Aí eu era Antônio Brasil: contribuições de situações didáticas com conhecimentos históricos para a construção da identidade pessoal da criança na educação infantil

L'objectif de cette étude est de comprendre la relation entre les situations didactiques faisant appel aux connaissances historiques et la construction de l'identité personnelle pour les enfants dans l'éducation de la petite enfance. Sa question centrale se demande si les connaissances sont offrent des contributions à la construction de l'identité personnelle par les enfants de la petite enfance. Se distingue, lui aussi, entend contribuer à élargir le débat sur l'enseignement et l'apprentissage des thèmes historiques dans l'éducation des enfants, et permettre un dialogue avec d'autres enseignants dans cette étape de l'éducation. Ont été analysés par des principes théoriques et méthodologiques de qualité et a assumé les orientations méthodologiques de la recherche collaborative. Il a été constaté que la systématisation des situations didactiques impliquant la connaissance historique dans l'éducation de la petite enfance contribue à la construction de l'identité personnelle de l'enfant. Ceci, pour prendre possession de ces connaissances, ils recueillent des renseignements qui permet le plus large éventail de relations, afin de comparer les pratiques culturelles de son temps avec des pratiques à d'autres moments. Ainsi orientée, l'enfant cherche à raconter son histoire avec le thème historique à laquelle elle a eu accès, d'organiser et de construire des réponses des explications sur leur environnement et de lui-même. Tout cela montre à la réalisation que le processus d'internalisation des connaissances historiques de l'enfant est construit comme un sujet et, par conséquent, cette connaissance peut être conçu comme un médiateur dans la formation de l'identité personnelle

A Federação das Indústrias do Estado de São Paulo e as inflexões do capital na década de 1990

Pós-graduação em Ciências Sociais - FFC

Transcriptional regulation of human mu-opioid receptor gene: functional characterization of activating and inhibitory transcription factors

The organization of the nervous and immune systems is characterized by obvious differences and striking parallels. Both systems need to relay information across very short and very long distances. The nervous system communicates over both long and short ranges primarily by means of more or less hardwired intercellular connections, consisting of axons, dendrites, and synapses. Longrange communication in the immune system occurs mainly via the ordered and guided migration of immune cells and systemically acting soluble factors such as antibodies, cytokines, and chemokines. Its short-range communication either is mediated by locally acting soluble factors or transpires during direct cell–cell contact across specialized areas called “immunological synapses” (Kirschensteiner et al., 2003). These parallels in intercellular communication are complemented by a complex array of factors that induce cell growth and differentiation: these factors in the immune system are called cytokines; in the nervous system, they are called neurotrophic factors. Neither the cytokines nor the neurotrophic factors appear to be completely exclusive to either system (Neumann et al., 2002). In particular, mounting evidence indicates that some of the most potent members of the neurotrophin family, for example, nerve growth factor (NGF) and brainderived neurotrophic factor (BDNF), act on or are produced by immune cells (Kerschensteiner et al., 1999) There are, however, other neurotrophic factors, for example the insulin-like growth factor-1 (IGF-1), that can behave similarly (Kermer et al., 2000). These factors may allow the two systems to “cross-talk” and eventually may provide a molecular explanation for the reports that inflammation after central nervous system (CNS) injury has beneficial effects (Moalem et al., 1999). In order to shed some more light on such a cross-talk, therefore, transcription factors modulating mu-opioid receptor (MOPr) expression in neurons and immune cells are here investigated. More precisely, I focused my attention on IGF-I modulation of MOPr in neurons and T-cell receptor induction of MOPr expression in T-lymphocytes. Three different opioid receptors [mu (MOPr), delta (DOPr), and kappa (KOPr)] belonging to the G-protein coupled receptor super-family have been cloned. They are activated by structurallyrelated exogenous opioids or endogenous opioid peptides, and contribute to the regulation of several functions including pain transmission, respiration, cardiac and gastrointestinal functions, and immune response (Zollner and Stein 2007). MOPr is expressed mainly in the central nervous system where it regulates morphine-induced analgesia, tolerance and dependence (Mayer and Hollt 2006). Recently, induction of MOPr expression in different immune cells induced by cytokines has been reported (Kraus et al., 2001; Kraus et al., 2003). The human mu-opioid receptor gene (OPRM1) promoter is of the TATA-less type and has clusters of potential binding sites for different transcription factors (Law et al. 2004). Several studies, primarily focused on the upstream region of the OPRM1 promoter, have investigated transcriptional regulation of MOPr expression. Presently, however, it is still not completely clear how positive and negative transcription regulators cooperatively coordinate cellor tissue-specific transcription of the OPRM1 gene, and how specific growth factors influence its expression. IGF-I and its receptors are widely distributed throughout the nervous system during development, and their involvement in neurogenesis has been extensively investigated (Arsenijevic et al. 1998; van Golen and Feldman 2000). As previously mentioned, such neurotrophic factors can be also produced and/or act on immune cells (Kerschenseteiner et al., 2003). Most of the physiologic effects of IGF-I are mediated by the type I IGF surface receptor which, after ligand binding-induced autophosphorylation, associates with specific adaptor proteins and activates different second messengers (Bondy and Cheng 2004). These include: phosphatidylinositol 3-kinase, mitogen-activated protein kinase (Vincent and Feldman 2002; Di Toro et al. 2005) and members of the Janus kinase (JAK)/STAT3 signalling pathway (Zong et al. 2000; Yadav et al. 2005). REST plays a complex role in neuronal cells by differentially repressing target gene expression (Lunyak et al. 2004; Coulson 2005; Ballas and Mandel 2005). REST expression decreases during neurogenesis, but has been detected in the adult rat brain (Palm et al. 1998) and is up-regulated in response to global ischemia (Calderone et al. 2003) and induction of epilepsy (Spencer et al. 2006). Thus, the REST concentration seems to influence its function and the expression of neuronal genes, and may have different effects in embryonic and differentiated neurons (Su et al. 2004; Sun et al. 2005). In a previous study, REST was elevated during the early stages of neural induction by IGF-I in neuroblastoma cells. REST may contribute to the down-regulation of genes not yet required by the differentiation program, but its expression decreases after five days of treatment to allow for the acquisition of neural phenotypes. Di Toro et al. proposed a model in which the extent of neurite outgrowth in differentiating neuroblastoma cells was affected by the disappearance of REST (Di Toro et al. 2005). The human mu-opioid receptor gene (OPRM1) promoter contains a DNA sequence binding the repressor element 1 silencing transcription factor (REST) that is implicated in transcriptional repression. Therefore, in the fist part of this thesis, I investigated whether insulin-like growth factor I (IGF-I), which affects various aspects of neuronal induction and maturation, regulates OPRM1 transcription in neuronal cells in the context of the potential influence of REST. A series of OPRM1-luciferase promoter/reporter constructs were transfected into two neuronal cell models, neuroblastoma-derived SH-SY5Y cells and PC12 cells. In the former, endogenous levels of human mu-opioid receptor (hMOPr) mRNA were evaluated by real-time PCR. IGF-I upregulated OPRM1 transcription in: PC12 cells lacking REST, in SH-SY5Y cells transfected with constructs deficient in the REST DNA binding element, or when REST was down-regulated in retinoic acid-differentiated cells. IGF-I activates the signal transducer and activator of transcription-3 (STAT3) signaling pathway and this transcription factor, binding to the STAT1/3 DNA element located in the promoter, increases OPRM1 transcription. T-cell receptor (TCR) recognizes peptide antigens displayed in the context of the major histocompatibility complex (MHC) and gives rise to a potent as well as branched intracellular signalling that convert naïve T-cells in mature effectors, thus significantly contributing to the genesis of a specific immune response. In the second part of my work I exposed wild type Jurkat CD4+ T-cells to a mixture of CD3 and CD28 antigens in order to fully activate TCR and study whether its signalling influence OPRM1 expression. Results were that TCR engagement determined a significant induction of OPRM1 expression through the activation of transcription factors AP-1, NF-kB and NFAT. Eventually, I investigated MOPr turnover once it has been expressed on T-cells outer membrane. It turned out that DAMGO induced MOPr internalisation and recycling, whereas morphine did not. Overall, from the data collected in this thesis we can conclude that that a reduction in REST is a critical switch enabling IGF-I to up-regulate human MOPr, helping these findings clarify how human MOPr expression is regulated in neuronal cells, and that TCR engagement up-regulates OPRM1 transcription in T-cells. My results that neurotrophic factors a and TCR engagement, as well as it is reported for cytokines, seem to up-regulate OPRM1 in both neurons and immune cells suggest an important role for MOPr as a molecular bridge between neurons and immune cells; therefore, MOPr could play a key role in the cross-talk between immune system and nervous system and in particular in the balance between pro-inflammatory and pro-nociceptive stimuli and analgesic and neuroprotective effects.

Einfluss verschiedener nanopartikulärer Systeme auf die zelluläre Aufnahme und Zytotoxizität

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

Synthese und Charakterisierung von Polymer-Wirkstoff-Antikörper-Konjugaten zur Anwendung in der Krebsimmuntherapie

Polymere Wirkstoffsysteme gewinnen im Bereich der biomedizinischen Forschung immer größeres Interesse. Vielversprechende Systeme für die Entwicklung von neuartigen Krebs-immun¬therapien stellen insbesondere Polymer-Konjugate dar. Das ideale Polymer-Konjugat besitzt eine Größe zwischen 10 nm und 100 nm, ist nicht zytotoxisch und zeigt keine Aggregation in humanem Blutserum. In der vorliegenden Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung von Polymer-Wirkstoff-Konjugaten zur Anwendung in der Krebsimmuntherapie behandelt. Erstes Ziel der Arbeit war es, geeignete polymere Trägersysteme für die in vivo Anwendung zu finden. Hierzu wurde zunächst die Stabilität verschiedener potentieller polymerer Träger-systeme (Nanohydrogele, Succinyliertes-Poly-L-Lysin (Bürste), ELP-Bürsten und Poly(2-oxazolin)bürsten) in humanem Serum untersucht. Weiterhin wurde die unspezifische Zellaufnahme in murinen dendritischen Zellen (DCs) analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass vor allem neutrale bzw. zwitterionische Partikel eine hohe Serumstabilität sowie keine unspezifische Zellaufnahme zeigen. Um eine gezielte Adressierung der DCs des Immunsystems zu erreichen und dadurch eine Immunantwort gegenüber einem bestimmten Krebs Zelltyp zu induzieren, wurden Biokonjugate - auf Basis der Succinylierten-Poly-L-Lysin-(Bürste) sowie der Azid-funktionalisierten Poly(2-oxazolin)bürste (POx) – entwickelt, da diese Polymerbürsten keine bzw. kaum unspezifische Aufnahme in DCs zeigen. Hierbei diente der Antikörper aDEC205 der gezielten Adressierung von CD8+ DCs. Die weiteren bioaktiven Komponenten waren das tumorassoziierte Antigen (TAA) mit der Kernsequenz SIINFEKL zur Induktion einer spezifischen Immunantwort sowie der immunaktivierende TLR9 Ligand, CpG1826. Die Komponenten wurden nacheinander an die Fluoreszenz-markierten Polymere kon¬jugiert. Die Konjugation des Antikörpers erfolgte nach vorangegangener DIBO-Modifizierung über kupferfreie Click-Chemie. Mit einer optimierten Aufarbeitungsmethodik gelang es, aggregat-freie, unimere DIBO-modifizierte aDEC205 Antikörper zu isolieren. Für die succinylierten Poly-L-Lysine konnten keine eindeutigen sowie reproduzierbaren Ergebnisse erhalten werden, sodass sich im weiteren Verlauf der Arbeit auf die POx konzentriert wurde. Die Konjugation von aDEC205 an POx wurde mittels verschiedener physiko-chemischer Methoden (UV-VIS, SDS-PAGE, FCS, GPC, CLSM und FACS) gezeigt. Mit Hilfe von „Specific-Hybridization-Internalisation-Sensor“ Experimenten konnte eine spezifische Aufnahme des Konjugats in CD8+ DCs nachgewiesen werden. rnDie Konjugation von Antigen und CpG erfolgte ebenso nach entsprechender Modifizierung über kupferfreie Click-Chemie. SDS-PAGE, UV-VIS und FCS bestätigten eine erfolgreiche Kopplung. T-Zell-Proliferationsversuche ergaben für Antigen enthaltende Polymer-Konjugate eine CD8+ T-Zell-Aktivierung. Des Weiteren zeigten die POx keine bemerkenswerte Toxizität und deren Konjugate keine Aggregation in humanem Serum. rnrnDarüber hinaus wurde der Einfluss verschiedener Polymertopologien auf ihre Biodistribution sowie Blutzirkulation untersucht. Für die nach GPC-Fraktionierung erhaltenen verschiedenen Polymerfraktionen - hochmolekulare wurmartige Polymerbürsten, ellipsoidartige Polymer-bürsten und niedermolekulare kugelförmige Moleküle - konnten vielversprechende Ergebnisse erhalten werden.

[(99m)Tc]Demotate 2 in the detection of sst(2)-positive tumours: a preclinical comparison with [(111)In]DOTA-tate

PURPOSE: The aim of this study was to evaluate [(99m)Tc]Demotate 2 ([(99m)Tc-N(4) (0-1),Asp(0),Tyr(3)]octreotate) as a candidate for in vivo imaging of sst(2)-positive tumours and to compare it with [(111)In]DOTA-tate ([(111)In-DOTA(0),Tyr(3)]octreotate). METHODS: Labelling of Demotate 2 with (99m)Tc was performed at room temperature using SnCl(2) as reductant in the presence of citrate at alkaline pH. Radiochemical analysis involved ITLC and HPLC methods. Peptide conjugate affinities for sst(2) were determined by receptor autoradiography on rat brain cortex sections using [DOTA(0),(125)I-Tyr(3)]octreotate as the radioligand. The affinity profile of Demotate 2 for human sst(1)-sst(5) was studied by receptor autoradiography in cell preparations using the universal somatostatin radioligand [(125)I][Leu(8),(D: )Trp(22),Tyr(25)]somatostatin-28. The internalisation rates of [(99m)Tc]Demotate 2 and [(111)In]DOTA-tate were compared in sst(2)-positive and -negative control cell lines. Biodistribution of radiopeptides was studied in male Lewis rats bearing CA20948 tumours. RESULTS: Peptide conjugates showed selectivity and a high affinity binding for sst(2) (Demotate 2 IC(50)=3.2 nM and DOTA-tate IC(50)=5.4 nM). [(99m)Tc]Demotate 2, like [(111)In]DOTA-tate, internalised rapidly in all sst(2)-positive cells tested, but not in sst(2)-negative control cells. After injection in CA20948 tumour-bearing rats both radiopeptides showed high and specific uptake in the sst(2)-positive organs and in the implanted tumour and rapid excretion from non-target tissues via the kidneys. CONCLUSION: [(99m)Tc]Demotate 2, similarly to the known sst(2)-targeting agent [(111)In]DOTA-tate, showed promising biological qualities for application in the scintigraphy of sst(2)-positive tumours.

Novel 111In-labelled bombesin analogues for molecular imaging of prostate tumours

PURPOSE: It has been shown that some primary human tumours and their metastases, including prostate and breast tumours, overexpress gastrin-releasing peptide (GRP) receptors. Bombesin (BN) is a neuropeptide with a high affinity for these GRP receptors. We demonstrated successful scintigraphic visualisation of BN receptor-positive tumours in preclinical studies using the radiolabelled BN analogue [(111)In-DTPA-Pro(1),Tyr(4)]BN. However, the receptor affinity as well as the serum stability of this analogue leave room for improvement. Therefore new (111)In-labelled BN analogues were synthesised and evaluated in vitro and in vivo. METHODS AND RESULTS: The receptor affinity of the new BN analogues was tested on human GRP receptor-expressing prostate tumour xenografts and rat colon sections. Analogues with high receptor affinity (low nM range) were selected for further evaluation. Incubation in vitro of GRP receptor-expressing rat CA20948 and human PC3 tumour cells with the (111)In-labelled analogues resulted in rapid receptor-mediated uptake and internalisation. The BN analogue with the best receptor affinity and in vitro internalisation characteristics, Cmp 3 ([(111)In-DTPA-ACMpip(5),Tha(6),betaAla(11),Tha(13),Nle(14)]BN(5-14)), was tested in vivo in biodistribution studies using rats bearing GRP receptor-expressing CA20948 tumours, and nude mice bearing human PC3 xenografts. Injection of (111)In-labelled Cmp 3 in these animals showed high, receptor-mediated uptake in receptor-positive organs and tumours which could be visualised using planar gamma camera and microSPECT/CT imaging. CONCLUSION: With their enhanced receptor affinity and their rapid receptor-mediated internalisation in vitro and in vivo, the new BN analogues, and especially Cmp 3, are promising candidates for use in diagnostic molecular imaging and targeted radionuclide therapy of GRP receptor-expressing cancers.

DOTA-PESIN, a DOTA-conjugated bombesin derivative designed for the imaging and targeted radionuclide treatment of bombesin receptor-positive tumours

PURPOSE: We aimed at designing and developing a novel bombesin analogue, DOTA-PEG(4)-BN(7-14) (DOTA-PESIN), with the goal of labelling it with (67/68)Ga and (177)Lu for diagnosis and radionuclide therapy of prostate and other human cancers overexpressing bombesin receptors. METHODS: The 8-amino acid peptide bombesin (7-14) was coupled to the macrocyclic chelator DOTA via the spacer 15-amino-4,7,10,13-tetraoxapentadecanoic acid (PEG(4)). The conjugate was complexed with Ga(III) and Lu(III) salts. The GRP receptor affinity and the bombesin receptor subtype profile were determined in human tumour specimens expressing the three bombesin receptor subtypes. Internalisation and efflux studies were performed with the human GRP receptor cell line PC-3. Xenografted nude mice were used for biodistribution. RESULTS: [Ga(III)/Lu(III)]-DOTA-PESIN showed good affinity to GRP and neuromedin B receptors but no affinity to BB3. [(67)Ga/(177)Lu]-DOTA-PESIN internalised rapidly into PC-3 cells whereas the efflux from PC-3 cells was relatively slow. In vivo experiments showed a high and specific tumour uptake and good retention of [(67)Ga/(177)Lu]-DOTA-PESIN. [(67)Ga/(177)Lu]-DOTA-PESIN highly accumulated in GRP receptor-expressing mouse pancreas. The uptake specificity was demonstrated by blocking tumour uptake and pancreas uptake. Fast clearance was found from blood and all non-target organs except the kidneys. High tumour-to-normal tissue ratios were achieved, which increased with time. PET imaging with [(68)Ga]-DOTA-PESIN was successful in visualising the tumour at 1 h post injection. Planar scintigraphic imaging showed that the (177)Lu-labelled peptide remained in the tumour even 3 days post injection. CONCLUSION: The newly designed ligands have high potential with regard to PET and SPECT imaging with (68/67)Ga and targeted radionuclide therapy with (177)Lu.

Are radiogallium-labelled DOTA-conjugated somatostatin analogues superior to those labelled with other radiometals?

PURPOSE: Gallium-68 is a metallic positron emitter with a half-life of 68 min that is ideal for the in vivo use of small molecules, such as [68Ga-DOTA,Tyr3]octreotide, in the diagnostic imaging of somatostatin receptor-positive tumours. In preclinical studies it has shown a striking superiority over its 111In-labelled congener. The purpose of this study was to evaluate whether third-generation somatostatin-based, radiogallium-labelled peptides show the same superiority. METHODS: Peptides were synthesised on solid phase. The receptor affinity was determined by in vitro receptor autoradiography. The internalisation rate was studied in AR4-2J and hsst-HEK-transfected cell lines. The pharmacokinetics was studied in a rat xenograft tumour model, AR4-2J. RESULTS: All peptides showed high affinities on hsst2, with the highest affinity for the Ga(III)-complexed peptides. On hsst3 the situation was reversed, with a trend towards lower affinity of the Ga(III) peptides. A significantly increased internalisation rate was found in sst2-expressing cells for all 67Ga-labelled peptides. Internalisation into HEK-sst3 was usually faster for the 111In-labelled peptides. No internalisation was found into sst5. Biodistribution studies employing [67Ga-DOTA,1-Nal3]octreotide in comparison to [111In-DOTA,1-Nal3]octreotide and [67Ga-DOTA,Tyr3]octreotide showed a significantly higher and receptor-mediated uptake of the two 67Ga-labelled peptides in the tumour and somatostatin receptor-positive tissues. A patient study illustrated the potential advantage of a broad receptor subtype profile radiopeptide over a high-affinity sst2-selective radiopeptide. CONCLUSION: This study demonstrates that 67/68Ga-DOTA-octapeptides show distinctly better preclinical, pharmacological performances than the 111In-labelled peptides, especially on sst2-expressing cells and the corresponding animal models. They may be excellent candidates for further development for clinical studies.

Macrocyclic chelator-coupled gastrin-based radiopharmaceuticals for targeting of gastrin receptor-expressing tumours

PURPOSE: Diethylenetriamine-pentaacetic acid (DTPA)-coupled minigastrins are unsuitable for therapeutic application with the available beta-emitting radiometals due to low complex stability. Low tumour-to-kidney ratio of the known radiopharmaceuticals is further limiting their potency. We used macrocyclic chelators for coupling to increase complex stability, modified the peptide sequence to enhance radiolytic stability and studied tumour-to-kidney ratio and metabolic stability using (111)In-labelled derivatives. METHODS: Gastrin derivatives with decreasing numbers of glutamic acids were synthesised using (111)In as surrogate for therapeutic radiometals for in vitro and in vivo studies. Gastrin receptor affinities of the (nat)In-metallated compounds were determined by receptor autoradiography using (125)I-CCK as radioligand. Internalisation was evaluated in AR4-2J cells. Enzymatic stability was determined by incubating the (111)In-labelled peptides in human serum. Biodistribution was performed in AR4-2J-bearing Lewis rats. RESULTS: IC(50) values of the (nat)In-metallated gastrin derivatives vary between 1.2 and 4.8 nmol/L for all methionine-containing derivatives. Replacement of methionine by norleucine, isoleucine, methionine-sulfoxide and methionine-sulfone resulted in significant decrease of receptor affinity (IC(50) between 9.9 and 1,195 nmol/L). All cholecystokinin receptor affinities were >100 nmol/L. All (111)In-labelled radiopeptides showed receptor-specific internalisation. Serum mean-life times varied between 2.0 and 72.6 h, positively correlating with the number of Glu residues. All (111)In-labelled macrocyclic chelator conjugates showed higher tumour-to-kidney ratios after 24 h (0.37-0.99) compared to (111)In-DTPA-minigastrin 0 (0.05). Tumour wash out between 4 and 24 h was low. Imaging studies confirmed receptor-specific blocking of the tumour uptake. CONCLUSIONS: Reducing the number of glutamates increased tumour-to-kidney ratio but resulted in lower metabolic stability. The properties of the macrocyclic chelator-bearing derivatives make them potentially suitable for clinical purposes.

Metal-ion-dependent biological properties of a chelator-derived somatostatin analogue for tumour targeting

Somatostatin-based radioligands have been shown to have sensitive imaging properties for neuroendocrine tumours and their metastases. The potential of [(55)Co(dotatoc)] (dotatoc =4,7,10-tricarboxymethyl-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1-ylacetyl-D-Phe-(Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Thr-Cys)-threoninol (disulfide bond)) as a new radiopharmaceutical agent for PET has been evaluated. (57)Co was used as a surrogate of the positron emitter (55)Co and the pharmacokinetics of [(57)Co(dotatoc)] were investigated by using two nude mouse models. The somatostatin receptor subtype (sst1-sst5) affinity profile of [(nat)Co(dotatoc)] on membranes transfected with human somatostatin receptor subtypes was assessed by using autoradiographic methods. These studies revealed that [(57)Co(dotatoc)] is an sst2-specific radiopeptide which presents the highest affinity ever found for the sst2 receptor subtype. The rate of internalisation into the AR4-2J cell line also was the highest found for any somatostatin-based radiopeptide. Biodistribution studies, performed in nude mice bearing an AR4-2J tumour or a transfected HEK-sst2 cell-based tumour, showed high and specific uptake in the tumour and in other sst-receptor-expressing tissues, which reflects the high receptor binding affinity and the high rate of internalisation. The pharmacologic differences between [(57)Co(dotatoc)] and [(67)Ga(dotatoc)] are discussed in terms of the structural parameters found for the chelate models [Co(II)(dota)](2-) and [Ga(III)(dota)](-) whose X-ray structures have been determined. Both chelates show six-fold coordination in pseudo-octahedral arrangements.

Intracellular Ca(2+) operates a switch between repair and lysis of streptolysin O-perforated cells

Pore-forming (poly)peptides originating from invading pathogens cause plasma membrane damage in target cells, with consequences as diverse as proliferation or cell death. However, the factors that define the outcome remain unknown. We show that in cells maintaining an intracellular Ca(2+) concentration [Ca(2+)](i) below a critical threshold of 10 microM, repair mechanisms seal off 'hot spots' of Ca(2+) entry and shed them in the form of microparticles, leading to [Ca(2+)](i) reduction and cell recovery. Cells that are capable of preventing an elevation of [Ca(2+)](i) above the critical concentration, yet are unable to complete plasma membrane repair, enter a prolonged phase of [Ca(2+)](i) oscillations, accompanied by a continuous shedding of microparticles. When [Ca(2+)](i) exceeds the critical concentration, an irreversible formation of ceramide platforms within the plasma membrane and their internalisation drives the dying cells beyond the 'point of no return'. These findings show that the extent of [Ca(2+)](i) elevation determines the fate of targeted cells and establishes how different Ca(2+)-dependent mechanisms facilitate either cell survival or death.

MODELLING β2AR REGULATION

The β2 adrenergic receptor (β2AR) regulates smooth muscle relaxation in the vasculature and airways. Long- and Short-acting β-agonists (LABAs/SABAs) are widely used in treatment of chronic obstructive pulmonary disorder (COPD) and asthma. Despite their widespread clinical use we do not understand well the dominant β2AR regulatory pathways that are stimulated during therapy and bring about tachyphylaxis, which is the loss of drug effects. Thus, an understanding of how the β2AR responds to various β-agonists is crucial to their rational use. Towards that end we have developed deterministic models that explore the mechanism of drug- induced β2AR regulation. These mathematical models can be classified into three classes; (i) Six quantitative models of SABA-induced G protein coupled receptor kinase (GRK)-mediated β2AR regulation; (ii) Three phenomenological models of salmeterol (a LABA)-induced GRK-mediated β2AR regulation; and (iii) One semi-quantitative, unified model of SABA-induced GRK-, protein kinase A (PKA)-, and phosphodiesterase (PDE)-mediated regulation of β2AR signalling. The various models were constrained with all or some of the following experimental data; (i) GRK-mediated β2AR phosphorylation in response to various LABAs/SABAs; (ii) dephosphorylation of the GRK site on the β2AR; (iii) β2AR internalisation; (iv) β2AR recycling; (v) β2AR desensitisation; (vi) β2AR resensitisation; (vii) PKA-mediated β2AR phosphorylation in response to a SABA; and (viii) LABA/SABA induced cAMP profile ± PDE inhibitors. The models of GRK-mediated β2AR regulation show that plasma membrane dephosphorylation and recycling of the phosphorylated β2AR are required to reconcile with the measured dephosphorylation kinetics. We further used a consensus model to predict the consequences of rapid pulsatile agonist stimulation and found that although resensitisation was rapid, the β2AR system retained the memory of prior stimuli and desensitised much more rapidly and strongly in response to subsequent stimuli. This could explain tachyphylaxis of SABAs over repeated use in rescue therapy of asthma patients. The LABA models show that the long action of salmeterol can be explained due to decreased stability of the arrestin/β2AR/salmeterol complex. This could explain long action of β-agonists used in maintenance therapy of asthma patients. Our consensus model of PKA/PDE/GRK-mediated β2AR regulation is being used to identify the dominant β2AR desensitisation pathways under different therapeutic regimens in human airway cells. In summary our models represent a significant advance towards understanding agonist-specific β2AR regulation that will aid in a more rational use of the β2AR agonists in the treatment of asthma.

Development of small molecular tools for the cellular study of adenosine receptors

The adenosine receptors are members of the G-protein coupled receptor (GPCR) family which represents the largest class of cell-surface proteins mediating cellular communication. As a result, GPCRs are formidable drug targets and it is estimated that approximately 30% of the marketed drugs act through members of this receptor class. There are four known subtypes of adenosine receptors: A1, A2A, A2B and A3. The adenosine A1 receptor, which is the subject of this presentation, mediates the physiological effects of adenosine in various tissues including the brain, heart, kidney and adipocytes. In the brain for instance, its role in epilepsy and ischemia has been the focus of many studies. Previous attempts to study the biosynthesis, trafficking and agonist-induced internalisation of the adenosine A1 receptor in neurons using fluorescent protein-receptor fusion constructs have been hampered by the sheer size of the fluorescent protein (GFP) that ultimately affected the function of the receptor. We have therefore initiated a research programme to develop small molecule fluorescent agonists that selectively activate the adenosine A1 receptor. Our probe design is based on the endogenous ligand adenosine and the known unselective adenosine receptor agonist NECA. We have synthesised a small library of non-fluorescent adenosine derivatives that have different cyclic and bicyclic moieties at the 6 position of the purine ring and have evaluated the pharmacology of these compounds using a yeast-based assay. This analysis revealed compounds with interesting behaviour, i.e. exhibiting subtype-selectivity and biased signalling, that can be potentially used as tool compounds in their own right for cellular studies of the adenosine A1 receptor. Furthermore, we have also linked fluorescent dyes to the purine ring and discovered fluorescent compounds that can activate the adenosine A1 receptor.