm morphology in Nelore and Gir (Bos indicus) bulls

The aim of this study was to evaluate the effects of breed and season on semen quality parameters of zebu bulls. Data (1,632 registers) of semen production from Gir (n = 4) and Nelore (n = 15) bulls were collected between October 2005 and November 2009. The ejaculates were collected twice a week during various seasons (summer, fall, winter, and spring) and evaluated for the following semen parameters: ejaculate volume, sperm concentration, sperm motility, forward progressive motility (FPM), and sperm morphology. Factor analysis was used to determine the relationship among variables. The effect of breed (Gir and Nelore) and season and their cross effect on each parameter and extracted factor were tested using ANOVA. A negative correlation (P < 0.05) was observed between FPM and proximal droplet, as well as with abnormal loose head, abnormal small head, pouch formation, abnormal mid-peace, and strongly folded tail. Gir bull sperm showed more major defects, detached acrosome, and minor FPM (P < 0.01), whereas Nelore bulls showed a higher number of sperm with normally loose head.

Imagens de satélite na análise da relação entre queimadas, aerossóis atmosféricos e precipitação

The direct and indirect effects of atmospheric aerossols in the amazonic climate have been focus of many published. This work aims to analyze a possible relation among Burns, atmospheric aerossols and precipitation above South America. It uses the avaluable data from the satellites AQUA/TERRA and TRMM and the images furnished by NOAA and GOES. These analysis can provide some explanations about the effects of emission of aerosols by burns on the composition of atmosphere and cloud formation, mainly in Amazon. We use the Aerosol Optical Depth (AOD) from MODIS/TERRA-AQUA, burns index from CPTEC and rain rate from TRMM. The data we use were obtained from 2000 until 2012. The study is divided in two parts. In the first one, it was performed a quantitative analysis between number of burns and aerosols emission. It was identified a great variability in space and time of the AOD on South America. On the north, northeast and center-west, the AOD is significant during the winter period, with peak on August and September. The southeast is affected by aerosols from center-west due to the dynamical transport. In the second part, it was evaluated the relation between AOD and precipitation in a 13-year period. The statistical analysis shows up a negative correlation of 0.72 between August and October, on Legal Amazon. These result indicate an inverse relation between AOD and rain rate. The other months present not significant correlation. These results are in a good agreement with the literature, in which in-situ methods were applied or combined with satellites data. The increasing of aerosols concentration in the atmosphere are reinforced during drier years. It can affect the increasing process of water drops, decreasing the precipitation. We also verified higher values of AOD (0.25 - 0.3) during years with El Niño, than the climatologically average (~0.15 - 0.2), ... (Complete abstract click electronic access below)

Evaluation of operational SSM/I ice-concentration algorithms

The United States National Ice Center (NIC) provides weekly ice analyses of the Arctic and Antarctic using information from ice reconnaissance, ship reports and high-resolution satellite imagery. In cloud-covered areas and regions lacking imagery, the higher-resolution sources are augmented by ice concentrations derived from Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Special Sensor Microwave/Imager (SSMII) passive-microwave imagery. However, the SSMII-derived ice concentrations are limited by low resolution and uncertainties in thin-ice regions. Ongoing research at NIC is attempting to improve the utility of these SSMII products for operational sea-ice analyses. The refinements of operational algorithms may also aid future scientific studies. Here we discuss an evaluation of the standard operational ice-concentration algorithm, Cal/Val, with a possible alternative, a modified NASA Team algorithm. The modified algorithm compares favorably with CallVal and is a substantial improvement over the standard NASA Team algorithm in thin-ice regions that are of particular interest to operational activities.

High-Pressure Micellar Solutions of Polystyrene-block-polybutadiene and Polystyrene-block-polyisoprene in Propane Exhibit Cloud-Pressure Reduction and Distinct Micellization End Points

Micellar solutions of polystyrene-block-polybutadiene and polystyrene-block-polyisoprene in propane are found to exhibit significantly lower cloud pressures than the corresponding hypothetical nonmicellar solutions. Such a cloud-pressure reduction indicates the extent to which micelle formation enhances the apparent diblock solubility in near-critical and hence compressible propane. Concentration-dependent pressure-temperature points beyond which no micelles can be formed, referred to as the micellization end points, are found to depend on the block type, size, and ratio. The cloud-pressure reduction and the micellization end point measured for styrene-diene diblocks in propane should be characteristic of all amphiphilic diblock copolymer solutions that form micelles in compressible solvents.

Association and Structure of Thermosensitive Comblike Block Copolymers in Aqueous Solutions

The structures and association properties of thermosensitive block copolymers of poly(methoxyoligo( ethylene glycol) norbornenyl esters) in D2O were investigated by small angle neutron scattering (SANS). Each block is a comblike polymer with a polynorbornene (PNB) backbone and oligo ethylene glycol (OEG) side chains (one side chain per NB repeat unit). The chemical formula of the block copolymer is (OEG3NB) 79- (OEG6.6NB) 67, where subscripts represent the degree of polymerization (DP) of OEG and NB in each block. The polymer concentration was fixed at 2.0 wt % and the structural changes were investigated over a temperature range between 25 and 68°C. It was found that at room temperature polymers associate to form micelles with a spherical core formed by the block (OEG3NB) 79 and corona formed by the block (OEG6.6NB) 67 and that the shape of the polymer in the corona could be described by the form factor of rigid cylinders. At elevated temperatures, the aggregation number increased and the micelles became more compact. At temperatures around the cloud point temperature (CPT) T ) 60 °C a correlation peak started to appear and became pronounced at 68 °C due to the formation of a partially ordered structure with a correlation length ∼349 Å.

Resonances in Mie scattering by an inhomogeneous atomic cloud

Despite the quantum nature of the process, collective scattering by dense cold samples of two-level atoms can be interpreted classically describing the sample as a macroscopic object with a complex refractive index. We demonstrate that resonances in Mie theory can be easily observable in the cooperative scattering by tuning the frequency of the incident laser field or the atomic number. The solution of the scattering problem is obtained for spherical atomic clouds who have the parabolic density characteristic of BECs, and the cooperative radiation pressure force calculated exhibits resonances in the cloud displacement for dense clouds. At odds with uniform clouds which show a complex structure including narrow peaks, these densities show resonances, yet only under the form of quite regular and contrasted oscillations. Copyright (C) EPLA, 2012

Exercise training restores the endothelial progenitor cells number and function in hypertension: implications for angiogenesis

Objectives: Aerobic exercise training has been established as an important nonpharmacological treatment for hypertension. We investigated whether the number and function of endothelial progenitor cells (EPCs) are restored after exercise training, potentially contributing to neovascularization in hypertension. Methods: Twelve-week-old male spontaneously hypertensive rats (SHRs, n = 14) and Wistar Kyoto (WKY, n = 14) rats were assigned to four groups: SHR; trained SHR (SHR-T); WKY; and trained WKY. Exercise training consisted of 10 weeks of swimming. EPC number and function, as well as the vascular endothelial growth factor (VEGF), nitrotyrosine and nitrite concentration in peripheral blood were quantified by fluorescence-activated cell sorter analysis (CD34+/Flk1+ cells), colony-forming unit assay, ELISA and nitric oxide (NO) analyzer, respectively. Soleus capillary/fiber ratio and protein expression of VEGF and endothelial NO synthase (eNOS) by western blot were assessed. Results: Exercise training was effective in reducing blood pressure in SHR-T accompanied by resting bradycardia, an increase in exercise tolerance, peak oxygen uptake (VO2) and citrate synthase activity. In response to hypertension, the amount of peripheral blood-EPC and number of colonies were decreased in comparison with control levels. In contrast, exercise training normalized the EPC levels and function in SHR-T accompanied by an increase in VEGF and NO levels. In addition, oxidative stress levels were normalized in SHR-T. Similar results were found in the number and function of bone marrow EPC. Exercise training repaired the peripheral capillary rarefaction in hypertension by a signaling pathway VEGF/eNOS-dependent in SHR-T. Moreover, improvement in EPC was significantly related to angiogenesis. Conclusion: Our data show that exercise training repairs the impairment of EPC in hypertension, which could be associated with peripheral revascularization, suggesting a mechanism for its potential therapeutic: application in vascular diseases.

Influence of treatment with intranasal corticosteroids on the nasal mucosa, weight, and corticosteroid concentration in rats

Background: The effect of intranasal corticosteroids on the nasal epithelium mucosa is an important parameter of treatment safety. This study was designed to examine whether treatment with topical corticosteroids in patients with allergic rhinitis causes atrophic nasal mucosal changes, when compared with systemic corticosteroids, in rats. Methods: Male Wistar rats were treated daily during 7 weeks with topical administration with 10 microliters of normal saline (control group), 10 microliters of mometasone furoate group, 10 microliters of triamcinolone acetonide (T group), and 8 mg/kg of daily subcutaneous injections of methylprednisolone sodium succinate (MP group). Body weight was evaluated weekly. At the end of the treatment, rats were killed by decapitation to collect blood for determination of corticosterone levels and nasal cavities were prepared for histological descriptive analyses. Results: Treatment with T and MP decreased body weight. Plasma corticosterone concentration was significantly reduced by MP treatment and presented a clear tendency to decrease after T treatment. Histological changes observed in group T included ripples, cell vacuolization, increase in the number of nuclei, and decrease in the number of cilia in the epithelial cells. Conclusion: Growth and corticosterone concentration were impaired by T and MP at the same proportion, suggesting a role of this hormone in body gain. With the exception of T, intranasal or systemic treatment with the corticosteroids evaluated in this study did not affect nasal mucosa. (Am J Rhinol Allergy 26, e46-e49, 2012; doi: 10.2500/ajra.2012.26.3702)

Properties of a new poly-ether-glycol copolymer.

Triblock copolymers are made of monomer segments, being the central part usually hydrophobic and the outer parts hydrophilic. By varying sizes, molecular weights and monomer types of the segments one obtains different final molecules, with different physico-chemical properties, which are directly related to the performance of the final product. Looking for new products to be used, among other possibilities, in biological applications, a new polymer (Figure 1) was synthesized by the Dow Chemical and studied by Size Exclusion Chromatography, Fourier Transformed Infrared Spectrometry, Small-angle X-ray Scattering (SAXS) and its cloud point was determined by measuring light transmittance. The studies showed low molecular polydispersivety, but different polarities in the macromolecules fractions. Due to the low solubility of Diol in water, a mixture of water/butyl diglycol was used as solvent. An extensive analysis by SAXS was performed for concentrations from 50 wt% to 80 wt% of Diol in solution. Small concentrations showed very low signal to noise ratio, making it impossible to be analysed. The scattering intensity including the form factor of polydisperse non-homogeneous spheres, and the structure factor of interacting hard spheres was fitted to the curves. As the polymer concentration is high, the fitting of form factors of direct and reverse micelles were compared. The results for direct micelles were better up to 80 wt%, whereas at 90 wt% and 95 wt% the curves were better fitted by reverse micelles. It might seem odd that direct micelles are present up to such high concentrations, but it might have been caused by the presence of butyl diglycol, which increases the solubility of Diol in water. The inner and outer radius of the micelles, electron density distribution, and interaction radius of the micelles were obtained. The polydispersivety increases with Diol concentration. Besides, the interaction radius increases with solvent concentration, even when reversed micelles are present. In the last case, accompanied by an increase of inner radius (water content), as there are fewer Diol molecules to involve the water nuclei, which become larger, further apart, and in less number.

Entwicklung und Evaluierung einer Modellhierarchie zur Simulation der aktinischen Strahlung in aerosolbelasteter und bewölkter Atmosphäre

Das Verstaendnis der in der Atmosphaere stattfindendenOzonproduktions- und Ozonabbaumechanismen ist eines derwichtigsten Ziele der aktuellen Umweltforschung. Da Ozon inder Atmosphaere ausschliesslich durch photochemischeProzesse gebildet wird, ist die Kenntnis der aktinischenStrahlung eine grundlegende Voraussetzung fuer die Prognosevon Ozonkonzentrationen. Die vorliegende Arbeit befasst sichdaher mit der Modellierung der aktinischen Strahlung alsBasis zur Untersuchung photochemischer Prozesse. Dazu wurde eine Modellhierarchie entwickelt, welcheausgehend von der Berechnung der optischen Eigenschaften deratmosphaerischen Extingenten den Strahlungstransport in derAtmosphaere bestimmt. Dazu wurden verschiedeneStrahlungstransportmodelle verwendet, welche sich durch dieLoesungsmethode der Strahlungstransportgleichung und dieAnzahl der raeumlichen Dimensionen unterscheiden. Zur Ueberpruefung der entwickelten Modellhierarchie und zurUntersuchung des Einflusses der verschiedenen Extingentenauf das atmosphaerische Strahlungsfeld wurden zahlreicheSensitivitaetsstudien durchgefuehrt. Dabei zeigte sich, dasssich der Einfluss von Ozon fast ausschliesslich auf denAnteil der Strahlung mit Wellenlaengen kleiner 340 nmauswirkt. Bei der Untersuchung des Einflusses vonAerosolpartikeln und Wolkentropfen auf die aktinischeStrahlung wurde festgestellt, dass die chemischeZusammensetzung, das Vertikalprofil, die Groesse und dieGroessenverteilung der Partikel einen entscheidendenEinfluss nehmen. Eine Evaluierung des 1-dimensionalenStrahlungstransportmodells an Hand von Vergleichen mit denErgebnissen anderen Strahlungstransportmodelle undverschiedenen Messungen ergab, dass die entwickelteModellhierarchie sehr zuverlaessige Resultate liefert. Die Effekte durchbrochener Bewoelkung konnten mit einer2-dimensionalen Simulation untersucht werden. DieUntersuchungen zeigen, dass die haeufig durchgefuehrteapproximative Betrachtung von partieller Bewoelkung mit1-dimensionalen Strahlungstransportmodellen im Vergleich zuden Ergebnissen der 2-dimensionalen Simulation grosse Fehlerverursacht, da die Effekte an den seitlichen Wolkenraendernvon den 1-dimensionalen Strahlungstransportmodellen nichtberuecksichtigt werden koennen.

Influences of deep convective cloud systems on tropospheric trace gases and photochemistry over the tropical West Pacific

A numerical model for studying the influences of deep convective cloud systems on photochemistry was developed based on a non-hydrostatic meteorological model and chemistry from a global chemistry transport model. The transport of trace gases, the scavenging of soluble trace gases, and the influences of lightning produced nitrogen oxides (NOx=NO+NO2) on the local ozone-related photochemistry were investigated in a multi-day case study for an oceanic region located in the tropical western Pacific. Model runs considering influences of large scale flows, previously neglected in multi-day cloud resolving and single column model studies of tracer transport, yielded that the influence of the mesoscale subsidence (between clouds) on trace gas transport was considerably overestimated in these studies. The simulated vertical transport and scavenging of highly soluble tracers were found to depend on the initial profiles, reconciling contrasting results from two previous studies. Influences of the modeled uptake of trace gases by hydrometeors in the liquid and the ice phase were studied in some detail for a small number of atmospheric trace gases and novel aspects concerning the role of the retention coefficient (i.e. the fraction of a dissolved trace gas that is retained in the ice phase upon freezing) on the vertical transport of highly soluble gases were illuminated. Including lightning NOx production inside a 500 km 2-D model domain was found to be important for the NOx budget and caused small to moderate changes in the domain averaged ozone concentrations. A number of sensitivity studies yielded that the fraction of lightning associated NOx which was lost through photochemical reactions in the vicinity of the lightning source was considerable, but strongly depended on assumptions about the magnitude and the altitude of the lightning NOx source. In contrast to a suggestion from an earlier study, it was argued that the near zero upper tropospheric ozone mixing ratios which were observed close to the study region were most probably not caused by the formation of NO associated with lightning. Instead, it was argued in agreement with suggestions from other studies that the deep convective transport of ozone-poor air masses from the relatively unpolluted marine boundary layer, which have most likely been advected horizontally over relatively large distances (both before and after encountering deep convection) probably played a role. In particular, it was suggested that the ozone profiles observed during CEPEX (Central Equatorial Pacific Experiment) were strongly influenced by the deep convection and the larger scale flow which are associated with the intra-seasonal oscillation.

Automatic Deployment of Applications in the Cloud

In distributed systems like clouds or service oriented frameworks, applications are typically assembled by deploying and connecting a large number of heterogeneous software components, spanning from fine-grained packages to coarse-grained complex services. The complexity of such systems requires a rich set of techniques and tools to support the automation of their deployment process. By relying on a formal model of components, a technique is devised for computing the sequence of actions allowing the deployment of a desired configuration. An efficient algorithm, working in polynomial time, is described and proven to be sound and complete. Finally, a prototype tool implementing the proposed algorithm has been developed. Experimental results support the adoption of this novel approach in real life scenarios.

Charakterisierung von optischen Partikelspektrometern und in-situ Messungen zur Mikrophysik der polaren Stratosphärenwolken

Polare Stratosphärenwolken (PSC), die unterhalb einer Temperatur von etwa -78 °C in polaren Regionen auftreten, üben einen starken Einfluss auf die stratosphärische Ozonschicht aus. Dieser Einfluss erfolgt größtenteils über heterogene chemische Reaktionen, die auf den Oberflächen von Wolkenpartikeln stattfinden. Chemische Reaktionen die dabei ablaufen sind eine Voraussetzung für den späteren Ozonabbau. Des Weiteren verändert die Sedimentation der Wolkenpartikel die chemische Zusammensetzung bzw. die vertikale Verteilung der Spurengase in der Stratosphäre. Für die Ozonchemie spielt dabei die Beseitigung von reaktivem Stickstoff durch Sedimentation Salpetersäure-haltiger Wolkenpartikeln (Denitrifizierung) eine wichtige Rolle. Durch gleichen Sedimentationsprozess von PSC Elementen wird der Stratosphäre des weiteren Wasserdampf entzogen (Dehydrierung). Beide Prozesse begünstigen einen länger andauernden stratosphärischen Ozonabbau im polaren Frühling.rnGerade im Hinblick auf die Denitrifikation durch Sedimentation größerer PSC-Partikel werden in dieser Arbeit neue Resultate von in-situ Messungen vorgestellt, die im Rahmen der RECONCILE-Kampagne im Winter des Jahres 2010 an Bord des Höhenforschungs-Flugzeugs M-55 Geophysica durchgeführt wurden. Dabei wurden in fünf Flügen Partikelgrößenverteilungen in einem Größenbereich zwischen 0,5 und 35 µm mittels auf der Lichtstreuung basierender Wolkenpartikel-Spektrometer gemessen. Da polare Stratosphärenwolken in Höhen zwischen 17 und 30 km auftreten, sind in-situ Messungen vergleichsweise selten, so dass noch einige offene Fragen bestehen bleiben. Gerade Partikel mit optischen Durchmessern von bis zu 35µm, die während der neuen Messungen detektiert wurden, müssen mit theoretischen Einschränkungen in Einklang gebracht werden. Die Größe der Partikel wird dabei durch die Verfügbarkeit der beteiligten Spurenstoffe (Wasserdampf und Salpetersäure), die Sedimentationsgeschwindigkeit, Zeit zum Anwachsen und von der Umgebungstemperatur begrenzt. Diese Faktoren werden in der vorliegenden Arbeit diskutiert. Aus dem gemessenen Partikelvolumen wird beispielsweise unter der Annahme der NAT-Zusammensetzung (Nitric Acid Trihydrate) die äquivalente Konzentration des HNO 3 der Gasphase berechnet. Im Ergebnis wird die verfügbare Konzentration von Salpetersäure der Stratosphäre überschritten. Anschließend werden Hypothesen diskutiert, wodurch das gemessene Partikelvolumen überschätzt worden sein könnte, was z.B. im Fall einer starken Asphärizität der Partikel möglich wäre. Weiterhin wurde eine Partikelmode unterhalb von 2-3µm im Durchmesser aufgrund des Temperaturverhaltens als STS (Supercooled Ternary Solution droplets) identifiziert.rnUm die Konzentration der Wolkenpartikel anhand der Messung möglichst genau berechnen zu können, muss das Messvolumen bzw. die effektive Messfläche der Instrumente bekannt sein. Zum Vermessen dieser Messfläche wurde ein Tröpfchengenerator aufgebaut und zum Kalibrieren von drei Instrumenten benutzt. Die Kalibration mittels des Tröpfchengenerators konzentrierte sich auf die Cloud Combination Probe (CCP). Neben der Messfläche und der Größenbestimmung der Partikel werden in der Arbeit unter Zuhilfenahme von Messungen in troposphärischen Wolken und an einer Wolkensimulationskammer auch weitere Fehlerquellen der Messung untersucht. Dazu wurde unter anderem die statistische Betrachtung von Intervallzeiten einzelner Messereignisse, die in neueren Sonden aufgezeichnet werden, herangezogen. Letzteres ermöglicht es, Messartefakte wie Rauschen, Koinzidenzfehler oder „Shattering“ zu identifizieren.rn

Einsatz eines Aerosolmassenspektrometers während der CYPHEX-Kampagne und zur Methodenentwicklung einer Echtzeitquantifizierung gasförmiger Amine

Atmosphärische Aerosole haben einen starken Einfluss auf das Klima, der bisher nur grundlegend verstanden ist und weiterer Forschung bedarf. Das atmosphärische Verhalten der Aerosolpartikel hängt maßgeblich von ihrer Größe und chemischen Zusammensetzung ab. Durch Reflexion, Absorption und Streuung des Sonnenlichtes verändern sie den Strahlungshaushalt der Erde direkt und durch ihre Einflussnahme auf die Wolkenbildung indirekt. Besonders gealterte, stark oxidierte organische Aerosole mit großem Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis wirken als effektive Wolkenkondensationskeime. Neben primären Aerosolpartikeln, die direkt partikelförmig in die Atmosphäre gelangen, spielen sekundäre Aerosolpartikel eine große Rolle, die aus Vorläufergasen in der Atmosphäre entstehen. Aktuelle Forschungsergebnisse legen nahe, dass kurzkettige aliphatische Amine bei Nukleationsprozessen beteiligt sind und somit die Partikelneubildung vielerorts mitsteuern. Um die Rolle von Aminen in der Atmosphäre besser erforschen und industrielle Emissionen kontrollieren zu können, bedarf es einer zuverlässigen Methode zur Echtzeitquantifizierung gasförmiger Amine mit hoher Zeitauflösung und niedriger Nachweisgrenze.rnDas hochauflösende Flugzeit-Aerosolmassenspektrometer (HR-ToF-AMS) bietet die Möglichkeit, atmosphärische Partikel in Echtzeit zu analysieren. Dabei werden Größe, Menge und grundlegende chemische Zusammensetzung erfasst. Anorganische Aerosolbestandteile können eindeutig zugeordnet werden. Es ist jedoch kaum möglich, einzelne organische Verbindungen in den komplizierten Massenspektren atmosphärischer Aerosole zu identifizieren und quantifizieren.rnIn dieser Arbeit wird atmosphärisches Aerosol untersucht, das im Westen Zyperns während der CYPHEX-Kampagne mit einem HR-ToF-AMS gemessen wurde. An diesem Standort ist vor allem stark gealtertes Aerosol vorzufinden, das aus Zentral- und Westeuropa stammt. Lokale Einflüsse spielen fast keine Rolle. Es wurde eine durchschnittliche Massenkonzentration von 10,98 μg/m3 gefunden, zusammengesetzt aus 57 % Sulfat, 30 % organischen Bestandteilen, 12 % Ammonium, < 1 % Nitrat und < 1 % Chlorid, bezogen auf das Gewicht. Der Median des vakuum-aerodynamischen Durchmessers betrug 446,25 nm. Es wurde sehr acides Aerosol gefunden, dessen anorganische Bestandteile weitgehend der Zusammensetzung von Ammoniumhydrogensulfat entsprachen. Tag-Nacht-Schwankungen in der Zusammensetzung wurden beobachtet. Die Sulfatkonzentration und die Acidität zeigten tagsüber Maxima und nachts Minima. Konzentrationsschwankungen an Nitrat und Chlorid zeigten einen weniger ausgeprägten Rhythmus, Maxima fallen aber immer mit Minima der Sulfatkonzentration, Aerosolacidität und Umgebungstemperatur zusammen. Organische Aerosolbestandteile entsprachen stark gealtertem, schwerflüchtigem oxidiertem organischem Aerosol. Es wurde eine interne Mischung der Partikel beobachtet, die ebenfalls meist bei alten Aerosolen auftritt.rnUm mit dem HR-ToF-AMS auch einzelne organische Verbindungen identifizieren und quantifizieren zu können, wurde eine Methode entwickelt, mit der man Amine der Gasphase selektiv in künstlich erzeugte Phosphorsäurepartikel aufnimmt und so für die HR-ToF-AMS-Messung zugänglich macht. Dadurch kombiniert man die Vorteile der Online-Messung des HR-ToF-AMS mit den Vorteilen klassischer Offline-Probenahmen. So können in Echtzeit sehr einfache Massenspektren gemessen werden, in denen störende Komponenten abgetrennt sind, während die Analyten eindeutig identifiziert werden können. Systeme dieser Art wurden GTRAP-AMS (Gaseous compound TRapping in Artificially-generated Particles – Aerosol Mass Spectrometry) genannt. Kalibrierungen für (Mono)Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Diethylamin und Triethylamin ergaben Nachweisgrenzen im ppt-Bereich bei einer Zeitauflösung von 3 min. Kammerexperimente zur Aminemission von Pflanzen zeigten eine gute Übereinstimmung des neu entwickelten Systems mit einer Gasdiffusionsabscheider-Offline-Probenahme und anschließender ionenchromatographischer Analyse. Beide Methoden zeigten Reaktionen der Pflanzen auf eine Veränderung der Lichtverhältnisse, während erhöhte Ozonkonzentrationen die Aminemission nicht veränderten. Die GTRAP-AMS-Methode eignet sich bereits für die Messung von Umgebungsluftkonzentrationen an einigen Orten, für die meisten Orte reicht die Nachweisgrenze allerdings noch nicht aus. Die Technik könnte bereits zur Echtzeitkontrolle industrieller Abgasemissionen eingesetzt 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