Entwicklung neuartiger Konzepte zur Unterscheidung bakterieller und steriler Entzündungen

authored by: Fabian Brunswig
supervised by: Oliver Plettenburg
Abstract: The development of a diagnostic concept for the non-invasive diagnosis of a bacterial infection was the first target of this work. For a successful implementation, the colony behaviour of bacteria was utilised. To protect themselves from unfavourable living conditions, bacteria tend to form a colony in a protective layer. This protective layer is called biofilm and consists of extracellular cell components in the form of a hydrogel. A ubiquitous component of a biofilm is extracellular DNA (eDNA). By synthesising a suitable molecule, that has the property to selectively bind to eDNA, located in a biofilm and thus the source of a bacterial infection. The detection was performed by implementation of a radioactive marker in the molecule. The focus of the chapter is the synthesis of the probe and the validation of the hypothesis in in vitro experiments based on fluorescent and radioactive molecular properties. In addition to the diagnosis of bacterial infections, the work also covers the development of a therapy concept for the treatment of one. In a material-based approach, porous organosilica nanoparticles were conjugated with two molecules of different functionality. A derivative of the molecule, which eDNAbinding properties were elaborated in the first chapter, was conjugated to the surface of the particles. The functionalisation of the particles' surface guaranteed a spatial proximity of the particle to the biofilm. The pores of the particles were functionalised with a photosensitizer that releases reactive oxygen intermediates upomn irradiation. lt could be shown that the spatial proximity of the particles to a biofilm in combination with the production of reactive oxygen intermediates significantly reduces the number ofliving bacteria in a biofilm. In addition to the evaluation of the therapeutic function of the material, the investigation of electronic interactions of the two conjugated molecules with each other, as well as the characterisation of the material properties are the core of the chapter.
Organisation(s): Section Medicinal Chemistry
Type: Doctoral thesis
No. of pages: 210
Publication date: 2023
Publication status: Published
Electronic version(s): https://doi.org/10.15488/15104 (Access: Open)

BibTeX

@phdthesis{80a465559cb642f393671a78bf93073a,
title = "Entwicklung neuartiger Konzepte zur Unterscheidung bakterieller und steriler Entz{\"u}ndungen",
abstract = "Die Entwicklung eines Diagnosekonzepts zur nicht-invasiven Diagnose einer bakteriellen Infektion war das erste Ziel dieser Arbeit. F{\"u}r eine erfolgreiche Umsetzung wurde sich das Kolonieverhalten von Bakterien zu Nutze gemacht. Um sich vor ung{\"u}nstigen Lebensbedingungen zu sch{\"u}tzen, neigen Bakterien dazu eine Kolonie in einer sch{\"u}tzenden Schicht auszubilden. Diese sch{\"u}tzende Schicht wird Biofilm genannt und besteht aus extrazellul{\"a}ren Zellbestandteilen in Form eines Hydrogels. Ein ubiquit{\"a}rer Bestandteil eines Biofilms ist extrazellul{\"a}re DNA (eDNA). Durch die Synthese eines geeigneten Molek{\"u}ls, welches die Eigenschaft aufweist selektiv an eDNA zu binden, sollte ein Biofilm und damit der Herd einer bakteriellen Infektion gezielt diagnostiziert werden. Die Detektion des erfolgte mittels eines radioaktiven Markers im Molek{\"u}l. Im Zentrum des Kapiltes steht die Synthese einer geeigneten Sonde und die Validierung der Hypothese in in vitro Experimenten, basierend auf den fluoreszenten und radioaktiven Molek{\"u}leigenschaften. Neben der Diagnose bakterieller Infektionen befasst sich die Arbeit auch mit der Entwicklung eines Therapiekonzepts zur Behandlung bakterieller Infektion. In einem materialbasierten Ansatz wurden por{\"o}se Organosilika Nanopartikel mit zwei Molek{\"u}len verschiedener Funktionalit{\"a}t konjugiert. Auf die Oberfl{\"a}che der Partikel wurde ein Derivat des Molek{\"u}ls konjugiert, dessen eDNA-bindende Eigenschaft im ersten Kapitel erarbeitet wurde. Die Funktionalisierung der Partikeloberfl{\"a}che garantierte eine r{\"a}umliche N{\"a}he des Partikels zum Biofilm. Die Poren der Partikel wurden mit einem Photosensibilisator funktionalisiert, der bei Bestrahlung reaktive Sauerstoffintermediate freisetzt. Es konnte gezeigt werden, dass die r{\"a}umliche N{\"a}he der Partikel zu einem Biofilm in Kombination mit der Freisetzung reaktiver Sauerstoffintermediaten die Zahl lebender Bakterien in einem Biofilm signifikant reduziert. Neben der Evaluierung der therapeutischen Funktion des Materials, sind die Untersuchung elektronischer Wechselwirkungen der beiden konjugierten Molek{\"u}le untereinander, sowie die Charakterisierung der Materialeigenschaften Kern des Kapitels.",
author = "Fabian Brunswig",
year = "2023",
doi = "10.15488/15104",
language = "Deutsch",
publisher = "Leibniz Universit{\"a}t Hannover",
school = "Gottfried Wilhelm Leibniz Universit{\"a}t Hannover",
}