Synthesis, spectroscopic characterization, photochemical and photophysical properties and biological activities of ruthenium complexes with mono- and bi-dentate histamine ligand

The monodentate cis-[Ru(phen)(2)(hist)(2)](2+) 1R and the bidentate cis-[Ru(phen)(2)(hist)](2+) 2A complexes were prepared and characterized using spectroscopic (H-1, (H-1-H-1) COSY and (H-1-C-13) HSQC NMR, UV-vis, luminescence) techniques. The complexes presented absorption and emission in the visible region, as well as a tri-exponential emission decay. The complexes are soluble in aqueous and non-aqueous solution with solubility in a buffer solution of pH 7.4 of 1.14 x 10(-3) mol L-1 for (1R + 2A) and 6.43 x 10(-4) mol L-1 for 2A and lipophilicity measured in an aqueous-octanol solution of -1.14 and -0.96, respectively. Photolysis in the visible region in CH3CN converted the starting complexes into cis-[Ru(phen)(2)(CH3CN)(2)](2+). Histamine photorelease was also observed in pure water and in the presence of BSA (1.0 x 10(-6) mol L-1). The bidentate coordination of the histamine to the ruthenium center in relation to the monodentate coordination increased the photosubstitution quantum yield by a factor of 3. Pharmacological studies showed that the complexes present a moderate inhibition of AChE with an IC50 of 21 mu mol L-1 (referred to risvagtini, IC50 181 mu mol L-1 and galantamine IC50 0.006 mu mol L-1) with no appreciable cytotoxicity toward to the HeLa cells (50% cell viability at 925 mu mol L-1). Cell uptake of the complexes into HeLa cells was detected by fluorescence confocal microscopy. Overall, the observation of a luminescent complex that penetrates the cell wall and has low cytotoxicity, but is reactive photochemically, releasing histamine when irradiated with visible light, are interesting features for application of these complexes as phototherapeutic agents.

Long-lasting Hypotensive Effect in Renal Hypertensive Rats Induced by Nitric Oxide Released From a Ruthenium Complex

In this study, we investigated the effect of the ruthenium complex [Ru(terpy)(bdq)NO+](3+) (TERPY) on the arterial pressure from renal hypertensive 2 kidney-1 clip (2K-1C) rats, which was compared with sodium nitroprusside (SNP). The most interesting finding was that the intravenous bolus injection of TERPY (2.5, 5.0, 7 mg/kg) had a dose-dependent hypotensive effect only in 2K-1C rats. On the other hand, SNP (35 and 70 mu g/kg) presented a similar hypotensive effect in both normotensive (2K) and 2K-1C although the effect of 70 mu g/kg was >35 mu g/kg. The injection of the nonselective NO-synthase inhibitor N-omega-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) increased the arterial pressure in 2K and 2K-1C rats with a similar magnitude. After infusion of L-NAME, the hypotensive effect induced by TERPY and SNP was potentiated in both 2K and in 2K-1C rats. The administration of the superoxide scavenger 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl increased the hypotensive effect induced by TERPY or SNP in both 2K and 2K-1C rats. The hypotensive effect induced by TERPY was longer than that produced by SNP. Taken together, our results show that the TERPY has a long-lasting hypotensive effect, which has a dose dependence and higher magnitude in 2K-1C compared with in 2K rats. In comparison with SNP, TERPY is less potent in inducing arterial pressure fall, but it presents a much longer hypotensive effect.

Solid electrolytes for electrochromic devices based on reversible metal electrodeposition

Air conditioning and lighting costs can be reduced substantially by changing the optical properties of "intelligent windows." The electrochromic devices studied to date have used copper as an additive. Copper, used here as an electrochromic material, was dissolved in an aqueous animal protein-derived gel electrolyte. This combination constitutes the electrochromic system for reversible electrodeposition. Cyclic voltammetry, chronoamperometric and chromogenic analyses indicated that were obtained good conditions of transparency (initial transmittance of 70%), optical reversibility, small potential window (2.1 V), variation of transmittance in visible light (63.6%) and near infrared (20%) spectral regions. Permanence in the darkened state was achieved by maintaining a lower pulse potential (-0.16 V) than the deposition potential (-1.0 V). Increasing the number of deposition and dissolution cycles favored the transmittance and photoelectrochemical reversibility of the device. The conductivity of the electrolyte (10(-3) S/cm) at several concentrations of CuCl2 was determined by electrochemical impedance spectroscopy. A thermogravimetric analysis confirmed the good thermal stability of the electrolyte, since the mass loss detected up to 100 degrees C corresponded to water evaporation and decomposition of the gel started only at 200 degrees C. Micrographic and small angle X-ray scattering analyses indicated the formation of a persistent deposit of copper particles on the ITO. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dental Pulp Vascular Permeability Changes Induced by Dental Bleaching

Aiming to compare the effect of different light sources for dental bleaching on vascular permeability of dental pulps, forty-eight incisors were used. The bleaching agent (35% hydrogen peroxide) was activated by halogen light; LED (Light Emitting Diode) or LED, followed by laser phototherapy (LPT) (lambda = 780 nm; 3 J/cm(2)). After the bleaching procedures, the animals received an intra-arterial dye injection and one hour later were sacrificed. The teeth were diaphanized and photographed. The amount of blue stain content of each dental pulp was quantified using a computer imaging program. The data was statistically compared (p <= 0.05). The results showed a significant higher (p <= 0.01) dye content in the groups bleached with halogen light, compared with the control, LED and LED plus LPT groups. Thus, tooth bleaching activated by LED or LED plus LPT induces lesser resulted in increased vascular permeability than halogen light.

Microhardness of a dental restorative composite resin containing nanoparticles polymerized with argon ion laser

The objective of this study was to compare the microhardness of two resin composites (microhybrid and nanoparticles). Light activation was performed with argon ion laser 1.56J (L) and halogen light 2.6J (H) was used as control. Measurements were taken on the irradiated surfaces and those opposite them, at thicknesses of 1, 2 and 3 mm. To evaluate the quality of polymerization, the percentages of maximum hardness were calculated (PMH). For statistical analysis the ANOVA and Tukey tests were used (p <= 0.05). To microhybrid was shown that the hardness with laser was inferior to the hardness achieved with halogen light, for both the 1 mm and 2 mm. The nanoparticles polymerized with laser, presented lower hardness even on the irradiated surface, than the same surface light activated with halogen light. The microhybrid attained a minimum PMH of 80% up to the thickness of 2 mm with halogen light, and with laser, only up to 1 mm. The nanoparticles attained a minimum PMH of 80% up to 3 mm thickness with halogen light and with laser this minimum was not obtained at any thickness. Based on these results, it could be concluded that light activation with argon ion laser is contra-indicated for the studied nanoparticles. Published by Elsevier GmbH.

Photoprotection and the Photophysics of Acylated Anthocyanins

The proposed role of anthocyanins in protecting plants against excess solar radiation is consistent with the occurrence of ultrafast (525 ps) excited-state proton transfer as the major de-excitation pathway of these molecules. However, because natural anthocyanins absorb mainly in the visible region of the spectra, with only a narrow absorption band in the UV-B region, this highly efficient deactivation mechanism would essentially only protect the plant from visible light. On the other hand, ground-state charge-transfer complexes of anthocyanins with naturally occurring electron-donor co-pigments, such as hydroxylated flavones, flavonoids, and hydroxycinnamic or benzoic acids, do exhibit high UV-B absorptivities that complement that of the anthocyanins. In this work, we report a comparative study of the photophysics of the naturally occurring anthocyanin cyanin, intermolecular cyanincoumaric acid complexes, and an acylated anthocyanin, that is, cyanin with a pendant coumaric ester co-pigment. Both inter- and intramolecular anthocyaninco-pigment complexes are shown to have ultrafast energy dissipation pathways comparable to those of model flavylium cationco-pigment complexes. However, from the standpoint of photoprotection, the results indicate that the covalent attachment of co-pigment molecules to the anthocyanin represents a much more efficient strategy by providing the plant with significant UV-B absorption capacity and at the same time coupling this absorption to efficient energy dissipation pathways (ultrafast internal conversion of the complexed form and fast energy transfer from the excited co-pigment to the anthocyanin followed by adiabatic proton transfer) that avoid net photochemical damage.

Photo-activated phase separation in giant vesicles made from different lipid mixtures

Using giant unilamellar vesicles (GUVs) made from POPC. DPPC, cholesterol and a small amount of a porphyrin-based photosensitizer that we name PE-porph, we investigated the response of the lipid bilayer under visible light, focusing in the formation of domains during the lipid oxidation induced by singlet oxygen. This reactive species is generated by light excitation of PE-porf in the vicinity of the membrane, and thus promotes formation of hydroperoxides when unsaturated lipids and cholesterol are present. Using optical microscopy we determined the lipid compositions under which GUVs initially in the homogeneous phase displayed Lo-Ld phase separation following irradiation. Such an effect is attributed to the in situ formation of both hydroperoxized POPC and cholesterol. The boundary line separating homogeneous Lo phase and phase coexistence regions in the phase diagram is displaced vertically towards the higher cholesterol content in respect to ternary diagram of POPC:DPPC:cholesterol mixtures in the absence of oxidized species. Phase separated domains emerge from sub-micrometer initial sizes to evolve over hours into large Lo-Ld domains completely separated in the lipid membrane. This study provides not only a new tool to explore the kinetics of domain formation in mixtures of lipid membranes, but may also have implications in biological signaling of redox misbalance. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Theoretical Study of the Absorption Spectra of Photosynthetic Pigments

The first stage of the photosynthetic process is the extraordinary efficiency of sunlight absorption in the visible region [1]. This region corresponds to the maximum of the spectral radiance of the solar emission. The efficient absorption of visible light is one of the most important characteristics of photosynthetic pigments. In chlorophylls, for example, the absorptions are seen as a strong absorption in the region 400-450 nm in connection with other absorptions with small intensities in the region of 500-600 nm. This work aims at understanding the essential features of the absorption spectrum of photosynthetic pigments, in line with several theoretical studies in the literature [2, 3]. The absorption spectra were calculated for H2-Porphyrin, Mg-Porphyrin, and Zn-Porphyrin, and for H2-Phthalocyanine and Mg-Phthalocyanine with and without the four peripheral eugenol substituents. The geometries were optimized using the B3LYP/6-31+G(d) theoretical model. For the calculation of the absorption spectra different TD-DFT calculations were performed (B3LYP, CAM-B3LYP, O3LYP, M06-2X and BP86) along with CIS (D). For the spectra the basis set 6-311++G (d, p) was used for porphyrins and 6-31+G (d) was used for the other systems. At this stage the solvent effects were considered using the simplified continuum model (PCM). First a comparison between the results using the different methods was made. For the porphyrins the best results compared to experiment (both in position and intensities) are obtained with M06-2X and CIS (D). We also analyze the compatibility of the four-orbital model of Gouterman [4] that states that transitions could be well described by the HOMO-1, HOMO, LUMO, and LUMO+1 molecular orbitals. Our results for H2-Porphyrin shows an agreement with other theoretical results and experimental data [5]. For the phthalocyanines (including the four peripheral eugenol substituents) the results are also in good agreement compared with the experimental results given in ref [6]. Finally, the results show that the inclusion of solvent eÆects gives corrections for the spectral shift in the correct direction but numerically small. References [1] R.E. Blankenship; “Molecular Mechanisms of Photosynthesis", Blackwell Science (2002). [2] P. Jaramillo, K. Coutinho, B.J.C. Cabral and S. Canuto; Chem. Phys. Lett., 516, 250(2011). [3] L. Petit, A. Quartarolo, C. Adamo and N. Russo; J. Phys. Chem. B, 110, 2398(2006). [4] M. J. Gouterman; Mol. Spectr., 6, 138(1961). [5] M. Palummo, C. Hogan, F. Sottile, P. Bagal∂a and A. Rubio; J. Chem. Phys., 131, 084102(2009). [6] E. Agar, S. Sasmaz and A. Agar; Turk. J. Chem., 23, 131(1999).

Safety assessment of oral photodynamic therapy in rats

Photodynamic therapy (PDT) is based on the synergism of a photosensitive drug (a photosensitizer) and visible light to destroy target cells (e.g., malignant, premalignant, or bacterial cells). The aim of this study was to investigate the response of normal rat tongue mucosa to PDT following the topical application of hematoporphyrin derivative (Photogem®), Photodithazine®, methylene blue (MB), and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles loaded with MB. One hundred and thirty three rats were randomly divided in various groups: the PDT groups were treated with the photosensitizers for 10 min followed by exposure to red light. Those in control groups received neither photosensitizer nor light, and they were subjected to light exposure alone or to photosensitizer alone. Fluorescent signals were obtained from tongue tissue immediately after the topical application of photosensitizers and 24 h following PDT. Histological changes were evaluated at baseline and at 1, 3, 7, and 15 days post-PDT treatment. Fluorescence was detected immediately after the application of the photosensitizers, but not 24 h following PDT. Histology revealed intact mucosa in all experimental groups at all evaluation time points. The results suggest that there is a therapeutic window where PDT with Photogem®, Photodithazine®, MB, and MB-loaded PLGA nanoparticles could safely target oral pathogenic bacteria without damaging normal oral tissue.

Flugzeuggestützte Messungen des atmosphärischen Aerosols

Flugzeuggestützte Messungen des atmosphärischen Aerosols: Saharastaub, stratosphärisches Hintergrundaerosol und nichtsichtbare Wolken in den Tropen Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden flugzeuggestütze Messungen des atmosphärischen Aerosols durchgeführt. Das hierfür eingesetzten Meßinstrument (FSSP-300) mißt die Intensität des von einzelnen Aerosolpartikeln in Vorwärtsrichtung gestreuten Lichts. Der Meßbereich umfaßt Partikeldurchmesser von ca. 0,4 µm bis 20 µm. Das FSSP-300 wurde auf mehreren Flugzeugen eingesetzt, u. a. auch erstmals auf dem russischen Höhenforschungsflugzeug Geophysika. Bei der Meßkampagen ACE-2 wurden im Juli 1997 von Teneriffa aus zwei Schichten windgetragenen Sahara-Staubes beobachtet. Die tiefere Schicht reichte bis in 1500 m Höhe, die höhere Schicht bis in 6000 m bei einer Schichtdicke von über 3000 m. In einer Analyse der Wetterlage und von Rückwärtstrajektorien wird der Ursprung des Staubes dargestellt. Die mit dem FSSP-300 gemessenen Größenverteilungen werden durch Messungen anderer Partikel-Meßinstrumente ergänzt und mit Literaturdaten verglichen. Im Rahmen der Untersuchung des stratosphärischen Aerosols wurden Messungen aus zwei Perioden ohne vulkanischen Einfluß und aus der Zeit nach dem Ausbruch des Vulkans Pinatubo verglichen. Die beiden Perioden reinen Hintergrundaerosols lagen mit über fünf Jahren eine vergleichbare Zeitspanne nach großen Vulkanausbrüchen. Die Analyse der Aerosolmessungen umfaßt den zeitlichen Verlauf der Gesamtkonzentration als auch den Vergleich von Größenverteilungen aus den verschiedenen Perioden. Bei den Flügen über dem Indischen Ozean während der Meßkampagne APE-THESEO auf den Seychellen wurden verschiedene Schichten von Cirren im Bereich des Ausläufers eines Cumulonimbus und direkt an der Tropopause beobachtet. Letztere und auch einige Bereiche der ersteren waren nichtsichtbar, d. h. hatten eine optische Dicke von weniger als 0,03 im sichtbaren Licht. Die Partikelmessungen werden auch im Kontext der Ergebnisse anderer Meßinstrumente und einer meteorologischen Analyse der Wettersituation betrachtet. Die gemessenen Größenverteilungen sind eine wichtige Ergänzung der wenigen früheren Veröffentlichungen zu diesem Thema.

Einfluss von oxidativem Stress auf die DNA-Reparatur in Säugerzellen

Gegenstand dieser Arbeit war es, das Zusammenspiel zwischen DNA-Reparatur und zellulärem anitoxidativen Abwehrsystem in Melanomzellen und gesunden Hautfibroblasten näher zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die dominierenden DNA-Läsionen im Falle einer Bestrahlung mit sichtbarem Licht (400 – 800 nm) Fpg-sensitive Läsionen, zu denen die Basenmodifikation 7,8-Dihydro-8-oxoguanin (8-oxoG) gehört, und im Falle der UVA-Bestrahlung Cyclobutan-Pyrimidindimere (CPDs) sind. Sowohl Melanomzellen als auch Hautfibroblasten waren problemlos in der Lage, die durch sichtbares Licht und UVA-Strahlung induzierten oxidativen DNA-Modifikationen zu reparieren. Jedoch reagierten Melanomzellen in einer adaptiven Antwort mit einer Erhöhung ihres Glutathion-Gehalts auf ein Maximum (nach circa 10 - 14 h) nach Bestrahlung mit sichtbarem Licht, wohingegen die Hautfibroblasten einen massiven Einbruch direkt nach Bestrahlung und eine extrem lange Erholungsphase über 48 h aufzuweisen hatten. Die darauffolgende Untersuchung der DNA-Reparaturkapazität der Zellen unter Bedingungen von oxidativem Stress mit vorangegangener Depletion intrazellulären Glutathions zeigten eine dramatische, nahezu vollständige Hemmung der Reparatur durch UVA- bzw. Sonnenlicht-induzierter Fpg-sensitiver DNA-Modifikationen (8-oxoG) - sowohl in Melanomzellen als auch in Hautfibroblasten. Dieser Effekt ließ sich durch den Zusatz von Dithiothreitol (DTT), nach erfolgter Bestrahlung der Glutathion-depletierten Zellen, wieder komplett revertieren. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass an der Reparatur ein redoxempfindliches Protein oder zellulärer Cofaktor beteiligt sein muß. Zudem konnte durch Untersuchungen der Nukleotidexzisionsreparatur (NER) und der Einzelstrangbruchreparatur nach dem gleichen Versuchsdesign gezeigt werden, dass es sich hierbei sehr wahrscheinlich um einen für die Basenexzisionsreparatur (BER) von 7,8-dihydro-8-oxo-guanine (8-oxoG) exklusiven Effekt handelte. Zwei der wichtigsten Reparaturproteine der BER, nämlich hOGG1 und APE1, wurden anschließend auf ihre Funktionsfähigkeit hin untersucht, da es naheliegend war, dass der Reparaturhemmung ein Funktionsverlust eines dieser beiden Enzyme zugrunde liegen könnte. Im Falle des APE1-Proteins konnte dies ausgeschlossen werden, da mit Hilfe der Alkalischen Elution die volle Funktionsfähigkeit für die Reparatur von AP-Läsionen nachgewiesen werden konnte. Interessanterweise zeigte aber das hOGG1-Protein eine zwischen der dritten und vierten Stunde nach Bestrahlung Glutathion-depletierter Zellen stark abfallende Aktivität der 8-oxoG-Glykosylasefunktion. Die Western-Blot-Analyse ergab allerdings keinen Hinweis auf eine Proteinoxidation von hOGG1. Möglicherweise wird nicht hOGG1 selbst, wohl aber ein anderes, für eine konzertierte Abfolge der einzelnen Reparaturschritte entscheidend notwendiges Protein innerhalb der Zelle durch ROS leicht oxidiert. In jedem Fall bleibt festzustellen, dass Glutathion eine wichtige Aufgabe hinsichtlich einer voll funktionsfähigen Basenexzisionreparatur zuzukommen scheint. Die Ergebnisse unterstreichen die mögliche Bedeutung von oxidativem Stress für die Entstehung von Krebs durch Sonnenlicht, insbesondere durch UVA, da die durch die Strahlung (und eventuell auftretende Entzündung) gebildeten ROS nicht nur DNA-Schäden induzieren, sondern auch ihre Reparatur verhindern können.

New functionalized ligands for luminescent metal complexes: from design to applications

The synthesis of luminescent metal complexes is a very challenging task since they can be regarded as the starting point for a lot of different areas. Luminescent complexes, in fact, can be used for technological, industrial, medical and biological applications. During my PhD I worked with different metals having distinguishing intrinsic properties that make them different from each other and, in particular, more or less suitable for the different possible uses. Iridium complexes show the best photophysical properties: they have high quantum yields, very long lifetimes and possess easily tunable emissions throughout the visible range. On the other hand, Iridium is very expensive and scarcely available. The aim of my work concerning this metal was, therefore, to synthesize ligands able not only to form luminescent complexes, but also able to add functionalities to the final complex, increasing its properties, and therefore its possible practical uses. Since Re(I) derivatives have been reported to be suitable as probes in biological system, and the use of Re(I) reduces the costs, the synthesized bifunctional ligands containing a pyridine-triazole and a biotin unit were employed to obtain new Re(I) luminescent probes. Part of my work involved the design and synthesis of new ligands able to form stable complexes with Eu(III) and Ce(III) salts, in order to obtain an emission in the range of visible light: these two metals are quite cheap and relatively non-toxic compared to other heavy metals. Finally, I plan to synthesize organic derivatives that already possessed an emission thanks to the presence of other many chromophoric groups and can be able to link the Zinc (II), a low cost and especially non-toxic “green” metal. Zinc has not its own emission, but when it sticks to ligands, it increases their photophysical properties.

Nanomechanical and phononic properties of structured soft materials

Significant interest in nanotechnology, is stimulated by the fact that materials exhibit qualitative changes of properties when their dimensions approach ”finite-sizes”. Quantization of electronic, optical and acoustic energies at the nanoscale provides novel functions, with interests spanning from electronics and photonics to biology. The present dissertation involves the application of Brillouin light scattering (BLS) to quantify and utilize material displacementsrnfor probing phononics and elastic properties of structured systems with dimensions comparable to the wavelength of visible light. The interplay of wave propagation with materials exhibiting spatial inhomogeneities at sub-micron length scales provides information not only about elastic properties but also about structural organization at those length scales. In addition the vector nature of q allows, for addressing the directional dependence of thermomechanical properties. To meet this goal, one-dimensional confined nanostructures and a biological system possessing high hierarchical organization were investigated. These applications extend the capabilities of BLS from a characterization tool for thin films to a method for unravelingrnintriguing phononic properties in more complex systems.

Einfluss von Chromatin-Modulatoren auf Bildung, Reparatur und Mutagenität von DNA-Schäden

Die Entstehung von Mutationen, und somit der erste Schritt der Kanzerogenese, steht in engem Zusammenhang mit der Effektivität der DNA-Reparatur. Werden zur Fehlpaarung neigende (prämutagene) DNA-Schäden, wie z.B. die oxidative Läsion 8-oxoG, zu langsam oder auch fehlerhaft repariert, so führt dies zwangsläufig zu einer Erhöhung der Mutationsrate. Das Zusammenspiel zwischen Schadensentstehung und dessen Reparatur ist somit von großem Interesse. Ein wichtiger Faktor, der dieses Gleichgewicht beeinflussen könnte, ist die Chromatinstruktur, die entscheidend ist für die DNA-Zugänglichkeit.rnrnDie Frage, ob und in welchem Ausmaß der globale Kondensationsgrad des Chromatins die Entstehung und Reparatur von DNA-Schäden und damit die Entstehung von Mutationen beeinflusst, war der Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit. Um die Chromatinstruktur zu modulieren, wurden zum einen Resveratrol, zum anderen die HDAC-Inhibitoren Natriumbutyrat und Trichostatin A eingesetzt. Resveratrol führt, möglicherweise über eine SIRT1-Aktivierung, zu einem kondensierten und schlecht zugänglichen Chromatin. Die HDAC-Inhibitoren hingegen resultieren durch verstärkte Acetylierung von Histonen in einer global dekondensierten, offenen Chromatinstruktur. Mit Hilfe des Photosensibilisators Ro19-8022 in Kombination mit sichtbarem Licht, UV-B-Strahlung und Wasserstoffperoxid wurden in so veränderten Zellen verschiedene Arten von DNA-Schäden induziert, welche jeweils spezifisch sind für unterschiedliche Reparaturwege. Das Ausmaß induzierter Läsionen sowie deren Reparatur wurde mittels Alkalischer Elution und entsprechenden Reparaturendonukleasen bestimmt. rnrnDie Ergebnisse zeigen eine durch Resveratrol unbeeinflusste Schadensinduktion, andererseits jedoch eine deutliche Verlangsamung der Reparatur verschiedener Arten von DNA-Läsionen (oxidative Läsionen, Cyclobutanpyrimidindimere, Einzelstrangbrüche) und somit auch verschiedener Reparaturwege in AS52-Zellen. Die HDAC-Inhibitoren hingegen verursachen ein erhöhtes Ausmaß induzierter Läsionen, jedoch keine Änderung der Reparaturgeschwindigkeit. Die Entstehung spontaner und induzierter Mutationen zeigt sich durch Resveratrol unbeeinflusst, HDAC-Inhibitoren resultieren in signifikant erniedrigten Mutationsraten in AS52-Zellen. Letzterer Effekt ist durch die beobachteten Einflüsse auf Reparatur und Suszeptibilität in den Zellen nicht erklärbar und bedarf einer mechanistischen Aufklärung. Die durch Resveratrol beobachtete Reparatur-Retardierung wurde mechanistisch weiter untersucht. Durch Inhibierung von SIRT1, einer durch Resveratrol aktivierten Deacetylase, konnte dessen Beteiligung an der Reparaturverlangsamung ausgeschlossen werden. Auch eine Beteiligung von oxidativem Stress, dem MAPK-Signalweg (ERK 1/2, p38) oder p53 konnte ausgeschlossen werden. Die Durchführung der Reparaturversuche mit menschlichen HeLa-Zellen zeigten, dass die durch Resveratrol verursachten Effekte quantitativ stark zelltypabhängig sind. Während die Reparatur in HeLa-Zellen deutlich weniger beeinflusst wird, sind dennoch andere Parameter wie Proliferation und Glutathionspiegel eher stärker verändert wie in AS52-Zellen. Der Mechanismus der durch Resveratrol verursachten Reparaturhemmung bedarf somit weiterer Untersuchungen.rn

Design of multifunctional magnetic nanomaterials for biomedical applications

Diese Arbeit ist ein Beitrag zu den schnell wachsenden Forschungsgebieten der Nano-Biotechnologie und Nanomedizin. Sie behandelt die spezifische Gestaltung magnetischer Nanomaterialien für verschiedene biomedizinische Anwendungsgebiete, wie beispielsweise Kontrastmittel für die magnetische Resonanztomographie (MRT) oder "theragnostische" Agenzien für simultane optische/MR Detektion und Behandlung mittels photodynamischer Therapie (PDT).rnEine Vielzahl magnetischer Nanopartikel (NP) mit unterschiedlichsten magnetischen Eigenschaften wurden im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert und erschöpfend charakterisiert. Darüber hinaus wurde eine ganze Reihe von Oberflächenmodifizierungsstrategien entwickelt, um sowohl die kolloidale als auch die chemische Stabilität der Partikel zu verbessern, und dadurch den hohen Anforderungen der in vitro und in vivo Applikation gerecht zu werden. Diese Strategien beinhalteten nicht nur die Verwendung bi-funktionaler und multifunktioneller Polymerliganden, sondern auch die Kondensation geeigneter Silanverbindungen, um eine robuste, chemisch inerte und hydrophile Siliziumdioxid- (SiO2) Schale um die magnetischen NP auszubilden.rnGenauer gesagt, der Bildungsmechanismus und die magnetischen Eigenschaften monodisperser MnO NPs wurden ausgiebig untersucht. Aufgrund ihres einzigartigen magnetischen Verhaltens eignen sich diese NPs besonders als (positive) Kontrastmittel zur Verkürzung der longitudinalen Relaxationszeit T1, was zu einer Aufhellung im entsprechenden MRT-Bild führt. Tatsächlich wurde dieses kontrastverbessernde Potential in mehreren Studien mit unterschiedlichen Oberflächenliganden bestätigt. Au@MnO „Nanoblumen“, auf der anderen Seite, sind Vertreter einer weiteren Klasse von Nanomaterialien, die in den vergangenen Jahren erhebliches Interesse in der wissenschaftlichen Welt geweckt hat und oft „Nano-hetero-Materialien“ genannt wird. Solche Nano-hetero-partikel vereinen die individuellen physikalischen und chemischen Eigenschaften der jeweiligen Komponenten in einem nanopartikulärem System und erhöhen dadurch die Vielseitigkeit der möglichen Anwendungen. Sowohl die magnetischen Merkmale von MnO, als auch die optischen Eigenschaften von Au bieten die Möglichkeit, diese „Nanoblumen“ für die kombinierte MRT und optische Bildgebung zu verwenden. Darüber hinaus erlaubt das Vorliegen zweier chemisch unterschiedlicher Oberflächen die gleichzeitige selektive Anbindung von Katecholliganden (auf MnO) und Thiolliganden (auf Au). Außerdem wurde das therapeutische Potential von magnetischen NPs anhand von MnO NPs demonstriert, die mit dem Photosensibilisator Protoporhyrin IX (PP) funktionalisiert waren. Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht initiiert PP die Produktion von zytotoxisch-reaktivem Sauerstoff. Wir zeigen, dass Nierenkrebszellen, die mit PP-funktionalisierten MnO NPs inkubiert wurden nach Bestrahlung mit Laserlicht verenden, während sie ohne Bestrahlung unverändert bleiben. In einem ähnlichen Experiment untersuchten wir die Eigenschaften von SiO2 beschichteten MnO NPs. Dafür wurde eigens eine neuartige SiO2-Beschichtungsmethode entwickelt, die einer nachfolgende weitere Anbindung verschiedenster Liganden und die Einlagerung von Fluoreszenzfarbstoffen durch herkömmliche Silan- Sol-Gel Chemie erlaubt. Die Partikel zeigten eine ausgezeichnete Stabilität in einer ganzen Reihe wässriger Lösungen, darunter auch physiologische Kochsalzlösung, Pufferlösungen und humanes Blutserum, und waren weniger anfällig gegenüber Mn-Ionenauswaschung als einfache PEGylierte MnO NPs. Des Weiteren konnte bewiesen werden, dass die dünne SiO2 Schicht nur einen geringen Einfluss auf das magnetische Verhalten der NPs hatte, so dass sie weiterhin als T1-Kontrastmittel verwendet werden können. Schließlich konnten zusätzlich FePt@MnO NPs hergestellt werden, welche die individuellen magnetischen Merkmale eines ferromagnetischen (FePt) und eines antiferromagnetischen (MnO) Materials vereinen. Wir zeigen, dass wir die jeweiligen Partikelgrößen, und damit das resultierende magnetische Verhalten, durch Veränderung der experimentellen Parameter variieren können. Die magnetische Wechselwirkung zwischen beiden Materialien kann dabei auf Spinkommunikation an der Grenzfläche zwischen beiden NP-Sorten zurückgeführt werden.rn