Estresse oxidativo: relação entre geração de espécies reativas e defesa do organismo

This work describes the mechanism of action of some reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) in the oxidative stress of the human body, and their consequences on damage to DNA, RNA, proteins and lipids. It also illustrates the defense system of our organism against these ROS and RNS species. The action of nonenzymatic protection systems is reported, with emphasis on micromolecules like Q10 coenzyme, vitamin C, alpha-tocopherol, carotenoids and flavonoids. The importance of flavonoids is also emphasized, and their body protection mechanism is detailed.

Atividade antioxidante de óleos essenciais de espécies de Croton do nordeste do Brasil

Three Croton species, C. zenhtneri, C. nepetaefolius and C. argyrophylloides, were collected at two different times, 6:00 and 13:00 h, their essential oils were extracted by steam distillation and analyzed by gas Chromatography / Mass Spectrometry. The percentage yield of oil constituents changes along the day. The oils were submitted to the antioxidant test thiobarbituric acid reactive species, using BHT and a-tocoferol as the reference compounds. All oils exhibited good antioxidant activities. In general, C. zenhtneri and C. argyrophylloides essential oils showed higher antioxidant activity than C. nepetaefolius.

Nióbia sintética modificada como catalisador na oxidação de corante orgânico: utilização de H2O2 e O2 atmosférico como oxidantes

In this work synthetic niobia was used to promote the oxidation of methylene blue dye in aqueous medium. The niobia was characterized by N2 adsorption/desorption, XRD and TG measurements. The presence of reactive species on the niobia surface strongly increased the oxidation rate of the methylene blue dye. The reaction mechanism was studied by ESI-MS suggesting that the oxidation of the organic dye involve oxidizing species generated mainly after previous treatment with H2O2. It can be observed that the catalyst is a good material in the activation of gas (atmospheric oxygen) or liquid (hydrogen peroxide) oxidant agent with a total discoloration of the dye solution after only 1 h of reaction.

Métodos para determinação de atividade antioxidante in vitro em substratos orgânicos

In the literature there are a considerable number of chemical and biochemical tests for evaluation of in vitro antioxidant activities of pure compounds or fractions and organic extracts. These tests are important tools for screening of synthetic and natural bioactive compound as well as they can be employed in food chemistry. This work is a critical review of the main methods employed for in vitro antioxidant determination.

The photodynamic and non-photodynamic actions of porphyrins

Porphyrias are a family of inherited diseases, each associated with a partial defect in one of the enzymes of the heme biosynthetic pathway. In six of the eight porphyrias described, the main clinical manifestation is skin photosensitivity brought about by the action of light on porphyrins, which are deposited in the upper epidermal layer of the skin. Porphyrins absorb light energy intensively in the UV region, and to a lesser extent in the long visible bands, resulting in transitions to excited electronic states. The excited porphyrin may react directly with biological structures (type I reactions) or with molecular oxygen, generating excited singlet oxygen (type II reactions). Besides this well-known photodynamic action of porphyrins, a novel light-independent effect of porphyrins has been described. Irradiation of enzymes in the presence of porphyrins mainly induces type I reactions, although type II reactions could also occur, further increasing the direct non-photodynamic effect of porphyrins on proteins and macromolecules. Conformational changes of protein structure are induced by porphyrins in the dark or under UV light, resulting in reduced enzyme activity and increased proteolytic susceptibility. The effect of porphyrins depends not only on their physico-chemical properties but also on the specific site on the protein on which they act. Porphyrin action alters the functionality of the enzymes of the heme biosynthetic pathway exacerbating the metabolic deficiencies in porphyrias. Light energy absorption by porphyrins results in the generation of oxygen reactive species, overcoming the protective cellular mechanisms and leading to molecular, cell and tissue damage, thus amplifying the porphyric picture.

Photodynamic DNA damage induced by phycocyanin and its repair in Saccharomyces cerevisiae

In the present study, we analyzed DNA damage induced by phycocyanin (PHY) in the presence of visible light (VL) using a set of repair endonucleases purified from Escherichia coli. We demonstrated that the profile of DNA damage induced by PHY is clearly different from that induced by molecules that exert deleterious effects on DNA involving solely singlet oxygen as reactive species. Most of PHY-induced lesions are single strand breaks and, to a lesser extent, base oxidized sites, which are recognized by Nth, Nfo and Fpg enzymes. High pressure liquid chromatography coupled to electrochemical detection revealed that PHY photosensitization did not induce 8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine (8-oxodGuo) at detectable levels. DNA repair after PHY photosensitization was also investigated. Plasmid DNA damaged by PHY photosensitization was used to transform a series of Saccharomyces cerevisiae DNA repair mutants. The results revealed that plasmid survival was greatly reduced in rad14 mutants, while the ogg1 mutation did not modify the plasmid survival when compared to that in the wild type. Furthermore, plasmid survival in the ogg1 rad14 double mutant was not different from that in the rad14 single mutant. The results reported here indicate that lethal lesions induced by PHY plus VL are repaired differently by prokaryotic and eukaryotic cells. Morever, nucleotide excision repair seems to play a major role in the recognition and repair of these lesions in Saccharomyces cerevisiae.

Nitric oxide release from the S-nitrosothiol zinc phthalocyanine complex by flash photolysis

The photogeneration of nitric oxide (NO) using laser flash photolysis was investigated for S-nitroso-glutathione (GSNO) and S-nitroso-N-acetylcysteine (NacySNO) at pH 6.4 (PBS/HCl) and 7.4 (PBS). Irradiation of S-nitrosothiol with light (lambda = 355 nm followed by absorption spectroscopy) resulted in the homolytic decomposition of NacySNO and GSNO to generate radicals (GS· and NacyS·) and NO. The release of NO from donor compounds measured with an ISO-Nometer apparatus was larger at pH 7.4 than pH 6.4. NacySNO was also incorporated into dipalmitoyl-phosphatidylcholine liposomes in the presence and absence of zinc phthalocyanine (ZnPC), a well-known photosensitizer useful for photodynamic therapy. Liposomes are usually used as carriers for hydrophobic compounds such as ZnPC. Inclusion of ZnPC resulted in a decrease in NO liberation in liposomal medium. However, there was a synergistic action of both photosensitizers and S-nitrosothiols resulting in the formation of other reactive species such as peroxynitrite, which is a potent oxidizing agent. These data show that NO release depends on pH and the medium, as well as on the laser energy applied to the system. Changes in the absorption spectrum were monitored as a function of light exposure.

Glutathione and the redox control system trypanothione/trypanothione reductase are involved in the protection of Leishmania spp. against nitrosothiol-induced cytotoxicity

Glutathione is the major intracellular antioxidant thiol protecting mammalian cells against oxidative stress induced by oxygen- and nitrogen-derived reactive species. In trypanosomes and leishmanias, trypanothione plays a central role in parasite protection against mammalian host defence systems by recycling trypanothione disulphide by the enzyme trypanothione reductase. Although Kinetoplastida parasites lack glutathione reductase, they maintain significant levels of glutathione. The aim of this study was to use Leishmania donovani trypanothione reductase gene mutant clones and different Leishmania species to examine the role of these two individual thiol systems in the protection mechanism against S-nitroso-N-acetyl-D,L-penicillamine (SNAP), a nitrogen-derived reactive species donor. We found that the resistance to SNAP of different species of Leishmania was inversely correlated with their glutathione concentration but not with their total low-molecular weight thiol content (about 0.18 nmol/10(7) parasites, regardless Leishmania species). The glutathione concentration in L. amazonensis, L. donovani, L. major, and L. braziliensis were 0.12, 0.10, 0.08, and 0.04 nmol/10(7) parasites, respectively. L. amazonensis, that have a higher level of glutathione, were less susceptible to SNAP (30 and 100 µM). The IC50 values of SNAP determined to L. amazonensis, L. donovani, L. major, and L. braziliensis were 207.8, 188.5, 160.9, and 83 µM, respectively. We also observed that L. donovani mutants carrying only one trypanothione reductase allele had a decreased capacity to survive (~40%) in the presence of SNAP (30-150 µM). In conclusion, the present data suggest that both antioxidant systems, glutathione and trypanothione/trypanothione reductase, participate in protection of Leishmania against the toxic effect of nitrogen-derived reactive species.

Photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT) for the treatment of malaria, leishmaniasis and trypanosomiasis

A photodynamic effect occurs when photosensitiser molecules absorb light and dissipate the absorbed energy by transferring it to biological acceptors (usually oxygen), generating an excess of reactive species that are able to force cells into death pathways. Several tropical diseases present physiopathological aspects that are accessible to the application of a photosensitiser and local illumination. In addition, disease may be transmitted through infected blood donations, and many of the aetiological agents associated with tropical diseases have been shown to be susceptible to the photodynamic approach. However, there has been no systematic investigation of the application of photoantimicrobial agents in the various presentations, whether to human disease or to the disinfection of blood products or even as photo-insecticides. We aim in this review to report the advances in the photoantimicrobial approach that are beneficial to the field of anti-parasite therapy and also have the potential to facilitate the development of low-cost/high-efficiency protocols for underserved populations.

Plasma cytokine response, lipid peroxidation and NF-κB activation in skeletal muscle following maximum progressive swimming

Our objective was to determine lipid peroxidation and nuclear factor-κB (NF-κB) activation in skeletal muscle and the plasma cytokine profile following maximum progressive swimming. Adult male Swiss mice (N = 15) adapted to the aquatic environment were randomly divided into three groups: immediately after exercise (EX1), 3 h after exercise (EX2) and control. Animals from the exercising groups swam until exhaustion, with an initial workload of 2% of body mass attached to the tail. Control mice did not perform any exercise but were kept immersed in water for 20 min. Maximum swimming led to reactive oxygen species (ROS) generation in skeletal muscle, as indicated by increased thiobarbituric acid reactive species (TBARS) levels (4062.67 ±1487.10 vs 19,072.48 ± 8738.16 nmol malondialdehyde (MDA)/mg protein, control vs EX1). Exercise also promoted NF-κB activation in soleus muscle. Cytokine secretion following exercise was marked by increased plasma interleukin-6 (IL-6) levels 3 h post-exercise (P < 0.05). Interleukin-10 (IL-10) levels were reduced following exercise and remained reduced 3 h post-exercise (P < 0.05). Plasma levels of other cytokines investigated, monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interferon-gamma (IFN-γ) and interleukin-12 (IL-12), were not altered by exercise. The present findings showed that maximum swimming, as well as other exercise models, led to lipid peroxidation and NF-κB activation in skeletal muscle and increased plasma IL-6 levels. The plasma cytokine response was also marked by reduced IL-10 levels. These results were attributed to exercise type and intensity.

Dexmedetomidine decreases the inflammatory response to myocardial surgery under mini-cardiopulmonary bypass

Cardiopulmonary bypass (CPB) with extracorporeal circulation produces changes in the immune system accompanied by an increase in proinflammatory cytokines and a decrease in anti-inflammatory cytokines. We hypothesize that dexmedetomidine (DEX) as an anesthetic adjuvant modulates the inflammatory response after coronary artery bypass graft surgery with mini-CPB. In a prospective, randomized, blind study, 12 patients (4 females and 8 males, age range 42-72) were assigned to DEX group and compared with a conventional total intravenous anesthesia (TIVA) group of 11 patients (4 females and 7 males). The endpoints used to assess inflammatory and biochemical responses to mini-CPB were plasma interleukin (IL)-1, IL-6, IL-10, interferon (INF)-γ, tumor necrosis factor (TNF)-α, C-reactive protein, creatine phosphokinase, creatine phosphokinase-MB, cardiac troponin I, cortisol, and glucose levels. These variables were determined before anesthesia, 90 min after beginning CPB, 5 h after beginning CPB, and 24 h after the end of surgery. Endpoints of oxidative stress, including thiobarbituric acid reactive species and delta-aminolevulinate dehydratase activity in erythrocytes were also determined. DEX+TIVA use was associated with a significant reduction in IL-1, IL-6, TNF-α, and INF-γ (P<0.0001) levels compared with TIVA (two-way ANOVA). In contrast, the surgery-induced increase in thiobarbituric acid reactive species was higher in the DEX+TIVA group than in the TIVA group (P<0.01; two-way ANOVA). Delta-aminolevulinate dehydratase activity was decreased after CPB (P<0.001), but there was no difference between the two groups. DEX as an adjuvant in anesthesia reduced circulating IL-1, IL-6, TNF-α, and INF-γ levels after mini-CPB. These findings indicate an interesting anti-inflammatory effect of DEX, which should be studied in different types of surgical interventions.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Stress oxydatif cérébrovasculaire et rupture de la barrière hémato-encéphalique dans le syndrome de Wernicke-Korsakoff expérimental

Le syndrome de Wernicke-Korsakoff (SWK) est un désordre neuropsychiatrique causé par la déficience en thiamine (DT). Dans la DT expérimentale comme dans le SWK, on observe une mort neuronale et des hémorragies dans certaines régions précises du diencéphale et du tronc cérébral. Les lésions diencéphaliques du SWK sont particulièrement sévères et entraînent souvent des séquelles amnésiques permanentes. Le lien entre la dysfonction métabolique induite par la DT et la mort neuronale n’est pas connu. Des rapports précédents ont démontré que la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) était altérée et ce, précédant l’apparition du dommage neuronal, suggérant un rôle critique de la dysfonction vasculaire. Les jonctions serrées (JS) interendothéliales, la base anatomique de la BHE, constituent un réseau moléculaire incluant l’occludin et les zonula occludens (ZOs). Cette thèse démontre une perte d’expression et une altération de la morphologie de ces protéines en relation avec la dysfonction de la BHE dans le thalamus de souris déficientes en thiamine, fournissant une explication pour la présence d’hémorragies. Le stress oxydatif peut entraîner des dommages directs aux protéines des JS et interférer avec leurs mécanismes de régulation. De plus, l’oxyde nitrique (NO) peut induire la métalloprotéinase matricielle-9 (MMP-9) impliquée dans la dégradation de ces protéines. L’endothélium vasculaire cérébral (EVC) semble être une source importante de NO dans la DT, l’expression de l’oxyde nitrique synthase endothéliale (eNOS) étant sélectivement induite dans les régions vulnérables. Le NO peut réagir avec les espèces réactives oxygénées et former du peroxynitrite, entraînant un stress oxydatif/nitrosatif endothélial. Les résultats présentés démontrent que la délétion du gène de eNOS prévient le stress oxydatif/nitrosatif cérébrovasculaire, l’extravasation des immunoglobulins G (IgGs) et l’altération de l’occludin et des ZOs dans le thalamus de souris déficientes en thiamine. De plus, cette délétion prévient l’induction de l’expression de MMP-9 dans l’EVC. Des résultats similaires ont été obtenus avec l’antioxydant N-acétylcystéine (NAC). Les mécanismes précis par lesquels les espèces réactives altèrent les protéines des JS sont inconnus. Caveolin-1, une composante majeure du caveolæ de l’EVC, est impliquée dans la régulation de l’expression des protéines des JS, et celle-ci est modulée par le stress oxydatif/nitrosatif; l’altération de l’expression de caveolin-1 a été récemment associée à la rupture de la BHE. Les résultats présentés démontrent que l’expression de caveolin-1 est sélectivement altérée dans l’EVC du thalamus de souris déficientes en thiamine, coïcidant avec la rupture de la BHE, et démontrent que la normalisation de l’expression de caveolin-1 par le NAC est associée avec l’atténuation du dommage à la BHE. Pris ensemble, ces résultats démontrent un rôle central du stress oxydatif/nitrosatif cérébrovasculaire, particulièrement celui provenant de eNOS, dans l’altération des JS de la BHE via des dommages directs et via l’induction de MMP-9 et de caveolin-1. Cette rupture de la BHE contribue par conséquent à la mort neuronale dans le thalamus, puisque la prévention des altérations cérébrovasculaires par la délétion du gène de eNOS et le NAC atténue significativement la mort neuronale. L’administration précoce d’antioxydants en combinaison avec la thiamine devrait donc être une considération importante pour le traitement du SWK.

Wechselwirkung von im NANOJET erzeugten Teilchen mit Polymeren und biologischen Objekten

Am Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik wurde eine neue Technik entwickelt, die neue Anwendungen und Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung auf Basis eines neuen Verfahrens erschlossen hat. NANOJET führt über die passive Rastersondenmikroskopie hinaus zu einem vielseitigen, aktiven Bearbeitungswerkzeug auf der Mikro- und Nanometerskala. NANOJET (NANOstructuring Downstream PlasmaJET) ist eine aktive Rasterkraft-Mikroskopie-Sonde. Radikale (chemisch aktive Teilchen, die ein ungepaartes Valenzelektron besitzen) strömen aus dem Ende einer ultradünnen, hohlen Rasterkraftmikroskop-Spitze. Dadurch wird es möglich, über die übliche passive Abtastung einer Probenoberfläche hinausgehend, diese simultan und in-situ durch chemische Reaktionen zu verändern. Die Abtragung von Material wird durch eine chemische Ätzreaktion erreicht. In dieser Arbeit wurde zum größten Teil Photoresist als Substrat für die Ätzexperimente verwendet. Für das Ätzen des Resists wurden die Atome des Fluors und des Sauerstoffs im Grundzustand als verantwortlich identifiziert. Durch Experimente und durch Ergänzung von Literaturdaten wurde die Annahme bestätigt, dass Sauerstoffradikale mit Unterstützung von Fluorradikalen für die hohen erzielten Ätzraten verantwortlich sind. Die Beimischung von Fluor in einem Sauerstoffplasma führt zu einer Verringerung der Aktivierungsenergie für die Ätzreaktion gegenüber Verwendung reinen Sauerstoffs. In weiterer Folge wurde ein Strukturierungsverfahren dargestellt. Hierbei wurden "geformte Kapillaren" (mikrostrukturierte Aperturen) eingesetzt. Die Herstellung der Aperturen erfolgte durch einen elektrochemischen Ätzstop-Prozess. Die typische Größe der unter Verwendung der "geformten Kapillaren" geätzten Strukturen entsprach den Kapillarenöffnungen. Es wurde ein Monte-Carlo Simulationsprogramm entwickelt, welches den Transport der reaktiven Teilchen in der langen Transportröhre simulierte. Es wurde sowohl die Transmission der Teilchen in der Transportröhre und der Kapillare als auch ihre Winkelverteilung nach dem Verlassen der Kapillare berechnet. Das Aspektverhältnis der Röhren hat dabei einen sehr starken Einfluss. Mit einem steigenden Aspektverhältnis nahm die Transmission exponentiell ab. Die geschaffene experimentelle Infrastruktur wurde genutzt, um auch biologische Objekte zu behandeln und zu untersuchen. Hierfür wurde eine neue Methodik entwickelt, die eine dreidimensionale Darstellung des Zellinneren erlaubt. Dies wurde durch die kontrollierte Abtragung von Material aus der Zellmembran durchgeführt. Die Abtragung der Zellmembran erfolgte mittels Sauerstoffradikalen, die durch eine hohle Spitze lokalisiert zum Ort der Reaktion transportiert wurden. Ein piezoresistiver Cantilever diente als Sensor in dem zur Bildgebung eingesetzten RKM. Das entwickelte Verfahren ermöglicht es nun erstmals, schonend Zellen zu öffnen und die innen liegenden Organellen weiter zu untersuchen. Als Nachweis für weitere Verwendungsmöglichkeiten des NANOJET-Verfahrens wurde auch Knochenmaterial behandelt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen klar, dass das Verfahren für vielfältige biologische Materialien verwendbar ist und somit nun ein weiter Anwendungskreis in der Biologie und Medizin offen steht.

Loss of 3-chlorotyrosine by inflammatory oxidants: Implications for the use of 3-chlorotyrosine as a bio-marker in vivo

Activated neutrophils generate the potent oxidant hypochlorous acid (HOCl) from the enzyme myeloperoxidase (MPO). A proposed bio-marker for MPO-derived HOCl in vivo is 3-chlorotyrosine, elevated levels of which have been measured in several human inflammatory pathologies. However, it is unlikely that HOCl is produced as the sole oxidant at sites of chronic inflammation as other reactive species are also produced during the inflammatory response. The work presented shows that free and protein bound 3-chlorotyrosine is lost upon addition of the pro-inflammatory oxidants, HOCl, peroxynitrite, and acidified nitrite. Furthermore, incubation of 3-chlorotyrosine with activated RAW264.7 macrophages or neutrophil-like HL-60 cells resulted in significant loss of 3-chlorotyrosine. Therefore, at sites of chronic inflammation where there is concomitant ONOO- and HOCl formation, it is possible measurement of 3-chlorotyrosine may represent an underestimate of the true extent of tyrosine chlorination. This finding could account for some of the discrepancies reported between 3-chlorotyrosine levels in tissues in the literature. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.