Co-nanoencapsulation of magnetic nanoparticles and selol for breast tumor treatment: in vitro evaluation of cytotoxicity and magnetohyperthermia efficacy

Antitumor activities have been described in selol, a hydrophobic mixture of molecules containing selenium in their structure, and also in maghemite magnetic nanoparticles (MNPs). Both selol and MNPs were co-encapsulated within poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanocapsules for therapeutic purposes. The PLGA-nanocapsules loaded with MNPs and selol were labeled MSE-NC and characterized by transmission and scanning electron microscopy, electrophoretic mobility, photon correlation spectroscopy, presenting a monodisperse profile, and positive charge. The antitumor effect of MSE-NC was evaluated using normal (MCF-10A) and neoplastic (4T1 and MCF-7) breast cell lines. Nanocapsules containing only MNPs or selol were used as control. MTT assay showed that the cytotoxicity induced by MSE-NC was dose and time dependent. Normal cells were less affected than tumor cells. Cell death occurred mainly by apoptosis. Further exposure of MSE-NC treated neoplastic breast cells to an alternating magnetic field increased the antitumor effect of MSE-NC. It was concluded that selol-loaded magnetic PLGA-nanocapsules (MSE-NC) represent an effective magnetic material platform to promote magnetohyperthermia and thus a potential system for antitumor therapy.

Schistosoma mansoni: In vitro schistosomicidal activity and tegumental alterations induced by piplartine on schistosomula

Schistosomiasis is one of the most important parasitic infections in humans that occur in many tropical and subtropical countries. Currently, the control of schistosomiasis rests with a single drug, praziquantel, which is effective against adult worms but not the larval stages. Recent studies have shown that piplartine, an amide isolated from plants of the genus Piper (Piperaceae), reveals interesting antischistosomal properties against Schistosoma mansoni adult worms. Here, we report the in vitro antischistosomal activity of piplartine on S. mansoni schistosomula of different ages (3 h old and 1, 3, 5, and 7 days old), and examine alterations on the tegumental surface of worms by means of confocal laser scanning microscopy. Piplartine at a concentration of 7.5 mu M caused the death of all schistosomula within 120 h. The lethal effect occurred in a dose-dependent manner and was also dependent on the age of the parasite. Microscopy observation revealed extensive tegumental destruction, including blebbing, granularity, and a shorter body length. This report provides the first evidence that piplartine is able to kill schistosomula of different ages and reinforce that piplartine is a promising compound that could be used for the development of new schistosomicidal agent. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

The In Vitro and In Vivo Antitumour Activities of Nitrosyl Ruthenium Amine Complexes

Ruthenium compounds of the type trans-[Ru(NO)(NH3)(4)(L)] X-3, L = N-heterocyclic ligands, P(OEt)(3), SO32-, X BF4- or PF6-, or [Ru(NO)Hedta], were tested for antitumour activity in vitro against murine melanoma and human tumour cells. The ruthenium complexes induced DNA fragmentation and morphological alterations suggestive of necrotic tumour cell death. The calculated IC50 values were lower than 100 mu M. Complexes for which L = isn or imN were partially effective in vivo in a syngeneic model of murine melanoma B16F10, increasing animal survival. In addition, the same ruthenium complexes effectively inhibited angiogenesis of HUVEC cells in vitro. The results suggest that these nitrosyl complexes are a promising platform to be explored for the development of novel antitumour agents.

Synthesis and characterization of a diruthenium(II,III)-ketoprofen compound and study of the in vitro effects on CRC cells in comparison to the naproxen and ibuprofen derivatives

A new diruthenium(II,III) complex, of formula [Ru2Cl(ket)(4)], Ruket, containing the non-steroidal anti-inflammatory drug ketoprofen was synthesized and mainly characterized by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS), UV-Vis-IR electronic spectroscopy and FTIR and Raman vibrational spectroscopies. The four drug-carboxylato bridging ligands stabilize a Ru-2(II,III) mixed valent core in a paddlewheel type structure as confirmed by ESI mass spectra, electronic and vibrational spectroscopies and magnetic measurements. Ruket and the analogous compounds containing ibuprofen, Ruibp, and naproxen, Runpx, were tested for the biological effects in the human colon carcinoma cells HT-29 and Caco-2 expressing high and low levels of COX-2 respectively. All compounds only weakly affected the proliferation of the colorectal cancer cells HT-29 and Caco-2, and similarly only partially inhibited the production/activity of MMP-2 and MMP-9 by HT-29 cells, suggesting that COX-2 inhibition by these drugs can only partially be involved in the pharmacological effects of these derivatives. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Biomimetic in vitro oxidation of lapachol: A model to predict and analyse the in vivo phase I metabolism of bioactive compounds

The bioactive naphtoquinone lapachol was studied in vitro by a biomimetic model with Jacobsen catalyst (manganese(III) salen) and iodosylbenzene as oxidizing agent. Eleven oxidation derivatives were thus identified and two competitive oxidation pathways postulated. Similar to Mn(III) porphyrins, Jacobsen catalyst mainly induced the formation of para-naphtoquinone derivatives of lapachol, but also of two ortho-derivatives. The oxidation products were used to develop a GC MS (SIM mode) method for the identification of potential phase I metabolites in vivo. Plasma analysis of Wistar rats orally administered with lapachol revealed two metabolites, alpha-lapachone and dehydro-alpha-lapachone. Hence, the biomimetic model with a manganese salen complex has evidenced its use as a valuable tool to predict and elucidate the in vivo phase I metabolism of lapachol and possibly also of other bioactive natural compounds. (C) 2012 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

In vitro activity of extracts and isolated polyphenols from West African medicinal plants against Plasmodium falciparum

The aim of the study was to screen 11 selected traditional medicinal plants from West Africa for their in vitro antiplasmodial activity in order to determine the activity of single and of combination of plant extracts and to examine the activity of isolated pure compounds. Ethanolic and aqueous extracts of the 11 selected plants and pure compounds from Phyllanthus muellerianus and Anogeissus leiocarpus were tested in vitro against Plasmodium falciparum 3D7. Proliferation inhibitory effects were monitored after 48 h. Among the plants and pure compounds investigated in this study, geraniin from P. muellerianus, ellagic, gentisic, and gallic acids from A. leiocarpus, and extracts from A. leiocarpus, P. muellerianus and combination of A. leiocarpus with P. muellerianus affected the proliferation of P. falciparum most potently. Significant inhibitory activity was observed in combination of A. leiocarpus with P. muellerianus (IC50 = 10.8 mu g/ml), in combination of A. leiocarpus with Khaya senegalensis (IC50 = 12.5 mu g/ml), ellagic acid (IC50 = 2.88 mu M), and geraniin (IC50 = 11.74 mu M). In general growth inhibition was concentration-dependent revealing IC50 values ranging between 10.8 and -40.1 mu g/ml and 2.88 and 11.74 mu M for plant extracts and pure substances respectively. Comparison with literature sources of in vivo and in vitro toxicity data revealed that thresholds are up to two times higher than the determined IC50 values. Thus, the present study suggests that geraniin from P. muellerianus; ellagic acid, gallic acid, and gentisic acid from A. leiocarpus; and combination of extracts from A. leiocarpus with either P. muellerianus or K. senegalensis could be a potential option for malaria treatment.

Engineering Active Pharmaceutical Ingredients by Spray Drying: Effects on Physical Properties and In Vitro Dissolution

Active pharmaceutical ingredients have very strict quality requirements; minor changes in the physical and chemical properties of pharmaceuticals can adversely affect the dissolution rate and therefore the bioavailability of a given drug. Accordingly, the aim of the present study was to investigate the effect of spray drying on the physical and in vitro dissolution properties of four different active pharmaceutical ingredients, namely carbamazepine, indomethacin, piroxicam, and nifedipine. Each drug was dispersed in a solution of ethanol and water (70:30) and subjected to single-step spray drying using similar operational conditions. A complete characterization of the spray-dried drugs was performed via differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffraction (XRPD), particle size distribution analysis, solubility analysis, and an in vitro dissolution study. The results from the thermal analysis and X-ray diffraction showed that, except for carbamazepine, no chemical modifications occurred as a result of spray drying. Moreover, the particle size distribution of all the spray-dried drugs significantly decreased. In addition, SEM images showed that most of the particles had an irregular shape. There was no significant improvement in the solubility of the spray-dried drugs compared with the unprocessed compounds; however, in general, the dissolution rates of the spray-dried drugs showed a remarkable improvement over their non-spray-dried counterparts. Therefore, the results from this study demonstrate that a single spray-drying step may lead to changes in the physical properties and dissolution characteristics of drugs and thus improve their therapeutic action.

Stratum corneum lipids liposomes for the topical delivery of 5-aminolevulinic acid in photodynamic therapy of skin cancer: preparation and in vitro permeation study

Abstract Background Photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid (5-ALA) is a skin cancer therapy that still has limitations due to the low penetration of this drug into the skin. We have proposed in this work a delivery system for 5-ALA based on liposomes having lipid composition similar to the mammalian stratum corneum (SCLLs) in order to optimize its skin delivery in Photodynamic Therapy (PDT) of skin cancers. Methods SCLLs were obtained by reverse phase evaporation technique and size distribution of the vesicles was determinated by photon correlation spectroscopy. In vitro permeation profile was characterized using hairless mouse skin mounted in modified Franz diffusion cell. Results Size exclusion chromatography on gel filtration confirmed vesicle formation. SCLLs obtained by presented a degree of encapsulation of 5-ALA around 5.7%. A distribution of vesicle size centering at around 500 nm and 400 nm respectively for SCLLs and SCLLs containing 5-ALA was found. In vitro 5-ALA permeation study showed that SCLLs preparations presented higher skin retention significantly (p < 0.05) on the epidermis without SC + dermis, with a decreasing of skin permeation compared to aqueous solution. Conclusions The in vitro delivery performance provided by SCLLs lead to consider this systems adequate for the 5-ALA-PDT of skin cancer, since SCLLs have delivered 5-ALA to the target skin layers (viable epidermis + dermis) to be treated by topical PDT of skin cancer.

Cationic nanoparticles for delivery of amphotericin B: preparation, characterization and activity in vitro

Abstract Background Particulate systems are well known to be able to deliver drugs with high efficiency and fewer adverse side effects, possibly by endocytosis of the drug carriers. On the other hand, cationic compounds and assemblies exhibit a general antimicrobial action. In this work, cationic nanoparticles built from drug, cationic lipid and polyelectrolytes are shown to be excellent and active carriers of amphotericin B against C. albicans. Results Assemblies of amphotericin B and cationic lipid at extreme drug to lipid molar ratios were wrapped by polyelectrolytes forming cationic nanoparticles of high colloid stability and fungicidal activity against Candida albicans. Experimental strategy involved dynamic light scattering for particle sizing, zeta-potential analysis, colloid stability, determination of AmB aggregation state by optical spectra and determination of activity against Candida albicans in vitro from cfu countings. Conclusion Novel and effective cationic particles delivered amphotericin B to C. albicans in vitro with optimal efficiency seldom achieved from drug, cationic lipid or cationic polyelectrolyte in separate. The multiple assembly of antibiotic, cationic lipid and cationic polyelctrolyte, consecutively nanostructured in each particle produced a strategical and effective attack against the fungus cells.

Neuroprotective activity of guanosine in an in vitro model of Alzheimer's disease

The β-Amyloid (βA) peptide is the major component of senile plaques that are one of the hallmarks of Alzheimer’s Disease (AD). It is well recognized that Aβ exists in multiple assembly states, such as soluble oligomers or insoluble fibrils, which affect neuronal viability and may contribute to disease progression. In particular, common βA-neurotoxic mechanisms are Ca2+ dyshomeostasis, reactive oxygen species (ROS) formation, altered signaling, mitochondrial dysfunction and neuronal death such as necrosis and apoptosis. Recent study shows that the ubiquitin-proteasome pathway play a crucial role in the degradation of short-lived and regulatory proteins that are important in a variety of basic and pathological cellular processes including apoptosis. Guanosine (Guo) is a purine nucleoside present extracellularly in brain that shows a spectrum of biological activities, both under physiological and pathological conditions. Recently it has become recognized that both neurons and glia also release guanine-based purines. However, the role of Guo in AD is still not well established. In this study, we investigated the machanism basis of neuroprotective effects of GUO against Aβ peptide-induced toxicity in neuronal (SH-SY5Y), in terms of mitochondrial dysfunction and translocation of phosphatidylserine (PS), a marker of apoptosis, using MTT and Annexin-V assay, respectively. In particular, treatment of SH-SY5Y cells with GUO (12,5-75 μM) in presence of monomeric βA25-35 (neurotoxic core of Aβ), oligomeric and fibrillar βA1-42 peptides showed a strong dose-dependent inhibitory effects on βA-induced toxic events. The maximum inhibition of mitochondrial function loss and PS translocation was observed with 75 μM of Guo. Subsequently, to investigate whether neuroprotection of Guo can be ascribed to its ability to modulate proteasome activity levels, we used lactacystin, a specific inhibitor of proteasome. We found that the antiapoptotic effects of Guo were completely abolished by lactacystin. To rule out the possibility that this effects resulted from an increase in proteasome activity by Guo, the chymotrypsin-like activity was assessed employing the fluorogenic substrate Z-LLL-AMC. The treatment of SH-SY5Y with Guo (75 μM for 0-6 h) induced a strong increase, in a time-dependent manner, of proteasome activity. In parallel, no increase of ubiquitinated protein levels was observed at similar experimental conditions adopted. We then evaluated an involvement of anti and pro-apoptotic proteins such as Bcl-2, Bad and Bax by western blot analysis. Interestingly, Bax levels decreased after 2 h treatment of SH-SY5Y with Guo. Taken together, these results demonstrate that Guo neuroprotective effects against βA-induced apoptosis are mediated, at least partly, via proteasome activation. In particular, these findings suggest a novel neuroprotective pathway mediated by Guo, which involves a rapid degradation of pro-apoptotic proteins by the proteasome. In conclusion, the present data, raise the possibility that Guo could be used as an agent for the treatment of AD.

Etablierung einer Ko-Kultur von Alveolarepithel und mikrovaskulärem Endothel als in-vitro-Modell einer humanen respiratorischen Einheit

Ziel der Promotionsarbeit war die Etablierung einer humanen respiratorischen Einheit in vitro zur Untersuchung von Wirkmechanismen einer akuten Lungenschädigung. Als Ko-Kulturmodell wurde eine Kultur humaner Alveoloarepithelzellen vom Typ II (A549, NCI H441, primäre hATII Zellen) mit mikrovaskulären Endothelzellen (ISO-HAS-1, primäre HPMEC) auf den beiden Seiten einer mikroporösen Filtermembran (Bilayer) gewählt. Ein differenzierter Monolayer von NCI H441 konnte in Bilayer-Ko-Kultur mit ISO-HAS-1 oder HPMEC durch die Zugabe von Dexamethason (1 µM) unter Verwendung eines serumhaltigen Mediums induziert werden. Dabei wurde eine von Tag 10 bis Tag 12 phänotypisch stabile Ko-Kultur mit TER-Werten um 500 Ohm x cm2 erhalten. Im Hinblick auf die Freisetzung von IL-8 und MCP-1 und die fehlende Freisetzung von RANTES nach Stimulation waren NCI H441 den hATII Zellen ähnlicher als die häufig als hATII-analog eingesetzte Zell-Linie A549, die RANTES freisetzte. Außerdem bildeten A549 trotz zahlreicher Variatione

Untersuchung der DNA-bindenden Eigenschaften neuer Nukleobasen-gekoppelter Pyrrolcarboxamide, Combilexine und Hetaren[a]carbazol-Derivate: Validierung und Etablierung von in-vitro- und in-silico-Methoden

Da maligne Neoplasien durch Mutationen in Proto-Onko- und/oder Tumorsuppressorgenen ausgelöst werden, stellt die DNA eines der wichtigsten Targets für die Entwicklung neuer Zytostatika dar. Auch bei den im Arbeitskreis Pindur designten und synthetisier-ten Verbindungen der Nukleobasen-gekoppelten Pyrrolcarboxamid-, der Hetaren[a]carbazol- und der Combilexin-Reihe handelt es sich um DNA-Liganden mit potentiell antitumoraktiven Eigenschaf-ten. Die einen dualen Bindemodus aufweisenden Combilexine bestehen aus einem Interkalator (u. a. Naphthalimid, Acridon), der über einen Linker variabler Kettenlänge mit einer rinnenbin-denden, von Netropsin abgeleiteten Bispyrrol-, oder einer bioisosteren Imidazol-, Thiazol- oder Thiophen-pyrrolcarboxamid-struktur verknüpft ist. Das N-terminale Ende der Combilexine wird von einer N,N-Dimethylaminopropyl- oder -ethyl-Seitenkette gebildet. Die DNA-Affinitäten der Liganden wurden mittels Tm-Wert-Messung-en bestimmt. Diese Denaturierungsexperimente wurden sowohl mit poly(dAdT)2- als auch mit Thymus-DNA (~42% GC-Anteil) durchge-führt, um Aussagen zur Stärke und zur Sequenzselektivität der DNA-Bindung machen zu können. Des Weiteren wurden die Bindekon-stanten einiger ausgewählter Vertreter mit Hilfe des Ethidium-bromid-Verdrängungsassays ermittelt; einige Testverbindungen wurden zudem auf potentiell vorhandene, TOPO I-inhibierende Eigenschaften untersucht. Diese biochemischen und biophysika-lischen Tests wurden durch Molecular Modelling-Studien ergänzt, die die Berechnung von molekularen Eigenschaften, die Durch-führung von Konformerenanalysen und die Simulation von DNA-Ligand-Komplexen (Docking) umfassten. Durch Korrelation der in vitro-Befunde mit den in silico-Daten gelang es, vor allem für die Substanzklasse der Combilexine einige richtungweisende Struktur-Wirkungsbeziehungen aufzustellen. So konnte gezeigt werden, dass die Einführung eines Imidazol-Rings in die rinnen-bindende Hetaren-pyrrolcarboxamid-Struktur der Combilexine aufgrund der H-Brücken-Akzeptor-Funktion des sp2-hybridisierten N-Atoms eine Verschiebung der Sequenzselektivität der DNA-Bindung von AT- zu GC-reichen Arealen der DNA bedingt. Zudem erwies sich ein C3-Linker für die Verknüpfung des Naphthalimids mit dem rinnenbindenden Strukturelement als am besten geeignet, während bei den Acridon-Derivaten die Verbindungen mit einem N-terminalen Buttersäure-Linker die höchste DNA-Affinität aufwiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich auf die im Vergleich zum Naphthalimid-Molekül geringere y-Achsen-Ausdehnung (bzgl. eines x/y-Koordinatensystems) des Acridons zurückzuführen. Die ermittelten Struktur-Wirkungsbeziehungen können dazu herangezogen werden, das rationale Design neuer DNA-Liganden mit potentiell stärkerer DNA-Bindung zu optimieren.

Microglial involvement in brain physiopathology: in vitro studies using rat primary cultures

Microglial involvement in neurological disorders is well-established, being microglial activation not only associated with neurotoxic consequences, but also with neuroprotective effects. The studies presented here, based on microglia rat primary cell cultures and mainly on microglial conditioned medium (MCM), show insights into the mechanism of Superoxide dismutase 1 (SOD1) and Apolipoprotein E (ApoE) secretion by microglia as well as their neuroprotective effect towards primary cerebellar granule neurons (CGNs) exposed to the dopaminergic toxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA). SOD1 and ApoE are released respectively through non-classical lysosomal or the classical ER/Golgi-mediated secretion pathway. Microglial conditioned medium, in which SOD1 and ApoE accumulated, protected CGNs from degeneration and these effects were replicated when exogenous SOD1 or ApoE was added to a non-conditioned medium. SOD1 neuroprotective action was mediated by increased cell calcium from an external source. ApoE release is negatively affected by microglia activation, both with lipopolysaccharide (LPS) and Benzoylbenzoyl-ATP (Bz-ATP) but is stimulated by neuronal-conditioned medium as well as in microglia-neurons co-culture conditions. This neuronal-stimulated microglial ApoE release is differently regulated by activation states (i.e. LPS vs ATP) and by 6-hydroxydopamine-induced neurodegeneration. In co-culture conditions, microglial ApoE release is essential for neuroprotection, since microglial ApoE silencing through siRNA abrogated protection of cerebellar granule neurons against 6-OHDA toxicity. Therefore, these molecules could represent a target for manipulation aimed at promoting neuroprotection in brain diseases. Considering a pathological context, and the microglial ability to adopt a neuroprotective or neurotoxic profile, we characterize the microglial M1/M2 phenotype in transgenic rats (McGill-R-Thy1-APP) which reproduce extensively the Alzheimer’s-like amyloid pathology. Here, for the first time, cortical, hippocampal and cerebellar microglia of wild type and transgenic adult rats were compared, at both early and advanced stages of the pathology. In view of possible therapeutic translations, these findings are relevant to test microglial neuroprotection, in animal models of neurodegenerative diseases.

Generierung und Charakterisierung von in-vitro- und in- vivo-Modellsystemen zur Untersuchung des Skelettsystems

Die Entstehung und Aufrechterhaltung von Knorpel- und Knochengewebe wird durch eine Vielzahl von hemmenden oder fördernden Faktoren hoch komplex reguliert, wobei die dabei involvierten physiologischen Prozesse bisher nur teilweise verstanden werden. Auch die Ursachen sowohl degenerativer Erkrankungen, aber auch durch Mutationen im FGFR3-Gen verursachter Chondrodysplasien sind in ihrer Ätiopathogenese noch nicht vollständig erforscht. In dieser Arbeit wurden verschiedene experimentelle Ansätze verfolgt, die zur weiteren Aufklärung der Pathophysiologie zweier unterschiedlicher Skeletterkrankungen beitragen sollten.rnEin relevantes Charakteristikum der degenerativen Gelenkserkrankung Osteoarthrose ist der Verlust an Aggrekan, hauptverantwortlich verursacht durch die Aggrekanase ADAMTS5. Es wurde ein Tiermodell generiert, bei dem gezielt mittels des Tet-ON-Systems die Aggrekanase mAdamts-5 überexprimiert werden kann. Nach Konstruktherstellung und Generierung als auch Charakterisierung des in vitro-Modells wurde das Tiermodell hergestellt, um die Folgen der Überexpression im Hinblick auf einen verstärkten Aggrekanabbau im Knorpel der Mäuse zu analysieren. Nach initialer Charakterisierung auf Induzierbarkeit zeigte eine Gründerlinie eine induzierbare transgene mAdamts5-Expression. Die Überprüfung auf Knorpelspezifität zeigte, sowohl embryonal als auch im adulten Tier, dass sich der verwendete, zusammengesetzte Kollagen-Typ II Promotor wie der endogene verhielt und somit funktional war. Nach Doxyzyklininduktion wurde bei der optimalen Dosis von 1 mg/ml im Vergleich zum induzierten Wildtyp-Tier eine 15%ige Abnahme des Gesamt-Glykosamino-glykan(GAG)-Gehaltes und eine um 120% erhöhte GAG-Abgabe ins Medium detektiert, was eine verstärkte Spaltung von Aggrekan bedeutete. Die transgene Aggrekanase wurde überexprimiert und spaltete verstärkt Aggrekan. Da aufgrund der histologischen Untersuchungen jedoch keine Knorpelerosionen feststellbar waren, konnte im Umkehrschluss gefolgert werden, dass der Knorpel einen Verlust an Glykosaminoglykanen bis zu einer gewissen Grenze tolerieren kann. Mit dem generierten und charakterisierten Tiermodell konnte mit dem Verlust an GAG eine Osteoarthrose-ähnliche Situation simuliert werden, insbesondere im Hinblick auf frühe Stadien der Erkrankung, bei denen noch keine makroskopisch eindeutig sichtbare Knorpelerosionen vorliegen. rnIm zweiten Teil der Arbeit wurden Zellkulturexperimente zur weiteren Aufklärung FGFR3-regulierter Prozesse durchgeführt. Nach Generierung und Verifizierung der stabilen Zelllinien, die mittels des Tet-ON-Systems das FGFR3-Gen mit jeweils einer Chondrodysplasie-assoziierten Mutation (Achondroplasie-Mutation G380R, Thanatophore Dysplasie Typ II-Mutation K650E) induzierbar überexprimieren, wurden die Auswirkungen der zwei verschiedenen Mutationen anhand bereits beschriebener Signalwege untersucht. Über die Rekrutierung des ERK-Signalweges konnte bei beiden Zelllinien die Funktionalität nachgewiesen werden, wobei die Zelllinie mit der einen schwereren Phänotyp beim Menschen verursachenden TDII-Mutation eine stärkere Aktivierung zeigte. Bei der Aktivierung von STAT1 wies nur die TDII-Zelllinie eine Phosphorylierung auf, nicht jedoch die ACH-Zelllinie; dies deckte sich mit bereits publizierten Untersuchungen. Beide Kaskaden zeigten eine unterschiedliche Signalantwort aufgrund der verschiedenen Mutationen. Des Weiteren konnte eine unterschiedliche MMP13-Zielgenexpression nachgewiesen werden, wobei lediglich die ACH-Zelllinie eine erhöhte MMP13-Expression (6-fach) zeigte. Zur Identifizierung neuer involvierter FGFR3-Zielgene wurde die differentielle Genexpression der TDII-Zelllinie im Vergleich induziert/nicht induziert mittels Microarray-Hybridisierung untersucht. Als interessantes Zielgen fiel STC1 auf, welches ebenfalls eine Rolle in der Chondrogenese spielt und bislang nicht mit FGFR3 in Verbindung gebracht wurde. Es konnte jedoch nur auf RNA-Ebene eine Regulation nachgewiesen werden. Nachfolgend durchgeführte transiente Experimente zeigten, dass die Wildtyp-Variante von FGFR3 möglicherweise eine Funktion in der Sekretion des Proteins STC1 hat und dass durch die beiden eingefügten Mutationen (ACH, TDII) diese aufgehoben ist. Der Einfluss von FGFR3 auf die Sekretion von STC1 stellt ein neues Ergebnis dar, insbesondere auch die Auswirkungen der beiden für die unterschiedlichen Krankheitsbilder stehenden Mutationen. Welche Relevanz allerdings die STC1-Sekretion im Rahmen FGFR3-assoziierter Erkrankungen hat, kann nicht eindeutig beurteilt werden. Weitere Faktoren aus dem hoch komplexen Zusammenspiel während der Knorpel/Knochenentwicklung müssen untersucht werden, um eine definitive Einordnung zu ermöglichen.

Serumfreie Collagen-Monolayer- und Sandwich-Kulturen primärer Hepatozyten als ein wertvolles Modell zur Detektion von Toxizität und Arzneimittelwechselwirkungen in vitro

In dieser Arbeit wurden Zellkulturen primärer Hepatozyten von Ratte und Mensch hinsichtlich ihrer Eignung untersucht Speziesunterschiede der toxischen Wirkung und des Metabolismus von Substanzen darzustellen und inwieweit die in vitro-Ergebnisse in vivo vergleichbar bzw. übertragbar sind. Des Weiteren wurde ein Zellkulturmodell entwickelt, das eine Kultivierung von primären Hepatozyten aus Ratte, Mensch und Maus über einen Zeitraum von mindestens einer bis zwei Wochen erlaubt.rnrnDie Zellkulturen primärer Hepatozyten von Ratte und Mensch zeigten deutliche Unterschiede in der substanzinduzierten Veränderung der Genexpression nach Behandlung mit den, vor allem für den Menschen, lebertoxischen Substanzen Diclofenac und Troglitazon. Diese Unterschiede traten hauptsächlich in der Induktion fremdstoffmetabolisierender Enzyme sowie deren transkriptionsregulierenden Kernrezeptoren in den humanen Hepatozyten auf. Ebenso war eine verstärkte Stressantwort zu beobachten.rnDeutliche Speziesunterschiede konnten ebenso in der Wirkung der Arzneimittelentwicklungssubstanz EMD 392949 auf die Aktivität bzw. Genexpression von Cytochrom P450 Enzymen sowie deren Regulatoren nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte hier eine sehr gute Übereinstimmung der Ergebnisse aus den Zellkulturen primärer Ratten- bzw. Humanhepatozyten mit jenen aus in vivo-Experimenten mit Ratten bzw. Affen (Macaca fascicularis) beobachtet werden, was die Aussagekraft der Primärkulturen verdeutlichte.rnDie große Übereinstimmung zwischen Enzymaktivität und Genexpression in der Induktion fremdstoffmetabolisierender Enzyme konnte durch die Behandlung mit einer Reihe speziesspezifischer Induktoren in Zellkulturen primärer Ratten- bzw. Humanhepatozyten bestätigt werden; vor allem nach dem von der amerikanischen Arzneimittelzulassungsbehörde (FDA, Food and Drug Administartion) vorgeschlagenen Bewertungsschema zur Untersuchung der CYP-Induktion.rnrnDie Lebensdauer sowie der Differenzierungsgrad von primären Hepatozyten in Kultur sind stark abhängig von den Zellkulturbedingungen. Durch diese Arbeit konnte gezeigt werden, dass spezifische Eigenschaften von Rattenleberzellen durch Kultivierung in einem Sandwich aus zwei hydratisierten Collagengelschichten und unter serumfreien Bedingungen für einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen aufrechterhalten werden können. Dieses Kulturmodel konnte auf Primärhepatozyten von Mensch und Maus übertragen werden und erweitert die möglichen Anwendungen hin zu einer Behandlung über einen längeren Zeitraum und der Untersuchung von subchronischen Effekten.rn