Open Access

Biorelevante In-vitro-Freisetzungsmodelle werden u. a. für das Screening neuartiger Formulierungen, zur Etablierung von In-vitro-/In-vivo-Korrelationen und zur Vorhersage des In-vivo-Verhaltens einer applizierten Darreichungsform angewendet. Die Entwicklung von In-vitro-Freisetzungsmodellen für peroral verabreichte Arzneiformen fokussierte bisher vorwiegend auf die Abbildung der gastrointestinalen Physiologie eines gesunden, „durchschnittlichen“ Erwachsenen. Patientenspezifische Faktoren, wie z. B. das Alter, Erkrankungen oder Geschlecht sowie individuelle Unterschiede, die die gastrointestinalen Verhältnisse und folglich auch das Freisetzungsverhalten einer peroral applizierten Arzneiform beeinflussen können, wurden bisher kaum berücksichtigt. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Entwicklung und Etablierung von patientenspezifischen, bioprädiktiven In-vitro-Freisetzungsmodellen für perorale Darreichungs-formen unter Berücksichtigung der gastrointestinalen Gegebenheiten zweier unterschiedlicher Patientenpopulationen: pädiatrische Patienten und Parkinson-Patienten. Eine wichtige Voraussetzung für eine sichere und wirksame perorale Arzneimitteltherapie bei pädiatrischen Patienten sind altersgerechte Darreichungsformen sowie eine geeignete Einnahmepraxis. Peroral applizierte Arzneimittel werden pädiatrischen Patienten häufig zusammen mit Applikationsvehikeln verabreicht, um die Einnahme der Arzneimittel zu erleichtern. Es muss jedoch bei einer solchen Anwendungspraxis sichergestellt werden, dass die eingenommene Arzneiform mit dem jeweiligen Applikationsvehikel kompatibel ist. Die Beurteilung der Kompatibilität ist anhand klinischer In-vivo-Studien an gesunden Kindern jedoch aufgrund ethischer Bedenken kaum möglich. Zur Evaluierung der Kompatibilität könnten In-vitro-Freisetzungsmethoden als eine mögliche Alternative eingesetzt werden. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden pädiatrische In-vitro-Freisetzungsmodelle entwickelt, um zu evaluieren, ob die Stabilität und das In-vivo-Freisetzungsverhalten der neuartigen Alkindi®-Formulierung durch Co-Verabreichung mit alterstypischen Applikationsvehikeln beeinträchtigt werden. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden im Anschluss an eine intensive Literaturrecherche Physiologie-basierte In-vitro-Modelle auf Basis der Mini-Paddle-Apparatur entwickelt. In der ersten Studie wurde die In-vitro-Wirkstofffreisetzung nach simulierter Applikation der Alkindi®-Formulierung mit typischen Applikationsvehikeln für Kinder unter 6 Jahren, d. h. Muttermilch, Formulamilch und Vollmilch, untersucht. In der zweiten In-vitro-Studie wurde der Altersbereich der adressierten Patientenpopulation auf 2 - 16 Jahre verändert und eine Reihe weiterer flüssiger sowie halbfester Applikationsvehikel, wie z. B. Orangensaft und Joghurt, verwendet. In beiden Studien konnte deutlich gezeigt werden, dass die Alkindi®-Formulierung ein robustes Freisetzungsverhalten aufwies und kompatibel mit den untersuchten Matrices war. Auf Grundlage der Ergebnisse der In-vitro-Untersuchungen wurde geschlussfolgert, dass die In-vivo-Freisetzung und die Bioverfügbarkeit der untersuchten Arzneiform nicht durch die untersuchten Applikationsvehikel beeinflusst werden und folglich diese Vehikel zur gemeinsamen Einnahme mit der Alkindi®-Formulierung geeignet sind. Diese Beobachtungen wurden darüber hinaus durch publizierte Ergebnisse einer korrespondierenden In-vivo-Studie in Erwachsenen bestätigt. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Entwicklung eines neuartigen, Parkinson-spezifischen und Physiologie-basierten In-vitro-Freisetzungsmodells. Für die Entwicklung von biorelevanten In-vitro-Modellen zur Simulation der luminalen Bedingungen im Gastrointestinal-trakt einer spezifischen Patientenpopulation sind umfangreiche Kenntnisse über die jeweiligen gastrointestinalen In-vivo-Bedingungen und deren Variabilität unerlässlich. Im Rahmen einer Literaturrecherche wurde der aktuelle Wissensstand zu den gastrointestinalen Gegebenheiten in Parkinson-Patienten recherchiert, ausgewertet und zusammengefasst. Die Ergebnisse der Literaturstudie machen deutlich, dass sich die gastrointestinalen Bedingungen von Parkinson-Patienten teilweise erheblich von gesunden Erwachsenen unterscheiden. Das bedeutendste gastrointestinale Merkmal von Parkinson-Patienten ist die beeinträchtigte Motilität des Gastrointestinaltrakts, was sich u. a. in einer Verlangsamung der Magenentleerung sowie der intestinalen Passage äußert. Demgegenüber steht jedoch ein großer Mangel an Daten für eine Reihe von gastrointestinalen Parametern. Dies betrifft z. B. die Zusammensetzung und physiko-chemischen Eigenschaften der luminalen Flüssigkeiten des Gastrointestinaltrakts. Als geeignete In-vitro-Testplattform wurde die USP-3-Apparatur – auch als Eintauchender Zylinder (Europäisches Arzneibuch, Ph. Eur.) und Reciprocating cylinder (Ph. Eur. und US-amerikanisches Arzneibuch, USP) bezeichnet – ausgewählt, da sich diese Testplattform insbesondere zur Untersuchung von Darreichungsformen mit modifizierter Wirkstofffreisetzung eignet und bereits in einer Vielzahl von analytischen Laboren etabliert ist. Die Nutzung der kompendialen USP-3-Apparatur ließ aufgrund der geringen Variationsmöglichkeiten keine Simulation typischer Motilitätsmuster im humanen Gastrointestinaltrakt zu und eignete sich noch weniger für die Entwicklung und Etablierung von individuellen, patientenspezifischen Motilitätsprofilen. Um diese technischen Limitationen zu überwinden, wurde für die Weiterentwicklung des arzneibuchkonformen Modells ein Lastenheft erstellt, welches detaillierte Anforderungen für die Entwicklung der neuen Testapparatur enthielt. Auf Grundlage des beschriebenen Übersichtsartikels und unter Anwendung einer auf Basis des Lastenheftes modifizierten USP-3-Apparatur wurden unter besonderer Berücksichtigung von Motilität, Passagezeiten und Flüssigkeitsvolumina Parkinson-spezifische In-vitro-Freisetzungsmodelle entwickelt. Für ausgewählte modifiziert freisetzende Levodopa-Fertigarzneimittel wurde anschließend eine vergleichende Serie von In-vitro-Freisetzungsuntersuchungen unter Anwendung von Parkinson-spezifischen- oder „standardmäßigen“ Testmodellen durchgeführt, wobei letztere die gastrointestinalen Gegebenheiten eines „durchschnittlichen“, gesunden Erwachsenen simulierten. Für eine Beurteilung der Aussagekraft der entwickelten Parkinson-spezifischen Testmodelle wurden die generierten In-vitro-Freisetzungsdaten aus den Parkinson-spezifischen- und den „standardmäßigen“ Freisetzungsuntersuchungen in ein In-silico-PBPK-Modell implementiert und die jeweiligen simulierten Plasmakonzentrations-Zeit-Profile von Levodopa anschließend mit klinischen, durchschnittlichen In-vivo-Daten korreliert. Für PBPK-Modelle mit integrierten Parkinson-spezifischen In-vitro-Freisetzungsdaten wurde eine höhere Prädiktivität des In-vivo-Verhaltens der untersuchten Levodopa-Darreichungsformen beobachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Parkinson-spezifischen In-vitro-Modelle ein vielversprechendes und prädiktives Instrument zur Vorhersage der In-vivo-Wirkstofffreisetzung von modifiziert freisetzenden Levodopa-Darreichungsformen darstellen. Der diskutierte methodische Ansatz der vorliegenden Studie könnte zukünftig das Screening neuartiger Formulierungen deutlich optimieren und somit zu einer verbesserten Arzneimitteltherapie für Parkinson-Patienten, aber auch für andere spezifische Patientengruppen beitragen

The poor aqueous solubility of many drug substances has been addressed using different solubility enhancement approaches in the pharmaceutical technology field over the last decades. In this context, advanced drug delivery systems based on lipids referred to as SNEDDS were used to overcome solubility limitations of drugs, that are often associated with a low bioavailability after oral administration. There are numerous examples in the literature for the development of L-SNEDDS, which have led to some pharmaceutical products available on the market. As L-SNEDDS development using conventional methods requires a lot of time and experimental effort, a streamlining of this procedure was aimed in the first part of the presented work. Starting with the development of L-SNEDDS formulations for solubility enhancement of poorly-water soluble drugs, extensive solubility studies with different BCS Class II drugs were performed in various excipients to determine drugs with high solubilities in these excipients as well as to evaluate multiple excipients for their suitability to be used in L-SNEDDS formulations. Celecoxib, efavirenz and fenofibrate were selected as model drugs and a pre-selection of excipients for further development was made. In a next step, a novel screening approach for L-SNEDDS formulation development based on a customized mapping method in a special triangular mixture design was established. This customized tool for L-SNEDDS development comprised the systematic analysis of results obtained with different in vitro characterization methods such as droplet size analysis and distribution, transmittance measurement and emulsification performance assessment. Furthermore, the novel approach streamlined the procedure for L-SNEDDS development as a reduction of experimental effort and time compared to conventional methods was achieved. The most promising L-SNEDDS formulations determined via the customized screening tool approach showed high drug release of celecoxib, efavirenz as well as fenofibrate, and clearly indicated that this method was suitable for efficiently designing stable and rapidly releasing L-SNEDDS formulations incorporating poorly water-soluble drugs. After the successful development of L-SNEDDS formulations with different drug substances using the novel screening approach, a further aspect of this work dealt with conversion of L-SNEDDS into S-SNEDDS, since a limited storage stability has been reported for many L-SNEDDS formulations. The conversion into S-SNEDDS required the determination of appropriate solid carriers with different material properties depending on the manufacturing process. As a first technological approach, adsorption to a solid carrier was investigated by adding a carrier to drug-loaded L-SNEDDS applying a defined mixing ratio resulting in a solid, particulate formulation. When performing drug release studies, S-SNEDDS based on different commercial carrier materials revealed major limitations due to incomplete drug release. Thus, a tailor-made microparticulate carrier material based on cellulose was developed for the purpose of adsorbing L-SNEDDS and presented with superior performance compared to conventional adsorbents based on cellulose or silica. Based on the obtained results, this novel cellulose-based microparticle prepared with gum arabic as a binder was determined to be the most promising material amongst all adsorptive carriers that were investigated. In addition to the technology approach of adsorption, another manufacturing process was considered in the course of the present work, which focused on the preparation of S-SNEDDS by means of HME. As a successful conversion of L-SNEDDS into S-SNEDDS using HME processing requires at least one additional polymeric component, a selection of marketed (co-)polymers that were frequently used in the field of solubility enhancement were evaluated for their suitability in this context. Critical process parameters and target properties of the (co-)polymers were determined, ultimately leading to the idea of developing a novel, customized polymer in order to perform the conversion step via HME in a more suitable and effective manner. In this context, a new copolymer referred to as ModE, as it disclosed a structural association with the commercially available copolymer EUDRAGIT® E PO, was developed. The novel copolymer ModE was evaluated for its suitability for different formulation technologies and showed promising results when used for S-SNEDDS and ASD formulations prepared by the HME process. Different variants of ModE in terms of Mw, Tg and PDI were synthesized via radical polymerization and it was found that the modification of Mw, Tg and PDI of the novel aminomethacrylate-based copolymer had significant effects on drug release as well as storage stability of S-SNEDDS and ASDs. The ModE copolymer type with a Mw of 173 kDa turned out to be the most suitable candidate for S-SNEDDS development using HME technology. In addition, drug-loaded S-SNEDDS based on the ModE variant 173 kDa were storage stable and presented with the highest drug release among all S-SNEDDS formulations tested. In conclusion, a novel screening tool approach for efficient L-SNEDDS development was established in order to streamline the process for obtaining stable and rapidly releasing L-SNEDDS formulations which improved the solubility of poorly water-soluble drugs. Apart from the L-SNEDDS development process, the conversion from L-SNEDDS into S-SNEDDS was successfully performed using the technology approaches of adsorption to a solid carrier and HME processing. An improved storage stability compared to L-SNEDDS as well as high drug release were achieved for several S-SNEDDS formulations, especially for those prepared with tailor-made materials. Based on the results obtained for S-SNEDDS formulations produced via adsorption, especially in terms of drug release performance, the new cellulose-based microparticle carriers (M-GA and M-MC) turned out to be the most suitable materials. S-SNEDDS that were manufactured via HME presented with a superior performance regardless of the incorporated drug when comparing the results of S-SNEDDS with those of the corresponding ASDs regarding drug release performance, amorphicity/crystallinity and storage stability. In this context, among all S-SNEDDS formulations prepared via HME, S-SNEDDS based on the ModE variant 173 kDa showed the best results, especially when using the drug substances celecoxib and efavirenz. Although the S-SNEDDS formulation approach is still largely unexplored, based on the research results generated in the present work, it represents a promising technology platform that should definitely be further developed in future experiments.

Die Kenntnis über die im Gastrointestinaltrakt ablaufenden Prozesse spielt in der Entwicklung neuer Arzneiformen eine entscheidende Rolle. Besonders im Dickdarm ist dabei neben den physiologischen Bedingungen die bakterielle Besiedlung zu beachten, welche sowohl inter- als auch intraindividuell hoch variabel ist. Bislang gibt es keine einheitliche Methode zur Untersuchung des Einflusses der intestinalen Mikrobiota auf die Metabolisierung von Arzneistoffen. Diese Methoden sind jedoch entscheidend für das Verständnis des Einflusses der bakteriellen Metabolisierung auf die Pharmakokinetik und -dynamik der Arzneistoffe. Übergeordnetes Ziel dieser Arbeit war es, ein In vitro-Modell zu entwickeln und anzuwenden, welches die dynamischen Bedingungen im Colon ascendens, insbesondere im Hinblick auf die pH-Werte, Durchmischung und bakterielle Besiedlung, darstellt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde im Rahmen erster Versuche untersucht, wie es sowohl mit monographierten als auch biorelevanten Modellen möglich ist, die mechanische Belastung, die auf eine Arzneiform im GIT ausgeübt wird, darzustellen. Die Verwendung der SmartPill™ eröffnete die Möglichkeit, in den Apparaturen auftretende Drücke aufzuzeichnen. Außerdem konnten die gemessenen Drücke anschließend mit Daten aus In vivo-Studien verglichen werden. Die Untersuchungen ergaben, dass in den monographierten Apparaturen keine Drücke auftreten, die den während der Magen-Darm-Passage auftretenden Drücken entsprechen. Im Gegensatz dazu können im DOFTA gezielt Drücke und so auch vollständige Druckprofile simuliert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit waren die zuvor gewonnenen Erkenntnisse hilfreich für die Entwicklung des neuen Modells zur Darstellung des Colon ascendens. In das MimiCol wurden pH-Wert-Daten aus einer SmartPill™-Studie implementiert. Die Vorteile des neuartigen Bioreaktors MimiCol sind das kleinere Medienvolumen, das den In vivo-Bedingungen näherkommt, die Möglichkeit, Medienwechsel durchzuführen und dadurch Metabolite abzuführen und neue Nährstoffe hinzuzufügen sowie die genauere Simulation von In vivo-Durchmischungsmustern. Ziel der durchgeführten Untersuchung war der Vergleich der Metabolisierung des Modellarzneistoffs Sulfasalazin in dem neuartigen dynamischen Bioreaktor MimiCol und einem statischen Standard-Batch-Fermenter. Beide wurden mit der gleichen, kryokonservierten fäkalen Standardmikrobiota beimpft. Die Experimente zeigten, dass das MimiCol in der Lage ist, die dynamischen Bedingungen im aufsteigenden Dickdarm zu simulieren. Die dynamischen Bedingungen im MimiCol führten zu einer Verdopplung der Metabolisierungskonstanten im Vergleich zum statischen Batch-Fermenter. Das MimiCol ahmt, besonders in Bezug auf pH-Fluktuationen und Bakterienwachstum, die dynamischen Bedingungen im aufsteigenden Dickdarm nach und könnte sich in allen Phasen der Arzneimittel- und Formulierungsentwicklung als nützlich erweisen. Zur Erleichterung und Beschleunigung der Datengenerierung wurde im nächsten Schritt eine Erweiterung des Modells angestrebt. Hierbei war es die größte Herausforderung, die ursprünglichen Parameter auf ein erweitertes Modell mit einer anderen Steuerung und anderen Komponenten zu übertragen. Außerdem wurde in diesem Zuge die Charakterisierung komplexer Bakterienkulturen mittels 16S rRNA-Sequenzierung eingeführt. Bei der Erweiterung des Modells wurde besonderes Augenmerk auf die Einfachheit des Designs und die leichte Skalierbarkeit gelegt. Um zu beweisen, dass die Übertragung der Parameter erfolgreich war, wurde erneut der Abbau von Sulfasalazin untersucht und die bakterielle Zusammensetzung während des Experiments durch 16S rRNA-Sequenzierung analysiert. Die Übertragung der Versuchsbedingungen auf das neue Modell war erfolgreich. Kommerziell erhältliche Komponenten wurden in den Aufbau implementiert. Das Modell MimiCol³ repräsentierte das Colon ascendens in seinen Eigenschaften bezüglich des Volumens, pH-Werts und Redoxpotentials zufriedenstellend. Die 16S rRNA-Sequenzierung führte zu weiteren Erkenntnissen über die bakterielle Zusammensetzung in den drei Gefäßen. Der Abbau von Sulfasalazin stand in guter Übereinstimmung mit den In vivo-Daten und den im MimiCol gewonnenen Daten. Das neue Modell des Colon ascendens MimiCol³ ermöglichte es, zuverlässigere Daten zu sammeln, da drei Experimente gleichzeitig unter denselben Bedingungen durchgeführt wurden. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass ein wichtiges Instrument zur Untersuchung des Einflusses unseres Mikrobioms im Darm auf den Abbau von Arzneistoffen und Arzneiformen entwickelt wurde.

Die Kv7-Kaliumkanalöffner Flupirtin und Retigabin waren wertvolle Alternativen bei der Pharmakotherapie von Schmerzen und Epilepsie. Beide Wirkstoffe werden aufgrund von unerwünschten Arzneimittelwirkungen derzeit jedoch nicht mehr eingesetzt. Die Flupirtin-induzierte Hepatotoxizität und die durch Retigabin hervorgerufenen Gewebeverfärbungen scheinen dabei auf den ersten Blick nicht zusammenzuhängen. Gleichwohl lassen sich wahrscheinlich beide Nebenwirkungen auf das gemeinsame oxidationsempfindliche Triaminoaryl-Grundgerüst zurückführen, welches zur Bildung von reaktiven Chinondiimin-Metaboliten neigt. Da hingegen der Wirkungsmechanismus, d. h. die Öffnung der Kv7-Kanäle, nicht an der Toxizität beteiligt zu sein scheint, hatte diese Arbeit zum Ziel, sicherere Alternativen für Flupirtin und Retigabin zu entwickeln. In einem Liganden-basierten Ansatz wurde eine Umgestaltung des Triaminoaryl-Kerns, den beide Wirkstoffe gemeinsam haben, vorgenommen, was zu Carba-Analoga führte, die durch eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit sowie ein vernachlässigbares Risiko für die Bildung von chinoiden Metaboliten charakterisiert sind. Zusätzlich zu diesen verbesserten Sicherheitsmerkmalen offenbarten einige der neuartigen Derivate eine überlegene Kv7.2/3-Kanalöffnungsaktivität. Im Vergleich zu Flupirtin konnte die Potenz der Verbindungen um den Faktor 150 gesteigert werden, während die intrinsische Aktivität auf bis zu 176 % verbessert werden konnte, was die betreffenden Carba-Analoga zu vielversprechenden Kandidaten für eine weitergehende Entwicklung macht. Andererseits ermöglichten einige inaktive Verbindungen sowie die insgesamt deutlich abgestuften Kv7.2/3-Aktivitätsdaten die Etablierung von validen Struktur-Wirkungs-Beziehungen und Hypothesen zum Bindungsmodus, die mit Dockingergebnissen und Molekulardynamik-Simulationen korrelierten.

Abstract Neutrophils are the most abundant leukocytes in circulation playing a key role in acute inflammation during microbial infections. Phagocytosis, one of the crucial defence mechanisms of neutrophils against pathogens, is amplified by chemotactic leukotriene (LT)B4, which is biosynthesized via 5‐lipoxygenase (5‐LOX). However, extensive liberation of LTB4 can be destructive by over‐intensifying the inflammatory process. While enzymatic biosynthesis of LTB4 is well characterized, less is known about molecular mechanisms that activate 5‐LOX and lead to LTB4 formation during host–pathogen interactions. Here, we investigated the ability of the common opportunistic fungal pathogen Candida albicans to induce LTB4 formation in neutrophils, and elucidated pathogen‐mediated drivers and cellular processes that activate this pathway. We revealed that C. albicans‐induced LTB4 biosynthesis requires both the morphological transition from yeast cells to hyphae and the expression of hyphae‐associated genes, as exclusively viable hyphae or yeast‐locked mutant cells expressing hyphae‐associated genes stimulated 5‐LOX by [Ca2+]i mobilization and p38 MAPK activation. LTB4 biosynthesis was orchestrated by synergistic activation of dectin‐1 and Toll‐like receptor 2, and corresponding signaling via SYK and MYD88, respectively. Conclusively, we report hyphae‐specific induction of LTB4 biosynthesis in human neutrophils. This highlights an expanding role of neutrophils during inflammatory processes in the response to C. albicans infections.

Natural products comprise a rich reservoir for innovative drug leads and are a constant source of bioactive compounds. To find pharmacological targets for new or already known natural products using modern computer-aided methods is a current endeavor in drug discovery. Nature’s treasures, however, could be used more effectively. Yet, reliable pipelines for the large-scale target prediction of natural products are still rare. We developed an in silico workflow Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7102; doi:10.3390/ijms21197102 www.mdpi.com/journal/ijms Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7102 2 of 18 consisting of four independent, stand-alone target prediction tools and evaluated its performance on dihydrochalcones (DHCs)—a well-known class of natural products. Thereby, we revealed four previously unreported protein targets for DHCs, namely 5-lipoxygenase, cyclooxygenase-1, 17β-hydroxysteroid dehydrogenase 3, and aldo-keto reductase 1C3. Moreover, we provide a thorough strategy on how to perform computational target predictions and guidance on using the respective tools.

Transcription factors play a crucial role in regulating biological processes such as cell growth, differentiation, organ development and cellular signaling. Within this group, proteins equipped with zinc finger motifs (ZFs) represent the largest family of sequence-specific DNA-binding transcription regulators. Numerous studies have proven the fundamental role of BCL11B for a variety of tissues and organs such as central nervous system, T cells, skin, teeth, and mammary glands. In a previous work we identified a novel atypical zinc finger domain (CCHC-ZF) which serves as a dimerization interface of BCL11B. This domain and formation of the dimer were shown to be critically important for efficient regulation of the BCL11B target genes and could therefore represent a promising target for novel drug therapies. Here, we report the structural basis for BCL11B–BCL11B interaction mediated by the N-terminal ZF domain. By combining structure prediction algorithms, enhanced sampling molecular dynamics and fluorescence resonance energy transfer (FRET) approaches, we identified amino acid residues indispensable for the formation of the single ZF domain and directly involved in forming the dimer interface. These findings not only provide deep insight into how BCL11B acquires its active structure but also represent an important step towards rational design or selection of potential inhibitors.

The study aimed to examine the influence of a rotating magnetic field (RMF) of two different frequencies (5 and 50 Hz) on the expression of regulatory (agrA, hld, rot) and staphylococcal enterotoxin (SE—sea, sec, sel) genes as well as the production of SEs (SEA, SEC, SEL) by the Staphylococcus aureus FRI913 strain cultured on a medium supplemented with a subinhibitory concentration of trans-anethole (TA). Furthermore, a theoretical model of interactions between the bacterial medium and bacterial cells exposed to RMF was proposed. Gene expression and SEs production were measured using quantitative real-time PCR and ELISA techniques, respectively. Based on the obtained results, it was found that there were no significant differences in the expression of regulatory and SE genes in bacteria simultaneously cultured on a medium supplemented with TA and exposed to RMF at the same time in comparison to the control (unexposed to TA and RMF). In contrast, when the bacteria were cultured on a medium supplemented with TA but were not exposed to RMF or when they were exposed to RMF of 50 Hz (but not to TA), a significant increase in agrA and sea transcripts as compared to the unexposed control was found. Moreover, the decreased level of sec transcripts in bacteria cultured without TA but exposed to RMF of 50 Hz was also revealed. In turn, a significant increase in SEA and decrease in SEC and SEL production was observed in bacteria cultured on a medium supplemented with TA and simultaneously exposed to RMFs. It can be concluded, that depending on SE and regulatory genes expression as well as production of SEs, the effect exerted by the RMF and TA may be positive (i.e., manifests as the increase in SEs and/or regulatory gene expression of SEs production) or negative (i.e., manifests as the reduction in both aforementioned features) or none.

Fibers and yarns are part of everyday life. So far, fibers that are also used pharmaceutically have mainly been produced by electrospinning. The common use of spinning oils and the excipients they contain, in connection with production by melt extrusion, poses a regulatory challenge for pharmaceutically usable fibers. In this publication, a newly developed small-scale direct-spinning melt extrusion system is described, and the pharmaceutically useful polyvinyl filaments produced with it are characterized. The major parts of the system were newly developed or extensively modified and manufactured cost-effectively within a short time using rapid prototyping (3D printing) from various materials. For example, a stainless-steel spinneret was developed in a splice design for a table-top melt extrusion system that can be used in the pharmaceutical industry. The direct processing of the extruded fibers was made possible by a spinning system developed called Spinning-Rosi, which operates continuously and directly in the extrusion process and eliminates the need for spinning oils. In order to prevent instabilities in the product, further modifications were also made to the process, such as a the moisture encapsulation of the melt extrusion line at certain points, which resulted in a bubble-free extrudate with high tensile strength, even in a melt extrusion line without built-in venting.

Abstract Aim To verify synergistic effects, we investigated the antimicrobial activity of seven phenolic phytochemicals (gallic acid; epicatechin; epigallocatechin gallate; daidzein; genistein; myricetin; 3‐hydroxy‐6‐methoxyflavone) in combination with six antibiotics against multidrug‐resistant isolates from the ESKAPE group. Methods and Results To investigate single phytochemicals and combinations, initial microdilution and checkerboard assays were used, followed by time‐kill assays to evaluate the obtained results. The research revealed that phenolic compounds on their own resulted in little or no inhibitory effects. During preliminary tests, most of the combinations resulted in indifference (134 [71.3%]). In all, 30 combinations led to antagonism (15.9%); however, 24 showed synergistic effects (12.8%). The main tests resulted in nine synergistic combinations for the treatment of four different bacteria strains, including two substances (3‐hydroxy‐6‐methoxyflavone, genistein) never tested before in such setup. Time‐kill curves for combinations with possible synergistic effects confirmed the results against Acinetobacter baumannii as the one with the greatest need for research. Conclusions The results highlight the potential use of antibiotic–phytocompound combinations for combating infections with multi‐resistant pathogens. Synergistic combinations could downregulate the resistance mechanisms of bacteria. Significance and Impact of the Study The aim of this study is to demonstrate the potential use of phenolic natural compounds in combination with conventional antibiotics against multidrug‐resistant bacteria of the ESKAPE group. Due to synergistic effects of natural phenolic compounds combined with antibiotics, pathogens that are already resistant to antibiotics could be resensitized as we were able to reduce their MICs back to sensitive. In addition, combination therapies could prevent the development of resistance by reducing the dose of antibiotics. This approach opens up the basis for future development of antimicrobial therapy strategies, which are so urgently needed in the age of multidrug‐resistant pathogens.

The present study covers the synthesis, purification and evaluation of a novel aminomethacrylate-based copolymer in terms of its suitability for improving the solubility and in vitro release of poorly water-soluble drug compounds. The new copolymer was synthesized by solvent polymerization with radical initiation and by use of a chain transfer agent. Based on its composition, it can be considered as a modified type of dimethylaminoethyl methacrylate-butyl methacrylate-methyl methacrylate “EUDRAGIT® E PO” (ModE). ModE was specifically developed to provide a copolymer with processing and application properties that exceed those of commercially available (co-)polymers in solubility enhancement technologies where possible. By varying the concentration of the chain transfer agent in the radical polymerization process, the molecular weight of ModE was varied in a range of 173–305 kDa. To evaluate the solubility-enhancing properties of ModE, a series of drug-loaded extrudates were prepared by hot melt extrusion using the novel—as well as several commercially available—(co-)polymers. These extrudates were then subjected to comparative tests for amorphousness, solubility-enhancing properties, storage stability, and drug release. Celecoxib, efavirenz, and fenofibrate were used as model drugs in all experiments. Of all the (co-)polymers included in the study, ModE with a molecular weight of 173 kDa showed the best performance in terms of desired properties and was shown to be particularly suitable for preparing amorphous solid dispersions (ASDs) of the three model drugs, which in a first set of dissolution experiments showed better release behavior under pH conditions of the fasting stomach than higher molecular weight ModE types, as well as a variety of commercially available (co-)polymers. Therefore, the results demonstrate the successful synthesis of a new copolymer, which in future studies will be investigated in more detail for universal application in the field of solubility enhancement.

Drug absorption following oral administration is determined by complex and dynamic interactions between gastrointestinal (GI) physiology, the drug, and its formulation. Since many of these interactions are not fully understood, the COST action on “Understanding Gastrointestinal Absorption-related Processes (UNGAP)” was initiated in 2017, with the aim to improve the current comprehension of intestinal drug absorption and foster future developments in this field. In this regard, in vivo techniques used for the characterization of human GI physiology and the intraluminal behavior of orally administered dosage forms in the GI tract are fundamental to gaining deeper mechanistic understanding of the interplay between human GI physiology and drug product performance. In this review, the potential applications, advantages, and limitations of the most important in vivo techniques relevant to oral biopharmaceutics are presented from the perspectives of different research fields.

The present study focused on a new formulation approach to improving the solubility of drugs with poor aqueous solubility. A hot melt extrusion (HME) process was applied to prepare drug-loaded solid self-nanoemulsifying drug delivery systems (S-SNEDDS) by co-extrusion of liquid SNEDDS (L-SNEDDS) and different polymeric carriers. Experiments were performed with L-SNEDDS formulations containing celecoxib, efavirenz or fenofibrate as model drugs. A major objective was to identify a polymeric carrier and process parameters that would enable the preparation of stable S-SNEDDS without impairing the release behavior and storage stability of the L-SNEDDS used and, if possible, even improving them further. In addition to commercially available (co)polymers already used in the field of HME, a particular focus was on the evaluation of different variants of a recently developed aminomethacrylate-based copolymer (ModE) that differed in Mw. Immediately after preparation, the L-SNEDDS and S-SNEDDS formulations were tested for amorphicity by differential scanning calorimetry. Furthermore, solubility and dissolution tests were performed. In addition, the storage stability was investigated at 30 °C/65% RH over a period of three and six months, respectively. In all cases, amorphous formulations were obtained and, especially for the model drug celecoxib, S-SNEDDS were developed that maintained the rapid and complete drug release of the underlying L-SNEDDS even over an extended storage period. Overall, the data obtained in this study suggest that the presented S-SNEDDS approach is very promising, provided that drug-loaded L-SNEDDS are co-processed with a suitable polymeric carrier. In the case of celecoxib, the E-173 variant of the novel ModE copolymer proved to be a novel polymeric carrier with great potential for application in S-SNEDDS. The presented approach will, therefore, be pursued in future studies to establish S-SNEDDS as an alternative formulation to other amorphous systems.

Klebsiella pneumoniae is a common member of the intestinal flora of vertebrates. In addition to opportunistic representatives, hypervirulent (hvKp) and antibiotic-resistant K. pneumoniae (ABR-Kp) occur. While ABR-Kp isolates often cause difficult-to-treat diseases due to limited therapeutic options, hvKp is a pathotype that can infect healthy individuals often leading to recurrent infection. Here, we investigated the clinical K. pneumoniae isolate PBIO3459 obtained from a blood sample, which showed an unusual colony morphology. By combining whole-genome and RNA sequencing with multiple in vitro and in vivo virulence-associated assays, we aimed to define the respective Klebsiella subtype and explore the unusual phenotypic appearance. We demonstrate that PBIO3459 belongs to sequence type (ST)20 and carries no acquired resistance genes, consistent with phenotypic susceptibility tests. In addition, the isolate showed low-level virulence, both at genetic and phenotypic levels. We thus suggest that PBIO3459 is an opportunistic (commensal) K. pneumoniae isolate. Genomic comparison of PBIO3459 with closely related ABR-Kp ST20 isolates revealed that they differed only in resistance genes. Finally, the unusual colony morphology was mainly associated with carbohydrate and amino acid transport and metabolism. In conclusion, our study reveals the characteristics of a Klebsiella sepsis isolate and suggests that opportunistic representatives likely acquire and accumulate antibiotic resistances that subsequently enable their emergence as ABR-Kp pathogens.

Antimicrobial resistance (AMR) is a serious global health threat and extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Enterobacterales are a major contributor. This study aimed to gain a deeper insight into the AMR burden of wild animals. In total, 1595 fecal samples were collected by two systematic searches in Mecklenburg-Western Pomerania, north-east Germany. Samples were screened for ESBL-carrying Escherichia (E.) coli and isolates found were further analyzed using antimicrobial susceptibility testing and whole-genome sequencing. We found an estimated prevalence of 1.2% ESBL-producing E. coli in wild boar and 1.1% in wild ruminants. CTX-M-1 was the most abundant CTX-M type. We also examined fecal samples from wild boar and wild ruminants using shotgun metagenomics to gain insight into the resistome in wild animals. The latter revealed significantly lower normalized counts for AMR genes in wildlife samples compared to farm animals. The AMR gene levels were lower in wild ruminants than in wild boar. In conclusion, our study revealed a low prevalence of ESBL-producing E. coli and a low overall AMR gene burden in wild boar and wild ruminants, probably due to the secluded location of the search area.

Pentathiepins are cyclic polysulfides that exert antiproliferative and cytotoxic activity in cancer cells, induce oxidative stress and apoptosis, and potently inhibit GPx1. These properties render this class of compounds promising candidates for the development of anticancer drugs. However, the biological effects and how they intertwine to promote high cytotoxicity have not been systematically assessed throughout a panel of cancer cell lines from distinct tissues of origin. In this thesis, six novel pentathiepins were analyzed and constitute the second generation of compounds with additional properties such as fluorescence or improved water solubility to facilitate cellular testing. All compounds underwent extensive biological evaluation in 14 human cancer cell lines. These studies included investigations of the inhibitory potential with regards to GPx1 and cell proliferation, examined the cytotoxicity in human cancer cell lines, as well as the induction of oxidative stress and DNA strand breaks. Furthermore, selected hallmarks of apoptosis, ferroptosis, and autophagy were studied. Experimental approaches regarding these cellular mechanisms included observing morphological changes, detecting phosphatidyl serine exposure and caspase activity, and quantifying cleaved PARP1 and levels of LC3B II. In addition, the analysis of the cell cycle aimed to identify aberrations or arrests in cell division. Five of the six tested pentathiepins proved to be potent inhibitors of the GPx1, while all six exerted high cytotoxic and antiproliferative activity, although to different extents. There was a clear connection observed between the potential to provoke oxidative stress and damage to DNA in the form of single- and double-strand breaks both extra- and intracellularly. Furthermore, various experiments supported apoptosis but not ferroptosis as the mechanism of cell death in four different cell lines. In particular, the externalization of PS, the detection of activated caspases, and the cleavage of PARP1 corroborated this conclusion. Additionally, indications for autophagy were found, but more investigations are required to verify the current data. The findings of this dissertation are mainly in line with the postulated mechanism of action proposed for pentathiepins and a previous publication from our group that described their biological activity. However, the influence of modulators such as oxygen and GSH on the biological effects was ambiguous and dependent on the compound. The expression profile of the cell lines concerning GPx1 and CAT did not influence the cellular response toward the treatment, whereas the cell doubling time correlated with the cytotoxicity. As the various pentathiepins give rise to different biological responses, modulation of the biological effects depends on the distinct chemical structures fused to the sulfur ring. This may allow for future optimization of the anticancer activity of pentathiepins. An analysis of the structure-activity relationships revealed that the piperazine scaffold was associated with superior biological activity compared to the pyrrolo-pyrazine backbone. Furthermore, substituents with electron-withdrawing properties or those providing a free electron pair, such as fluorine or morpholine, were advantageous. These findings should help design and synthesize the next generation of pentathiepins, thereby expanding the library of compounds, allowing for the further deduction of structure-activity relationships and an improved understanding of their mechanism of action.

The investigation of complex molecular systems by molecular dynamics simulations has been successfully established and proven as a standard method during the last decades. The use of highly optimized algorithms and steadily increasing, generally available computing resources enables even larger and longer simulations. However, the dynamics of the system itself is not accelerated, and it can be trapped in low energy minima that can only be overcome slowly. A number of methods have therefore been developed to address this problem. Within the context of this dissertation, a novel algorithm based on replica exchange was developed to solve problems with existing methods, which can now be used for large molecular systems with a low resource consumption. Parameter dependence was systematically evaluated and optimized to define guidelines for correct application. This algorithm was successfully applied to various pharmaceutical and biochemical problems, such as protein folding or protein-protein interactions.

Erkrankungen der Speiseröhre waren in der Vergangenheit ein wenig beachteter Themenkomplex in der Forschung und Entwicklung neuartiger Therapieoptionen. Die Behandlung von Erkrankungen wurde in der Regel systemisch oder chirurgisch durchgeführt. Trotz eines geringeren Risikos für unerwünschte Arzneimittelwirkungen im Vergleich zur systemischen Therapie wurde der Ösophagus bisher kaum als Target zur Medikamentenapplikation in Betracht gezogen. Durch die besonders kurze Transitzeit stellt die Speiseröhre einen sehr anspruchsvollen Applikationsort für die Entwicklung lokal wirksamer Darreichungsformen dar. Zur effektiven Therapie von Tumorerkrankungen, Pilzinfektionen, Motilitätsstörungen oder durch Reflux verursachte Schädigungen im Bereich der Speiseröhre wäre beispielsweise eine lokale Arzneimitteltherapie mit niedrig dosierten Wirkstoffen in mukoadhäsiven Darreichungsformen wünschenswert. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges System zur gezielten lokalen und langanhaltenden Applikation von mukoadhäsiven Filmen in der Speiseröhre entwickelt und charakterisiert. Das dabei entstandene EsoCap-System besteht aus einem aufgerollten Film, der an einem Faden befestigt und in einer geschlitzten Kapsel positioniert ist. Bei der Einnahme der EsoCap mit einem eigens entwickelten Applikationssystem wird der Mechanismus zum Entrollen des Filmes ausgelöst. Durch den Schluckvorgang wird der Film in der Speiseröhre entrollt und haftet aufgrund der mukoadhäsiven Eigenschaften an der Mukosa des Patienten. Die Funktionalität des Systems konnte in einer Studie mit zwölf gesunden Probanden gezeigt werden. Bei insgesamt 72 durchgeführten Applikationen konnte in 71 Fällen eine erfolgreiche Platzierung des mukoadhäsiven Filmes in der Speiseröhre nachgewiesen werden. Die korrekte Platzierung des Filmes wurde anhand eines neu entwickelten und kontrastierenden Filmes mittels MRT nachgewiesen. Zur standardisierten Evaluation der Akzeptanz wurde ein spezifisch auf die Eigenschaften und Besonderheiten des EsoCap-Systems angepasster Fragebogen entwickelt. Auch die prinzipielle Funktionalität des Systems konnten durch die Studie mit gesunden Probanden, nachgewiesen werden. Das modifizierte EsoCap-System, welches zusätzlich mit einem Sinker zur Erhöhung der Dichte versehen wurde, zeigte in der Befragung eine subjektiv bessere Schluckbarkeit. Zudem konnte ein bereits in der Literatur beschriebener Lern- und Trainingseffekt bei der Einnahme von oralen Darreichungsformen auch beim EsoCap-System beobachtet werden. Neben der vorteilhaften Erhöhung der Dichte des Systems könnte die Verwendung kleinerer Kapseln (z. B. Größe 0) und die Verwendung eines schnell wasserlöslichen Retainers zum Auslösen des Systems mit einer Steigerung der Akzeptanz korreliert sein. Die Verwendung von kleineren Kapseln sollte durch die Verwendung von, im Vergleich zur MRT-Kontrastierung, dünneren, für die lokale Wirkstoffapplikation genügenden Filme möglich sein. Die Akzeptanz und die Überlegenheit des neuartigen Systems im Patienten sind in klinischen Studien zu beweisen. Zudem ist ein Verfahren zur automatisierten Herstellung des sehr komplexen und bisher vollständig manuell gefertigten Systems zu etablieren. Neben der Filmdicke haben sowohl die verwendeten Polymere als auch die Wirkstoffbeladung einen Einfluss auf die Charakteristik der verwendeten Filme. Eine Möglichkeit die Funktionalität von Filmen In vivo besser vorherzusagen, besteht in der Verwendung biorelevanter In vitro-Testsysteme. Aus diesem Grunde wurde der EsoPeriDiss, ein neuartiges und biorelevantes In vitro-Testsystem zur Charakterisierung ösophageal applizierter Darreichungsformen entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass mittels des EsoPeriDiss erste Erkenntnisse hinsichtlich des Freisetzungsverhaltens und der Verweildauer von Filmen in der Speiseröhre bei simulierter Speichelflussrate, simulierter Peristaltik sowie bei verschiedenen simulierten Ausrichtungen des Patienten gewonnen werden können. Durch Variation der Pumpleistung war die Speichelflussrate flexibel steuerbar und ermöglichte, wie auch das modulare Walzensystem, die Simulation verschiedener Einnahmebedingungen. So können Konfigurationen mit niedriger Intensität zur Simulation der nächtlichen Einnahme, aber auch hochintensive Konfigurationen zur Simulation der Einnahme mit Nahrung am Tage zusammengestellt werden. Durch die Ergänzung einer Positionsanpassung war es möglich, sowohl eine waagerechte als auch senkrechte Speiseröhre zu simulieren. Die Simulation von ausgewählten physiologischen Parametern und die In vitro-Charakterisierung verschiedener Darreichungsformen ermöglichten ein besseres Verständnis über die Verhältnisse und Beschaffenheiten von esophageal applizierten Darreichungsformen. Die Zusammenstellung von physiologischen Konfigurationen oder die Übertragung von In vivo-Daten von Patienten auf das System, ergeben für die neuartige modulare Testplattform eine Vielzahl interessanter Möglichkeiten zur Charakterisierung von ösophageal applizierbaren Darreichungsformen. Somit konnte gezeigt werden, dass das modular aufgebaute neue System zahlreiche Möglichkeiten für biorelevante Freisetzungsuntersuchungen bietet. Das EsoCap-System stellt eine neuartige, innovative und hochvariable Plattformtechnologie dar, die die Applikation von mukoadhäsiven Polymerfilmen in der Speiseröhre ermöglicht. Durch Anpassung der Plattform, beispielsweise durch Verwendung verschiedener wirkstoffbeladener Filme könnte das System neue Möglichkeiten in der Therapie von bisher nur unzureichend therapierbaren Krankheiten der Speiseröhre eröffnen. Die Erkenntnisse aus der In vivo-Studie und den In vitro-Untersuchungen geben Anlass zur Hoffnung hinsichtlich einer In vivo verlängerten lokalen Verweildauer von Filmen in der Speiseröhre, die besondere Bedeutung für die Effektivität einer Therapie hat. Das EsoCap-System hat aus vielerlei Hinsicht das Potenzial eine Durchbruchsinnovation im Bereich der Therapie von Erkrankungen der Speiseröhre darzustellen. Durch diese innovative Applikationsmöglichkeit begünstigt, könnte insbesondere das Screening nach hochaktiven und spezifisch in der Speiseröhre wirkenden Wirkstoffen zusätzlich vorangetrieben werden.

Der Sepsis sowie einer Reihe von Autoimmunerkrankungen wie Multipler Sklerose und Diabetes mellitus Typ 1 ist, ebenso wie zahlreichen weiteren Krankheitsbildern, gemein, dass für diese eine Beteiligung der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) an deren Pathogenese durch exzessive Freisetzung von Stickstoffmonoxid bewiesen ist bzw. diskutiert wird. Die Auffindung von effektiven und selektiven Inhibitoren der iNOS stellt einen möglichen, erfolgversprechenden Ansatz dar, zumindest die Symptomatik dieser Erkrankungen positiv zu beeinflussen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten neue Wirkstoffe als potentielle Inhibitoren der iNOS zugänglich gemacht und auf ihre Aktivität getestet werden. Ein wesentlicher Ansatzpunkt für das Wirkstoff-Design ist die strukturelle Modifikation des natürlichen Substrats der iNOS, der Aminosäure Arginin. Ein bekannter Arginin analoge Hemmstoff der iNOS ist Aminoguanidin. Das Konzept der vorliegenden Arbeit zur strukturellen Abwandlung dieses Moleküls beinhaltete dessen Integration in ein heterobicyclisches System, mit dem Ziel, die Flexibilität der Aminoguanidin-Struktur herabzusetzen, um somit die Hemmwirkung und die iNOS-Spezifität zu verbessern. Die bisher wenig erschlossene Verbindungsklasse der [1,2,4]Triazolo[1,2-a]pyridazine erschien sehr gut geeignet, dieses Konzept zu realisieren. So wurden verschieden substituierte Vertreter dieses Grundkörpers als Analoga zu Aminoguanidin dargestellt. Als Hauptsyntheseroute wurde die Darstellung von Hexahydro[1,2,4]triazolo[1,2-a]pyridazinen über Ringschluss von Hexadyro-1-carbothioamid mit Aldehyden / Ketonen verfolgt. Anschließend wurden diese durch S-Methylierung mit Iodmethan zu 1-Methylsulfanyl-5,6,7,8-tetrahydro-3H-[1,2,4]triazolo[1,2-a]pyridazinen umgesetzt und schließlich mittels S-N-Austausch Tetrahydro-3H-[1,2,4]triazolo[1,2-a]pyridazin-1-amine dargestellt. Die erhaltenen Vertreter der Zielverbindungen aller Synthesestufen wurden auf ihre Aktivität gegenüber der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase und mögliche zytotoxische Effekte mittels eines Zellkultur-Modells getestet. Im Ergebnis der chemisch-synthetischen und strukturanalytischen Arbeiten wurde eine Vielzahl von Verbindungen mit [1,2,4]Triazolo[1,2-a]pyridazin-Struktur einschließlich entsprechender Vorstufen neu- bzw. resynthetisiert. Alle Verbindungen wurden umfassend strukturanalytisch charakterisiert. So war es möglich eine umfangreiche Substanzbibliothek mit diversen Substitutionsmustern zu generieren, welche für die Überprüfung der generellen Eignung von Abkömmlingen des [1,2,4]Triazolo[1,2-a]pyridazins als Inhibitoren der induzierbaren NO-Synthase genutzt werden konnte. Für diese biologischen Untersuchungen zur Inhibition der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) durch die synthetisierten Titelverbindungen wurde ein optimiertes Zellkultur-Testverfahren unter Verwendung der Ratten-Insulinom Zelllinie RINm5F für den Arbeitskreis etabliert. Diese wurden mit den proinflammatorischen Zytokinen Interleukin-1β und Interferon-γ zur Expression von induzierbarer NO-Synthase stimuliert. Nach der Inkubation mit den potentiellen Hemmstoffen wurde die verbleibende NO-Produktion der Zellen durch Ermittlung der Nitritkonzentration im Überstand bestimmt. Anschließend wurde an den bereits behandelten Zellen auf mögliche Zytotoxizität der Substanzen durch einen MTT-Assay getestet. Mit diesem Verfahren wurden eine Reihe der Titelverbindungen bezüglich ihrer iNOS-hemmenden und zytotoxischen Eigenschaften untersucht. Davon inhibierten etliche in Position 3 unterschiedlich substituierte [1,2,4]Triazolo[1,2-a]pyridazin-1-thione dem Aminoguanidin vergleichbar oder stärker die NO-Produktion der iNOS bei nur geringem, zytotoxischem Effekt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die Verbindungsklasse der [1,2,4]Triazolo[1,2-a]pyridazine mit einer breiter Palette von Derivaten synthetisch zu erschließen und eine iNOS-inhibierende Wirkung für eine Anzahl von Vertretern zu belegen.

An in vitro dissolution model, the so-called EyeFlowCell (EFC), was developed to test intravitreal dosage forms, simulating parameters such as the gel-like consistency of the vitreous body. The developed model consists of a stereolithography 3D-printed flow-through cell with a polyacrylamide (PAA) gel as its core. This gel needed to be coated with an agarose sheath because of its low viscosity. Drug release from hydroxypropyl methylcellulose-based implants containing either triamcinolone acetonide or fluorescein sodium was studied in the EFC using a schematic eye movement by the EyeMovementSystem (EyeMoS). For comparison, studies were performed in USP apparatus 4 and USP apparatus 7. Significantly slower drug release was observed in the PAA gel for both model drugs compared with the compendial methods. Drug release from fluorescein sodium-containing model implants was completed after 40 min in USP apparatus 4, whereas drug release in the gel-based EFC lasted 72 h. Drug release from triamcinolone acetonide-containing model implants was completed after 35 min in USP apparatus 4 and after 150 min in USP apparatus 7, whereas this was delayed until 96 h in the EFC. These results suggest that compendial release methods may overestimate the drug release rate in the human vitreous body. Using a gel-based in vitro release system such as the EFC may better predict drug release.

Summary Outer membrane extensions are common in many marine bacteria. However, the function of these surface enlargements or extracellular compartments is poorly understood. Using a combined approach of microscopy and subproteome analyses, we therefore examined Pseudoalteromonas distincta ANT/505, an Antarctic polysaccharide degrading gamma‐proteobacterium. P. distincta produced outer membrane vesicles (MV) and vesicle chains (VC) on polysaccharide and non‐polysaccharide carbon sources during the exponential and stationary growth phase. Surface structures of carbohydrate‐grown cells were equipped with increased levels of highly substrate‐specific proteins. At the same time, proteins encoded in all other polysaccharide degradation‐related genomic regions were also detected in MV and VC samples under all growth conditions, indicating a basal expression. In addition, two alkaline phosphatases were highly abundant under non‐limiting phosphate conditions. Surface structures may thus allow rapid sensing and fast responses in nutritionally deprived environments. It may also facilitate efficient carbohydrate processing and reduce loss of substrates and enzymes by diffusion as important adaptions to the aquatic ecosystem.

Multi-drug resistant (MDR), gram-negative Enterobacteriaceae, such as Escherichia coli (E. coli) limit therapeutic options and increase morbidity, mortality, and treatment costs worldwide. They pose a serious burden on healthcare systems, especially in developing countries like Rwanda. Several studies have shown the effects caused by the global spread of extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing E. coli. However, limited data is available on transmission dynamics of these pathogens and the mobile elements they carry in the context of clinical and community locations in Sub-Saharan Africa. Here, we examined 120 ESBL-producing E. coli strains from patients hospitalized in the University Teaching Hospital of Butare (Rwanda), their attending caregivers as well as associated community members and livestock. Based on whole-genome analysis, the genetic diversification and phylogenetics were assessed. Moreover, the content of carried plasmids was characterized and investigated for putative transmission among strains, and for their potential role as drivers for the spread of antibiotic resistance. We show that among the 30 different sequence types (ST) detected were the pandemic clonal lineages ST131, ST648 and ST410, which combine high-level antimicrobial resistance with virulence. In addition to the frequently found resistance genes blaCTX–M–15, tet(34), and aph(6)-Id, we identified csg genes, which are required for curli fiber synthesis and thus biofilm formation. Numerous strains harbored multiple virulence-associated genes (VAGs) including pap (P fimbriae adhesion cluster), fim (type I fimbriae) and chu (Chu heme uptake system). Furthermore, we found phylogenetic relationships among strains from patients and their caregivers or related community members and animals, which indicates transmission of pathogens. Also, we demonstrated the presence and potential transfer of identical/similar ESBL-plasmids in different strains from the Rwandan setting and when compared to an external plasmid. This study highlights the circulation of clinically relevant, pathogenic ESBL-producing E. coli among patients, caregivers and the community in Rwanda. Combining antimicrobial resistance with virulence in addition to the putative exchange of mobile genetic elements among bacterial pathogens poses a significant risk around the world.