Die Entwicklung eines Diagnosekonzepts zur nicht-invasiven Diagnose einer bakteriellen Infektion war das erste Ziel dieser Arbeit. Für eine erfolgreiche Umsetzung wurde sich das Kolonieverhalten von Bakterien zu Nutze gemacht. Um sich vor ungünstigen Lebensbedingungen zu schützen, neigen Bakterien dazu eine Kolonie in einer schützenden Schicht auszubilden. Diese schützende Schicht wird Biofilm genannt und besteht aus extrazellulären Zellbestandteilen in Form eines Hydrogels. Ein ubiquitärer Bestandteil eines Biofilms ist extrazelluläre DNA (eDNA). Durch die Synthese eines geeigneten Moleküls, welches die Eigenschaft aufweist selektiv an eDNA zu binden, sollte ein Biofilm und damit der Herd einer bakteriellen Infektion gezielt diagnostiziert werden. Die Detektion des erfolgte mittels eines radioaktiven Markers im Molekül. Im Zentrum des Kapiltes steht die Synthese einer geeigneten Sonde und die Validierung der Hypothese in in vitro Experimenten, basierend auf den fluoreszenten und radioaktiven Moleküleigenschaften.
Neben der Diagnose bakterieller Infektionen befasst sich die Arbeit auch mit der Entwicklung eines Therapiekonzepts zur Behandlung bakterieller Infektion. In einem materialbasierten Ansatz wurden poröse Organosilika Nanopartikel mit zwei Molekülen verschiedener Funktionalität konjugiert. Auf die Oberfläche der Partikel wurde ein Derivat des Moleküls konjugiert, dessen eDNA-bindende Eigenschaft im ersten Kapitel erarbeitet wurde. Die Funktionalisierung der Partikeloberfläche garantierte eine räumliche Nähe des Partikels zum Biofilm. Die Poren der Partikel wurden mit einem Photosensibilisator funktionalisiert, der bei Bestrahlung reaktive Sauerstoffintermediate freisetzt. Es konnte gezeigt werden, dass die räumliche Nähe der Partikel zu einem Biofilm in Kombination mit der Freisetzung reaktiver Sauerstoffintermediaten die Zahl lebender Bakterien in einem Biofilm signifikant reduziert. Neben der Evaluierung der therapeutischen Funktion des Materials, sind die Untersuchung elektronischer Wechselwirkungen der beiden konjugierten Moleküle untereinander, sowie die Charakterisierung der Materialeigenschaften Kern des Kapitels.
The development of a diagnostic concept for the non-invasive diagnosis of a bacterial infection was the first target of this work. For a successful implementation, the colony behaviour of bacteria was utilised. To protect themselves from unfavourable living conditions, bacteria tend to form a colony in a protective layer. This protective layer is called biofilm and consists of extracellular cell components in the form of a hydrogel. A ubiquitous component of a biofilm is extracellular DNA (eDNA). By synthesising a suitable molecule, that has the property to selectively bind to eDNA, located in a biofilm and thus the source of a bacterial infection. The detection was performed by implementation of a radioactive marker in the molecule. The focus of the chapter is the synthesis of the probe and the validation of the hypothesis in in vitro experiments based on fluorescent and radioactive molecular properties. In addition to the diagnosis of bacterial infections, the work also covers the development of a therapy concept for the treatment of one. In a material-based approach, porous organosilica nanoparticles were conjugated with two molecules of different functionality. A derivative of the molecule, which eDNAbinding properties were elaborated in the first chapter, was conjugated to the surface of the particles. The functionalisation of the particles' surface guaranteed a spatial proximity of the particle to the biofilm. The pores of the particles were functionalised with a photosensitizer that releases reactive oxygen intermediates upomn irradiation. lt could be shown that the spatial proximity of the particles to a biofilm in combination with the production of reactive oxygen intermediates significantly reduces the number ofliving bacteria in a biofilm. In addition to the evaluation of the therapeutic function of the material, the investigation of electronic interactions of the two conjugated molecules with each other, as well as the characterisation of the material properties are the core of the chapter.
