TY - INPR A1 - Döring, Sarah A1 - Weller, Michael G. A1 - Reinders, Yvonne A1 - Konthur, Zoltán A1 - Jaeger, Carsten T1 - Challenges and Insights in Absolute Quantification of Recombinant Therapeutic Antibodies by Mass Spectrometry: An Introductory Review N2 - This review describes mass spectrometry (MS)-based approaches for the absolute quantification of therapeutic monoclonal antibodies (mAbs), focusing on technical challenges in sample treatment and calibration. Therapeutic mAbs are crucial for treating cancer, inflammatory, infectious, and autoimmune diseases. We trace their development from hybridoma technology and the first murine mAbs in 1975 to today’s chimeric and fully human mAbs. With increasing commercial relevance, absolute quantification of mAbs, traceable to SI units, has attracted attention from science, industry, and national metrology institutes (NMIs). Quantification of proteotypic peptides after enzymatic digestion using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) has emerged as the most viable strategy, though methods targeting intact mAbs are still being explored. We review peptide-based quantification, focusing on critical experimental steps like denaturation, reduction, alkylation, choice of digestion enzyme, and selection of signature peptides. Challenges in amino acid analysis (AAA) for quantifying pure mAbs and peptide calibrators, along with software tools for targeted MS data analysis, are also discussed. Short explanations within each chapter provide newcomers an overview of the field’s challenges. Finally, we discuss prospects and limitations of developing standardized protocols and certified reference materials (CRMs) and suggest future applications of newer technologies for the absolute quantification of therapeutic antibodies. KW - Antibody KW - Mass spectrometry KW - Absolute quantification KW - Metrology KW - Reference products PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-621841 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202412.1081.v1 SP - 1 EP - 22 PB - MDPI AN - OPUS4-62184 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-Based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - The distribution of tiny sensors over a specific area was first proposed in the late 1990s as a concept known as Smart Dust. Several efforts focused primarily on computing and networking capabilities but quickly ran into problems related to power supply, cost, data transmission, and environmental pollution. To overcome these limitations, we propose using paper-based (confetti-like) chemosensors that exploit the inherent selectivity of chemical reagents, such as colorimetric indicators. In this work, cheap and biodegradable passive sensors made from cellulose could successfully indicate the presence of hazardous chemicals, e.g., strong acids, by a significant color change. A conventional color digital camera attached to a drone could easily detect this from a safe distance. The collected data was processed to define the hazardous area. Our work presents a combination of the smart dust concept, chemosensing, paper-based sensor technology, and low-cost drones for flexible, sensitive, economical, and rapid detection of hazardous chemicals in high-risk scenarios. N2 - Die Verteilung winziger Sensoren über ein bestimmtes Gebiet wurde erstmals Ende der 1990er Jahre als Konzept namens „Smart Dust“ vorgeschlagen. Mehrere Bemühungen konzentrierten sich hauptsächlich auf Rechen- und Netzwerkfähigkeiten, stießen jedoch schnell auf Probleme im Zusammenhang mit der Stromversorgung, den Kosten, der Datenübertragung und der Umweltverschmutzung. Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlagen wir die Verwendung von papierbasierten (konfettiartigen) Chemosensoren vor, die die inhärente Selektivität chemischer Reagenzien, wie z. B. kolorimetrischer Indikatoren, nutzen. In dieser Arbeit konnten günstige und biologisch abbaubare passive Sensoren aus Zellulose erfolgreich das Vorhandensein gefährlicher Chemikalien, z.B. starker Säuren, durch eine deutliche Farbänderung anzeigen. Eine herkömmliche Farb-Digitalkamera, die an einer Drohne befestigt ist, konnte dies aus sicherer Entfernung leicht erkennen. Die gesammelten Daten wurden verarbeitet, um den Gefahrenbereich zu abzugrenzen. Unsere Arbeit stellt eine Kombination aus dem Smart-Dust-Konzept, Chemosensorik, papierbasierter Sensortechnologie und kostengünstigen Drohnen für eine flexible, empfindliche, wirtschaftliche und schnelle Erkennung gefährlicher Chemikalien in Hochrisikoszenarien dar. KW - Confetti KW - Remote sensing KW - Drones KW - UAV KW - Optical detection KW - Chemosensor KW - pH indicator KW - Paper-based sensors KW - Harmful chemicals KW - Chemical desaster PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-621284 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202408.0030.v1 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basle, Switzerland AN - OPUS4-62128 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Bosc-Bierne, Gaby A1 - Weller, Michael G. T1 - Investigation of Impurities in Peptide Pools N2 - Peptide pools are important research tools in different biomedical fields. They consist of a complex mixture of defined peptides, which places high demands on the production and quality control of these products. Previously it was shown that the combination of UHPLC with high-resolution mass-spectrometry (HRMS) is a fast and powerful method to confirm the relative concentration and the structural identity of all peptides expected to be in the pool. In this work, the additional information contained in the UV chromatograms and mass spectra is used to search for impurities due to synthesis by-products, degradation during storage and transportation and to identify possible analytical artifacts. It was shown that most impurities are only present in trace amounts and can be considered uncritical for most applications. The most frequent and perhaps unexpected impurities were homo- and heterodimers caused by the free cysteines contained in these peptide pools. Furthermore, pyroglutamate and aspartimide formation, deamidation, methionine oxidation, and amino acid deletions could be found. This list is not intended to be comprehensive, but rather a brief guide to quickly identify impurities and, in the long term, to suggest possible changes in the composition of the peptide pools to avoid such impurities by design or by special precautions. N2 - Peptidpools sind wichtige Forschungswerkzeuge in verschiedenen biomedizinischen Bereichen. Sie bestehen aus einer komplexen Mischung definierter Peptide, was hohe Anforderungen an die Produktion und Qualitätskontrolle dieser Produkte stellt. Zuvor wurde gezeigt, dass die Kombination von UHPLC mit hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) eine schnelle und leistungsstarke Methode ist, um die relative Konzentration und die strukturelle Identität aller Peptide zu bestätigen, die im Pool erwartet werden. In dieser Arbeit werden die zusätzlichen Informationen in den UV-Chromatogrammen und Massenspektren genutzt, um nach Verunreinigungen durch Synthesenebenprodukte, Abbau während der Lagerung und des Transports zu suchen und mögliche analytische Artefakte zu identifizieren. Es wurde gezeigt, dass die meisten Verunreinigungen nur in Spuren vorhanden sind und für die meisten Anwendungen als unkritisch angesehen werden können. Die häufigsten und vielleicht unerwartetsten Verunreinigungen waren Homo- und Heterodimere, die durch die in diesen Peptidpools enthaltenen freien Cysteine verursacht wurden. Außerdem konnten Pyroglutamat- und Aspartimidbildung, Deamidierung, Methioninoxidation und Aminosäurendeletion festgestellt werden. Diese Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern soll vielmehr eine kurze Anleitung zur schnellen Identifizierung von Verunreinigungen und langfristig zur Anregung möglicher Änderungen in der Zusammensetzung der Peptidpools sein, um solche Verunreinigungen durch Design oder besondere Vorsichtsmaßnahmen zu vermeiden. KW - Peptides KW - Mixtures KW - Degradation KW - Rearrangement KW - Cystein-Dimers KW - Immunology KW - MHC PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-621270 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202412.0832.v1 SP - 1 EP - 16 PB - MDPI CY - Basle, Switzerland AN - OPUS4-62127 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - We introduce a passive smart dust concept as a novel solution for environmental monitoring. Utilizing chemical reagents like colorimetric indicators and other chemosensors, these particles detect varying environmental conditions. We developed paper-based sensors that are both cost-effective and eco-friendly. In practical tests, these sensors, dispersed over a designated area, successfully identified hazardous substances by changing their color when exposed to acids or bases. This color change was remotely detectable using a drone-mounted color camera. The data thus obtained was processed through specialized software, accurately pinpointing areas of contamination. This method proves the efficacy and scalability of passive smart dust technology for real-time, environmentally sustainable remote sensing of hazardous materials T2 - 2024 IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN) CY - Grapevine, Texas, USA DA - 12.05.2024 KW - Indicator KW - Passive Smart Dust KW - Colorimetric Sensor KW - Drone KW - Cellulose KW - Environmental Monitoring KW - Confetti KW - Hazard Detection PY - 2024 SN - 979-8-3503-7053-9 VL - 1 SP - 1 EP - 3 PB - IEEE CY - Piscataway, NJ 08855-1331 USA AN - OPUS4-60176 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bosc-Bierne, Gaby A1 - Ewald, Shireen A1 - Kreuzer, Oliver J. A1 - Weller, Michael G. T1 - Efficient Quality Control of Peptide Pools by UHPLC and Simultaneous UV and HRMS Detection N2 - Peptide pools consist of short amino acid sequences and have proven to be versatile tools in various research areas in immunology and clinical applications. They are commercially available in many different compositions and variants. However, unlike other reagents that consist of only one or a few compounds, peptide pools are highly complex products which makes their quality control a major challenge. Quantitative peptide analysis usually requires sophisticated methods, in most cases isotope-labeled standards and reference materials. Usually, this would be prohibitively laborious and expensive. Therefore, an approach is needed to provide a practical and feasible method for quality control of peptide pools. With insufficient quality control, the use of such products could lead to incorrect experimental results, worsening the well-known reproducibility crisis in the biomedical sciences. Here we propose the use of ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) with two detectors, a standard UV detector at 214 nm for quantitative analysis and a high-resolution mass spectrometer (HRMS) for identity confirmation. To be cost-efficient and fast, quantification and identification are performed in one chromatographic run. An optimized protocol is shown, and different peak integration methods are compared and discussed. This work was performed using a peptide pool known as CEF advanced, which consists of 32 peptides derived from cytomegalovirus (CMV), Epstein–Barr virus (EBV) and influenza virus, ranging from 8 to 12 amino acids in length. N2 - Peptidpools bestehen aus kurzen Aminosäuresequenzen und haben sich als vielseitige Werkzeuge in verschiedenen Forschungsbereichen der Immunologie und bei klinischen Anwendungen erwiesen. Sie sind in vielen verschiedenen Zusammensetzungen und Varianten im Handel erhältlich. Im Gegensatz zu anderen Reagenzien, die nur aus einer oder wenigen Verbindungen bestehen, sind Peptidpools jedoch hochkomplexe Produkte, was ihre Qualitätskontrolle zu einer großen Herausforderung macht. Die quantitative Peptidanalyse erfordert in der Regel ausgefeilte Methoden, in den meisten Fällen isotopenmarkierte Standards und Referenzmaterialien. Dies ist in der Regel sehr aufwändig und teuer. Daher wird ein Ansatz benötigt, der eine praktische und praktikable Methode zur Qualitätskontrolle von Peptidpools bietet. Bei unzureichender Qualitätskontrolle könnte die Verwendung solcher Produkte zu falschen Versuchsergebnissen führen, was das bekannte Problem der Reproduzierbarkeit in den biomedizinischen Wissenschaften noch verschärfen würde. Hier schlagen wir die Verwendung der Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (UHPLC) mit zwei Detektoren vor, einem Standard-UV-Detektor bei 214 nm für die quantitative Analyse und einem hochauflösenden Massenspektrometer (HRMS) für die Identitätsbestätigung. Um kosteneffizient und schnell zu sein, werden Quantifizierung und Identifizierung in einem einzigen chromatographischen Lauf durchgeführt. Es wird ein optimiertes Protokoll gezeigt, und es werden verschiedene Peak-Integrationsmethoden verglichen und diskutiert. Für diese Arbeit wurde ein Peptidpool verwendet, der als CEF advanced bekannt ist und aus 32 Peptiden besteht, die vom Cytomegalovirus (CMV), Epstein-Barr-Virus (EBV) und Influenzavirus stammen und zwischen 8 und 12 Aminosäuren lang sind. KW - Synthetic peptides KW - Quality control KW - Impurites KW - Byproducts KW - Degradation KW - Mass spectrometry KW - Orbitrap PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-602299 DO - https://doi.org/10.3390/separations11050156 SN - 2297-8739 VL - 11 IS - 5 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-60229 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Weller, Michael G. T1 - The mystery of homochirality on earth N2 - Homochirality is an obvious feature of life on Earth. On the other hand, extraterrestrial samples contain largely racemic compounds. The same is true for any common organic synthesis. Therefore, it has been a perplexing puzzle for decades how these racemates could have formed enantiomerically enriched fractions as a basis for the origin of homochiral life forms. Numerous hypotheses have been put forward as to how preferentially homochiral molecules could have formed and accumulated on Earth. In this article, it is shown that homochirality of the abiotic organic pool at the time of formation of the first self-replicating molecules is not necessary and not even probable. It is proposed to abandon the notion of a molecular ensemble and to focus on the level of individual molecules. Although the formation of the first self-replicating, most likely homochiral molecule, is a seemingly improbable event, on a closer look, it is almost inevitable that some homochiral molecules have formed simply on a statistical basis. In this case, the non-selective leap to homochirality would be one of the first steps in chemical evolution directly out of a racemic “ocean”. Moreover, most studies focus on the chirality of the primordial monomers with respect to an asymmetric carbon atom. However, any polymer with a minimal size that allows folding to a secondary structure would spontaneously lead to asymmetric higher structures (conformations). Most of the functions of these polymers would be influenced by this inherently asymmetric folding. Furthermore, a concept of physical compartmentalization based on rock nanopores in analogy to nanocavities of digital immunoassays is introduced to suggest that complex cell walls or membranes were also not required for the first steps of chemical evolution. To summarize, simple and universal mechanisms may have led to homochiral self-replicating systems in the context of chemical evolution. A homochiral monomer pool is deemed unnecessary and probably never existed on primordial Earth. N2 - Homochiralität ist ein offensichtliches Merkmal des Lebens auf der Erde. Andererseits enthalten extraterrestrische Proben überwiegend racemische Verbindungen. Dasselbe gilt für jede gängige organische Synthese. Daher war es jahrzehntelang ein Rätsel, wie diese Racemate enantiomeren-angereicherte Fraktionen als Grundlage für den Ursprung homochiraler Lebensformen bilden konnten. Zahlreiche Hypothesen wurden aufgestellt, wie sich bevorzugt homochirale Moleküle auf der Erde gebildet und angereichert haben könnten. In diesem Artikel wird gezeigt, dass Homochiralität des abiotischen organischen Pools zum Zeitpunkt der Bildung der ersten selbstreplizierenden Moleküle nicht notwendig und nicht einmal wahrscheinlich ist. Es wird vorgeschlagen, die Vorstellung eines molekularen Ensembles aufzugeben und sich auf die Ebene der einzelnen Moleküle zu konzentrieren. Obwohl die Bildung des ersten selbstreplizierenden, höchstwahrscheinlich homochiralen Moleküls ein scheinbar unwahrscheinliches Ereignis ist, ist es bei näherer Betrachtung fast unvermeidlich, dass sich einige homochirale Moleküle einfach auf statistischer Basis gebildet haben. In diesem Fall wäre der nichtselektive Sprung zur Homochiralität einer der ersten Schritte der chemischen Evolution direkt aus einem racemischen "Ozean". Darüber hinaus konzentrieren sich die meisten Studien auf die Chiralität der ursprünglichen Monomere in Bezug auf ein asymmetrisches Kohlenstoffatom. Jedes Polymer mit einer Mindestgröße, die eine Faltung zu einer Sekundärstruktur erlaubt, würde jedoch spontan zu asymmetrischen höheren Strukturen (Konformationen) führen. Die meisten Funktionen dieser Polymere würden durch diese inhärent asymmetrische Faltung beeinflusst. Darüber hinaus wird ein Konzept der physikalischen Kompartimentierung auf der Basis von Gesteinsnanoporen in Analogie zu den Nanokavitäten digitaler Immunoassays vorgestellt, das darauf hindeutet, dass auch für die ersten Schritte der chemischen Evolution keine komplexen Zellwände oder Membranen notwendig waren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass einfache und universelle Mechanismen zu homochiralen selbstreplizierenden Systemen im Rahmen der chemischen Evolution geführt haben könnten. Ein homochiraler Monomerpool wird als unnötig angesehen, welcher auf der Urerde wahrscheinlich nie existiert hat. KW - Chemical evolution KW - Enantiomeric excess ee KW - Chirality KW - Racemate KW - Folding chirality KW - Self-assembly KW - self-replication KW - Single molecule KW - Prebiotic chemistry KW - Protein folding KW - Peptide folding KW - Proteinoid KW - Conformation KW - Segregation KW - Compartmentalization KW - Digital immunoassay KW - Porous rock KW - Miller and Urey KW - Primordial soup KW - Murchison meteorite KW - Micrometeorites KW - Tholins PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-598349 DO - https://doi.org/10.3390/life14030341 SN - 2075-1729 VL - 14 IS - 3 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-59834 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Bosc-Bierne, Gaby A1 - Ewald, Shireen A1 - Kreuzer, Oliver J. A1 - Weller, Michael G. T1 - Efficient Quality Control of Peptide Pools N2 - Peptide pools composed of short amino acid sequences have proven to be versatile tools in various research areas and clinical applications. They are powerful tools for epitope mapping, immunotherapy, and vaccine development. Their importance lies in their ability to map complex protein structures, enabling a comprehensive understanding of immune responses and facilitating the identification of potential therapeutic agents. The application of peptide pools also extends to the field of personalized medicine, offering tailored solutions for diseases such as cancer and infectious diseases. Peptide pools are complex mixtures of immunostimulatory antigens primarily intended for T-cell stimulation. They are commercially available in many different compositions and variants. However, unlike other reagents that consist of only one or a few compounds, peptide pools are highly complex products with limited stability. This makes their quality control a major challenge. Quantitative peptide analysis usually requires sophisticated methods, in most cases isotope-labeled standards and reference materials. None of these are routinely available for these products. Synthesis and purification of all labeled peptides might be required. Usually, this approach would be prohibitively laborious and expensive. Therefore, an approach is needed to provide a practical and feasible method for quality control of peptide pools. With insufficient quality control, the use of such products could lead to incorrect experimental results, which would worsen the well-known reproducibility crisis in the biomedical sciences. Here we propose the use of ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) with two detectors, a standard UV detector (at 214 nm) for quantitative analysis and a high-resolution mass spectrometer (HRMS) for identity confirmation. To be cost-efficient and fast, quantification and identification are performed in one chromatographic run. An optimized protocol is shown, and different peak integration methods are compared and discussed. This work was performed using a peptide pool known as CEF, which consists of 32 peptides derived from cytomegalovirus (CMV), Epstein-Barr virus (EBV) and influenza virus, ranging from 8 to 12 amino acids in length. N2 - Peptidpools, die aus kurzen Aminosäuresequenzen bestehen, haben sich in verschiedenen Forschungsbereichen und klinischen Anwendungen als vielseitige Werkzeuge erwiesen. Sie sind leistungsstarke Werkzeuge für die Epitopkartierung, die Immuntherapie und die Impfstoffentwicklung. Ihre Bedeutung liegt in ihrer Fähigkeit, komplexe Proteinstrukturen zu kartieren, was ein umfassendes Verständnis der Immunantworten ermöglicht und die Identifizierung potenzieller Therapeutika erleichtert. Die Anwendung von Peptidpools erstreckt sich auch auf den Bereich der personalisierten Medizin und bietet maßgeschneiderte Lösungen für Krankheiten wie Krebs und Infektionskrankheiten. Peptidpools sind komplexe Mischungen immunstimulierender Antigene, die hauptsächlich zur T-Zell-Stimulation bestimmt sind. Sie sind in vielen verschiedenen Zusammensetzungen und Varianten im Handel erhältlich. Im Gegensatz zu anderen Reagenzien, die nur aus einer oder wenigen Verbindungen bestehen, sind Peptidpools jedoch hochkomplexe Produkte mit begrenzter Stabilität. Dies macht ihre Qualitätskontrolle zu einer großen Herausforderung. Die quantitative Peptidanalyse erfordert in der Regel ausgefeilte Methoden, in den meisten Fällen isotopenmarkierte Standards und Referenzmaterialien. Keines dieser Verfahren ist für diese Produkte routinemäßig verfügbar. Möglicherweise ist die Synthese und Reinigung aller markierten Peptide erforderlich. In der Regel wäre dieser Ansatz unerschwinglich aufwendig und teuer. Daher ist ein Ansatz erforderlich, der eine praktische und praktikable Methode für die Qualitätskontrolle von Peptidpools bietet. Bei unzureichender Qualitätskontrolle könnte die Verwendung solcher Produkte zu falschen Versuchsergebnissen führen, was die bekannte Reproduzierbarkeitskrise in den biomedizinischen Wissenschaften verschlimmern würde. Hier schlagen wir die Verwendung der Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographie (UHPLC) mit zwei Detektoren vor, einem Standard-UV-Detektor (bei 214 nm) für die quantitative Analyse und einem hochauflösenden Massenspektrometer (HRMS) für die Identitätsbestätigung. Um kosteneffizient und schnell zu sein, werden Quantifizierung und Identifizierung in einem chromatographischen Durchlauf durchgeführt. Es wird ein optimiertes Protokoll vorgestellt und verschiedene Peak-Integrationsmethoden werden verglichen und diskutiert. Diese Arbeit wurde mit einem Peptidpool namens CEF durchgeführt, der aus 32 Peptiden besteht, die vom Cytomegalovirus (CMV), Epstein-Barr-Virus (EBV) und Influenzavirus stammen und zwischen 8 und 12 Aminosäuren lang sind. KW - Quality control KW - UHPLC-UV-HRMS KW - Relative peptide quantification KW - Compound confirmation KW - Structure confirmation KW - Cost efficiency KW - Infectious diseases KW - Orbitrap PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-621307 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202404.0992.v1 SN - 2310-287X SP - 1 EP - 18 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-62130 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weller, Michael G. T1 - Challenges of protein analysis N2 - Selected Projects BAM Division 1.5 Test for sensitive SARS-CoV-2 detection Corundum as a novel affinity support Troponin biosensor based on chemiluminescence Plant virus purification (CCMV) Protein Quantification by 1H-NMR Ultra-miniaturized Biosensors N2 - Ausgewählte Projekte BAM-Abteilung 1.5 Test für empfindlichen SARS-CoV-2-Nachweis Korund als neuartige Affinitätscarriermaterialien Troponin-Biosensor auf Basis von Chemilumineszenz Reinigung von Pflanzenviren (CCMV) Proteinquantifizierung durch 1H-NMR Ultra-miniaturisierte Biosensoren T2 - Klausurtagung der MPI Abteilung „Multiphasenchemie“ CY - Mainz, Germany DA - 19.11.2024 KW - Corona test KW - Corundum KW - Affinity separation KW - Affinity chromatography KW - Troponin biosensor KW - Peptide aptamer KW - Cowpea chlorotic mottle virus KW - Nanoparticle KW - Nanocarrier KW - Nuclear magnetic resonance NMR KW - Protein quantification KW - HyPhox KW - Ring resonator PY - 2024 AN - OPUS4-62126 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-Based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - The distribution of tiny sensors over a specific area was first proposed in the late 1990s as a concept known as smart dust. Several efforts focused primarily on computing and networking capabilities, but quickly ran into problems related to power supply, cost, data transmission, and environmental pollution. To overcome these limitations, we propose using paper-based (confetti-like) chemosensors that exploit the inherent selectivity of chemical reagents, such as colorimetric indicators. In this work, cheap and biodegradable passive sensors made from cellulose could successfully indicate the presence of hazardous chemicals, e.g., strong acids, by a significant color change. A conventional color digital camera attached to a drone could easily detect this from a safe distance. The collected data were processed to define the hazardous area. Our work presents a combination of the smart dust concept, chemosensing, paper-based sensor technology, and low-cost drones for flexible, sensitive, economical, and rapid detection of hazardous chemicals in high-risk scenarios. KW - Cellulose KW - Passive Smart Dust KW - Drohne KW - Kolorimetrische Sensoren PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-614641 DO - https://doi.org/10.3390/s24196195 VL - 24 IS - 19 SP - 1 EP - 16 PB - MDPI AN - OPUS4-61464 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Weller, Michael G. T1 - The mystery of homochirality on earth N2 - Homochirality is an obvious feature of life on Earth. On the other hand, extraterrestrial samples contain largely racemic compounds. The same is true for any common organic synthesis. Therefore, it has been a perplexing puzzle for decades how these racemates could have formed enantiomerically enriched fractions as a basis for the origin of homochiral life forms. Numerous hypotheses have been put forward as to how preferentially homochiral molecules could have formed and accumulated on Earth. In this article, it is shown that homochirality of the abiotic organic pool at the time of formation of the first self-replicating molecules is not necessary and not even probable. It is proposed to abandon the notion of a molecular ensemble and to focus on the level of individual molecules. Although the formation of the first self-replicating, most likely homochiral molecule is a seemingly improbable event, on a closer look, it is almost inevitable that homochiral molecules have formed simply on a statistical basis. In this case, the non-selective leap to homochirality would be one of the first steps in chemical evolution directly out of a racemic “ocean”. Moreover, most studies focus on the chirality of the primordial monomers with respect to an asymmetric carbon atom. However, any polymer with a minimal size that allows folding to a secondary structure, would spontaneously lead to asymmetric higher structures (conformations). Most of the functions of these polymers would be influenced by this inherently asymmetric folding. To summarize, simple and universal mechanisms may have led to homochiral self-replicating systems in the context of chemical evolution. A homochiral monomer pool is deemed unnecessary and probably never existed on primordial Earth. N2 - Homochiralität ist ein offenkundiges Merkmal des Lebens auf der Erde. Andererseits enthalten extraterrestrische Proben überwiegend racemische Verbindungen. Das Gleiche gilt für jede gängige organische Synthese. Daher war es seit Jahrzehnten ein Rätsel, wie diese Racemate enantiomerenangereicherte Fraktionen als Grundlage für den Ursprung homochiraler Lebensformen bilden konnten. Es wurden zahlreiche Hypothesen darüber formuliert, wie sich bevorzugt homochirale Moleküle auf der Erde gebildet und angereichert haben könnten. In diesem Artikel wird gezeigt, dass die Homochiralität des abiotischen organischen Pools zum Zeitpunkt der Bildung der ersten selbstreplizierenden Moleküle nicht notwendig und nicht einmal wahrscheinlich ist. Es wird vorgeschlagen, die Vorstellung eines molekularen Ensembles aufzugeben und sich auf die Ebene der einzelnen Moleküle zu konzentrieren. Obwohl die Bildung des ersten selbstreplizierenden, vermutlich homochiralen Moleküls ein scheinbar unwahrscheinliches Ereignis ist, ist es bei näherer Betrachtung fast unvermeidlich, dass sich homochirale Moleküle einfach auf statistischer Basis gebildet haben. In diesem Fall wäre der nicht-selektive Sprung zur Homochiralität einer der ersten Schritte der chemischen Evolution direkt aus einem racemischen "Ozean" heraus. Außerdem konzentrieren sich die meisten Studien auf die Chiralität der ursprünglichen Monomere in Bezug auf ein asymmetrisches Kohlenstoffatom. Jedes Polymer mit einer Mindestgröße, die eine Faltung zu einer Sekundärstruktur ermöglicht, würde jedoch spontan zu asymmetrischen höheren Strukturen (Konformationen) führen. Die meisten Funktionen dieser Polymere würden durch diese inhärent asymmetrische Faltung beeinflusst. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass einfache und universelle Mechanismen zu homochiralen selbstreplizierenden Systemen im Rahmen der chemischen Evolution geführt haben könnten. Ein homochiraler Monomerpool wird als unnötig erachtet und hat daher wahrscheinlich auf der Urerde auch nie existiert. KW - Chemical evolution KW - Abiogenesis KW - Chirality KW - Amino acids KW - Peptides KW - Folding chirality PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-598462 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202401.1939.v1 SN - 2310-287X SP - 1 EP - 12 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-59846 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fischer, Janina A1 - Kaufmann, Jan Ole A1 - Weller, Michael G. T1 - Simple Determination of Affinity Constants of Antibodies by Competitive Immunoassays N2 - The affinity constant, also known as the equilibrium constant, binding constant, equilibrium association constant, or the reciprocal value, the equilibrium dissociation constant (Kd), can be considered as one of the most important characteristics for any antibody–antigen pair. Many methods based on different technologies have been proposed and used to determine this value. However, since a very large number of publications and commercial datasheets do not include this information, significant obstacles in performing such measurements seem to exist. In other cases where such data are reported, the results have often proved to be unreliable. This situation may indicate that most of the technologies available today require a high level of expertise and effort that does not seem to be available in many laboratories. In this paper, we present a simple approach based on standard immunoassay technology that is easy and quick to perform. It relies on the effect that the molar IC50 approaches the Kd value in the case of infinitely small concentrations of the reagents. A two-dimensional dilution of the reagents leads to an asymptotic convergence to Kd. The approach has some similarity to the well-known checkerboard titration used for the optimization of immunoassays. A well-known antibody against the FLAG peptide, clone M2, was used as a model system and the results were compared with other methods. This approach could be used in any case where a competitive assay is available or can be developed. The determination of an affinity constant should belong to the crucial parameters in any quality control of antibody-related products and assays and should be mandatory in papers using immunochemical protocols. N2 - Die Affinitätskonstante, auch bekannt als Gleichgewichtskonstante, Bindungskonstante, Gleichgewichtsassoziationskonstante oder der reziproke Wert, die Gleichgewichtsdissoziationskonstante (Kd), kann als eine der wichtigsten Eigenschaften für jedes Antikörper-Antigen-Paar angesehen werden. Zur Bestimmung dieses Wertes wurden zahlreiche Methoden auf der Grundlage verschiedener Technologien vorgeschlagen und verwendet. Da jedoch eine sehr große Anzahl von Veröffentlichungen und kommerziellen Datenblätter diese Information nicht enthalten, scheint es erhebliche Hindernisse bei der Durchführung solcher Messungen zu geben. In anderen Fällen, in denen solche Daten angegeben werden, haben sich die Ergebnisse häufig als unzuverlässig erwiesen. Diese Situation könnte darauf hindeuten, dass die meisten der heute verfügbaren Technologien ein hohes Maß an Fachwissen und Aufwand erfordern, das in vielen Labors nicht vorhanden zu sein scheint. In diesem Beitrag stellen wir einen einfachen Ansatz vor, der auf der Standard-Immunoassay-Technologie basiert und einfach und schnell durchführbar ist. Er beruht auf dem Effekt, dass sich der molare IC50 bei unendlich kleinen Reagenz-Konzentrationen dem Kd-Wert annähert. Eine zweidimensionale Verdünnung der Reagenzien führt zu einer asymptotischen Konvergenz zu Kd. Der Ansatz hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der bekannten Checkerboard-Titration, die zur Optimierung von Immunoassays verwendet wird. Ein bekannter Antikörper gegen das FLAG-Peptid, Klon M2, wurde als Modellsystem verwendet, und die Ergebnisse wurden mit anderen Methoden verglichen. Dieser Ansatz kann überall dort angewendet werden, wo ein kompetitiver Assay verfügbar ist oder entwickelt werden kann. Die Bestimmung einer Affinitätskonstante sollte zu den entscheidenden Parametern bei der Qualitätskontrolle von Antikörperprodukten und -assays gehören und in Arbeiten, die immunchemische Protokolle verwenden, obligatorisch sein. KW - ELISA KW - Competitive immunoassay KW - IC50 KW - Test midpoint KW - Point of inflection KW - Equilibrium constant KW - Dissociation constant KW - Binding strength KW - Antibody antigen complex KW - Bio-interaction KW - SPR KW - Surface-plasmon resonance KW - FLAG peptide KW - Clone M2 KW - Antibody quality PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-605607 DO - https://doi.org/10.3390/mps7030049 SN - 2409-9279 VL - 7 IS - 3 SP - 1 EP - 11 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-60560 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Fischer, Janina A1 - Kaufmann, Jan Ole A1 - Weller, Michael G. T1 - Simple Determination of Affinity Constants of Antibodies by Competitive Immunoassays N2 - The affinity constant, also known as the equilibrium constant, binding constant, equilibrium association constant, or the reciprocal value, the equilibrium dissociation constant (Kd), can be considered as one of the most important characteristics for any antibody-antigen pair. Many methods based on different technologies have been proposed and used to determine this value. However, since a very large number of publications and commercial datasheets do not include this nformation, significant obstacles in performing such measurements seem to exist. In other cases where such data are reported, the results have often proved to be unreliable. This situation may indicate that most of the technologies available today require a high level of expertise that does not seem to be available in many laboratories. In this paper, we present a simple approach based on standard immunoassay technology that is easy and quick to perform. It relies on the effect that the molar IC50 approaches the Kd value in the case of infinitely small concentrations of the reagent concentrations. A two-dimensional dilution of the reagents leads to an asymptotic convergence to Kd. The approach has some similarity to the well-known checkerboard titration used for the optimization of immunoassays. A well-known antibody against the FLAG peptide, clone M2, was used as a model system and the results were compared with other methods. This approach could be used in any case where a competitive assay is available or can be developed. The determination of an affinity constant should belong to the crucial parameters in any quality control of antibody-related products and assays and should be mandatory in papers using immunochemical protocols. N2 - Die Affinitätskonstante, auch bekannt als Gleichgewichtskonstante, Bindungskonstante, Gleichgewichtsassoziationskonstante oder der Kehrwert, die Gleichgewichtsdissoziationskonstante (Kd), kann als eine der wichtigsten Eigenschaften für jedes Antikörper-Antigen-Paar angesehen werden. Es wurden viele Methoden auf der Grundlage verschiedener Technologien vorgeschlagen und verwendet, um diesen Wert zu bestimmen. Da jedoch eine sehr große Anzahl von Veröffentlichungen und kommerziellen Datenblättern diese Informationen nicht enthalten, scheint es erhebliche Hindernisse bei der Durchführung solcher Messungen zu geben. In anderen Fällen, in denen solche Daten angegeben werden, haben sich die Ergebnisse oft als unzuverlässig erwiesen. Diese Situation könnte darauf hindeuten, dass die meisten der heute verfügbaren Technologien ein hohes Maß an Fachwissen erfordern, das in vielen Laboren nicht vorhanden zu sein scheint. In diesem Artikel stellen wir einen einfachen Ansatz vor, der auf der Standard-Immunoassay-Technologie basiert und einfach und schnell durchzuführen ist. Er beruht auf dem Effekt, dass sich der molare IC50-Wert dem Kd-Wert im Fall unendlich kleiner Konzentrationen der Reagenzienkonzentrationen nähert. Eine zweidimensionale Verdünnung der Reagenzien führt zu einer asymptotischen Konvergenz zu Kd. Der Ansatz weist eine gewisse Ähnlichkeit mit der bekannten Schachbrett-Titration auf, die zur Optimierung von Immunoassays verwendet wird. Ein bekannter Antikörper gegen das FLAG-Peptid, Klon M2, wurde als Modellsystem verwendet und die Ergebnisse wurden mit anderen Methoden verglichen. Dieser Ansatz kann in allen Fällen verwendet werden, in denen ein kompetitiver Test verfügbar ist oder entwickelt werden kann. Die Bestimmung einer Affinitätskonstante sollte zu den entscheidenden Parametern in jeder Qualitätskontrolle von Antikörper-bezogenen Produkten und Tests gehören und in Veröffentlichungen, die immunchemische Protokolle verwenden, obligatorisch sein. KW - ELISA KW - Microplate KW - Microtiter plate KW - IC50 KW - Test midpoint KW - Competitive immunoassay KW - Law of mass action KW - Thermodynamics KW - Equilibrium constant KW - SPR KW - Surface plasmon resonance KW - Clones KW - Interaction KW - kd value KW - ITC KW - MST PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-621298 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202404.0996.v1 SN - 2310-287X SP - 1 EP - 11 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-62129 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -