Novel nucleoside analogues for diagnosis and treatment of infectious diseases

Abstract

Eine der größten globalen Gesundheitsgefährdungen stellen Infektionserkrankungen dar. Mitunter trägt ihre exponentielle Übertragungsrate zu dem Gesundheitsrisiko bei. Um diesem Potential der raschen Ausbreitung entgegenzusteuern, ist es notwendig, schnelle, einfache, robuste und leistbare Wege der Diagnose zu entwickeln und bereitzustellen. Darüber hinaus trägt eine frühzeitige Diagnose der Krankheiten dazu bei, rechtzeitig eine adäquate Therapie einzuleiten. Die Entwicklung klinischer Diagnosemethoden und Therapien waren in den letzten Jahrzehnten bemerkenswert rasant, jedoch ist das Potential aktueller Techniken im Hinblick auf Genauigkeit, Kosteneffizienz und Zeitaufwand noch nicht ausgeschöpft. Diesbezüglich sind Biokonjugate sehr vielversprechend für Forschung, Diagnose und Therapie . Allerdings sind die synthetische Herstellung und Aufreinigung oft herausfordernd und unbequem und darüber hinaus ist der Herstellungsprozess nur eingeschränkt Skalierbarkeit und häufig mit geringen Ausbeuten verbunden. In dieser Diplomarbeit werden spezifische Biokonjugate von rational designten Peptiden und Oligonukleotiden auf ihr Potential untersucht, Anwendung in der Diagnose oder der Therapie zu finden. Mittels diverser Techniken der Biokonjugation wurde an der Etablierung eines Modellsystems gearbeitet, welches als Pilotstudie zur Entwicklung einer neuen Methode der fluoreszenz-basierenden Durchflusszytometrie dienen soll. Das dafür entwickelte Modellsystem beinhaltet ein Detektionselement, welches auf Fluoreszenz markierten Oligonucleotiden basiert. Dieses Detektionselement macht sich den Förster-Resonanzenergietransfer zu Nutzen. Darüber hinaus wurde eine Hybridisierungs-Plattform basierend auf Oligonukleotiden entwickelt, welche es ohne Signalverstärkung ermöglicht, menschliche Krebs-DNA zu detektieren. Dafür wurde ein Hydrogel formendes Peptid mit einer Oligonukleotid-Nachweissonde (POC) konjugiert, sowie eine acht-armige-PEG Verbindung mit einer Oligonukleotid-Fängersonde (PEG). Dieses Detektionssystem wurde anschließend auf die Empfindlichkeit und Schnelligkeit der EGFR-Oncogen-Detektion untersucht. Des Weiteren wurden modifizierte lineare (mP6 und mP7) und cyclische Peptide (mcP10) synthetisiert, welche den Transferrin Rezeptor anzielen. Diese Peptide dienen dazu, die Oberfläche von therapeutischen Lipid Nanoparticles zu modifizieren. Die Modifizierung der Oberfläche erleichtert den Lipid Nanoparticles das Passieren der Bluthirnschranke und verbessert somit die Sensitivität und Selektivität der Wirkstoffübertragung.

Infectious disease is one of the major global health threats that the worlds population is facing. The potential of exponentially transmission requires early, rapid, robust and affordable diagnostic techniques to prevent rapid propagation of infection and allow adequate and prompt treatment. The developments over the last decades in the areas of clinical diagnostics and therapeutics have been remarkable. However, current techniques still often suffer from compromises regarding accuracy, time consumption and cost efficiency. Bioconjugates in particular are appealing and have much to offer for applications in research, diagnostics and therapy. However, the synthesis is challenging, often lead to low yields, purification can be inconvenient and the process lacks in scalability. In this thesis, it was investigated if potent diagnostic probes and therapeutics with high specificity and sensitivity could be developed by specific conjugation using rationally designed peptides and oligonucleotides. A pilot study was performed in order to evaluate the design and synthetic path of a model system that is capable of revealing if oligonucleotide adaptors can reach cellular proximity. Therefore, a detection element was used that utilizes fluorescence resonance energy transfer. On another topic, an oligonucleotide hybridization platform for detection of human cancer DNA was established. A hydrogel forming peptide attached to a specific hybridization detection probe (POC) as well as an eight-arm-PEG conjugated to a hybridization capture probe (PEG) were synthesized. POC and PEG were used to investigate the sensitivity and swiftness of detecting EGFR oncogene and to evaluate the potential as an amplification-free diagnostic system. As a final topic, the synthesis of modified transferrin targeting linear (mP6 and mP7) and cyclic peptides (mcP10) were successfully carried out with the purpose of enhancing blood brain barrier crossing of therapeutic lipid nanoparticles. The modified peptides aim to serve as a surface modifier of lipid nanoparticles to improve sensitivity and selectivity.