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dc.contributor.advisor Napp, Joanna Dr. de
dc.contributor.author Mathejczyk, Julia Eva de
dc.date.accessioned 2013-01-14T15:17:21Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:50:52Z de
dc.date.issued 2012-05-08 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-EFAA-1 de
dc.description.abstract Es besteht großer Bedarf an der Entwicklung hochfluoreszenter und spezifischer Sonden, die eine sensitive und frühzeitige Detektion von Krebserkrankungen in vivo sowie die Unterscheidung von Tumor- und gesundem Gewebe mittels nicht-invasiver bildgebender Verfahren ermöglichen. Hierbei stellt die Autofluoreszenz einen maßgeblichen Schwachpunkt der in vivo Fluoreszenzbildgebung dar, da sie die Detektion der Sondensignale erschwert. In der hier vorliegenden Studie wurden zwei neue Fluoreszenzsonden hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Tumordarstellung untersucht: ein pH-sensitiver Farbstoff konjugiert mit dem tumorspezifischen Antikörper Herceptin (pH-Her) sowie mit dem Breitbandfluorophor Itrybe beladene Polystyren Nanopartikel (NPs) unterschiedlicher Größen (15, 25 und 100 nm) und verschiedener Oberflächenmodifikationen (NH2, Polyethylenglycol [PEG] und Herceptin). Die Untersuchungen mittels zeitaufgelöster Nahinfrarot (NIR) Fluoreszenzbildgebung wurden in Nacktmäusen mit orthotopen HER2-positiven (KPL-4) und HER2-negativen (MDA-MB-231) Brusttumor-Xenografts durchgeführt. Die pH-Sensitivität und Funktionalität von pH-Her wurde anhand von spektroskopischen Untersuchungen und in zellbasierten Assays bestätigt. In Mäusen mit HER2-positiven Tumoren führte die Gabe von pH-Her, dessen Fluoreszenz lediglich in der aziden Umgebung des Tumors aktiviert wird, zu einem Anstieg des Signal-Rausch-Verhältnisses (CNR) nach Subtraktion der Autofluoreszenz. Daraus ergab sich eine erhöhte Sensitivtät der Tumordetektion im Vergleich zu dem stetig fluoreszenten Kontrollkonjugat Alexa Fluor 647-Herceptin (Alexa-Her). Im Gegensatz dazu führten lebensdauerbasierte Fluoreszenzmessungen in Kombination mit pH-Her und Alexa-Her zu keiner Verbesserung der Tumordetektion in vivo. Die breiten Anregungs- und Emissionsspektren von Itrybe in NPs ermöglichen die Anregung und die sensitive Detektion dieses Farbstoffs in vivo bei unterschiedlichen Wellenlängen im NIR-Bereich. Des Weiteren konnte in Immunassays sowie in Experiment en an KPL-4 Tumorzellen und –schnitten eine spezifische Bindung von Herceptin-konjugierten 100 nm NPs an HER2 gezeigt werden. Dennoch ließ sich zu einem gewissen Grad auch eine unspezifische Bindung/Aufnahme in die Zellen beobachten. Nach in vivo Injektion akkumulierten PEGylierte NPs aller Größen in MDA-MB-231, jedoch nicht in KPL-4 Tumoren, wie in ex vivo Messungen der Tumore gezeigt werden konnte. Biodistributionsanalysen in gesunden Nacktmäusen zeigten eine schnelle Aufnahme der NPs aller Größen in die Leber, was mit einer raschen Elimination der NPs aus dem Blut einherging. Dies wiederum verhinderte die effiziente Akkumulation der Sonde im Tumor. Zusammenfassend stellt der pH-sensitive Farbstoff CypHer5E in Kombination mit tumor-spezifischen Liganden eine sehr gute Sonde für das sensitive in vivo Monitoring von Tumoren dar und könnte somit auch zur Detektion schwacher Signale von beispielsweise Metastasen eingesetzt werden. Die hochfluoreszenten, mit Itrybe beladenen NPs haben ein großes Potential für unterschiedlichste Bildgebungsapplikationen. Sie bieten eine 3D- Plattform für vielfache Modifikationen und können deshalb dazu genutzt werden, verschiedene biologische Fragestellungen in vivo zu adressieren. Dennoch muss die Bioverfügbarkeit der mit Itrybe beladenen NPs, beispielsweise durch Modifikationen ihrer Oberflächen oder ihrer Zusammensetzung, weiter verbessert werden, um eine effizientere Anreicherung der NPs im Tumor in vivo zu gewährleisten. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ de
dc.title Innovative NIR fluorescent probes for an improved tumor detection in vivo de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Innovative Nahinfrarot (NIR) Fluoreszenzproben für eine verbesserte Tumordetektion in vivo de
dc.contributor.referee Alves, Frauke Prof. Dr. de
dc.date.examination 2011-12-15 de
dc.subject.dnb 570 Biowissenschaften, Biologie de
dc.subject.gok MED 372 de
dc.description.abstracteng There is a great demand for the development of highly fluorescent and specific probes that enable a sensitive and early detection of malignancies and a separation from healthy tissue in a non-invasive way by in vivo imaging. The main drawback of fluorescence imaging in vivo is the autofluorescence, which hampers the detection of probe-derived signals. In this study, two novel fluorescence probes were investigated concerning their suitability for visualization of tumors in mice: a pH-sensitive dye, CypHer5E conjugated to the tumor specific antibody Herceptin (pH-Her) as well as polystyrene nanoparticles (NPs) of different sizes (15, 25, and 100 nm) and surface modifications (NH2, polyethylene glycol (PEG), and Herceptin) loaded with the broadband fluorophore Itrybe. For this purpose, time-domain near-infrared (NIR) fluorescence imaging was applied in nude mice bearing orthotopic HER2-positive (KPL-4) and HER2-negative (MDA-MB-231) breast tumor xenografts. The pH-sensitivity and functionality of pH-Her was confirmed by spectroscopic measurements and in cell-based assays. In HER2-positive tumor-bearing mice, pH-Her, which increases fluorescence in the acidic environment of the tumor only, combined with subtraction of autofluorescence led to an increased contrast to noise ratio (CNR) and thereby an improved sensitivity of tumor detection, when compared to the always-on fluorescent conjugate Alexa Fluor 647-Herceptin (Alexa-Her). In contrast, LT-gated imaging with pH-Her and Alexa-Her did not improve tumor-detection sensitivity in vivo. The broad excitation and emission spectra of Itrybe enclosed in NPs enable excitation and sensitive detection of this dye at different wavelengths in the NIR region, in vivo. Furthermore, Herceptin-conjugated 100 nm NPs bind specifically to HER2 as demonstrated in immunoassays as well as on KPL-4 tumor cells and -sections in vitro. However, a certain amount of unspecific binding/uptake was observed. In vivo accumulation of PEGylated NPs of all sizes was detected in MDA-MB-231- but not in KPL-4 tumors as shown by ex vivo scans of excised tumors. Biodistribution analyses in healthy mice illustrated a high and rapid uptake of NPs of all sizes in the liver, accompanied by a fast elimination of NPs from the blood, thereby reducing efficient tumor accumulation. In conclusion, the pH-sensitive dye, CypHer5E in combination with tumor-specific ligands is highly suitable for sensitive in vivo monitoring of tumors and may also be a promising tool for the detection of weak signals deriving e.g. from small metastatic lesions. Highly fluorescent Itrybe-loaded NPs have great potential for imaging applications as they provide 3D platforms for various modifications and thus help to address different biological questions in vivo. However, the bioavailability of Itrybe-loaded NPs has to be improved by modification of their surface or composition to enable efficient tumor targeting in vivo. de
dc.contributor.coReferee Oppermann, Martin Prof. Dr. de
dc.contributor.thirdReferee Hahn, Heidi Prof. Dr. de
dc.subject.topic Medicine de
dc.subject.ger zeitaufgelöste Nahinfrarot (NIR) Fluoreszenzbildgebung de
dc.subject.ger Autofluoreszenz de
dc.subject.ger Lebensdauer de
dc.subject.ger pH-sensitiver Farbstoff de
dc.subject.ger Polystyren Naopartikel (NPs) de
dc.subject.ger in vivo de
dc.subject.ger Brusttumor Xenograft de
dc.subject.ger Nacktmaus de
dc.subject.ger Herceptin de
dc.subject.eng time-domain near-infrared (NIR) fluorescence imaging de
dc.subject.eng autofluorescence de
dc.subject.eng lifetime (LT) de
dc.subject.eng pH-sensitive dye de
dc.subject.eng polystyrene nanoparticles (NPs) de
dc.subject.eng in vivo de
dc.subject.eng breast tumor xenograft de
dc.subject.eng nude mouse de
dc.subject.eng Herceptin de
dc.subject.bk 30.30 de
dc.subject.bk 44.81 de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3494-8 de
dc.identifier.purl webdoc-3494 de
dc.affiliation.institute Medizinische Fakultät de
dc.identifier.ppn 722488963 de

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