Einfluss verschiedener nanopartikulärer Systeme auf die zelluläre Aufnahme und Zytotoxizität

Die vorliegende Dissertation untersucht Nanopartikel und Nanokapseln aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Modifikationen für einen zielgerichteten Medikamententransport (Drug Targeting). Obwohl bisher zahlreiche Nanopartikel und -kapseln synthetisiert wurden, besteht nach wie vor hinsichtlich der zellulären Verträglichkeit, Biokompatibilität und Aufnahme kein allumfassendes Verständnis. Mit Hilfe der in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen und Ergebnissen soll ein Beitrag zur Schließung dieser Lücke geleistet werden.rnIm Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss der Herstellungsmaterialien PS, PLLA, PMMA, Biomakromoleküle (BSA, DNA), ggf. stabilisiert durch HPMA-LMA-Copolymere und neu-synthetisierte Surfmere, der Formmodifikationen Streckung und Kristallisierung, der Oberflächenmodifikationen mittels verschiedener Tenside und PEG auf die zelluläre Aufnahme und Verträglichkeit hin untersucht.rnZusammenfassend lässt sich die Aussage treffen, dass zahlreiche Materialien zur Herstellung von Trägersystemen geeignet sind und sich als biokompatibel und nicht-zytotoxisch erwiesen haben, sich jedoch stark hinsichtlich der Aufnahmeeffizienz in verschiedene Zelllinien unterscheiden. rnIm ersten Abschnitt (Kapitel 5.1) wurden in der ersten und zweiten Untersuchung auf allgemeine Parameter, die die Aufnahme von Nanopartikeln beeinflussen, eingegangen. Hier wurde der Einfluss des Alters von PLLA-Partikeln auf die zelluläre Aufnahme und Toxizität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Materialalterung die zelluläre Aufnahme abnimmt. Eine Zytotoxizität konnte nicht gezeigt werden.rnWeiterhin wurde der Einfluss des FCS-Gehalts des Zell-Mediums auf die zelluläre Aufnahme von PMMA-Partikeln untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit einer steigenden FCS-Konzentration eine Abnahme der zellulären Aufnahme von PMMA-Partikeln einhergeht. Die höchste zelluläre Aufnahme konnte bei einem FCS-Gehalt des Zellmediums von 0,05% verzeichnet werden. rnIm zweiten Abschnitt (Kapitel 5.2) wurde die Stabilisierung von Nanopartikeln mittels neusynthetisierter Tenside und deren Einfluss auf die Zelle-Nanopartikel-Interaktionen untersucht. Dazu wurde zum einen die Oberflächenfunktionalisierung von Nanopartikeln mit Hilfe neu-synthetisierter „Surfmere“ und deren Einfluss auf die zelluläre Aufnahme und Toxizität untersucht. Die hergestellten Surfmere bewirken gleichzeitig eine Stabilisierung und Funktionalisierung der Nanopartikeloberfläche mit Phosphonatgruppen. Hier wurden kovalente „Surfmer“ stabilisierte Nanopartikel mit Tensid- (SDP) stabilisierten Nanopartikeln verglichen. Zudem wurden dialysierte Nanopartikel mit nicht-dialysierten verglichen. Bezüglich der zellulären Aufnahme konnte für die mittels Dialyse gereinigten Nanopartikel eine gute Aufnahme ohne Unterschiede zwischen den kovalent und nicht-kovalent Phosphonat-funktionalisierten Partikeln beobachtet werden. Die ungereinigten, SDP-stabilisierte, nicht-kovalent gebundene Nanopartikel zeigten hingegen eine bis zu 30% stärkere Aufnahme in die HeLa-Zellen und hMSCs.rnWeiterhin der Einsatz von mit HPMA-LMA-Copolymeren stabilisierte Polystyrol- und PLLA-Partikel, die den Einsatz von Tensiden während des Miniemulsionsprozesses überflüssig machen, untersucht. Auch hier konnte keine Zytotoxizität nachgewiesen werden. Die Aufnahme in HeLa-Zellen scheint mehr von der Größe der Nanopartikel als vom verwendeten Material und in hMSCs mehr von den Oberflächeneigenschaften der Nanopartikel abzuhängen.rnIm dritten Abschnitt (Kapitel 5.3) wird auf die Möglichkeit der Formmodifikation von Polystyrol-Partikeln und deren Einfluss auf die Nanopartikel-Zelle-Interaktionen eingegangen. Es geht dabei um die Aufnahme und Zytotoxizität von verstreckten (elongierten) Polystyrol-Partikeln im Vergleich zu sphärischen Nanopartikeln, sowie die Aufnahme und Zytotoxizität von kristallinen Polystyrol-Partikeln in verschiedene Zelllinien. Bei den verstreckten Partikeln nimmt die Aufnahme-Effizienz in HeLa-Zellen und hMSCs mit zunehmender Verstreckung ab. Eine Zytotoxizität konnte für keinen der erwähnten Nanopartikel nachgewiesen werden. Bei den Polystyrol-Partikeln unterschiedlicher Taktizität zeigen die kristallierten Polystyrol-Partikel eine geringfügig besser Aufnahme-Rate als die nicht-kristallierten Polystyrol-Partikel. Dabei zeigen die nach dem Herstellungsprozess mittels der Lösemittelverdampfungstechnik der wässrigen Phase entnommenen Partikel eine bessere Aufnahme als die nach der Verdampfung des Chloroforms verfügbaren Partikel. Insgesamt konnte jedoch für alle Polystyrol-Partikel trotz der unterschiedlichen Taktizitäten nach der Aufnahme in HeLa-Zellen und hMSCs mittels Durchflusszytometrie hohe Fluoreszenz-Intensitäten verzeichnet werden. Setzt man hohe Fluoreszenz-Intensitäten bei in Zellen aufgenommenen Partikeln mit guten Aufnahmeraten gleich, sind die hier dargestellten Aufnahmeraten als sehr gut zu bezeichnen. rnAuf Nanosysteme mit einer reduzierten zellulären Aufnahme wird im letzten Abschnitt (Kapitel 5.4) eingegangen. Dabei wird zum einen die unterschiedliche Oberflächenmodifikation von Polystyrol-Partikeln mit dem Co-Monomer PEG-MA und den Tensiden SDS und Lutensol AT50 untersucht. Von PEG-MA wurden zudem verschiedene Molekulargewichte (Mn=300 g•mol-1 und Mn=2080 g•mol-1) und verschiedene Konzentrationen (1,5%, 5%, 10%) eingesetzt. Ein Teil der Partikel wurde mit SDS und der andere Teil mit Lutensol AT50 hergestellt. In einem weiteren Schritt wurde das jeweilig gegenteilige Tensid (statt SDS Lutensol AT50 und umgekehrt) eingesetzt, um zu überprüfen, ob sich der zuvor beobachtete Effekt umkehren lässt. Anschließend wurde ein erst mit SDS stabilisierter Nanopartikel (BR01) mit verschiedenen Lutensol AT50-Anteilen (5%, 10%, 25%, 50%, 100%) redispergiert. Die effizienteste Aufnahme zeigte der unmodifizierte, mit SDS stabilisierte Nanopartikel BR01, die niedrigste der ebenfalls unmodifizierte, mit Lutensol AT50 stabilisierte Nanopartikel BR02. Eine steigende Konzentration des PEG-MA Mn=300 g•mol-1 hemmt die Aufnahme von mit SDS stabilisierten Partikeln konstant. Für PEG-MA Mn=2080 g•mol-1 konnte hingegen kein Einfluss nachgewiesen werden. Für die mit Lutensol AT50 stabilisierten Partikel konnte kein Einfluss von PEG-MA nachgewiesen werden. Daraus resultiert, dass der Einsatz von physikalisch adsorbiertem Lutensol AT50 die zelluläre Aufnahme effektiver hemmt als der Einsatz von kovalent gebundenem PEG-MA unterschiedlicher Kettenlänge.rnDer Einsatz von mit Biomakromolekülen hergestellten Nanokapseln, die mit zwei verschiedenen Tensiden (SDS und Lutensol AT50) stabilisiert wurden, wurde im Weiteren näher untersucht. Bei den mit SDS stabilisierten Kapseln erwiesen sich die mit ssDNA hergestellten Kapseln BN-54 und BN-55 als leicht toxisch für die HeLa-Zellen. Dagegen sind alle eingesetzten, mit Lutensol AT50 redispergierten Nanokapseln sowohl für HeLa-Zellen als auch für hMSCs zytotoxisch. Hier ist die toxische Wirkung auf das nicht-ionische Tensid Lutensol AT50 zurückzuführen. Eine zelluläre Aufnahme konnte für keine mit Biomakromolekülen hergestellten Nanokapsel nachgewiesen werden.rnDen Abschluss der Untersuchungen bildet die vergleichende Analyse der in dieser Arbeit mit dem Fluoreszenzfarbstoff PMI versehenen Partikeln hinsichtlich deren Aufnahme in HeLa-Zellen und hMSCs und deren zytotoxische Auswirkungen. In der vergleichenden Analyse werden die zuvor vorgestellten Ergebnisse für PMI-Partikeln nochmal im Kontext betrachtet. Dabei erwies sich sowohl für die HeLa-Zellen als auch für die hMSCs, dass die meisten Partikel eine geringe bis keine zelluläre Aufnahme zeigen. Eine gute Aufnahme konnte nur für wenige Nanopartikel (vor allem für die kristallinen Nanopartikel) verzeichnet werden. Eine Korrelation zwischen der Aufnahmeeffizienz und der Zytotoxizität konnte nicht nachgewiesen werden. rn

Photoactive nanodevices for potential biological applications

Biological systems are complex and highly organized architectures governed by noncovalent interactions, which are responsible for molecular recognition, self-assembly, self-organization, adaptation and evolution processes. These systems provided the inspiration for the development of supramolecular chemistry, that aimed at the design of artificial multicomponent molecular assemblies, namely supramolecular systems, properly designed to perform different operations: each constituting unit performs a single act, whereas the entire supramolecular system is able to execute a more complex function, resulting from the cooperation of the constituting components. Supramolecular chemistry deals with the development of molecular systems able to mimic naturally occurring events, for example complexation and self-assembly through the establishment of noncovalent interactions. Moreover, the application of external stimuli, such as light, allows to perform these operations in a time- and space-controlled manner. These systems can interact with biological systems and, thus, can be applied for bioimaging, therapeutic and drug delivery purposes. In this work the study of biocompatible supramolecular species able to interact with light is presented. The first part deals with the photophysical, photochemical and electrochemical characterization of water-soluble blue emitting triazoloquinolinium and triazolopyridinium salts. Moreover, their interaction with DNA has been explored, in the perspective of developing water-soluble systems for bioimaging applications. In the second part, the effect exerted by the presence of azobenzene-bearing supramolecular species in liposomes, inserted both in the phospholipid bilayer and in the in the aqueous core of vesicles has been studied, in order to develop systems able to deliver small molecules and ions in a photocontrolled manner. Moreover, the versatility of azobenzene and its broad range of applications have been highlighted, since conjugated oligoazobenzene derivatives proved not to be adequate to be inserted in the phospholipid bilayer of liposomes, but their electrochemical properties made them interesting candidates as electron acceptor materials for photovoltaic applications.

Synthese und Charakterisierung zylindrischer Poly(2-oxazolin)bürsten als Nanocarrier für Drug Delivery Systeme

Inspiriert durch natürlich vorkommende Peptide, sind Poly(2-oxazoline) vielversprechende Kandidaten für Anwendungen in Bereichen des kontrollierten Wirkstoff- bzw. Gentransportes, wie die moderne Biomedizin dies fordert. Da Polyoxazoline als strukturisomere Amide von natürlichen Polypeptiden aufgefasst werden können, zeigen diese synthetischen Polymere in direktem Vergleich erhebliche Vorteile etwa hinsichtlich Zytotoxizät und Effizienz, was wesentlich dazu beitragen kann, aktuelle Hürden biomedizinischer Fragestellungen hinsichtlich Transport und Targeting zu überwinden. Darüber hinaus sollten zylindrische Polymerbürsten aufgrund ihrer molekularen, architekturbedingten Formanisotropie und jüngsten Ergebnissen insbesondere zur formabhängigen Endozytose sehr aussichtsreiche Kandidaten für den Einsatz zum Wirkstofftransport sein.rnrnDie vorliegende Arbeit widmete sich deshalb der Synthese und Charakterisierung von biokompatiblen zylindrischen Poly(2-oxazolin)bürsten als potentielle Nanotransporter von Wirkstoffen, Biomolekülen oder genetischem Material. Als Monomer wurde zunächst 2-Isopropyloxazolin gewählt, da das Polymer eine Phasenübergangstemperatur von 37 °C besitzt, was für Konjugatsynthesen wie auch diverse biomedizinische Applikationen interessant sein kann. Durch terminierende Methacrylamid Funktionalisierung der lebenden kationischen Oxazolinpolymerisation bzw. nachfolgende Endgruppen Transferreaktionen sind Makromonomere im Bereich 1000-5000 g/mol zugänglich. Erstmals gelang es so 2-Oxazolin basierte, hochmolekulare zylindrische Bürsten mit Konturlängen im Bereich von 250 nm mittels „Grafting Through“ Technik in freier radikalischer Polymerisation herzustellen.rnrnAusgehend von der entwickelten Syntheseroute konnten so neben Homo- und Blockcopolymerbürsten von 2-Ethyl-2-oxazolin und 2-Isopropyl-2-oxazolin auch Bürstenmoleküle aus statistischen Copolymeren von 2-Ethyl-2-oxazolin und unsubstituiertem 2-Oxazolin hergestellt werden. Während letztere die Einführung kationischer Gruppen durch selektivere Abspaltmethoden der Formylreste erlauben und so etwa DNA/RNA Komplexierungen ermöglichen können, bietet andererseits der in dieser Arbeit erstmalig demonstrierte Einsatz Azid-funktionalisierter Initiatoren zur kationischen Oxazolinpolymerisation unter Beibehaltung aller anderen sonstigen Reaktionsschritte auch die Möglichkeit der Synthese Azid-Endgruppen-funktionalisierter Makromonomere. Die „Grafting Through“ Methodik der freien radikalischen Makromonomer Polymerisation ist selbst bei diesen funktionalisierten Systemen von großem Vorteil, erlaubt sie auch hier den Zugang zu hochmolekularen Substraten mit einem Pfropfungs- bzw. Funktionalisierungsgrad von 100 %, da jede Seitenkette dieser zylindrischen Bürsten die aussenliegende, und damit sterisch leichter zugängliche funktionale Gruppe trägt. Dabei gelang es die Syntheseroute so zu gestalten, dass es möglich war alle vorgestellten Polymerbürsten mittels statischer und dynamischer Lichtstreuung hinsichtlich absoluter Molmasse und molekularer Dimension zu charakterisieren.rnIn weitereren Reaktionen konnten dann reaktive Fluoreszenzfarbstoffe mit Hilfe kupferfreier 1,3 dipolarerer Addition (kupferfreie „Click-Chemie“) an die Azid-funktionalisierten Polymerbürsten angebunden werden, so dass eine wesentliche Voraussetzung für die Detektion in in vivo und in vitro Experimenten erfüllt werden kann. Darüber hinaus gelingt die quantitative polymeranaloge Umsetzung der Azid- zu Aminogruppen durch eine polymeranalog geführte Reduktion nach Staudinger; damit können an diesen Systemen auch etablierte Konjugationstechniken an Aminogruppen durchgeführt werden. Zudem erlauben die Aminogruppen-haltigen Polymerbürsten durch Protonierung schon bei physiologischem pH die Komplexierung von DNA oder RNA. rnrnErste Lichtstreumessungen in Blutserum zeigen im Falle der kationischen Aminogruppen tragenden Polymerbürsten zwar Aggregation, was aber durch entsprechende Umsetzung nach Konjugation wahrscheinlich unterdrückt werden kann, zeigen doch die entsprechenden Precursorpolymerbürsten mit Azidgruppen in Serum keinerlei Aggregation.rnrnZellaufnahmestudien in dendritische Zellen zeigen nur im Falle einer Azid-funktionalisierten Poly(2-isopropyl-2-oxazolin)bürste eine unspezifische Aufnahme. Die hydrophileren Poly(2-oxazolin)bürsten weise keine unspezifische Aufnahme auf, was eine wichtige Anfoderung für die Verwendung als Polymercarrier in der Krebsimmuntherapie ist.rn

Drug delivery, entry and intracellular trafficking of polymeric nanoparticles

Polymere Nanopartikel sind kleine Teilchen, die vielseitige Einsatzmöglichkeiten für den Transport von Wirkstoffen bieten. Da Nanomaterialien in diesen biomedizinischen Anwendungen oft mit biologischen Systemen in Berührung kommen, erfordert das eine genaue Untersuchung ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen. In diesem speziellen Forschungsgebiet, welches sich auf die Interaktionen von Nanomaterialien mit biologischen Komponenten konzentriert, wurde bereits eine Vielzahl verschiedener Nanopartikel-Zell-Interaktionen (z. B. Nanotoxizität, Wirkstofftransport-mechanismen) analysiert. Bezüglich der Untersuchungen zu nanopartikulären Wirkstofftransport-mechanismen ist es im Allgemeinen akzeptiert, dass ein erfolgreicher zellulärer Transport hauptsächlich von der Aufnahme des Nanotransporters abhängt. Deshalb analysieren wir in dieser Arbeit (1) den Wirkstofftransportmechanismus für biologisch-abbaubare eisenhaltige Poly-L-Milchsäure Nanopartikel (PLLA-Fe-PMI) sowie (2) die Aufnahmemechanismen und die intrazellulären Transportwege von nicht-abbaubaren superparamagnetischen Polystyrolnanopartikeln (SPIOPSN). rnIn dieser Arbeit identifizieren wir einen bisher unbekannten und nicht-invasiven Wirkstoff-transportmechanismus. Dabei zeigt diese Studie, dass der subzelluläre Transport der nanopartikulärer Fracht nicht unbedingt von einer Aufnahme der Nanotransporter abhängt. Der identifizierte Arzneimitteltransportmechanismus basiert auf einem einfachen physikochemischen Kontakt des hydrophoben Poly-L-Milchsäure-Nanopartikels mit einer hydrophoben Oberfläche, wodurch die Freisetzung der nanopartikulären Fracht ausgelöst wird. In Zellexperimenten führt die membranvermittelte Freisetzung der nanopartikulären Fracht zu ihrem sofortigen Transport in TIP47+- und ADRP+- Lipidtröpfchen. Der Freisetzungsmechanismus („kiss-and-run") kann durch die kovalente Einbindung des Frachtmoleküls in das Polymer des Nanopartikels blockiert werden.rnWeiterhin wird in Langzeitversuchen gezeigt, dass die Aufnahme der untersuchten polymeren Nanopartikel von einem Makropinozytose-ähnlichen Mechanismus gesteuert wird. Im Laufe dieser Arbeit werden mehrere Faktoren identifiziert, die in diesem Aufnahmemechanismus eine Rolle spielen. Darunter fallen unter anderem die kleinen GTPasen Rac1 und ARF1, die die Aufnahme von SPIOPSN beeinflussen. Darauffolgend werden die intrazellulären Transportwege der Nanopartikel untersucht. Mit Hilfe eines neuartigen Massenspektrometrieansatzes wird der intrazelluläre Transport von nanopartikelhaltigen endozytotischen Vesikeln rekonstruiert. Intensive Untersuchungen identifizieren Marker von frühen Endosomen, späten Endosomen/ multivesikulären Körpern, Rab11+- Endosomen, Flotillin-Vesikeln, Lysosomen und COP-Vesikeln. Schließlich wird der Einfluss des lysosomalen Milieus auf die Proteinhülle der Nanopartikel untersucht. Hier wird gezeigt, dass die adsorbierte Proteinhülle auf den Nanopartikeln in die Zelle transportiert wird und anschließend im Lysosom abgebaut wird. rnInsgesamt verdeutlicht diese Arbeit, dass die klassische Strategie des nanopartikulären und invasiven Wirkstofftransportmechanismuses überdacht werden muss. Weiterhin lässt sich aus den Daten schlussfolgern, dass polymere Nanopartikel einem atypischen Makropinozytose-ähnlichen Aufnahmemechanismus unterliegen. Dies resultiert in einem intrazellulären Transport der Nanopartikel von Makropinosomen über multivesikuläre Körperchen zu Lysosomen.rn

The influence of pulmonary surfactant on nanoparticulate drug delivery systems

The pulmonary route is very attractive for drug delivery by inhalation. In this regard, nanoparticulate drug delivery systems, designed as multifunctional engineered nanoparticles, are very promising since they combine several opportunities like a rather uniform distribution of drug dose among all ventilated alveoli allowing for uniform cellular drug internalization. However, although the field of nanomedicine offers multiple opportunities, it still is in its infancy and the research has to proceed in order to obtain a specific targeting of the drug combined with minimum side effects. If inhaled nanoparticulate drug delivery systems are deposited on the pulmonary surfactant, they come into contact with phospholipids and surfactant proteins. It is highly likely that the interaction of nanoparticulate drug delivery systems with surfactant phospholipids and proteins will be able to mediate/modulate the further fate of this specific drug delivery system. In the present comment, we discuss the potential interactions of nanoparticulate drug delivery systems with pulmonary surfactant as well as the potential consequences of this interaction.

[Immunosuppressive drugs - how they work, their side effects and interactions]

The central issue in organ transplantation remains suppression of allograft rejection. Immunosuppression can be achieved by depleting lymphocytes, diverting lymphocyte traffic, or blocking lymphocyte response pathways. Immunosuppressive drugs include small-molecule drugs, depleting and nondepleting protein drugs (polyclonal and monoclonal antibodies), fusion proteins, intravenous immune globulin, and glucocorticoids. Small-molecule immunosuppressive agents include calcineurin-inhibitors (cyclosporine, tacrolimus), Target-of-Rapamycin Inhibitors (Sirolimus, Everolimus), inhibitors of nucleotide synthesis and azathioprine. The review covers the mode of action of these drugs with a special focus on belatacept, a new promising fusion protein. Different immuo-suppressive strategies mean also different safety profiles. Common side effects include the consequences of diminished immuno- response, i.e. infections and cancer (mainly involving the skin). Toxic side effects of immunosuppressive drugs range in a wide spectrum that involves almost every organ. The major interest of this toxic effects is the cardiovascular tolerance (with large differences from drug to drug), that are discussed seperately. The calcineurin- and mTOR-inhibitors are both metabolized by the CYP450 3A4 enzyme, which is also involved in the metabolism of many other drugs. The review discusses the most important interactions that in- or decreases the through level of these drugs.

Crystal structure of a CAP-DNA complex: the DNA is bent by 90 degrees

The 3 angstrom resolution crystal structure of the Escherichia coli catabolite gene activator protein (CAP) complexed with a 30-base pair DNA sequence shows that the DNA is bent by 900. This bend results almost entirely from two 400 kinks that occur between TG/CA base pairs at positions 5 and 6 on each side of the dyad axis of the complex. DNA sequence discrimination by CAP derives both from sequence-dependent distortion of the DNA helix and from direct hydrogen-bonding interactions between three protein side chains and the exposed edges of three base pairs in the major groove of the DNA. The structure of this transcription factor-DNA complex provides insights into possible mechanisms of transcription activation

Effect of Mutation and Genetic Background on Drug Resistance in Mycobacterium tuberculosis

Bacterial factors may contribute to the global emergence and spread of drug-resistant tuberculosis (TB). Only a few studies have reported on the interactions between different bacterial factors. We studied drug-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates from a nationwide study conducted from 2000 to 2008 in Switzerland. We determined quantitative drug resistance levels of first-line drugs by using Bactec MGIT-960 and drug resistance genotypes by sequencing the hot-spot regions of the relevant genes. We determined recent transmission by molecular methods and collected clinical data. Overall, we analyzed 158 isolates that were resistant to isoniazid, rifampin, or ethambutol, 48 (30.4%) of which were multidrug resistant. Among 154 isoniazid-resistant strains, katG mutations were associated with high-level and inhA promoter mutations with low-level drug resistance. Only katG(S315T) (65.6% of all isoniazid-resistant strains) and inhA promoter -15C/T (22.7%) were found in molecular clusters. M. tuberculosis lineage 2 (includes Beijing genotype) was associated with any drug resistance (adjusted odds ratio [OR], 3.0; 95% confidence interval [CI], 1.7 to 5.6; P < 0.0001). Lineage 1 was associated with inhA promoter -15C/T mutations (OR, 6.4; 95% CI, 2.0 to 20.7; P = 0.002). We found that the genetic strain background influences the level of isoniazid resistance conveyed by particular mutations (interaction tests of drug resistance mutations across all lineages; P < 0.0001). In conclusion, M. tuberculosis drug resistance mutations were associated with various levels of drug resistance and transmission, and M. tuberculosis lineages were associated with particular drug resistance-conferring mutations and phenotypic drug resistance. Our study also supports a role for epistatic interactions between different drug resistance mutations and strain genetic backgrounds in M. tuberculosis drug resistance.

Immune pathomechanism of drug hypersensitivity reactions

Drug hypersensitivity research has progressed enormously in recent years, and a greater understanding of mechanisms has contributed to improved drug safety. Progress has been made in genetics, enabling personalized medicine for certain drugs, and in understanding drug interactions with the immune system. In a recent meeting in Rome, the clinical, chemical, pharmacologic, immunologic, and genetic aspects of drug hypersensitivity were discussed, and certain aspects are briefly summarized here. Small chemicals, including drugs, can induce immune reactions by binding as a hapten to a carrier protein. Park (Liverpool, England) demonstrated (1) that drug haptens bind to protein in patients in a highly restricted manner and (2) that irreversibly modified carrier proteins are able to stimulate CD4(+) and CD8(+) T cells from hypersensitive patients. Drug haptens might also stimulate cells of the innate immune system, in particular dendritic cells, and thus give rise to a complex and complete immune reaction. Many drugs do not have hapten-like characteristics but might gain them on metabolism (so-called prohaptens). The group of Naisbitt found that the stimulation of dendritic cells and T cells can occur as a consequence of the transformation of a prohapten to a hapten in antigen-presenting cells and as such explain the immune-stimulatory capacity of prohaptens. The striking association between HLA-B alleles and the development of certain drug reactions was discussed in detail. Mallal (Perth, Australia) elegantly described a highly restricted HLA-B∗5701-specific T-cell response in abacavir-hypersensitive patients and healthy volunteers expressing HLA-B∗5701 but not closely related alleles. Expression of HLA-B∗1502 is a marker known to be necessary but not sufficient to predict carbamazepine-induced Stevens-Johnson syndrome/toxic epidermal necrolysis in Han Chinese. The group of Chen and Hong (Taiwan) described the possible "missing link" because they showed that the presence of certain T-cell receptor (TCR) clonotypes was necessary to elicit T-cell responses to carbamazepine. The role of TCRs in drug binding was also emphasized by Pichler (Bern, Switzerland). Following up on their "pharmacological interactions of drugs with immune receptors" concept (p-i concept), namely that drugs can bind directly to TCRs, MHC molecules, or both and thereby stimulate T cells, they looked for drug-binding sites for the drug sulfamethoxazole in drug-specific TCRs: modeling revealed up to 7 binding sites on the CDR3 and CDR2 regions of TCR Vα and Vβ. Among many other presentations, the important role of regulatory T cells in drug hypersensitivity was addressed.

The adaptive potential of a survival artist: characterization of the in vitro interactions of Toxoplasma gondii tachyzoites with di-cationic compounds in human fibroblast cell cultures

The impact of di-cationic pentamidine-analogues against Toxoplama gondii (Rh- and Me49-background) was investigated. The 72 h-growth assays showed that the arylimidamide DB750 inhibited the proliferation of tachyzoites of T. gondii Rh and T. gondii Me49 with an IC(50) of 0.11 and 0.13 muM, respectively. Pre-incubation of fibroblast monolayers with 1 muM DB750 for 12 h and subsequent culture in the absence of the drug also resulted in a pronounced inhibiton of parasite proliferation. However, upon 5-6 days of drug exposure, T. gondii tachyzoites adapted to the compound and resumed proliferation up to a concentration of 1.2 muM. Out of a set of 32 di-cationic compounds screened for in vitro activity against T. gondii, the arylimidamide DB745, exhibiting an IC(50) of 0.03 muM and favourable selective toxicity was chosen for further studies. DB745 also inhibited the proliferation of DB750-adapted T. gondii (IC(50)=0.07 muM). In contrast to DB750, DB745 also had a profound negative impact on extracellular non-adapted T. gondii tachyzoites, but not on DB750-adapted T. gondii. Adaptation of T. gondii to DB745 (up to a concentration of 0.46 muM) was much more difficult to achieve and feasible only over a period of 110 days. In cultures infected with DB750-adapted T. gondii seemingly intact parasites could occasionally be detected by TEM. This illustrates the astonishing capacity of T. gondii tachyzoites to adapt to environmental changes, at least under in vitro conditions, and suggests that DB745 could be an interesting drug candidate for further assessments in appropriate in vivo models.

Drug target identification in intracellular and extracellular protozoan parasites

The increasing demand for novel anti-parasitic drugs due to resistance formation to well-established chemotherapeutically important compounds has increased the demands for a better understanding of the mechanism(s) of action of existing drugs and of drugs in development. While different approaches have been developed to identify the targets and thus mode of action of anti-parasitic compounds, it has become clear that many drugs act not only on one, but possibly several parasite molecules or even pathways. Ideally, these targets are not present in any cells of the host. In the case of apicomplexan parasites, the unique apicoplast, provides a suitable target for compounds binding to DNA or ribosomal RNA of prokaryotic origin. In the case of intracellular pathogens, a given drug might not only affect the pathogen by directly acting on parasite-associated targets, but also indirectly, by altering the host cell physiology. This in turn could affect the parasite development and lead to parasite death. In this review, we provide an overview of strategies for target identification, and present examples of selected drug targets, ranging from proteins to nucleic acids to intermediary metabolism.

Drug interaction potential of resveratrol

Resveratrol is a naturally occurring polyphenol that is often used as a food supplement. Many positive health effects, including cardio protection, tumor suppression, and immune modulation, are associated with the intake of resveratrol. Resveratrol is well tolerated in healthy subjects without any comedication. However, supplemental doses of resveratrol in the range of 1 g/day or above by far exceed the natural intake through food. Whether resveratrol-drug interactions can be harmful in patients taking additional medications remains unknown. Recent in vivo studies and clinical trials indicate a possible drug-drug interaction potential using high-dosage formulations. In this review, the known in vitro and in vivo effects of resveratrol on various cytochrome P450 (CYP) isoenzymes are summarized. They are discussed in relation to clinically relevant plasma concentrations in humans. We conclude that resveratrol may lead to interactions with various CYPs, especially when taken in high doses. Aside from systemic CYP inhibition, intestinal interactions must also be considered. They can potentially lead to reduced first-pass metabolism, resulting in higher systemic exposure to certain coadministrated CYP substrates. Therefore, patients who ingest high doses of this food supplement combined with additional medications may be at risk of experiencing clinically relevant drug-drug interactions.

Changes in volumetric BMD of radius and tibia upon antidepressant drug administration in young depressive patients

To determine longitudinal changes in trabecular volumetric BMD (vBMD) at tibia and radius in young depressive patients under antidepressants using pQCT.

The well-being model: a new drug interaction model for positive and negative effects

BACKGROUND: Drugs are routinely combined in anesthesia and pain management to obtain an enhancement of the desired effects. However, a parallel enhancement of the undesired effects might take place as well, resulting in a limited therapeutic usefulness. Therefore, when addressing the question of optimal drug combinations, side effects must be taken into account. METHODS: By extension of a previously published interaction model, the authors propose a method to study drug interactions considering also their side effects. A general outcome parameter identified as patient's well-being is defined by superposition of positive and negative effects. Well-being response surfaces are computed and analyzed for varying drugs pharmacodynamics and interaction types. In particular, the existence of multiple maxima and of optimal drug combinations is investigated for the combination of two drugs. RESULTS: Both drug pharmacodynamics and interaction type affect the well-being surface and the deriving optimal combinations. The effect of the interaction parameters can be explained in terms of synergy and antagonism and remains unchanged for varying pharmacodynamics. For all simulations performed for the combination of two drugs, the presence of more than one maximum was never observed. CONCLUSIONS: The model is consistent with clinical knowledge and supports previously published experimental results on optimal drug combinations. This new framework improves understanding of the characteristics of drug combinations used in clinical practice and can be used in clinical research to identify optimal drug dosing.

Antimicrobial therapy using a local drug delivery system (Arestin) in the treatment of peri-implantitis. I: Microbiological outcomes

OBJECTIVES: To assess the microbiological outcome of local administration of minocycline hydrochloride microspheres 1 mg (Arestin) in cases with peri-implantitis and with a follow-up period of 12 months. MATERIAL AND METHODS: After debridement, and local administration of chlorhexidine gel, peri-implantitis cases were treated with local administration of minocycline microspheres (Arestin). The DNA-DNA checkerboard hybridization method was used to detect bacterial presence during the first 360 days of therapy. RESULTS: At Day 10, lower bacterial loads for 6/40 individual bacteria including Actinomyces gerensceriae (P<0.1), Actinomyces israelii (P<0.01), Actinomyces naeslundi type 1 (P<0.01) and type 2 (P<0.03), Actinomyces odontolyticus (P<0.01), Porphyromonas gingivalis (P<0.01) and Treponema socranskii (P<0.01) were found. At Day 360 only the levels of Actinobacillus actinomycetemcomitans were lower than at baseline (mean difference: 1x10(5); SE difference: 0.34x10(5), 95% CI: 0.2x10(5) to 1.2x10(5); P<0.03). Six implants were lost between Days 90 and 270. The microbiota was successfully controlled in 48%, and with definitive failures (implant loss and major increase in bacterial levels) in 32% of subjects. CONCLUSIONS: At study endpoint, the impact of Arestin on A. actinomycetemcomitans was greater than the impact on other pathogens. Up to Day 180 reductions in levels of Tannerella forsythia, P. gingivalis, and Treponema denticola were also found. Failures in treatment could not be associated with the presence of specific pathogens or by the total bacterial load at baseline. Statistical power analysis suggested that a case control study would require approximately 200 subjects.