Specific PET-ligands for selected 5-HT and GABA A-receptor subtypes = PET-Liganden mit Spezifität für definierte 5-HT und GABA A-Rezeptor-Subtypen

Für diese Arbeit wurden sechs neue Benzodiazepinderivate, TC07, TC08, TC09, TC10, TC11 und TC12, hergestellt. Diese wurden mittels Radioligandenbindungsassay sowohl auf ihre Bindungseigenschaften für Membranen des Cerebellum, des Hippo-campus und des Cortex der Ratte hin untersucht, als auch für Membranen von HEK293 Zellen, die transient rekombinante GABAA Rezeptoren exprimierten. Zusätz-lich wurden kompetitive in situ Rezeptorautoradiographien an Rattenhirnschnitten mit den Liganden [3H]Ro15-4513 und [3H]R015-1788 durchgeführt. Zusammen ergaben sich aus diesen Experimenten deutliche Hinweise auf eine Selektivität der Verbindun-gen TC07, TC11 und TC12 für a5-Untereinheiten enthaltende GABAA Rezeptoren mit a5-Affinitäten im niedrigen nanomolaren Bereich. In vivo Bindungsexperimente in Ratten, mit [3H]Ro15-1788 als Tracer und TC07 als Kompetitor, ergaben, dass TC07 mehr [3H]Ro15-1788 im Vorderhirn als im Cerebellum verdrängt. Bezog man die regionale Verteilung der a5-Untereinheit des GABAA Rezep-tors im Rattenhirn mit ein – sehr wenige a5-Untereinheiten im Cerebellum, etwa 20 % der GABAA Rezeptor-Untereinheiten im Hippocampus – untermauerten diese Ergeb-nisse die Vermutung, TC07 könne a5-selektiv sein. Diese Daten bestätigten darü-berhinaus, dass TC07 die Blut-Hirn-Schranke passieren kann. Für elektrophysiologische Messungen mit TC07 und TC12 wurden die oben erwähnten transient transfizierten HEK293 Zellen verwendet, welche die GABAA Rezeptor Unte-reinheitenkombination a5b3g2 exprimierten. Das Dosis-Antwort Verhalten ergab keinen signifikanten Effekt für TC12. Die Daten von TC07 dagegen lassen auf einen schwach negativ modulatorischen Effekt schließen, was, zumindest theoretisch, die Möglichkeit eröffnet, TC07 auch als sogenannten cognitive enhancer einzusetzen. Der errechnete Ki-Wert lag in derselben Größenordnung wie der Ki-Wert, der anhand der Bindungsas-saydaten errechnet wurde. Insgesamt rechtfertigen die bisherigen Ergebnisse die radiochemische Markierung mit 18F von drei der sechs getesteten Verbindungen in der Reihenfolge TC07, TC12 und TC11. Des Weiteren wurde [18F]MHMZ, ein potentiell 5-HT2A selektiver Ligand und PET-Tracer einschließlich Vorläufer und Referenzverbindungen, mit hohen Ausbeuten syn-thetisiert (Herth, Debus et al. 2008). Autoradiographieexperimente mit Rattenhirn-schnitten zeigten hervorragende in situ Bindungseigenschaften der neuen Verbindung. Die Daten wiesen eine hohe Selektivität für 5-HT2A Rezeptoren in Verbindung mit einer niedrigen unspezifischen Bindung auf. [18F]MHMZ erfährt in vivo eine schnelle Metabo-lisierung, wobei ein polarer aktiver Metabolit entsteht, welcher vermutlich nicht die Blut-Hirn-Schranke passieren kann. Transversale, sagittale und coronale Kleintier-PET-Bilder des Rattenhirns zeigten eine hohe Anreicherung im frontalen Cortex und im Striatum, während im Cerebellum so gut wie keine Anreicherung festzustellen war. Diese Verteilung deckt sich mit der bekann-ten Verteilung der 5-HT2A Rezeptoren. Die in vivo Anreicherung scheint sich ebenfalls gut mit der Verteilung der in den Autoradiographieexperimenten gemessenen Bindung zu decken. Nach Berechnungen mit dem 4-Parameter Referenzgewebe Modell beträgt das Bindungspotential (BP) für den frontalen Cortex 1,45. Das Cortex zu Cerebellum Verhältnis wurde auf 2,7 nach 30 Minuten Messzeit bestimmt, was bemerkenswert nah an den von Lundkvist et al. für [11C]MDL 100907 publizierten Daten liegt. Abgesehen von der etwas niedrigeren Affinität waren die gemessenen in vitro, in situ und in vivo Daten denen von [3H]MDL 100907 und [11C]MDL 100907 sehr ähnlich, so dass wir ein [18F]Analogon in der Hand haben, das die bessere Selektivität von MDL 100907 verglichen mit Altanserin mit der längeren Halbwertszeit und den besse-ren Eigenschaften für die klinische Routine von 18F verglichen mit 11C verbindet. Die Ergebnisse von [18F]MHMZ rechtfertigenden weitere Experimente, um diesen Liganden für die klinische Routine am Menschen nutzbar zu machen.

Synthese, 11 C- und 18 F-Markierung und Evaluierung von Repaglinid-Derivaten zur Quantifizierung der pankreatischen beta-Zell-Masse in vivo mittels PET

Diabetes mellitus umfasst eine heterogene Gruppe von Stoffwechselfunktionsstörungen, die durch hohe Blut-Glukose-Werte gekennzeichnet sind. Zwei Haupttypen von Diabetes mellitus wurden definiert: Typ 1- und Typ 2-Diabetes. Repaglinid ist ein neuer, schnell wirksamer, bei Typ 2-Diabetikern eingesetzter prandialer Glukose-Regulator mit einer kurzen Plasmahalbwertszeit (<1 Stunde) und der erste Vertreter der Carbamoylmethylbenzoesäure Familie, der in klinischen Studien getestet wurde. Die 18F- und 11C-markierten Repaglinid-Derivate (S)-2-(2-[18F]Fluorethoxy)-4-((3-methyl-1-(2-piperidin-1-yl-phenyl)-butylcarbamoyl)-methyl)-benzoesäure ([18F]Fluorethoxy-desethoxy-Repaglinid) und (S)-2-([11C]Methoxy)-4-([3-methyl-1-(2-piperidin-1-yl-phenyl)-butyl-carba-moyl]-benzoesäure ([11C]Methoxy-desethoxy-Repaglinid) wurden als potentielle Tracer für die nicht-invasive Quantifizierung des Sulfonylharnstoffrezeptor-Typ1-Status (SUR-1) der Insulin-sezernierenden -Zellen mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) synthetisiert. [18F]Fluorethoxy-desethoxy-Repaglinide konnte in einer radiochemischen Ausbeute (RCA) von 20% nach 135 Minuten mit einer radiochemischen Reinheit >98% unter Verwendung des sekundären Markierungsvorläufers 2-[18F]Fluorethyltosylat erhalten werden. Die spezifische Aktivität lag im Bereich von 50-60 GBq/µmol. Für die radioaktive Synthese des [11C]Methoxy-desethoxy-Repaglinids wurde der sekundäre Markierungsvorläufer [11C]Methyliodid verwendet. Der 11C-Radiotracer wurde in einer RCA von 35% (bezogen auf [11C]CO2) mit einer spezifischen Aktivität von 40-70 GBq/µmol erhalten. Um die Eigenschaften des fluorierten sowie des methoxylierten Repaglinids zu charakterisieren, wurde die Affinität beider Verbindungen zum humanen SUR-1 evaluiert. [19F]Fluorethoxy-desethoxy-Repaglinid und Methoxy-desethoxy-Repaglinid induzierten Verdrängungskurven mit Hill-Koeffizienten nahe 1 und ergaben Dissotiationskonstanten (KD) von 142 nM beziehungsweise 83 nM - vergleichsweise geringe Verluste relativ zu Original-Repaglinid. Die biologische Aktivität wurde mittels Insulin-Sekretionstests an isolierten Ratten-Inselzellen gezeigt und war ebenfalls mit der des Repaglinids vergleichbar. Schließlich wurde die Biodistribution des [18F]Fluorethoxy-desethoxy-Repaglinids in gesunden Sprague-Dawley-Ratten durch Messung der Konzentration der Verbindung in verschiedenen Organen nach intravenöser Injektion untersucht. Das pankreatische Gewebe zeigte im Zeitintervall zwischen 10 und 30 Minuten nach Injektion eine stabile Akkumulation von etwa 0.12% der injizierten Dosis. 50% dieser Tracer-Akkulmulation konnten durch zusätzliche Injektion von nicht-radioaktiv-markiertem Repaglinid verdrängt werden, was auf eine mögliche Eignung des [18F]Fluorethoxy-desethoxy-Repaglinids für in vivo-Untersuchungen mittels PET schließen lässt. Eine erste humane PET-Studie zeigte zwar ebenfalls eine stabile, allerdings nur geringere Akkumulation von [18F]Fluorethoxy-desethoxy-Repaglinid im Pankreas und eine überproportional hohe Aktivitätsanreicherung in der Leber. Die Radioaktivitäts-akkumulation im Blut fiel nach wenigen Minuten unter die des Pankreas.

Effect of drug physicochemical properties on the release from liposomal systems in vitro and in vivo

Liposomes were discovered about 40 years ago by A. Bangham and since then they became very versatile tools in biology, biochemistry and medicine. Liposomes are the smallest artificial vesicles of spherical shape that can be produced from natural untoxic phospholipids and cholesterol. Liposome vesicles can be used as drug carriers and become loaded with a great variety of molecules, such as small drug molecules, proteins, nucleotides and even plasmids. Due to the variability of liposomal compositions they can be used for a large number of applications. In this thesis the β-adrenoceptor antagonists propranolol, metoprolol, atenolol and pindolol, glucose, 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) and Er-DTPA were used for encapsulation in liposomes, characterization and in vitro release studies. Multilamellar vesicles (MLV), large unilamellar vesicles (LUV) and smaller unilamellar vesicles (SUV) were prepared using one of the following lipids: 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H) or a mixture of DSPC and DMPC (1:1). The freeze thawing method was used for preparation of liposomes because it has three advantages (1) avoiding the use of chloroform, which is used in other methods and causes toxicity (2) it is a simple method and (3) it gives high entrapping efficiency. The percentage of entrapping efficiencies (EE) was different depending on the type and phase transition temperature (Tc) of the lipid used. The average particle size and particle size distribution of the prepared liposomes were determined using both dynamic light scattering (DLS) and laser diffraction analyzer (LDA). The average particle size of the prepared liposomes differs according to both liposomal type and lipid type. Dispersion and dialysis techniques were used for the study of the in vitro release of β-adrenoceptor antagonists. The in vitro release rate of β-adrenoceptor antagonists was increased from MLV to LUV to SUV. Regarding the lipid type, β-adrenoceptor antagonists exhibited different in vitro release pattern from one lipid to another. Two different concentrations (50 and 100mg/ml) of Ph90H were used for studying the effect of lipid concentration on the in vitro release of β-adrenoceptor antagonists. It was found that liposomes made from 50 mg/ml Ph90H exhibited higher release rates than liposomes made at 100 mg/ml Ph90H. Also glucose was encapsulated in MLV, LUV and SUV using 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H), soybean lipid (Syb) or a mixture of DSPC and DMPC (1:1). The average particle size and size distribution were determined using laser diffraction analysis. It was found that both EE and average particle size differ depending on both lipid and liposomal types. The in vitro release of glucose from different types of liposomes was performed using a dispersion method. It was found that the in vitro release of glucose from different liposomes is dependent on the lipid type. 18F-FDG was encapsulated in MLV 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H), soybean lipid (Syb) or a mixture of DSPC and DMPC (1:1). FDG-containing LUV and SUV were prepared using Ph90H lipid. The in vitro release of FDG from the different types of lipids was accomplished using a dispersion method. Results similar to that of glucose release were obtained. In vivo imaging of FDG in both uncapsulated FDG and FDG-containing MLV was performed in the brain and the whole body of rats using PET scanner. It was found that the release of FDG from FDG-containing MLV was sustained. In vitro-In vivo correlation was studied using the in vitro release data of FDG from liposomes and in vivo absorption data of FDG from injected liposomes using microPET. Erbium, which is a lanthanide metal, was used as a chelate with DTPA for encapsulation in SUV liposomes for the indirect radiation therapy of cancer. The liposomes were prepared using three different concentrations of soybean lipid (30, 50 and 70 mg/ml). The stability of Er-DTPA SUV liposomes was carried out by storage of the prepared liposomes at three different temperatures (4, 25 and 37 °C). It was found that the release of Er-DTPA complex is temperature dependent, the higher the temperature, the higher the release. There was an inverse relationship between the release of the Er-DTPA complex and the concentration of lipid.

On the development of novel cocaine-analogues for in vivo imaging of the dopamine transporter status

The present thesis is concerned with the development of novel cocaine-derived dopamine transporter ligands for the non-invasive exploration of the striatal and extra-striatal dopamine transporter (DAT) in living systems. The presynaptic dopamine transporter acquires an important function within the mediation of dopaminergic signal transduction. Its availability can serve as a measure for the overall integrity of the dopaminergic system. The DAT is upregulated in early Parkinson’s disease (PD), resulting in an increased availability of DAT-binding sites in the striatal DAT domains. Thereby, DAT imaging has become an important routine diagnostic tool for the early diagnosis of PD in patients, as well as for the differentiation of PD from symptomatically similar medical conditions. Furthermore, the dopaminergic system is involved in a variety of psychiatric diseases. In this regard, DAT-selective imaging agents may provide detailed insights into the scientific understanding of the biochemical background of both, the progress as well as the origins of the symptoms. DAT-imaging may also contribute to the determination of the dopaminergic therapeutic response for a given medication and thereby contribute to more convenient conditions for the patient. From an imaging point of view, the former demands a high availability of the radioactive probe to facilitate broad application of the modality, whereas the latter profits from short-lived probes, suitable for multi-injection studies. Therefore, labelling with longer-lived 18F-fluoride and in particular the generator nuclide 68Ga is worthwhile for clinical routine imaging. In contrast, the introduction of a 11C-label is a prerequisite for detailed scientific studies of neuronal interactions. The development of suitable DAT-ligands for medical imaging has often been complicated by the mixed binding profile of many compounds that that interact with the DAT. Other drawbacks have included high non-specific binding, extensive metabolism and slow accumulation in the DAT-rich brain areas. However, some recent examples have partially overcome the mentioned complications. Based on the structural speciality of these leads, novel ligand structures were designed and successfully synthesised in the present work. A structure activity relationship (SAR) study was conducted wherein the new structural modifications were examined for their influence on DAT-affinity and selectivity. Two of the compounds showed improvements in in vitro affinity for the DAT as well as selectivity versus the serotonin transporter (SERT) and norepinephrine transporter (NET). The main effort was focussed on the high-affinity candidate PR04.MZ, which was subsequently labelled with 18F and 11C in high yield. An initial pharmacological characterisation of PR04.MZ in rodents revealed highly specific binding to the target brain structures. As a result of low non-specific binding, the DAT-rich striatal area was clearly visualised by autoradiography and µPET. Furthermore, the radioactivity uptake into the DAT-rich brain regions was rapid and indicated fast binding equilibrium. No radioactive metabolite was found in the rat brain. [18F]PR04.MZ and [11C]PR04.MZ were compared in the primate brain and the plasma metabolism was studied. It was found that the ligands specifically visualise the DAT in high and low density in the primate brain. The activity uptake was rapid and quantitative evaluation by Logan graphical analysis and simplified reference tissue model was possible after a scanning time of 30 min. These results further reflect the good characteristics of PR04.MZ as a selective ligand of the neuronal DAT. To pursue 68Ga-labelling of the DAT, initial synthetic studies were performed as part of the present thesis. Thereby, a concept for the convenient preparation of novel bifunctional chelators (BFCs) was developed. Furthermore, the suitability of novel 1,4,7-triazacyclononane based N3S3-type BFCs for biomolecule-chelator conjugates of sufficient lipophilicity for the penetration of the blood-brain-barrier was elucidated.

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

From defined polymer architectures to structure-property relationships in vivo

Makromolekulare Wirkstoffträgersysteme sind von starkem Interesse bezüglich der klinischen Anwendung chemotherapeutischer Agenzien. Um ihr klinisches Potential zu untersuchen ist es von besonderer Bedeutung das pharmakokinetische Profil in vivo zu bestimmen. Jede Veränderung der Polymerstruktur beeinflusst die Körperverteilung des entsprechenden Makromoleküls. Aufgrund dessen benötigt man detailliertes Wissen über Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im lebenden Organismus, um das Nanocarrier System für zukünftige Anwendungen einzustellen. In dieser Beziehung stellt das präklinische Screening mittels radioaktiver Markierung und Positronen-Emissions-Tomographie eine nützliche Methode für schnelle sowie quantitative Beobachtung von Wirkstoffträgerkandidaten dar. Insbesondere poly(HPMA) und PEG sind im Arbeitsgebiet Polymer-basierter Therapeutika stark verbreitet und von ihnen abgeleitete Strukturen könnten neue Generationen in diesem Forschungsbereich bieten.rnDie vorliegende Arbeit beschreibt die erfolgreiche Synthese verschiedener HPMA und PEG basierter Polymer-Architekturen – Homopolymere, Statistische und Block copolymere – die mittels RAFT und Reaktivesterchemie durchgeführt wurde. Des Weiteren wurden die genannten Polymere mit Fluor-18 und Iod-131 radioaktiv markiert und mit Hilfe von microPET und ex vivo Biodistributionsstudien in tumortragenden Ratten biologisch evaluiert. Die Variation in Polymer-Architektur und darauffolgende Analyse in vivo resultierte in wichtige Schlussfolgerungen. Das hydrophile / lipophile Gleichgewicht hatte einen bedeutenden Einfluss auf das pharmakokinetische Profil, mit besten in vivo Eigenschaften (geringe Aufnahme in Leber und Milz sowie verlängerte Blutzirkulationszeit) für statistische HPMA-LMA copolymere mit steigendem hydrophoben Anteil. Außerdem zeigten Langzeitstudien mit Iod-131 eine verstärkte Retention von hochmolekularen, HPMA basierten statistischen Copolymeren im Tumorgewebe. Diese Beobachtung bestätigte den bekannten EPR-Effekt. Hinzukommend stellen Überstrukturbildung und damit Polymergröße Schlüsselfaktoren für effizientes Tumor-Targeting dar, da Polymerstrukturen über 200 nm in Durchmesser schnell vom MPS erkannt und vom Blutkreislauf eliminiert werden. Aufgrund dessen wurden die hier synthetisierten HPMA Block copolymere mit PEG Seitengruppen chemisch modifiziert, um eine Verminderung in Größe sowie eine Reduktion in Blutausscheidung zu induzieren. Dieser Ansatz führte zu einer erhöhten Tumoranreicherung im Walker 256 Karzinom Modell. Generell wird die Körperverteilung von HPMA und PEG basierten Polymeren stark durch die Polymer-Architektur sowie das Molekulargewicht beeinflusst. Außerdem hängt ihre Effizienz hinsichtlich Tumorbehandlung deutlich von den individuellen Charakteristika des einzelnen Tumors ab. Aufgrund dieser Beobachtungen betont die hier vorgestellte Dissertation die Notwendigkeit einer detaillierten Polymer-Charakterisierung, kombiniert mit präklinischem Screening, um polymere Wirkstoffträgersysteme für individualisierte Patienten-Therapie in der Zukunft maßzuschneidern.rn

18 F-Click-Radiomarkierung polymerer Trägersysteme zur ex vivo- und in vivo-Evaluierung

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein leistungsstarkes, nicht-invasives, bildgebendes Verfahren in der Nuklearmedizin und hat darüber hinaus zunehmende Bedeutung in der Arzneistoffentwicklung. Zur Verbesserung des therapeutischen Index von niedermolekularen Pharmaka werden vermehrt Wirkstofftransportsysteme eingesetzt. Eine Klasse dieser Wirkstofftransportsysteme sind Liposomen. Die Weiterentwicklung der klassischen Liposomen sind sogenannte „Stealth“-Liposomen, die eine Polyethylenglykol (PEG)-Korona zur Herabsetzung der Erkennung und Ausscheidung tragen. Zur (Weiter-)Entwicklung und deren in vivo-Evaluierung bietet die PET die Möglichkeit, die Auswirkungen von strukturellen Anpassungen auf die pharmakokinetischen Eigenschaften solcher Transportsysteme zu untersuchen. Zur Evaluierung neuartiger, cholesterolverankerter, linear-hyperverzweigter Polyglycerole (Ch-PEG-hbPG) als sterisch stabilisierende Polymere in Liposomen wurden diese im Rahmen dieser Arbeit mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 über kupferkatalysierte Alkin-Azid Cycloaddition (CuAAC) in sehr hohen Ausbeuten radiomarkiert. Zum systematischen Vergleich des in vivo-Verhaltens wurde ebenfalls ein cholesterolbasiertes lineares PEG (Ch-PEG) mit CuAAC nahezu quantitativ radiomarkiert. Als drittes Element wurde die Direktmarkierung von Cholesterol mit [18F]F- entwickelt. Diese drei Verbindungen wurden zuerst separat als Einzelkomponenten und anschließend, in Liposomen formuliert, in Tierstudien an Mäusen hinsichtlich ihrer initialen Pharmakokinetik und Biodistribution untersucht. Dabei zeigte sich ein ähnliches Verhalten der neuartigen Ch-PEG-hbPG-Derivate zu den bekannten Ch-PEG, mit dem Vorteil der Multifunktionalität an den hyperverzweigten Strukturen. Die liposomalen Strukturen mit der neuartigen sterischen Stabilisierung wiesen eine erhöhte Blutzirkulationszeit und vorteilhafte Blut-zu-Leber- und Blut-zu-Lunge-Verhältnisse im Vergleich zu den linear stabilisierten Analoga auf.rnEine weitere Klasse von Wirkstofftransportsystemen sind polymere Trägersysteme wie pHPMA. Alkinfunktionalisierte Polymere konnten in zwei verschiedenen Größen (~12 und 60 kDa) mittels CuAAC in sehr hohen Ausbeuten mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 radiomarkiert werden. Bicyclononinderivate der gleichen Größen konnten ohne Kupferkatalyse über ringspannungsvermittelte Alkin-Azid-Cycloaddition (SPAAC) mikrowellengestützt markiert werden und stehen somit zur in vivo-Untersuchung hinsichtlich des Einflusses der Markierungsart zur Verfügung.

In Vitro And In Vivo Anti-angiogenic Effects Of Hydroxyurea.

Hydroxyurea (HU), or hydroxycarbamide, is used for the treatment of some myeloproliferative and neoplastic diseases, and is currently the only drug approved by the FDA for use in sickle cell disease (SCD). Despite the relative success of HU therapy for SCD, a genetic disorder of the hemoglobin β chain that results in red-cell sickling, hemolysis, vascular inflammation and recurrent vasoocclusion, the exact mechanisms by which HU actuates remain unclear. We hypothesized that HU may modulate endothelial angiogenic processes, with important consequences for vascular inflammation. The effects of HU (50-200 μM; 17-24 h) on endothelial cell functions associated with key steps of angiogenesis were evaluated using human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) cultures. Expression profiles of the HIF1A gene and the miRNAs 221 and 222, involved in endothelial function, were also determined in HUVECs following HU administration and the direct in vivo antiangiogenic effects of HU were assessed using a mouse Matrigel-plug neovascularization assay. Following incubation with HU, HUVECs exhibited high cell viability, but displayed a significant 75% inhibition in the rate of capillary-like-structure formation, and significant decreases in proliferative and invasive capacities. Furthermore, HU significantly decreased HIF1A expression, and induced the expression of miRNA 221, while downregulating miRNA 222. In vivo, HU reduced vascular endothelial growth factor (VEGF)-induced vascular development in Matrigel implants over 7 days. Findings indicate that HU is able to inhibit vessel assembly, a crucial angiogenic process, both in vitro and in vivo, and suggest that some of HU's therapeutic effects may occur through novel vascular mechanisms.

Design And Synthesis Of N-acylated Aza-goniothalamin Derivatives And Evaluation Of Their In Vitro And In Vivo Antitumor Activity.

Herein we describe the synthesis of a focused library of compounds based on the structure of goniothalamin (1) and the evaluation of the potential antitumor activity of the compounds. N-Acylation of aza-goniothalamin (2) restored the in vitro antiproliferative activity of this family of compounds. 1-(E)-But-2-enoyl-6-styryl-5,6-dihydropyridin-2(1H)-one (18) displayed enhanced antiproliferative activity. Both goniothalamin (1) and derivative 18 led to reactive oxygen species generation in PC-3 cells, which was probably a signal for caspase-dependent apoptosis. Treatment with derivative 18 promoted Annexin V/7-aminoactinomycin D double staining, which indicated apoptosis, and also led to G2 /M cell-cycle arrest. In vivo studies in Ehrlich ascitic and solid tumor models confirmed the antitumor activity of goniothalamin (1), without signs of toxicity. However, derivative 18 exhibited an unexpectedly lower in vivo antitumor activity, despite the treatments being administered at the same site of inoculation. Contrary to its in vitro profile, aza-goniothalamin (2) inhibited Ehrlich tumor growth, both on the ascitic and solid forms. Our findings highlight the importance of in vivo studies in the search for new candidates for cancer treatment.

Oligomerization, Membrane Association, And In Vivo Phosphorylation Of Sugarcane Udp-glucose Pyrophosphorylase.

Sugarcane is a monocot plant that accumulates sucrose to levels of up to 50% of dry weight in the stalk. The mechanisms that are involved in sucrose accumulation in sugarcane are not well understood, and little is known with regard to factors that control the extent of sucrose storage in the stalks. UDP-glucose pyrophosphorylase (UGPase; EC 2.7.7.9) is an enzyme that produces UDP-glucose, a key precursor for sucrose metabolism and cell wall biosynthesis. The objective of this work was to gain insights into the ScUGPase-1 expression pattern and regulatory mechanisms that control protein activity. ScUGPase-1 expression was negatively correlated with the sucrose content in the internodes during development, and only slight differences in the expression patterns were observed between two cultivars that differ in sucrose content. The intracellular localization of ScUGPase-1 indicated partial membrane association of this soluble protein in both the leaves and internodes. Using a phospho-specific antibody, we observed that ScUGPase-1 was phosphorylated in vivo at the Ser-419 site in the soluble and membrane fractions from the leaves but not from the internodes. The purified recombinant enzyme was kinetically characterized in the direction of UDP-glucose formation, and the enzyme activity was affected by redox modification. Preincubation with H2O2 strongly inhibited this activity, which could be reversed by DTT. Small angle x-ray scattering analysis indicated that the dimer interface is located at the C terminus and provided the first structural model of the dimer of sugarcane UGPase in solution.

Morphological Aspects And Cox-2 Expression After Exposure To 780-nm Laser Therapy In Injured Skeletal Muscle: An In Vivo Study.

The effectiveness of low-level laser therapy in muscle regeneration is still not well known. To investigate the effects of laser irradiation during muscle healing. For this purpose, 63 rats were distributed to 3 groups: non-irradiated control group (CG); group irradiated at 10 J/cm(2) (G10); and group irradiated at 50 J/cm(2) (G50). Each group was divided into 3 different subgroups (n=7), and on days 7, 14 and 21 post-injury the rats were sacrificed. Seven days post-surgery, the CG showed destroyed zones and extensive myofibrillar degeneration. For both treated groups, the necrosis area was smaller compared to the CG. On day 14 post-injury, treated groups demonstrated better tissue organization, with newly formed muscle fibers compared to the CG. On the 21(st) day, the irradiated groups showed similar patterns of tissue repair, with improved muscle structure at the site of the injury, resembling uninjured muscle tissue organization. Regarding collagen deposition, the G10 showed an increase in collagen synthesis. In the last period evaluated, both treated groups showed statistically higher values in comparison with the CG. Furthermore, laser irradiation at 10 J/cm(2) produced a down-regulation of cyclooxygenase 2 (Cox-2) immunoexpression on day 7 post-injury. Moreover, Cox-2 immunoexpression was decreased in both treated groups on day 14. Laser therapy at both fluencies stimulated muscle repair through the formation of new muscle fiber, increase in collagen synthesis, and down-regulation of Cox-2 expression.

Liposomal Lidocaine Gel For Topical Use At The Oral Mucosa: Characterization, In Vitro Assays And In Vivo Anesthetic Efficacy In Humans.

To characterize liposomal-lidocaine formulations for topical use on oral mucosa and to compare their in vitro permeation and in vivo anesthetic efficacy with commercially available lidocaine formulations. Large unilamellar liposomes (400 nm) containing lidocaine were prepared using phosphatidylcholine, cholesterol, and α-tocoferol (4:3:0.07, w:w:w) and were characterized in terms of membrane/water partition coefficient, encapsulation efficiency, size, polydispersity, zeta potential, and in vitro release. In vitro permeation across pig palatal mucosa and in vivo topical anesthetic efficacy on the palatal mucosa in healthy volunteers (double-blinded cross-over, placebo controlled study) were performed. The following formulations were tested: liposome-encapsulated 5% lidocaine (Liposome-Lido5); liposome-encapsulated 2.5% lidocaine (Liposome-Lido2.5); 5% lidocaine ointment (Xylocaina®), and eutectic mixture of lidocaine and prilocaine 2.5% (EMLA®). The Liposome-Lido5 and EMLA showed the best in vitro permeation parameters (flux and permeability coefficient) in comparison with Xylocaina and placebo groups, as well as the best in vivo topical anesthetic efficacy. We successfully developed and characterized a liposome encapsulated 5% lidocaine gel. It could be considered an option to other topical anesthetic agents for oral mucosa.

In Vivo Evaluation Of The Genetic Toxicity Of Rubus Niveus Thunb. (rosaceae) Extract And Initial Screening Of Its Potential Chemoprevention Against Doxorubicin-induced Dna Damage.

Rubus niveus Thunb. plant belongs to Rosaceae family and have been used traditionally to treat wounds, burns, inflammation, dysentery, diarrhea and for curing excessive bleeding during menstrual cycle. The present study was undertaken to investigate the in vivo genotoxicity of Rubus niveus aerial parts extract and its possible chemoprotection on doxorubicin (DXR)-induced DNA damage. In parallel, the main phytochemicals constituents in the extract were determined. The animals were exposed to the extract for 24 and 48h, and the doses selected were 500, 1000 and 2000mg/kg b.w. administered by gavage alone or prior to DXR (30mg/kg b.w.) administered by intraperitoneal injection. The endpoints analyzed were DNA damage in bone marrow and peripheral blood cells assessed by the alkaline alkaline (pH>13) comet assay and bone marrow micronucleus test. The results of chemical analysis of the extract showed the presence of tormentic acid, stigmasterol, quercitinglucoronide (miquelianin) and niga-ichigoside F1 as main compounds. Both cytogenetic endpoints analyzed showed that there were no statistically significant differences (p>0.05) between the negative control and the treated groups with the two higher doses of Rubus niveus extract alone, demonstrating absence of genotoxic and mutagenic effects. Aneugenic/clastogenic effect was observed only at 2000mg/kg dose. On the other hand, in the both assays and all tested doses were observed a significant reduction of DNA damage and chromosomal aberrations in all groups co-treated with DXR and extract compared to those which received only DXR. These results indicate that Rubus niveus aerial parts extract did not revealed any genotoxic effect, but presented some aneugenic/clastogenic effect at higher dose; and suggest that it could be a potential adjuvant against development of second malignant neoplasms caused by the cancer chemotherapic DXR.

In Vivo Determination Of The Volatile Metabolites Of Saprotroph Fungi By Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography.

In this work, we discuss the use of multi-way principal component analysis combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography to study the volatile metabolites of the saprophytic fungus Memnoniella sp. isolated in vivo by headspace solid-phase microextraction. This fungus has been identified as having the ability to induce plant resistance against pathogens, possibly through its volatile metabolites. Adequate culture media was inoculated, and its headspace was then sampled with a solid-phase microextraction fiber and chromatographed every 24 h over seven days. The raw chromatogram processing using multi-way principal component analysis allowed the determination of the inoculation period, during which the concentration of volatile metabolites was maximized, as well as the discrimination of the appropriate peaks from the complex culture media background. Several volatile metabolites not previously described in the literature on biocontrol fungi were observed, as well as sesquiterpenes and aliphatic alcohols. These results stress that, due to the complexity of multidimensional chromatographic data, multivariate tools might be mandatory even for apparently trivial tasks, such as the determination of the temporal profile of metabolite production and extinction. However, when compared with conventional gas chromatography, the complex data processing yields a considerable improvement in the information obtained from the samples. This article is protected by copyright. All rights reserved.

Estudo inicial da degradação in vivo de poli(L-co-D,L ácido lático), sintetizado em laboratório, aplicado como prótese tibial em coelhos

The copolymer poly (L-co-D,L lactic acid), PLDLA, has gained prominence in the field of temporary prostheses due to the fact that their time of degradation is quite compatible with the requirement in the case of osseous fracture. In this work the in vivo degradation of devices from copolymer, as a system of plates and screws, used in fixation of the tibia of rabbits was studied. The devices were implanted in 15 adult rabbits, albinos, New Zealand race, and they were used as control devices of alloys of titanium (Ti-6Al-4V/ V grade). The use of copolymers, synthesized in the laboratory, was tested in the repair of fracture in rabbits'tibias, being assessed in the following times: 2 weeks, 2 months and 3 months. Morphological analysis of tissue surrounding the plate and screw system, for 2 weeks of implantation, showed the presence of osteoblasts, indicating a pre bone formation. After 2 months there was new bone formation in the region in contact with the polymer. This bone growth occurred simultaneously with the process of PLDLA degradation, invading the region where there was polymer and after 3 months there was an intense degradation of the copolymer and hence greater tissue invasion compared to 2 months which characterized bone formation in a region where the polymer degraded. The in vivo degradation study of the devices for PLDLA by means of histological evaluations during the period of consolidation of the fracture showed the efficiency of plate and screw system, and it was possible to check formation of bone tissue at the implantation site, without the presence of inflammatory reaction