Molecular plating of thin lanthanide layers with improved material properties for nuclear applications

In der vorliegenden Arbeit werden Experimente beschrieben, die zu einem vertieften Verständnis fundamentaler Prozesse bei der elektrochemischen Herstellung von Dünnschichten, sog. Targets, für kernphysikalische und -chemische Studien führten. Targets wurden mittels 'Molecular Plating' (MP) hergestellt, indem eine Elektrodeposition aus organischem Medium in der Regel bei konstantem Strom in Zwei-Elektroden-Zellen. Die Resultate erlaubten, optimierte Herstellungs-bedingungen zu ermitteln, welche die Produktion deutlich verbesserter Targets erlaubten. MP bei konstantem Strom ist ein massentransportkontrollierter Prozess. Der angelegte Strom wird durch einen konstanten Fluss elektroaktiver Spezies zur Kathode – auf der die Schicht wächst – und Anode aufrechterhalten. Die Untersuchungen zeigten, dass das Zellenpotential des Elektrodepositionsystems immer durch den Ohm'schen Spannungsabfall auf Grund des Widerstandes der verwendeten Lösung dominiert wurde. Dies erlaubte die Herleitung einer Beziehung zwischen dem Zellenpotential und der Konzentration der elektroaktiven Spezies. Die Beziehung erlaubt die Erklärung des gemessenen zeitlichen Verlaufs des Zellenpotentials während der Abscheidung als Funktion der Elektrolytkonzentration. Dies dient als Basis, auf der nun ein umfassenderes Bild der Prozesse, die für die charakteristischen Minima im Potentialverlauf einer Abscheidung verantwortlich sind, gewonnen werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die Minima mit der fast vollständigen Entfernung (durch Abscheidung) der aus einem gelösten Salz erzeugten Nd-Ionen korrespondieren. Die abgeschiedene Spezies wurde als Nd3+ identifiziert, vermutlich als Carboxylat, Oxid oder Hydroxid, was auf Grund der hohen negative Werte des Standardredoxpotentials der Lanthanide verständlich erscheint. Von den vorliegenden elektroaktiven Spezies tragen die Nd3+ Ionen nur zu knapp 20% zum Gesamtstrom bei. Durch Elektrolyse tragen auch die Lösungsmittelkomponenten zu diese Strom bei. Die Gegenwart von elektrolysiertem Lösungsmittel wurde in Analysen der Dünnschichten bestätigt. Diese waren immer mit chemi- und physisorbierten Lösungsmittelmolekülen bedeckt. Die Analyse der Dünnschichten zeigte, dass die Oberflächen von einem furchenartiges Netz durchzogen waren, und dass diese während des Trocknen der Schichten nach dem MP entstanden. Ob die Schichten an Luft oder in inerter Atmosphäre trockneten, hatte keinen Einfluss. Es wurden Experimente mit mehreren Lösungsmitteln durchgeführt, die sich deutlich in ihren physikalischen Eigenschaften, v.a. dem Siedepunkt, unterschieden. Furchenfreie Dünnschichten konnten insbesondere bei MP in N,N-dimethylformamide (DMF) erzeugt werden. Die Verwendung von DMF in Kombination mit einer Abscheidung auf sehr glatten Substraten erlaubte die Produktion von sehr homogenen, glatten und defektfreien Schichten. Diese waren vermutlich geringeren inneren Spannungen während des Trocknens ausgesetzt, als Schichten auf raueren Substraten oder solche, die aus flüchtigeren Lösungsmitteln hergestellt wurden. Die Oberflächenrauigkeit des Substrats und das gewählte Lösungsmittel wurden so als Schlüsselfaktoren für die Produktion hochqualitativer Schichten identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass mit MP eine sehr effiziente Methode zur Herstellung homogener Schichten mit exzellenter Ausbeute ist. In weiteren Experimenten mit dem primordialen Alpha-Emitter 147Sm als Modellisotop wurde die Eignung solcher Schichten als Alpha-Quelle untersucht. Sowohl die Energieauflösung als auch der Anteil der Alpha-Teilchen, die den Detektor erreichten, waren von den Quelleneigenschaften abhängig. Die Effekte wurden verschiedenen Variablen der Dünnschicht zugeordnet, welche die Alpha-Spektren beeinflussten. Dominant war die Wahl des Lösungsmittels und die Rauigkeit des Substrats. Dies beeinflusste Schichtdicke und -morphologie sowie die Art des Schichtwachstums und veränderte die Detektionseffizienz in Alpha-Messungen bis zu 15%. Nur homogene, ebene Schichten, die aus DMF auf glatten Substraten abgeschieden wurden, eignen sich optimal als Alpha-Quelle. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben die optimierte Herstellung nuklearer Targets durch MP. Künftige Anwendungen beinhalten insbesondere die Herstellung von Targets für neutroneninduzierte Spaltexperimente und untergrundarmeAlpha-Messungen sehr kleiner Aktivitäten.

90 Nb: potential radionuclide for application in immuno-PET : development of appropriate production strategy and first in vivo evaluation of 90 Nb-labeled monoclonal antibody

Die Nuklearmedizin ist ein modernes und effektives Werkzeug zur Erkennung und Behandlung von onkologischen Erkrankungen. Molekulare Bildgebung, die auf dem Einsatz von Radiopharmaka basiert, beinhaltet die Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) und Positronenemissions¬tomographie (PET) und ermöglicht die nicht-invasive Visualisierung von Tumoren auf nano-und picomolarer Ebene.rnDerzeit werden viele neue Tracer für die genauere Lokalisierung von kleinen Tumoren und Metastasen eingeführt und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Die meisten von ihnen sind Protein-basierte Biomoleküle, die die Natur selbst als Antigene für die Tumorzellen produziert. Dabei spielen Antikörper und Antikörper-Fragmente eine wichtige Rolle in der Tumor-Diagnostik und Behandlung. Die PET-Bildgebung mit Antikörpern und Antikörperfragmenten bezeichnet man als immuno-PET. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist, dass entsprechende Radiopharmaka benötigt werden, deren Halbwertszeit mit der Halbwertszeit der Biomoleküle korreliert ist.rnIn neueren Arbeiten wird 90Nb als potenzieller Kandidat für die Anwendung in der immuno-PET vorgeschlagen. Seine Halbwertszeit von 14,6 Stunden ist geeignet für die Anwendung mit Antikörperfragmenten und einige intakten Antikörpern. 90Nb hat eine relativ hohen Anteil an Positronenemission von 53% und eine optimale Energie für die β+-Emission von 0,35 MeV, die sowohl eine hohe Qualität der Bildgebung als auch eine niedrige Aktivitätsmenge des Radionuklids ermöglicht.rnErsten grundlegende Untersuchungen zeigten: i) dass 90Nb in ausreichender Menge und Reinheit durch Protonen-Bombardierung des natürlichen Zirkonium Targets produziert, ii) aus dem Targetmaterial in entsprechender radiochemischer Reinheit isoliert und iii) zur Markierung des monoklonalen Antikörpers (Rituximab) verwendet werden kann und iv) dieser 90Nb-markierte mAb eine hohe in vitro Stabilität besitzt. Desweiteren wurde eine alternative und schnelle Abtrennungsmethode entwickelt, die es erlaubt 90Nb, mit einer geeigneten radiochemischen und radionuklidischen Reinheit für eine anschließende Markierung von Biomolekülen in einer Stunde zu aufzureinigen. Schließlich wurden erstmals 90Nb-markierte Biomolekülen in vivo untersucht. Desweiteren wurden auch Experimente durchgeführt, um den optimalen bifunktionellen Chelatbildner (BFC) für 90Niob zu finden. Mehrere BFC wurden hinsichtlich Komplexbildung mit NbV untersucht. Desferrioxamin (Df) erwies sich als geeignetster Chelator für 90Nb. Der monoklonale Antikörper Bevacizumab (Avastin®) wurde mit 90Nb markiert und eine Biodistributionsstudie und eine PET-Untersuchung durchgeführt. Alle diese Ergebnisse zeigten, dass 90Nb ein vielversprechendes Radionuklid für die Immuno-PET ist, welches sogar für weitere kommerzielle Anwendungen in der klinischen Routine geeignet zu sein scheint.rn

Speziation von Plutonium bei der Sorption und Diffusion in Opalinuston

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des BMWi-Verbundprojektes Wechselwirkung und Transport von Aktiniden im natürlichen Tongestein unter Berücksichtigung von Huminstoffen und Tonorganika – Wechselwirkung von Neptunium und Plutonium mit natürlichem Tongestein“ durchgeführt. Um die langfristige Sicherheit der nuklearen Endlager beurteilen zu können, muss eine mögliche Migration der radiotoxischen Abfälle in die Umwelt betrachtet werden. Wegen seiner langen Halbwertszeit (24000 a) leistet Pu-239 einen wesentlichen Beitrag zur Radiotoxizität abgebrannter Kernbrennstoffe in einem Endlager. Das redox-sensitive Pu tritt in Lösung unter umweltrelevanten Bedingungen in den Oxidationsstufen +III bis +VI auf und kann nebeneinander in bis zu vier Oxidationsstufen vorliegen. Tonsteinformationen werden als mögliches Wirtsgestein für Endlager hoch-radioaktiver Abfälle betrachtet. Deshalb sind ausführliche Informationen zur Mobilisierung und Immobilisierung des Pu durch/in das Grundwasser aus einem Endlager von besonderer Bedeutung. In dieser Arbeit wurden neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Pu und dem natürlichen Tongestein Opalinuston (OPA, Mont Terri, Schweiz) mit Hinblick auf die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in einem geologischen Tiefenlager gewonnen.rnDer Fokus der Arbeit lag dabei auf der Bestimmung der Speziation von Pu an der Mineraloberfläche nach Sorptions- und Diffusionsprozessen mittels verschiedener synchrotronbasierter Methoden (µ-XRF, µ-XANES/EXAFS, µ-XRD, XANES/EXAFS). rnDie Wechselwirkung zwischen Pu und OPA wurde zunächst in Batch- und Diffusionsexperimenten in Abhängigkeit verschiedener experimenteller Parameter (u.a. pH, Pu-Oxidationsstufe) untersucht. In Sorptionsexperimenten konnte gezeigt werden, dass einige Parameter (z.B. Temperatur, Huminsäure) einen deutlichen Einfluss auf die Sorption von Pu haben.rnDie Speziationsuntersuchungen wurden zum einen an Pulverproben aus Batchexperimenten und zum anderen an OPA-Dünnschliffen bzw. Diffusionsproben in Abhängigkeit verschiedener experimenteller Parameter durchgeführt. Die EXAFS-Messungen an der Pu LIII-Kante der Pulverproben ergaben, dass eine innersphäriche Sorption von Pu(IV) an Tongestein unabhängig von dem Ausgangsoxidationszustand des Plutoniums in Lösung stattgefunden hat. Durch die Kombination der ortsaufgelösten Methoden wurde erstmalig mittels μ-XRF die Verteilung von Pu und anderen in OPA enthaltenen Elementen bestimmt. µ-XANES-Spektren an Pu-Anreicherungen auf OPA-Dünnschliffen und in Diffusionsproben bestätigen, dass das weniger mobile Pu(IV) die dominierende Spezies nach den Sorptions- und Diffusionsprozessen ist. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal ein Diffusionsprofil von Pu in OPA mittels µ-XRF gemessen. Die Speziationsuntersuchungen mittels μ-XANES zeigten, dass das eingesetzte Pu(V) entlang seines Diffusionspfades zunehmend zu Pu(IV) reduziert wird. Mit µ-XRD wurde Illit als dominierende Umgebung, in der Pu angereichert wurde, identifiziert und Siderit als eine redoxaktive Phase auftreten kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Sicherheit von OPA als Wirtsgestein eines Endlagers hoch-radioaktiver Abfälle positiv zu bewerten ist. rn

Synthese und Charakterisierung von HPMA-stabilisierten Kolloiden sowie deren Evaluierung in vitro und in vivo

Nanodimensionale Wirkstoff-Trägersysteme sind in der Lage, sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das pharmakokinetische Profil von Wirkstoffen drastisch zu verbessern. Hauptgründe dafür sind eine erhöhte Plasma-Halbwertszeit durch die größenbedingte verminderte renale Ausscheidung und eine gesteigerte Anreicherung im Tumorgewebe durch den EPR-Effekt. Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Entwicklung neuer kolloidaler Wirkstoff-Trägersysteme, welche biokompatibel, teilweise bioabbaubar und funktionalisierbar sind. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde als hydrophobes Wirkstoffmodell eingekapselt. Wohldefinierte, eng verteilte und funktionalisierbare HPMA-basierte Block- und statistische Copolymere unterschiedlicher Molekulargewichte (10-25 kDa) und hydrophiler/hydrophober Zusammensetzung (10-50 mol%) wurden mittels RAFT- Polymerisation in Kombination mit dem Reaktivesteransatz hergestellt und in Miniemulsionsprozesse eingesetzt, um ihre Stabilisierungseffizienz zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die kleineren Copolymere (10 kDa) mit einem Einbau von 10 mol% LMA, sowohl im Modellsystem Polystyrol, als auch im bioabbaubaren PDLLA-System, besonders geeignet sind und ergaben monodisperse Kolloide im Größenbereich von 100 bis 300 nm. Die kolloidalen Systeme zeigten keine Wirkung auf die Zellviabilität. In Folge dessen wurde das Aggregationsverhalten in humanem Blutserum mittels DLS untersucht, wobei keine Interaktion mit Blutbestandteilen festgestellt werden konnte. Zellaufnahmestudien wurden an HeLa-Zellen durchgeführt, um das Schicksal der Kolloide in vitro zu untersuchen. Dabei wurden Kernmaterial, Hülle und das hydrophobe Wirkstoffmodell durch unterschiedliche Fluoreszenzmarkierung getrennt betrachtet. Das hydrophobe Wirkstoffmodell wurde allein durch Interaktion der Kolloide mit den Zellen übertragen, was für eine diffusionsbedingte, initiale, aber unspezifische Freisetzung spricht. Eine solche Freisetzungskinetik kann durch Verwendung von Nitroglycerin, als vasodilatierender Wirkstoff mit geringer unspezifischer Wirkung, ausgenutzt werden, um den EPR-Effekt zu unterstützen. Die Aufnahme des Partikels hingegen geschieht zeitverzögert. Das Schicksal der Kolloide (sowohl des Kern- und desrnHüllmaterials) wurde durch doppelte Fluoreszenzmarkierung untersucht. Dabei kam es zu einer intrazellulären Ablösung der stabilisierenden Block-Copolymere zwischen 8 und 24 h. Nach Aufklärung der Aufnahme- und Freisetzungskinetiken wurde nun die Körperverteilung der PS- und PDLLA-Kolloide nach 18F-Markierung mittels PET und ex vivo-Biodistributiosstudien untersucht. Dabei hatte das Kernmaterial einen Einfluss auf die Körperverteilung. PET-Studien in Mäusen zeigten, dass die stabilisierenden Block-Copolymere beider Kolloide ein starkes Signal in der Niere geben, wobei das der PS-Kolloide weiter ausgeprägt war. Darüber hinaus war eine Anreicherung dieser in Lunge, Leber und Milz festzustellen. Die Verdrängung der stabilisierenden Polymere durch die Interaktion mit Blutbestandteilen erklärt dabei das erhöhte Nieren- und Blasensignal der PS- Kolloide. Das Anreicherungsmuster der PDLLA-Kolloide hingegen zeigte neben der Nierenakkumulation eine erhöhte Blutaktivität und somit die gewünschten langzirkulierenden Eigenschaften. Diese Ergebnisse konnten auch mittels ex vivo- Biodistributionsstudien bestätigt werden. Um die Tumoranreicherung weiter zu verbessern wurde die Verwendung von Folat als Erkennungsstruktur am einfachen HPMA-Polymer untersucht. Die Konjugate zeigten eine erhöhte Anreicherung im Vergleich zu den Polymeren ohne Erkennungsstrukturen. Blockadestudien bestätigten die Selektivität der Anreicherung. Diese Daten zeigen das Potential der Folat-Erkennungsstruktur in vivo innerhalb kurzer Zeitfenster, welche nun auf kolloidale Systeme übertragen werden kann.

Optimierte biologische Aktivität allo- und tumorreaktiver CD8-+-T-Lymphozyten im humanisierten Mausmodell durch IL-15-Superagonisten

Interleukin 15 (IL-15) gilt als eines der vielversprechendsten zukünftigen Medikamente für die Krebstherapie. Es fördert die Proliferation, Persistenz und Funktion von CD8+ T-Zellen und vermittelt zahlreiche Effekte, die es als überlegene Alternative für das derzeit in der Klinik verwendete IL-2 erscheinen lassen. Für den Einsatz von IL-15 in der vorliegenden Arbeit wurde zunächst ein Protokoll zur Herstellung von rekombinantem IL-15 in E. coli etabliert. Das hergestellte Protein hatte eine zu kommerziellen Produkten vergleichbare Bioaktivität und begünstigte die Persistenz und Aktivität antigenspezifischer, humaner CD8+ T Zellen nach adoptivem Transfer in NSG-Mäuse, wobei unter anderem ein verstärkter Effekt auf T Zellen mit TSCM-Phänotyp beobachtet wurde. Um die Bioaktivität von IL-15 zu steigern, wurden super-agonistische IL-15-Fusions¬proteine entworfen und im Expi293-System hergestellt. Dabei wurde IL 15 kovalent mit der Sushi-Domäne, der IL-15Rα-Kette und einer IgG1-Fc-Domäne verbunden, was zu einer gesteigerten Affinität der IL 15-Superagonisten zum physiologischen, niederaffinen IL 15Rβγ und zu einer stark erhöhten Halbwertszeit in Mausserum führte. Die gesteigerte Affinität der IL-15-Super¬agonisten wurde durch die IL 15Rα-Sushi-Domäne vermittelt. Eine um 13 Amino¬säuren verlängerte Sushi-Domäne zeigte im Vergleich zur normalen Form eine nochmals ge¬steigerte Affinität. Die längere Halbwertszeit wurde von der Sushi- und der IgG1-Fc-Domäne vermittelt. Die IgG1-Fc-Domäne verstärkte die Wirkung der Fusionsproteine zusätzlich über einen Mechanismus, der wahrscheinlich mit der Transpräsentation durch Fc Re¬ze¬ptoren zusammen–hängt. Die gesteigerte Bioaktivität der IL-15-Superagonisten wurde im Tiermodell mit humanen und murinen T-Zellen bestätigt und ILR13+-Fc wurde als das Fusionsprotein mit der höchsten Bioaktivität identifiziert. Im Vergleich zu anderen IL-15-Superagonisten vereint es alle derzeit bekannten Eigenschaften zur Bioaktivitätssteigerung in einem einzigen Protein. In therapeutischen Versuchen mit adoptivem Transfer tumorreaktiver T-Zellen konnte der Antitumoreffekt durch ILR13+-Fc maßgeblich verstärkt werden. Als Modellsysteme wurden NSG-Mäuse, die mit humanen AML-Blasten oder einem soliden Ovarialkarzinom engraftet wurden, verwendet. Dabei wurden sowohl antigenspezifische als auch unspezifische Effekte beobachtet. Die unspezifischen Effekte wurden wahrscheinlich durch eine ILR13+-Fc-vermittelte Überexpression von NKG2D, einem Rezeptor der angeborenen Immunantwort, auf den adoptiv transferierten T Zellen vermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass IL-15 und die IL-15-Superagonisten die Proliferation und Reaktivität von CD8+ T-Zellen im Rahmen der Immuntherapie fördern können. Aufgrund der hohen Bioaktivität und potenzierten Wirksamkeit, könnten vor allem die IL 15-Superagonisten in Zukunft bei der Entwicklung effizienter Therapiemethoden eingesetzt werden und dadurch einen wichtigen Beitrag zu Behandlung von Krebs leisten. rnrn

Glucagonlike peptide-1 receptor: an example of translational research in insulinomas: a review

Glucagonlike peptide-1 receptors (GLP-1R) play an increasingly important role in endocrine gastrointestinal tumor management. In particular, virtually all benign insulinomas express GLP-1R in high density. Exendin-4 is a GLP-1 analog that has a longer half-life than GLP-1. Targeting GLP-1R by (111)In-DOTA-exendin-4 or (111)In-DPTA-exendin-4 offers a new approach that permits the successful localization of small benign insulinomas. It is likely that this new noninvasive technique has the potential to replace the invasive localization by selective arterial stimulation and venous sampling.

Reversible microbial colonization of germ-free mice reveals the dynamics of IgA immune responses

The lower intestine of adult mammals is densely colonized with nonpathogenic (commensal) microbes. Gut bacteria induce protective immune responses, which ensure host-microbial mutualism. The continuous presence of commensal intestinal bacteria has made it difficult to study mucosal immune dynamics. Here, we report a reversible germ-free colonization system in mice that is independent of diet or antibiotic manipulation. A slow (more than 14 days) onset of a long-lived (half-life over 16 weeks), highly specific anticommensal immunoglobulin A (IgA) response in germ-free mice was observed. Ongoing commensal exposure in colonized mice rapidly abrogated this response. Sequential doses lacked a classical prime-boost effect seen in systemic vaccination, but specific IgA induction occurred as a stepwise response to current bacterial exposure, such that the antibody repertoire matched the existing commensal content.

On the terminal homologation of physiologically active peptides as a means of increasing stability in human serum--neurotensin, opiorphin, B27-KK10 epitope, NPY

The terminal homologation by CH(2) insertion into the peptides mentioned in the title is described. This involves replacement of the N-terminal amino acid residue by a β(2) - and of the C-terminal amino acid residue by a β(3) -homo-amino acid moiety (β(2) hXaa and β(3) hXaa, resp.; Fig. 1). In this way, the structure of the peptide chain from the N-terminal to the C-terminal stereogenic center is identical, and the modified peptide is protected against cleavage by exopeptidases (Figs. 2 and 3). Neurotensin (NT; 1) and its C-terminal fragment NT(8-13) are ligands of the G-protein-coupled receptors (GPCR) NT1, NT2, NT3, and NT analogs are promising tools to be used in cancer diagnostics and therapy. The affinities of homologated NT analogs, 2b-2e, for NT1 and NT2 receptors were determined by using cell homogenates and tumor tissues (Table 1); in the latter experiments, the affinities for the NT1 receptor are more or less the same as those of NT (0.5-1.3 vs. 0.6 nM). At the same time, one of the homologated NT analogs, 2c, survives in human plasma for 7 days at 37° (Fig. 6). An NMR analysis of NT(8-13) (Tables 2 and 4, and Fig. 8) reveals that this N-terminal NT fragment folds to a turn in CD(3) OH. - In the case of the human analgesic opiorphin (3a), a pentapeptide, and of the HIV-derived B27-KK10 (4a), a decapeptide, terminal homologation (→3b and 4b, resp.) led to a 7- and 70-fold half-life increase in plasma (Fig. 9). With N-terminally homologated NPY, 5c, we were not able to determine serum stability; the peptide consisting of 36 amino acid residues is subject to cleavage by endopetidases. Three of the homologated compounds, 2b, 2c, and 5c, were shown to be agonists (Fig. 7 and 11). A comparison of terminal homologation with other stability-increasing terminal modifications of peptides is performed (Fig. 5), and possible applications of the neurotensin analogs, described herein, are discussed.

Alpha- versus beta-particle radiopeptide therapy in a human prostate cancer model (213Bi-DOTA-PESIN and 213Bi-AMBA versus 177Lu-DOTA-PESIN)

Recurrent prostate cancer presents a challenge to conventional treatment, particularly so to address micrometastatic and small-volume disease. Use of α-radionuclide therapy is considered as a highly effective treatment in such applications due to the shorter range and exquisite cytotoxicity of α-particles as compared with β-particles. (213)Bi is considered an α-emitter with high clinical potential, due to its short half-life (45.6 minutes) being well matched for use in peptide-receptor radionuclide α-therapy; however, there is limited knowledge available within this context of use. In this study, two novel (213)Bi-labeled peptides, DOTA-PEG(4)-bombesin (DOTA-PESIN) and DO3A-CH(2)CO-8-aminooctanoyl-Q-W-A-V-G-H-L-M-NH(2) (AMBA), were compared with (177)Lu (β-emitter)-labeled DOTA-PESIN in a human androgen-independent prostate carcinoma xenograft model (PC-3 tumor). Animals were injected with (177)Lu-DOTA-PESIN, (213)Bi-DOTA-PESIN, or (213)Bi-AMBA to determine the maximum tolerated dose (MTD), biodistribution, and dosimetry of each agent; controls were left untreated or were given nonradioactive (175)Lu-DOTA-PESIN. The MTD of (213)Bi-DOTA-PESIN and (213)Bi-AMBA was 25 MBq (0.68 mCi) whereas (177)Lu-DOTA-PESIN showed an MTD of 112 MBq (3 mCi). At these dose levels, (213)Bi-DOTA-PESIN and (213)Bi-AMBA were significantly more effective than (177)Lu-DOTA-PESIN. At the same time, (177)Lu-DOTA-PESIN showed minimal, (213)Bi-DOTA-PESIN slight, and (213)Bi-AMBA marked kidney damage 20 to 30 weeks posttreatment. These preclinical data indicate that α-therapy with (213)Bi-DOTA-PESIN or (213)Bi-AMBA is more efficacious than β-therapy. Furthermore, (213)Bi-DOTA-PESIN has a better safety profile than (213)Bi-AMBA, and represents a possible new approach for use in peptide-receptor radionuclide α-therapy treating recurrent prostate cancer.

An ONIOM Study of the Bergman Reaction: A Computationally Efficient and Accurate Method for Modeling the Enediyne Anticancer Antibiotics

The Bergman cyclization of large polycyclic enediyne systems that mimic the cores of the enediyne anticancer antibiotics was studied using the ONIOM hybrid method. Tests on small enediynes show that ONIOM can accurately match experimental data. The effect of the triggering reaction in the natural products is investigated, and we support the argument that it is strain effects that lower the cyclization barrier. The barrier for the triggered molecule is very low, leading to a reasonable half-life at biological temperatures. No evidence is found that would suggest a concerted cyclization/H-atom abstraction mechanism is necessary for DNA cleavage.

Dihydropyrimidine dehydrogenase gene as a major predictor of severe 5-fluorouracil toxicity

The importance of polymorphisms in the dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) gene (DPYD) for the prediction of severe toxicity in 5-fluorouracil (5-FU) based chemotherapy has been controversially debated. As a key enzyme in the catabolism of 5-FU, DPD is the top candidate for pharmacogenetic studies on 5-FU toxicity, since a reduced DPD activity is thought to result in an increased half-life of the drug, and thus, an increased risk of toxicity. Here, we review the current knowledge on well-known and frequently studied DPYD variants such as the c.1905+1G>A splice site variant, as well as the recent discoveries of important functional variation in the noncoding regions of DPYD. We also outline future directions that are needed to further improve the risk assessment of 5-FU toxicity, in particular with respect to metabolic profiling and in the context of different combination therapeutic regimens, in which 5-FU is used today.

The low-energy β− and electron emitter 161Tb as an alternative to 177Lu for targeted radionuclide therapy

The low-energy β− emitter 161Tb is very similar to 177Lu with respect to half-life, beta energy and chemical properties. However, 161Tb also emits a significant amount of conversion and Auger electrons. Greater therapeutic effect can therefore be expected in comparison to 177Lu. It also emits low-energy photons that are useful for gamma camera imaging. The 160Gd(n,γ)161Gd→161Tb production route was used to produce 161Tb by neutron irradiation of massive 160Gd targets (up to 40 mg) in nuclear reactors. A semiautomated procedure based on cation exchange chromatography was developed and applied to isolate no carrier added (n.c.a.) 161Tb from the bulk of the 160Gd target and from its stable decay product 161Dy. 161Tb was used for radiolabeling DOTA-Tyr3-octreotate; the radiolabeling profile was compared to the commercially available n.c.a. 177Lu. A 161Tb Derenzo phantom was imaged using a small-animal single-photon emission computed tomography camera. Up to 15 GBq of 161Tb was produced by long-term irradiation of Gd targets. Using a cation exchange resin, we obtained 80%–90% of the available 161Tb with high specific activity, radionuclide and chemical purity and in quantities sufficient for therapeutic applications. The 161Tb obtained was of the quality required to prepare 161Tb–DOTA-Tyr3-octreotate. We were able to produce 161Tb in n.c.a. form by irradiating highly enriched 160Gd targets; it can be obtained in the quantity and quality required for the preparation of 161Tb-labeled therapeutic agents.

Pharmacokinetics and pharmacodynamic effects of meloxicam in piglets subjected to a kaolin inflammation model

The pharmacokinetics and the analgesic, anti-inflammatory and antipyretic effects of meloxicam were investigated in a placebo controlled study in 2-week-old piglets. Inflammation was induced by a subcutaneous injection of kaolin in the left metacarpus, and 16 h later, meloxicam (0.6 mg/kg) or saline was administered intramuscularly. The absorption half-life was relatively short (0.19 h) and the elimination half-life was 2.6 h. Mechanical nociceptive threshold testing was used to evaluate the analgesic effect, but no significant effect of the meloxicam treatment was found. The skin temperature of the inflamed area increased after the kaolin injection, but no significant decrease in temperature was found after administration of meloxicam. Only limited pyresis was observed after the kaolin injection, and no significant antipyretic effect of meloxicam was found. The results indicated that this dose of meloxicam had very limited anti-inflammatory and analgesic effects in piglets.

Suitability of low-dosage oxytocin treatment to induce milk ejection in dairy cows

Chronic use of high oxytocin (OT) dosages can cause a reduced response to endogenous OT. In this study the OT dosages used in the milking practice of 82 dairy cow farms were recorded. The OT dosages per cow used were high, especially when injected i.m. (23+/-2 IU) compared with i.v. (7+/-1 IU). In addition, the minimum OT dosages needed to obtain normal milk removal in cows with disturbed milk ejection were investigated. Seventeen cows routinely treated with OT during milking (group T) and 17 cows without previous OT treatment were used (group C). After cessation of spontaneous milk flow, both T and C groups were injected i.v. with a low dosage of OT (0.2 or 0.5 IU/cow). The time from injection until cessation of the OT-induced milk flow was recorded (response phase). The response phase and the amounts of removed milk by effect of the OT injection increased with increasing OT dosage. Values for 0.2 and 0.5 IU/cow of OT injected i.v. were (response phase and amount of milk removed) 198+/-27 and 302+/-18s and 3.4+/-0.7 kg and 6.5+/-1.3 kg, respectively, for the C group, and 157+/-15 and 221+/-16s and 3.2+/-0.5 and 5.5+/-1.0 kg, respectively, for the T group. Within 20 min of the OT injection, plasma concentrations returned to basal levels. The threshold OT concentration at cessation of milk flow after injection of 0.2 or 0.5 IU/cow of OT was calculated based on the OT plasma half-life. The threshold increased with increasing dosages of OT and was higher in group T (8+/-1 and 14+/-1 pg/mL for 0.2 and 0.5 IU/cow, respectively) than in group C (7+/-1 and 11+/-1 pg/mL for 0.2 and 0.5 IU/cow, respectively). In conclusion, desensitization of the udder toward OT occurs when the udder is exposed to elevated OT plasma concentrations, both short-term during the actual milking and long-term due to chronic high-dosage OT treatment. However, low-dosage OT treatments to induce normal milk removal can minimize the observed side effects.

Differences in milk production, glucose metabolism, and carcass composition of 2 Charolais x Holstein F2 families derived from reciprocal paternal and maternal grandsire crosses

Two F(2) Charolais x German Holstein families comprising full and half sibs share identical but reciprocal paternal and maternal Charolais grandfathers differ in milk production. We hypothesized that differences in milk production were related to differences in nutritional partitioning revealed by glucose metabolism and carcass composition. In 18F(2) cows originating from mating Charolais bulls to German Holstein cows and a following intercross of the F(1) individuals (n=9 each for family Ab and Ba; capital letters indicate the paternal and lowercase letter the maternal grandsire), glucose tolerance tests were performed at 10 d before calving and 30 and 93 d in milk (DIM) during second lactation. Glucose half-time as well as areas under the concentration curve for plasma glucose and insulin were calculated. At 94 DIM cows were infused intravenously with 18.3 micromol of d-[U-(13)C(6)]glucose/kg(0.75) of BW, and blood samples were taken to measure rate of glucose appearance and glucose oxidation as well as plasma concentrations of metabolites and hormones. Cows were slaughtered at 100 DIM and carcass size and composition was evaluated. Liver samples were taken to measure glycogen and fat content, gene expression levels, and enzyme activities of pyruvate carboxylase, phosphoenolpyruvate carboxykinase, and glucose 6-phosphatase as well as gene expression of glucose transporter 2. Milk yield was higher and milk protein content at 30 DIM was lower in Ba than in Ab cows. Glucose half-life was higher but insulin secretion after glucose challenge was lower in Ba than in Ab cows. Cows of Ab showed higher glucose oxidation, and plasma concentrations at 94 DIM were lower for glucose and insulin, whereas beta-hydroxybutyrate was higher in Ba cows. Hepatic gene expression of pyruvate carboxylase, glucose 6-phosphatase, and glucose transporter 2 were higher whereas phosphoenolpyruvate carboxykinase activities were lower in Ba than in Ab cows. Carcass weight as well as fat content of the carcass were higher in Ab than in Ba cows, whereas mammary gland mass was lower in Ab than in Ba cows. Fat classification indicated leaner carcass composition in Ba than in Ab cows. In conclusion, the 2 families showed remarkable differences in milk production that were accompanied by changes in glucose metabolism and body composition, indicating capacity for milk production as main metabolic driving force. Sex chromosomal effects provide an important regulatory mechanism for milk performance and nutrient partitioning that requires further investigation.