Production of a xylose-stimulated beta-glucosidase and a cellulase-free thermostable xylanase by the thermophilic fungus Humicola brevis var. thermoidea under solid state fermentation

Humicola brevis var. thermoidea cultivated under solid state fermentation in wheat bran and water (1:2 w/v) was a good producer of beta-glucosidase and xylanase. After optimization using response surface methodology the level of xylanase reached 5,791.2 +/- A 411.2 U g(-1), while beta-glucosidase production was increased about 2.6-fold, reaching 20.7 +/- A 1.5 U g(-1). Cellulase levels were negligible. Biochemical characterization of H. brevis beta-glucosidase and xylanase activities showed that they were stable in a wide pH range. Optimum pH for beta-glucosidase and xylanase activities were 5.0 and 5.5, respectively, but the xylanase showed 80 % of maximal activity when assayed at pH 8.0. Both enzymes presented high thermal stability. The beta-glucosidase maintained about 95 % of its activity after 26 h in water at 55 A degrees C, with half-lives of 15.7 h at 60 A degrees C and 5.1 h at 65 A degrees C. The presence of xylose during heat treatment at 65 A degrees C protected beta-glucosidase against thermal inactivation. Xylanase maintained about 80 % of its activity after 200 h in water at 60 A degrees C. Xylose stimulated beta-glucosidase activity up to 1.7-fold, at 200 mmol L-1. The notable features of both xylanase and beta-glucosidase suggest that H. brevis crude culture extract may be useful to compose efficient enzymatic cocktails for lignocellulosic materials treatment or paper pulp biobleaching.

Ground state properties of neutron-rich Mg isotopes

Studies in regions of the nuclear chart in which the model predictions of properties of nuclei fail can bring a better understanding of the strong interaction in the nuclear medium. To such regions belongs the so called "island of inversion" centered around Ne, Na and Mg isotopes with 20 neutrons in which unexpected ground-state spins, large deformations and dense low-energy spectra appear. This is a strong argument that the magic N = 20 is not a closed shell in this area. In this thesis investigations of isotope shifts of stable 24,25,26Mg, as well as spins and magnetic moments of short-lived 29,31Mg are presented. The successful studies were performed at the ISOLDE facility at CERN using collinear laser and beta-NMR spectroscopy techniques. The isotopes were investigated as single-charged ions in the 280-nm transition from the atomic ground state 2S1/2 to one of the two lowest excited states 2P1/2,3/2 using continuous wave laser beams. The isotope-shift measurements with fluorescence detection for the three stable isotopes show that it is feasible to perform the same studies on radioactive Mg isotopes up to the "island of inversion". This will allow to determine differences in the mean charge square radii and interpret them in terms of deformation. The high detection efficiency for beta particles and optical pumping close to saturation allowed to obtain very good beta-asymmetry signals for 29Mg and 31Mg with half-lives around 1 s and production yields about 10^5 ions/s. For this purpose the ions were implanted into a host crystal lattice. Such detection of the atomic resonances revealed their hyperfine structure, which gives the sign and a first estimate of the value of the magnetic moment. The nuclear magnetic resonance gave also their g-factors with the relative uncertainty smaller than 0.2 %. By combining the two techniques also the nuclear spin of both isotopes could be unambiguously determined. The measured spins and g-factors show that 29Mg with 17 neutrons lies outside the "island of inversion". On the other hand, 31Mg with 19 neutrons has an unexpected ground-state spin which can be explained only by promoting at least two neutrons across the N = 20 shell gap. This places the above nucleus inside the "island". However, modern shell-model approaches cannot predict this level as the ground state but only as one of the low-lying states, even though they reproduce very well the experimental g-factor. This indicates that modifications to the available interactions are required. Future measurements include isotope shift measurements on radioactive Mg isotopes and beta-NMR studies on 33Mg.

Kernspektroskopische Untersuchungen in der 132 Sn-Region

In der vorliegenden Arbeit werden die r-Prozesskerne rund um den N=82-Schalenabschluß untersucht. Dabei gelang es die bisher unbekannten Halbwertszeiten und Pn-Werte der Antimonisotope 137-139-Sb und von 139-Te zu messen. Des Weiteren wurden die Ergebnisse von Shergur et. al. zu extrem neutronenreichen Zinnisotopen (137,138-Sn) mit neuen Messungen untermauert und verbessert. Alle erhaltenen Ergebnisse werden mit entsprechenden Modellrechnungen verglichen und ihr Einfluss auf moderne Netzwerkrechnungen zum r-Prozess diskutiert. Des Weiteren gelang erstmalig die Aufnahmen von gamma-spektroskopischen Daten für das r-Prozessnuklid 136-Sn in Singlespektren. Aufgrund der hinlänglich bekannten Probleme mit Isobarenkontaminationen für Ionenstrahlen von sehr exotischen Molekülen an ISOL-Einrichtungen werden unterschiedliche technische Entwicklungen zur Verbesserung der Strahlqualität aufgezeigt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt hier auf der neu eingeführten Technik der molekularen Seitenbänder an Massenseparatoren. Hier gelang es durch gezielte Zugabe von Schwefel in das Target ein starke SnS(+)-Seitenband zu etablieren und so bei guter Strahlintensität eine deutliche Reduktion des Isobarenuntergrunds zu erreichen. Ebenso werden die Möglichkeiten einer temperaturkontrollierten Quarztransferline zwischen Target und Ionenquelle zur Minimierung von Kontaminationen bespro-chen. Zur Verbesserung der Selektivität von Experimenten an sehr neutronenreichen Elementen wurde ein Detektorsystem zur n,gamma-Koinzidenzmessung entwickelt. Im Gegensatz zu früheren Versuchen dieser Art, gelang es durch eine entsprechende neue Elektronik striktere Koinzidenzbedingungen zu realisieren und so das Koinzidenzfenster deutlich zu verkleinern.

Nuclear structure studies in the xenon and radon region and the discovery of a new radon isotope by Penning trap mass spectrometry

Heutzutage gewähren hochpräzise Massenmessungen mit Penning-Fallen tiefe Einblicke in die fundamentalen Eigenschaften der Kernmaterie. Zu diesem Zweck wird die freie Zyklotronfrequenz eines Ions bestimmt, das in einem starken, homogenen Magnetfeld gespeichert ist. Am ISOLTRAP-Massenspektrometer an ISOLDE / CERN können die Massen von kurzlebigen, radioaktiven Nukliden mit Halbwertszeiten bis zu einigen zehn ms mit einer Unsicherheit in der Größenordnung von 10^-8 bestimmt werden. ISOLTRAP besteht aus einem Radiofrequenz-Quadrupol zum akkumulieren der von ISOLDE gelieferten Ionen, sowie zwei Penning-Fallen zum säubern und zur Massenbestimmung der Ionen. Innerhalb dieser Arbeit wurden die Massen von neutronenreichen Xenon- und Radonisotopen (138-146Xe und 223-229Rn) gemessen. Für elf davon wurde zum ersten Mal die Masse direkt bestimmt; 229Rn wurde im Zuge dieses Experimentes sogar erstmalig beobachtet und seine Halbwertszeit konnte zu ungefähr 12 s bestimmt werden. Da die Masse eines Nuklids alle Wechselwirkungen innerhalb des Kerns widerspiegelt, ist sie einzigartig für jedes Nuklid. Eine dieser Wechselwirkungen, die Wechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen, führt zum Beispiel zu Deformationen. Das Ziel dieser Arbeit ist eine Verbindung zwischen kollektiven Effekten, wie Deformationen und Doppeldifferenzen von Bindungsenergien, sogenannten deltaVpn-Werten zu finden. Insbesondere in den hier untersuchten Regionen zeigen deltaVpn-Werte ein sehr ungewöhnliches Verhalten, das sich nicht mit einfachen Argumenten deuten lässt. Eine Erklärung könnte das Auftreten von Oktupoldeformationen in diesen Gebieten sein. Nichtsdestotrotz ist eine quantitative Beschreibung von deltaVpn-Werten, die den Effekt von solchen Deformationen berücksichtigt mit modernen Theorien noch nicht möglich.

Metabolismus von Psychopharmaka durch das Cytochrom P450-Enzymsystem im Alter

Altern geht mit einer Reihe physiologischer Veränderungen einher. Da in höherem Lebensalter überdurchschnittlich viele Arzneistoffe eingenommen werden und häufig mehrere Erkrankungen gleichzeitig vorliegen, können Auffälligkeiten in den Arzneimittelkonzentrationen im Blut nicht nur altersbedingt, sondern auch krankheitsbedingt oder durch Arzneimittelwechselwirkungen verursacht sein.rnrnDie vorliegende Arbeit untersucht die Fragestellung, ob der Arzneimittelmetabolismus bei Alterspatenten generell, oder nur bei Patienten mit Multimorbidität und –medikation verändert ist, und in welchem Lebensalter diese Veränderungen einsetzen. Im Mittelpunkt stand dabei die Frage, ob die Aktivitäten distinkter Arzneimittel-abbauender Enzyme der Cytochrom P450-Enzym-Familie (CYP) verändert sind. Da viele Psychopharmaka nur bei Patienten im Alter zwischen 18 und 65 Jahren zugelassen sind, wurde die Hypothese geprüft, dass sich Patienten im Alter über und unter 65 Jahren in ihren Medikamentenspiegeln unterscheiden.rnrnFür die Untersuchungen wurde eine Datenbank aus Blutspiegelmessungen erstellt, die im Rahmen des pharmakotherapiebegleitenden TDM erhoben worden waren. Die Blutspiegel stammten von insgesamt 4197 Patienten, die mit Amisulprid, Aripiprazol, Citalopram, Clozapin, Donepezil, Escitalopram, Mirtazapin, Quetiapin, Risperidon, Sertralin, Venlafaxin oder Ziprasidon behandelt wurden. Die Messungen wurden ergänzt mit Angaben aus den TDM-Anforderungsscheinen bezüglich Tagesdosis, Begleitmedikamenten, Schweregrad der Erkrankung, Therapieerfolg und Verträglichkeit der Medikation. Zusätzlich wurden klinische Befunde der Leber- und Nierenfunktion einbezogen, sowie Angaben zur Berechnung des BMI. Die in vivo-CYP-Enzymaktivitäten wurden anhand von metabolischen Ratios (Serumkonzentrationen Metabolit/ Serumkonzentration Muttersubstanz) beurteilt.rnrnIm Mittel stieg der Schweregrad der Erkrankung mit dem Alter und der Therapieerfolg verschlechterte sich. Dies betraf im Einzelnen nur Patienten, die mit Amisulprid oder Clozapin behandelt worden waren. Ältere Patienten litten häufiger an Nebenwirkungen als jüngere.rnUnter Aripiprazol, Quetiapin, Sertralin und Venlafaxin erreichten Alterspatienten mit niedrigeren Tagesdosen gleiche Therapieerfolge wie jüngere Patienten.rnPatienten, die mit Clozapin oder Amisulprid behandelt wurden, zeigten im Alter schlechtere Behandlungserfolge bei gleicher (Clozapin) bzw. niedrigerer (Amisulprid) Tagesdosis.rnTherapieerfolg und mittlere Tagesdosis änderten sich bei Patienten, die Ziprasidon, Donepezil, Citalopram, Escitalopram und Mirtazapin einnahmen, nicht altersabhängig.rnrnAltersabhängige Unterschiede der Serumspiegel zeigten sich für Amisulprid, Aripiprazol, Donepezil, Mirtazapin, Desmethylmirtazapin, Quetiapin und DesmethylsertralinrnAllerdings lagen die Altersgrenzen außer bei Donepezil deutlich niedriger als die gängig angenommene, nämlich bei 35 Jahren (Aripiprazol), 70 Jahren (Donepezil), 55 Jahren (D-Sertralin), 41 Jahren (Amisulprid), 49 Jahren (Quetiapin) und 58 Jahren (Mirtazapin).rnEs bestand kein Zusammenhang zwischen dem Auftreten veränderter Serumspiegel im Alter und dem Verteilungsvolumen, der Plasmaproteinbindung oder der Eliminationshalbwertszeit der untersuchten Wirkstoffe.rnrnBei Patienten ohne Comedikation fand sich in keinem Fall eine altersabhängige Veränderung der Ratio. Es ergab sich daher kein Hinweis auf eine Veränderung der CYP-Aktivität im Alter. Die Einnahme von Comedikation nahm mit dem Alter zu, hierfür ließ sich eine Altersgrenze von 49 Jahren definieren. Unter Polytherapie wurden Veränderungen der CYP-Aktivität beobachtet.rnrnDer Einfluss veränderter Leber- oder Nierenfunktion auf die Biotransformation von Pharmaka wurde anhand von Serumspiegeln von Patienten, die mit Donepezil, Venlafaxin, Citalopram oder Escitalopram behandelt wurden, untersucht. rnBei keinem Wirkstoff wurden unter auffälligen Leber- oder Nierenparametern signifikant veränderte Serumspiegel gemessen.rnEine Abhängigkeit der Serumspiegel vom Körpergewicht wurde nur für Desmethylsertralin gefunden. Die Spiegel waren bei Patienten mit einem Body Mass Index unter 20 signifikant höher als bei Patienten mit einem Index über 20. Aufgrund der kleinen Fallgruppe und der Tatsache, dass der Serumspiegel der Muttersubstanz nicht stieg, konnte nicht zwingend von einem Alterseinfluss aufgrund der veränderten Körperzusammensetzung ausgegangen werden.rnInsgesamt ergaben sich aus den Untersuchungen Hinweise auf moderate altersabhängige Veränderungen der Pharmakokinetik. Es ließen sich allerdings keine allgemeinen Dosierempfehlungen für Alterspatienten ableiten. Es zeigte sich jedoch, dass mit altersabhängigen Veränderungen der Pharmakokinetik bereits nach dem 50. Lebensjahr zu rechnen ist. Weitere Untersuchungen sollten auch den Alterseffekt auf gastrointestinale Transporter einbeziehen, die die aktive Aufnahme von Arzneistoffen ins Blut bewerkstelligen. Unklar ist auch die Rolle des Alterns auf die Aktivität des P-Glykoproteins. rn

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

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

Ketoprofen in piglets: enantioselective pharmacokinetics, pharmacodynamics and PK/PD modelling

The chiral pharmacokinetics and pharmacodynamics of ketoprofen were investigated in a placebo-controlled study in piglets after intramuscular administration of 6 mg/kg racemic ketoprofen. The absorption half-lives of both enantiomers were short, and S-ketoprofen predominated over R-ketoprofen in plasma. A kaolin-induced inflammation model was used to evaluate the anti-inflammatory, antipyretic and analgesic effects of ketoprofen. Skin temperatures increased after the kaolin injection, but the effect of ketoprofen was small. No significant antipyretic effects could be detected, but body temperatures tended to be lower in the ketoprofen-treated piglets. Mechanical nociceptive threshold testing was used to evaluate the analgesic effects. The piglets in the ketoprofen-treated group had significantly higher mechanical nociceptive thresholds compared to the piglets in the placebo group for 12-24 h following the treatment. Pharmacokinetic/pharmacodynamic modelling of the results from the mechanical nociceptive threshold testing gave a median IC(50) for S-ketoprofen of 26.7 mug/mL and an IC(50) for R-ketoprofen of 1.6 mug/mL. This indicates that R-ketoprofen is a more potent analgesic than S-ketoprofen in piglets. Estimated ED(50) for racemic ketoprofen was 2.5 mg/kg.

Effect of constant and variable domain glycosylation on pharmacokinetics of therapeutic antibodies in mice

Previous studies on the effect of glycosylation on the elimination rate of antibodies have produced conflicting results. Here, we performed pharmacokinetic studies in mice with two preparations of a monoclonal IgG1 antibody enriched for complex type or high mannose type oligosaccharides at the Fc glycosylation site. No significant difference in the serum half-life was found between the two antibody glycoforms, nor was any difference observed in the serum half-lives of different complex type glycoforms. To evaluate the influence of glycosylation within the variable domain, a second monoclonal antibody, glycosylated in both the Fc and Fv domains, was separated into fractions containing different amounts of Fv-associated sialic acid and administered to mice. Again, no significant difference was found in the clearance rates of variants carrying different amounts of Fv-associated sialic acid or lacking Fv-glycosylation. These results suggest that glycosylation has little or no impact on the pharmacokinetic behavior of these two monoclonal antibodies in mice.

Time-dependent interactions of the two porphyrinic compounds chlorin e6 and mono-L-aspartyl-chlorin e6 with phospholipid vesicles probed by NMR spectroscopy

The distribution processes of chlorin e6 (CE) and monoaspartyl-chlorin e6 (MACE) between the outer and inner phospholipid monolayers of 1,2-dioleoyl-phosphatidylcholine (DOPC) vesicles were monitored by 1H NMR spectroscopy through analysis of chemical shifts and line widths of the DOPC vesicle resonances. Chlorin adsorption to the outer vesicle monolayer induced changes in the DOPC 1H NMR spectrum. Most pronounced was a split of the N-methyl choline resonance, allowing for separate analysis of inner and outer vesicle layers. Transbilayer distribution of the chlorin compounds was indicated by time-dependent characteristic spectral changes of the DOPC resonances. Kinetic parameters for the flip-flop processes, that is, half-lives and rate constants, were obtained from the experimental data points. In comparison to CE, MACE transbilayer movement was significantly reduced, with MACE remaining more or less attached to the outer membrane layer. The distribution coefficients for CE and MACE between the vesicular and aqueous phase were determined. Both CE and MACE exhibited a high affinity for the vesicular phase. For CE, a positive correlation was found between transfer rate and increasing molar ratio CE/DOPC. Enhanced membrane rigidity induced by increasing amounts of cholesterol into the model membrane was accompanied by a decrease of CE flip-flop rates across the membrane. The present study shows that the movement of porphyrins across membranes can efficiently be investigated by 1H NMR spectroscopy and that small changes in porphyrin structure can have large effects on membrane kinetics.

Increasing the Antitumor Effect of an EpCAM-Targeting Fusion Toxin by Facile Click PEGylation

Fusion toxins used for cancer-related therapy have demonstrated short circulation half-lives, which impairs tumor localization and, hence, efficacy. Here, we demonstrate that the pharmacokinetics of a fusion toxin composed of a designed ankyrin repeat protein (DARPin) and domain I–truncated Pseudomonas Exotoxin A (PE40/ETA″) can be significantly improved by facile bioorthogonal conjugation with a polyethylene glycol (PEG) polymer at a unique position. Fusion of the anti-EpCAM DARPin Ec1 to ETA″ and expression in methionine-auxotrophic E. coli enabled introduction of the nonnatural amino acid azidohomoalanine (Aha) at position 1 for strain-promoted click PEGylation. PEGylated Ec1-ETA″ was characterized by detailed biochemical analysis, and its potential for tumor targeting was assessed using carcinoma cell lines of various histotypes in vitro, and subcutaneous and orthotopic tumor xenografts in vivo. The mild click reaction resulted in a well-defined mono-PEGylated product, which could be readily purified to homogeneity. Despite an increased hydrodynamic radius resulting from the polymer, the fusion toxin demonstrated high EpCAM-binding activity and retained cytotoxicity in the femtomolar range. Pharmacologic analysis in mice unveiled an almost 6-fold increase in the elimination half-life (14 vs. 82 minutes) and a more than 7-fold increase in the area under the curve (AUC) compared with non-PEGylated Ec1-ETA″, which directly translated in increased and longer-lasting effects on established tumor xenografts. Our data underline the great potential of combining the inherent advantages of the DARPin format with bioorthogonal click chemistry to overcome the limitations of engineering fusion toxins with enhanced efficacy for cancer-related therapy.

Future prospects for SPECT imaging using the radiolanthanide terbium-155 — production and preclinical evaluation in tumor-bearing mice

We assessed the suitability of the radiolanthanide 155 Tb (t1/2 = 5.32 days, Eγ = 87 keV (32%), 105 keV (25%)) in combination with variable tumor targeted biomolecules using preclinical SPECT imaging. Methods 155Tb was produced at ISOLDE (CERN, Geneva, Switzerland) by high-energy (~ 1.4 GeV) proton irradiation of a tantalum target followed by ionization and on-line mass separation. 155 Tb was separated from isobar and pseudo-isobar impurities by cation exchange chromatography. Four tumor targeting molecules – a somatostatin analog (DOTATATE), a minigastrin analog (MD), a folate derivative (cm09) and an anti-L1-CAM antibody (chCE7) – were radiolabeled with 155 Tb. Imaging studies were performed in nude mice bearing AR42J, cholecystokinin-2 receptor expressing A431, KB, IGROV-1 and SKOV-3ip tumor xenografts using a dedicated small-animal SPECT/CT scanner. Results The total yield of the two-step separation process of 155 Tb was 86%. 155 Tb was obtained in a physiological l-lactate solution suitable for direct labeling processes. The 155 Tb-labeled tumor targeted biomolecules were obtained at a reasonable specific activity and high purity (> 95%). 155 Tb gave high quality, high resolution tomographic images. SPECT/CT experiments allowed excellent visualization of AR42J and CCK-2 receptor-expressing A431 tumors xenografts in mice after injection of 155 Tb-DOTATATE and 155 Tb-MD, respectively. The relatively long physical half-life of 155 Tb matched in particular the biological half-lives of 155 Tb-cm09 and 155 Tb-DTPA-chCE7 allowing SPECT imaging of KB tumors, IGROV-1 and SKOV-3ip tumors even several days after administration. Conclusions The radiolanthanide 155 Tb may be of particular interest for low-dose SPECT prior to therapy with a therapeutic match such as the β--emitting radiolanthanides 177Lu, 161 Tb, 166Ho, and the pseudo-radiolanthanide 90Y.

Expression, induction and regulation of the cytochrome P450 monooxygenase system in the rat glioma C6 cell line

The cytochrome P450 monooxygenase system consists of NADPH- cytochrome P450 reductase (P450 reductase) and cytochromes P450, which can catalyze the oxidation of a wide variety of endogenous and exogenous compounds, including steroid hormones, fatty acids, drugs, and pollutants. The functions of this system are as diverse as the substrates. P450 reductase transfers reducing equivalents from NADPH to P450, which in turn catalyzes metabolic reactions. This enzyme system has the highest level of activity in the liver. It is also present in other tissues, including brain. The functions of this enzyme system in brain seem to include: neurotransmission, neuroendocrinology, developmental and behavioral modulation, regulation of intracellular levels of cholesterol, and potential neurotoxicity.^ In this study, we have set up the rat glioma C6 cell line as an in vitro model system to examine the expression, induction, and tissue-specific regulation of P450s and P450 reductase. Rat glioma C6 cells were treated with P450 inducers phenobarbital (PB) or benzo(a)anthracene (BA). The presence of P450 reductase and of cytochrome P450 1A1, 1A2, 2A1, 2B1/2, 2C7, 2D1-5 and 2E1 was detected by reverse transcription followed by polymerase chain reaction (RT-PCR) and confirmed by restriction digestion. The induction of P450 1A1 and 2B1/2 and P450 reductase was quantified using competitive PCR. Ten- and five-fold inductions of P450 1A and 2B mRNA after BA or PB treatments, respectively, were detected. Western blot analysis of microsomal preparations of glioma C6 cells demonstrated the presence of P450 1A, 2B and P450 reductase at the protein level. ELISAs showed that BA and PB induce P450 1A and 2B proteins 7.3- and 13.5-fold, respectively. Microsomes prepared from rat glioma C6 cells showed cytochrome P450 CO difference spectra with absorption at or near 450 nm. Microsomes prepared from rat glioma C6 cells demonstrated much higher levels of ethoxyresorufin O-deethylase (EROD) and pentoxyresorufin O-dealkylase (PROD) activity, when treated with BA or PB, respectively. These experiments provide further evidence that the rat glioma C6 cell line contains an active cytochrome P450 monooxygenase system which can be induced by P450 inducers. The mRNAs of P450 1A1 and 2B1/2 can not bind to the oligo(dT) column efficiently, indicating they have very short poly(A) tails. This finding leads us to study the tissue specific regulation of P450s at post-transcriptional level. The half lives of P450 1A1 and 2B1/2 mRNA in glioma C6 cells are only 1/10 and 1/3 of that in liver. This may partly contribute to the low expression level of P450s in glial cells. The induction of P450s by BA or PB did not change their mRNA half lives, indicating the induction may be due to transcriptional regulation. In summary of this study, we believe the presence of the cytochrome P450 monooxygenase system in glial cells of the brain may be important in chemotherapy and carcinogenesis of brain tumors. ^

Design, synthesis and biological evaluation of 5$\sp\prime$-mononucleotide prodrugs: Strategies to introduce nucleotides into cells

The neutral bis ((pivaloyloxy)methyl) (PIV$\sb2\rbrack$ derivatives of FdUMP, ddUMP, and AZTMP were synthesized as potential membrane-permeable prodrugs of FdUMP, ddUMP, and AZTMP. These compounds were designed to enter cells by passive diffusion and revert to the parent nucleotides after removal of the PIV groups by hydrolytic enzymes. These prodrugs were prepared by condensation of FUdR, ddU, and AZT with PIV$\sb2$ phosphate in the presence of triphenylphosphine and diethyl azodicarboxylate (the Mitsunobo reagent). PIV$\sb2$-FdUMP, PIV$\sb2$-ddUMP, and PIV$\sb2$-AZTMP were stable in the pH range 1.0-4.0 (t$\sb{1/2} = {>}$100 h). They were also fairly stable at pH 7.4 (t$\sb{1/2} = {>}$40 h). In 0.05 M NaOH solution, however, they were rapidly degraded (t$\sb{1/2} < 2$ min). In the presence hog liver carboxylate esterase, they were converted quantitatively to the corresponding phosphodiesters, PIV$\sb1$-FdUMP, PIV$\sb1$-ddUMP, and PIV$\sb1$-AZTMP; after 24 h incubation, only trace amounts of FdUMP, ddUMP, and AZTMP (1-5%) were observed indicating that the PIV$\sb1$ compounds were poor substrates for the enzyme. In human plasma, the PIV$\sb2$ compounds were rapidly degraded with half-lives of less than 5 min. The rate of degradation of the PIV$\sb2$ compounds in the presence of phosphodiesterase I was the same as that in buffer controls, indicating that they were not substrates for this enzyme. In the presence of phosphodiesterase I, PIV$\sb1$-FdUMP, PIV$\sb1$-ddUMP, and PIV$\sb1$-AZTMP were converted quantitatively to FdUMP, ddUMP, and AZTMP.^ PIV$\sb2$-ddUMP and PIV$\sb2$-AZTMP were effective at controlling HIV type 1 infection in MT-4 and CEM tk$\sp-$ cells in culture. Mechanistic studies demonstrated that PIV$\sb2$-ddUMP and PIV$\sb2$-AZTMP were taken up by the cells and converted to ddUTP and AZTTP, both potent inhibitors of HIV reverse transcriptase. However, a potential shortcoming of PIV$\sb2$-ddUMP and PIV$\sb2$-AZTMP as clinical therapeutic agents is that they are rapidly degraded (t$\sb{1/2}$ = approx. 4 minutes) in human plasma by carboxylate esterases. To circumvent this limitation, chemically-labile nucleotide prodrugs and liposome-encapsulated nucleotide prodrugs were investigated. In the former approach, the protective groups bis(N, N-(dimethyl)carbamoyloxymethyl) (DM$\sb2$) and bis (N-(piperidino)carbamoyloxymethyl) (DP$\sb2$) were used to synthesize DM$\sb2$-ddUMP and DP$\sb2$-ddUMP, respectively. In aqueous buffers (pH range 1.0-9.0) these compounds were degraded with half-lives of 3 to 4 h. They had similar half-lives in human plasma demonstrating that they were resistant to esterase-mediated cleavage. However, neither compound gave rise to significant concentrations of ddUMP in CEM or CEM tk$\sp-$ cells. In the liposome-encapsulated nucleotide prodrug approach, three different liposomal formulations of PIV$\sb2$-ddUMP (L-PIV$\sb2$-ddUMP) were investigated. The half-lifes of these L-PIV$\sb2$-ddUMP preparations in human plasma were 2 h compared with 4 min for the free drug. The preparations were more effective at controlling HIV-1 infection than free PIV$\sb2$-ddUMP in human T cells in culture. Collectively, these data indicate that PIV$\sb2$-FdUMP, PIV$\sb2$-ddUMP, and PIV$\sb2$-AZTMP are effective membrane-permeable prodrugs of FdUMP, ddUMP, and AZTMP. ^

Decomposition studies of group 6 hexacarbonyl complexes. Part 1: Production and decomposition of Mo(CO)6 and W(CO)6

Chemical studies of superheavy elements require fast and efficient techniques, due to short half-lives and low production rates of the investigated nuclides. Here, we advocate for using a tubular flow reactor for assessing the thermal stability of the Sg carbonyl complex – Sg(CO)6. The experimental setup was tested with Mo and W carbonyl complexes, as their properties are established and supported by theoretical predictions. The suggested approach proved to be effective in discriminating between the thermal stabilities of Mo(CO)6 and W(CO)6. Therefore, an experimental verification of the predicted Sg–CO bond dissociation energy seems to be feasible by applying this technique. By investigating the effect of 104,105Mo beta-decay on the formation of 104,105Tc carbonyl complex, we estimated the lower reaction time limit for the metal carbonyl synthesis in the gas phase to be more than 100 ms. We examined further the influence of the wall material of the recoil chamber, the carrier gas composition, the gas flow rate, and the pressure on the production yield of 104Mo(CO)6, so that the future stability tests with Sg(CO)6 can be optimized accordingly.

Pharmacokinetics and pharmacodynamics of γ-hydroxybutyrate in healthy subjects.

AIMS γ-Hydroxybutyrate (GHB) is used as a treatment for narcolepsy and alcohol withdrawal and as recreational substance. Nevertheless, there are limited data on the pharmacokinetics and pharmacokinetic-pharmacodynamic relationship of GHB in humans. We characterized the pharmacokinetic profile and exposure-psychotropic effect relationship of GHB in humans. METHODS Two oral doses of GHB (25 and 35 mg/kg) were administered to 32 healthy male subjects (16 for each dose) using a randomized, placebo-controlled, cross-over design. RESULTS Maximal concentrations of GHB were (geometric mean and 95%CI): 218 (176-270) nmol/ml and 453 (374-549) nmol/ml for the 25 and 35 mg/kg GHB doses, respectively. The elimination half-lives (mean ± SD) were 36 ± 9 and 39 ± 7 min and the AUC∞ values (geometric mean and 95%CI) were 15,747 (12,854-19,290) and 40,113 (33,093-48,622) nmol∙min/ml for the 20 and 35 mg/kg GHB doses, respectively. Thus, plasma GHB exposure (AUC0-∞ ) rose disproportionally (+40%) with the higher dose. γ-Hydroxybutyrate produced mixed stimulant-sedative effects, with a dose-dependent increase in sedation and dizziness. It did not alter heart rate or blood pressure. A close relationship between plasma GHB exposure and its psychotropic effects was found, with higher GHB concentrations associated with higher subjective stimulation, sedation, and dizziness. No clockwise hysteresis was observed in the GHB concentration effect plot over time (i.e., no acute pharmacological tolerance). CONCLUSION Evidence was found of a non-linear dose-exposure relationship (i.e., no dose proportionality) at moderate doses of GHB. The effects of GHB on consciousness were closely linked to its plasma exposure and exhibited no acute tolerance. This article is protected by copyright. All rights reserved.