TY - JOUR A1 - Weller, Michael G. T1 - The mystery of homochirality on earth JF - Life 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 - GEN A1 - Weller, Michael G. T1 - The mystery of homochirality on earth T2 - Preprints 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 VL - 14 IS - 3 SP - 1 EP - 12 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-59846 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. A1 - Nerger, Tino T1 - D.E.T.E.C.T. - Drohnengestützte Technologie zur Lokalisierung von Explosivstoffen mittels Chemosensoren N2 - Communities worldwide face significant threats from Explosive Remnants of War (ERW), which endanger lives and restrict land usage. From forest fires due to ERWs or in ERW-contaminated areas (e.g., in Jüterbog, Germany) to broader global challenges (e.g., the Ukrainian conflict), the need for efficient detection and removal of these remnants, especially for humanitarian demining, is paramount. Traditional methods, like manual demining, have severe limitations in safety and efficiency. Here, we introduce an innovative solution to these challenges: “Chemosensing Smart Dust.” This technology uses chemoselective dyes that change their fluorescence properties when exposed to explosives like 2,4,6-trinitrotoluene (TNT). Fluorescence-based detection offers superior sensitivity, reduced likelihood of false positives, and enhanced accuracy of explosive detection. Drones, equipped with excitation lasers or LEDs, deploy the Chemosensing Smart Dust over areas of interest and actively detect the fluorescence changes using high-resolution cameras, offering a rapid, safe, and adaptable detection method. Beyond demining, this innovative approach has potential applications in monitoring polluted areas, homeland security, and emergency response. T2 - Begutachtungskolloquium Schwerpunktprogramm “Messtechnik auf fliegenden Plattformen“ (SPP 2433/1) CY - Bonn, Germany DA - 22.01.2024 KW - Mobile Robotic Olfaction KW - Smart Dust KW - Source Localization PY - 2024 AN - OPUS4-59433 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Hiller, Lukas T1 - Herstellung und Charakterisierung eines rekombinanten Anti-Tetanus-Antikörpers aus verschiedenen Säugerzelllinien N2 - Antikörper sind in der medizinischen Welt nicht mehr wegzudenken. Ihr Einsatz-Repertoire als Therapeutika für die Behandlung diverser Krankheiten und Infektionen weitet sich von Jahr zu Jahr mehr aus. Dabei basiert ein Großteil der verwendeten Antikörper zu diesem Zeitpunkt auf monoklonalen Antikörpern auf Basis von Hybridomazellen. Doch hier könnten rekombinante Antikörper aufgrund ihrer Vektor-basierten Expression eine vielversprechende und womöglich sogar revolutionierende Alternative bieten. So ergeben sich neue Optimierungsoptionen für Merkmale wie Affinität, Stabilität und Kompatibilität über Anpassungen auf genetischer oder posttranslationaler Ebene. Allerdings ergibt sich kein Anwendungszweck ohne die vorhergehende detaillierte Charakterisierung der Antikörper. Denn nur mit spezifischem Wissen über die diversen Eigenschaften und Wechselwirkungen kann eine effektive und präzise Verwendung in der Diagnostik und Therapeutik gewährleistet werden und auf diese Weise Leben retten. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Masterarbeit mit der Vertiefung der rekombinanten Antikörper-Thematik. Dazu soll ein Anti-Tetanus-Antikörper erstmals rekombinant in verschiedenen Zelllinien hergestellt und anschließend über umfangreiche analytische Verfahren mit einem Fokus auf die Einflussanalyse der unterschiedlichen posttranslationalen Glykosylierungen charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wurden als Grundlage einerseits zwei P1316-Dual-Expressions-Vektoren mit variierenden Insert-Positionen der schweren und leichten Kette durch Gibson-Assembly sowie individuellen pRK5-Plasmide für eine separiert Expression der Antikkörperketten mithilfe Restriktionsfragment-Ligation generiert. In einer Gegenüberstellung der der Expressionsausbeuten stellte sich die Überlegenheit der P1316-Plasmid-Konfiguration heraus, in der das Leichtketten-Insert an der ersten Expressionsstelle positioniert ist. Deshalb wurde dieser Vektor als Ausgangspunkt für die anschließende hochskalierten Herstellung des Anti-Tetanus-Antikörpers in Expi293F-GnTI- und ExpiCHO-S-Zellen verwendet. Ein ELISA bestätigte die Bindungsaktivität der rekombinanten Antikörper am Tetanus-Toxoid unabhängig vom Expressionssystem. Nach einer folgenden Optimierung der für die Aufreinigung verwendeten Protein-A-Affinitätschromatographie, wurde über weitere Charakterisierungsmethoden wie Größenausschlusschromatographie und dynamische Lichtstreuung eine vergleichbare Aggregation aufgrund der sauren Elution aufgezeigt. In diesem Kontext wurde die Notwendigkeit einer Zweistufen-Präparation mit Affinitäts- und Größenausschlusschromatografie für den Erhalt monodisperser Proben verdeutlicht. Zudem wurden die verschiedenen intakten Massen mitsamt ihrer spezifischen Glykan-abhängigen Streumaßen in Relation zum monoklonalen NISTmAB-Referenzantikörper bestimmt. Dabei konnte den Erwartungen nach sowohl die geringere Masse als auch die uniformere Glykosylierung der in Expi293 GnTI- exprimierten Immunoglobuline in Relation zum ExpiCHO-S-Antikörper nachgewiesen werden. Anschließend wurde das Stabilitätsverhalten mittels thermischer Entfaltung und dynamischer Lichtstreuung über einen ausgeweiteten Zeitraum sowie verschiedenen Temperaturen dokumentiert. Grundlegend wurde eine höhere thermische Stabilität der zweiten konstanten Schwerketten-Domäne des aus ExpiCHO-S-Zellen stammenden Antikörpers nachgewiesen. Außerdem konnte eine problemlose Lagerungsfähigkeit beider unterschiedlich glykosylierter Antikörper bei Raumtemperatur für mindestens 4 Wochen festgestellt werden. Des Weiteren wurde die Langzeitlagerung im Rahmen der Auswirkung von Gefrier-Auftau-Zyklen mit gleichbleibenden Methoden sowie zusätzlicher Größenausschlusschromatographie erprobt. Hierbei stellte sich der Erhalt der strukturellen Integrität nach bis zu 15 Zyklen heraus. Allerdings geht die Monodispersität bereits nach wenigen Zyklen verloren, wobei die geringfügiger glykosylierten Expi293F-GnTI-Anti-Tetanus-Antikörper eine stärkere Beeinträchtigung durch multiple Gefrier-Auftau-Zyklen aufwiesen. KW - Rekombinante Antikörper KW - Affinitätschromatographie KW - Größenausschlusschromatographie KW - MALDI-TOF-MS KW - Dynamische Lichtstreuung PY - 2024 SP - 1 EP - 120 CY - Berlin AN - OPUS4-59865 LA - deu 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 T2 - 2024 IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN) Proceedings 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 - CONF A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Passive Smart Dust Localization of Hazardous Chemicals N2 - Use/distribution of cost-effective and biocompatible pieces of cellulose paper as passive optical chemosensors and readout by the camera system. Modification of the paper surface using various chemically sensitive dyes (indicators) provides an optically detectable reaction and conclusions about the target substances and precise location. 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 - Drone KW - Colorimetric Sensor KW - Cellulose KW - Confetti PY - 2024 AN - OPUS4-60175 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Beslic, D. A1 - Tscheuschner, Georg A1 - Renard, B. Y. A1 - Weller, Michael G. A1 - Muth, Thilo T1 - Comprehensive evaluation of peptide de novo sequencing tools for monoclonal antibody assembly JF - Briefings in Bioinformatics N2 - Monoclonal antibodies are biotechnologically produced proteins with various applications in research, therapeutics and diagnostics. Their ability to recognize and bind to specific molecule structures makes them essential research tools and therapeutic agents. Sequence information of antibodies is helpful for understanding antibody–antigen interactions and ensuring their affinity and specificity. De novo protein sequencing based on mass spectrometry is a valuable method to obtain the amino acid sequence of peptides and proteins without a priori knowledge. In this study, we evaluated six recently developed de novo peptide sequencing algorithms (Novor, pNovo 3, DeepNovo, SMSNet, PointNovo and Casanovo), which were not specifically designed for antibody data. We validated their ability to identify and assemble antibody sequences on three multi-enzymatic data sets. The deep learning-based tools Casanovo and PointNovo showed an increased peptide recall across different enzymes and data sets compared with spectrum-graph-based approaches. We evaluated different error types of de novo peptide sequencing tools and their performance for different numbers of missing cleavage sites, noisy spectra and peptides of various lengths. We achieved a sequence coverage of 97.69–99.53% on the light chains of three different antibody data sets using the de Bruijn assembler ALPS and the predictions from Casanovo. However, low sequence coverage and accuracy on the heavy chains demonstrate that complete de novo protein sequencing remains a challenging issue in proteomics that requires improved de novo error correction, alternative digestion strategies and hybrid approaches such as homology search to achieve high accuracy on long protein sequences. KW - De novo peptide sequencing KW - Bioinformatics KW - Benchmarking study KW - Monoclonal antibody KW - Mass spectrometry KW - Sequence coverage KW - Light chains KW - Heavy chains KW - IgG KW - Immunoglobulins KW - Error correction KW - Sequencing algorithm KW - Preprocessing KW - Missing fragmentation sites KW - Deep learning-based tools PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-570363 DO - https://doi.org/10.1093/bib/bbac542 VL - 24 IS - 1 SP - 1 EP - 12 PB - Oxford University Press AN - OPUS4-57036 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Reinmuth-Selzle, K. A1 - Bellinghausen, I. A1 - Leifke, A. L. A1 - Backes, A. T. A1 - Bothen, N. A1 - Ziegler, K. A1 - Weller, Michael G. A1 - Saloga, J. A1 - Schuppan, D. A1 - Lucas, K. A1 - Pöschl, U. A1 - Fröhlich-Nowoisky, J. T1 - Chemical modification by peroxynitrite enhances TLR4 activation of the grass pollen allergen Phl p 5 JF - Frontiers in Allergy N2 - The chemical modification of aeroallergens by reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS) may contribute to the growing prevalence of respiratory allergies in industrialized countries. Post-translational modifications can alter the immunological properties of proteins, but the underlying mechanisms and effects are not well understood. In this study, we investigate the Toll-like receptor 4 (TLR4) activation of the major birch and grass pollen allergens Bet v 1 and Phl p 5, and how the physiological oxidant peroxynitrite (ONOO–) changes the TLR4 activation through protein nitration and the formation of protein dimers and higher oligomers. Of the two allergens, Bet v 1 exhibited no TLR4 activation, but we found TLR4 activation of Phl p 5, which increased after modification with ONOO– and may play a role in the sensitization against this grass pollen allergen. We attribute the TLR4 activation mainly to the two-domain structure of Phl p 5 which may promote TLR4 dimerization and activation. The enhanced TLR4 signaling of the modified allergen indicates that the ONOO–-induced modifications affect relevant protein-receptor interactions. This may lead to increased sensitization to the grass pollen allergen and thus contribute to the increasing prevalence of allergies in the Anthropocene, the present era of globally pervasive anthropogenic influence on the environment. KW - Bet v 1 KW - Birch pollen allergen KW - Phl p 5 KW - Grass pollen KW - Phleum pratense KW - Betula pendula KW - Nitration KW - Nitrotyrosine KW - Protein nitration KW - Toll-like receptor 4 KW - Allergy KW - Enhancement KW - Oligomerization KW - Dimerization KW - TLR4 activation KW - Air pollution KW - Nitrogen oxides KW - Inflammation PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-570298 DO - https://doi.org/10.3389/falgy.2023.1066392 VL - 4 SP - 1 EP - 7 PB - Frontiers Media SA CY - Lausanne, Switzerland AN - OPUS4-57029 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Tannenberg, Robert A1 - Paul, Martin A1 - Röder, Bettina A1 - Gande, S. L. A1 - Sreeramulu, S. A1 - Saxena, K. A1 - Richter, C. A1 - Schwalbe, H. A1 - Swart, C. A1 - Weller, Michael G. T1 - Chemiluminescence biosensor for the determination of cardiac troponin I (cTnI) JF - Biosensors N2 - Cardiac troponin I (cTnI) is a crucial biomarker for diagnosing cardiac vascular diseases, including acute myocardial infarction (AMI). This study presents a proof-of-concept chemiluminescence-based immunosensor for rapid and accurate measurement of cTnI, with the potential for online monitoring. The immunosensor incorporates a flow cell design and a sensitive complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) camera for optical readout. A microfluidic setup was established to enable selective and quasi-online determination of cTnI within ten minutes. The sensor was tested with recombinant cTnI in phosphate buffer, demonstrating measurements in the concentration range of 2–25 µg/L, with a limit of detection (LoD) of 0.6 µg/L (23 pmol/L) achieved using the optimized system. The immunosensor exhibited high selectivity, as no cross-reactivity was observed with other recombinant proteins such as cTnT and cTnC at a concentration of 16 µg/L. Measurements with diluted blood plasma and serum yielded an LoD of 60 µg/L (2.4 nmol/L) and 70 µg/L (2.9 nmol/L), respectively. This biosensor offers a promising approach for the rapid and sensitive detection of cTnI, contributing to the diagnosis and management of acute myocardial infarction and other cardiac vascular diseases. N2 - Das kardiale Troponin I (cTnI) ist ein wichtiger Biomarker für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich des akuten Myokardinfarkts (AMI). In dieser Studie wird ein auf Chemilumineszenz basierender Immunsensor für die schnelle und genaue Messung von cTnI vorgestellt, der das Potenzial für eine Online-Überwachung hat. Der Immunsensor besteht aus einer Durchflusszelle und einer empfindlichen CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) zur optischen Detektion. Es wurde ein mikrofluidischer Aufbau entwickelt, der eine selektive und quasi Online-Bestimmung von cTnI innerhalb von zehn Minuten ermöglicht. Der Sensor wurde mit rekombinantem cTnI in Phosphatpuffer getestet und zeigte einen Messbereich von 2-25 µg/L, wobei mit dem optimierten System eine Nachweisgrenze (LoD) von 0,6 µg/L (23 pmol/L) erreicht wurde. Der Immunsensor zeigte eine hohe Selektivität, da keine Kreuzreaktivität mit anderen rekombinanten Proteinen wie cTnT und cTnC bei einer Konzentration von 16 µg/L beobachtet wurde. Messungen mit verdünntem Blutplasma und Serum ergaben einen LoD von 60 µg/L (2,4 nmol/L) bzw. 70 µg/L (2,9 nmol/L). Dieser Biosensor bietet einen vielversprechenden Ansatz für den schnellen und empfindlichen Nachweis von cTnI, der zur Diagnose und Behandlung des akuten Myokardinfarkts und anderer kardialer Gefäßerkrankungen beitragen kann. KW - Acute myocardial infarction KW - Heart attack KW - Emergency KW - Diagnosis KW - Cardiac troponin KW - Biomarker KW - Immunosensor KW - Biosensor KW - Chemiluminescence KW - Luminol KW - Peroxidase KW - Monoclonal antibodies KW - Flow injection immunoassay KW - Immunometric assay KW - Immunometric biosensor KW - Microfluidic system KW - Monolithic column KW - Online biosensor PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-575471 DO - https://doi.org/10.3390/bios13040455 SN - 2079-6374 VL - 13 IS - 4 SP - 1 EP - 20 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-57547 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kader, A. A1 - Kaufmann, Jan Ole A1 - Mangarova, D. B. A1 - Moeckel, J. A1 - Adams, L. C. A1 - Brangsch, J. A1 - Heyl, J. L. A1 - Zhao, J. A1 - Verlemann, C. A1 - Karst, U. A1 - Collettini, F. A1 - Auer, T. A. A1 - Hamm, B. A1 - Makowski, M. R. T1 - Collagen-specific molecular magnetic resonance imaging of prostate cancer JF - International journal of molecular sciences N2 - Constant interactions between tumor cells and the extracellular matrix (ECM) influence the progression of prostate cancer (PCa). One of the key components of the ECM are collagen fibers, since they are responsible for the tissue stiffness, growth, adhesion, proliferation, migration, invasion/metastasis, cell signaling, and immune recruitment of tumor cells. To explore this molecular marker in the content of PCa, we investigated two different tumor volumes (500 mm3 and 1000 mm3) of a xenograft mouse model of PCa with molecular magnetic resonance imaging (MRI) using a collagen-specific probe. For in vivo MRI evaluation, T1-weighted sequences before and after probe administration were analyzed. No significant signal difference between the two tumor volumes could be found. However, we detected a significant difference between the signal intensity of the peripheral tumor area and the central area of the tumor, at both 500 mm3 (p < 0.01, n = 16) and at 1000 mm3 (p < 0.01, n = 16). The results of our histologic analyses confirmed the in vivo studies: There was no significant difference in the amount of collagen between the two tumor volumes (p > 0.05), but within the tumor, higher collagen expression was observed in the peripheral area compared with the central area of the tumor. Laser ablation with inductively coupled plasma mass spectrometry further confirmed these results. The 1000 mm3 tumors contained 2.8 +- 1.0% collagen and the 500 mm3 tumors contained 3.2 +- 1.2% (n = 16). There was a strong correlation between the in vivo MRI data and the ex vivo histological data (y = 0.068x + 1.1; R2 = 0.74) (n = 16). The results of elemental analysis by inductively coupled plasma mass spectrometry supported the MRI data (y = 3.82x + 0.56; R2 = 0.79; n = 7). MRI with the collagen-specific probe in PCa enables differentiation between different tumor areas. This may help to differentiate tumor from healthy tissue, potentially identifying tumor areas with a specific tumor biology. KW - Molecular imaging KW - Magnetic resonance imaging KW - MRI KW - Prostate cancer KW - Collagen KW - Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectroscopy KW - EP-3533 KW - Peptide probe KW - Gd-DOTA KW - Contrast agent KW - Tumor PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-568449 DO - https://doi.org/10.3390/ijms24010711 SN - 1422-0067 SN - 1661-6596 VL - 24 IS - 1 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-56844 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -