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Das humane Immundefizienz-Virus (HIV) benötigt für die Virus-Zellbindung spezifische Oberflächenrezeptoren auf den Wirtszellen (z. B. CD4, CXCR4, CCR5). Zurzeit basiert die Behandlung der chronisch persistierenden HIV-Erkrankung auf einer lebenslangen Chemotherapie (Highly Active Antiretroviral Therapy, ART) bestehend beispielsweise aus einer Kombination von 2 Nukleosidanaloga und einem Protease-Inhibitor, die das Virus nicht eradiziert, sondern nur in seiner Vermehrung hemmt. Dies birgt jedoch die Gefahr der Entwicklung von Resistenzen gegenüber der medikamentösen Therapie. Zusätzlich wird eine Veränderung der HIV-Rezeptorspezifität unter der Behandlung mit Antagonisten des HIV-Rezeptors CCR5 befürchtet. Cytarabin (Ara-C) ist ein Zytostatikum, das in der Therapie von Leukämien eingesetzt wird. Als Nukleosidanalogon gehört es strukturell zur selben Wirkstoffklasse wie die in der HIV-Therapie eingesetzten Nukleosidanaloga, jedoch sind bisher keine antiretroviralen Eigenschaften für Ara-C beschrieben worden. Die T-lymphoide Zelllinie C8166 ist permissiv für HIV. Die Adaptation von C8166-Zellen an das Wachstum in Gegenwart von Ara-C (Zellinie C8166rAra-C5μM) resultierte in einer signifikanten Verringerung der Oberflächenexpression der HIV-Rezeptoren CD4 und CXCR4 und zu einer verringerten Permissivität gegenüber HIV. In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob die Adaptation an Ara-C bei anderen T-lymphoiden Zelllinien ebenfalls zur Verringerung der Expression von CD4, und CXCR4 führt. Zusätzlich sollte untersucht werden, wie sich die Expression von CCR5 verhält. Es wurden die folgenden parentalen und an Ara-C adaptieten T-lymphoiden Zelllinien verwendet: H9, H9rAra-C600μM, MOLT4/8, MOLT4/8rAra-C100μM und MOLT4/8rAra-C200μM. Bei allen Ara-C resistenten Zelllinien kam es zu einer signifikant verringerten Expression von CD4 und CXCR4 auf mRNA und Proteinebene sowie zu einer signifikanten Erhöhung der CCR5-Expression. Im Gegensatz hierzu zeigten an AZT adaptierte H9-Zellen (H9rAZT3000μM) keine signifikante Veränderung in der Expression von CD4, CXCR4 oder CCR5 im Vergleich zu parentalen H9-Zellen. Die akute Behandlung der parentalen H9-Zellen mit niedrigen, untoxischen Ara-C Konzentrationen führte ebenfalls zu einem Anstieg der CCR5-Expression und zu einer Verminderung der CD4- und CXCR4-Expression. Zellzyklusmessungen ergaben, dass der Zellzyklus in mit untoxischen Ara-C-Konzentrationen behandelten H9-Zellen (Anstieg der Zellteilungsrate auf das 2-fache) und in allen an Ara-C adaptierten Zelllinien im Vergleich zu den unbehandelten bzw. parentalen Zellen stärker stimuliert war. Epigenetische Einflüsse könnten bei der veränderten Expression von CD4, CXCR4 und/oder CCR5 in Ara-C resistenten Zellen eine Rolle spielen. Dies erscheint jedoch unwahrscheinlich, da weder der DNA-Methylierungsinhibitor Aza-C noch der Histondeacetylase-Inhibitor SAHA die Expression von CD4, CXCR4 oder CCR5 beeinflussten. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob eine Kombination von Ara-C, das zu einer Verringerung der CXCR4- und CD4-Expression und zu einer Erhöhung der CCR5-Expression führt, mit CCR5-Inhibitoren eine therapeutische Option darstellt. Möglicherweise wirkt die Verwendung von Ara-C auch einem CCR5/CXCR4-Shift entgegen.

Augmented Reality ist eine Technologie, mit der die Wahrnehmung der realen Umgebung durch computergenerierte Sinnesreize verändert bzw. erweitert wird. Zur Erweiterung dieser „angereicherten Realität“ werden virtuelle Informationen wie z.B. 3D-Objekte, Grafiken und Videos in Echtzeit in Abbildern der realen Umgebung dargestellt. Die Erweiterungen helfen dem Anwender Aufgaben in der Realität auszuführen, da sie ihm Informationen bereitstellen, die er – ohne AR – nicht unmittelbar wahrnehmen könnte. Die Zielsetzung ist, dem Benutzer den Eindruck zu vermitteln, dass die reale Umgebung und die virtuellen Objekte koexistent miteinander verschmelzen. Für AR-Anwendungen existieren zahlreiche potenzielle Einsatzgebiete, doch verhindern bisher einige Probleme die Verbreitung dieser Technologie. Einer breiten Nutzung von AR-Anwendungen steht beispielsweise die Problematik gegenüber, dass deren Erstellung hohe programmiertechnische Anforderungen an die Entwickler stellt. Zur Verminderung dieser Probleme ist es wünschenswert Benutzern ohne Programmierkenntnisse (Autoren) die Entwicklung von AR-Anwendungen zu ermöglichen. Zum anderen bestehen technologische Probleme bei den für die Registrierung der virtuellen Objekte essenziellen Trackingverfahren. Weiterhin weisen die bisherigen AR-Anwendungen im Allgemeinen und die mittels autorenorientierter Systeme erstellten AR-Applikationen im Besonderen Defizite bezüglich der Authentizität der Darstellungen auf. Dabei sind hauptsächlich inkorrekte Verdeckungen und unrealistische Schatten bei den virtuellen Objekten verantwortlich für den Verlust des Koexistenzeindrucks. In dieser Arbeit wird unter Berücksichtigung der Trackingprobleme und auf Basis von Analysen, die die wichtigsten Authentizitätskriterien bestimmen, ein Konzept zur authentischen Integration von virtuellen Objekten in AR-Anwendungen erarbeitet und dargelegt. Auf diesem Integrationsprozess basierend werden Konzepte für Werkzeuge mit grafischen Benutzungsschnittstellen abgeleitet, mit denen Autoren die Erstellung von AR-Anwendungen mit hoher Darstellungsauthentizität ermöglicht wird. Einerseits verfügen die mit diesen Werkzeugen erstellten AR-Anwendungen über eine verbesserte Registrierung der virtuellen Objekte. Andererseits stellen die Werkzeuge Lösungen bereit, damit die virtuellen Objekte der AR-Anwendungen korrekte Verdeckungen aufweisen und über Schatten und Schattierungseffekte verfügen, die mit der tatsächlichen Beleuchtungssituation der realen Umgebung übereinstimmen. Sämtliche dieser Autorenwerkzeuge basieren auf einem in dieser Arbeit dargelegten Prinzip, bei dem die authentische Integration mittels leicht verständlicher bzw. wenig komplexer Arbeitsschritte und auf Basis der Verwendung einer Bildsequenz der realen Zielumgebung stattfindet. Die Konzepte dieser Arbeit werden durch die Implementierung der Autorenwerkzeuge validiert. Dabei zeigt sich, dass die Konzepte technisch umsetzbar sind. Die Evaluierung basiert auf der Gegenüberstellung eines in dieser Arbeit entwickelten Anforderungskatalogs und verdeutlicht die Eignung des Integrationsprozesses und der davon abgeleiteten Konzepte der Autorenwerkzeuge. Die Autorenwerkzeuge werden in eine bestehende, frei verfügbare AR-Autorenumgebung integriert.

Die Verwendung von photolabilen Schutzgruppen zur nicht-invasiven Kontrolle von Systemen birgt ein großes Potential für verschiedenste Anwendungsgebiete, die von der Erforschung und Regulation biologischer Prozesse, über den Einsatz in medizinischer Therapie bis hin zur Verwendung als molekulare Datenspeicher reichen. Für diese Umsetzung benötigt es allerdings eine breite Auswahl an entsprechenden PPGs und das Wissen über ihre Reaktionsmechanismen. Im Allgemeinen lässt sich die Konzeptionierung von PPGs in drei Prozesse einteilen, beginnend bei dem Design und der Synthese einer neuen PPG. Bei diesem Schritt liegt der Fokus auf ein oder zwei besonderen Eigenschaften, wie beispielsweise einer Absorptionswellenlänge in einem bestimmten Spektralbereich oder einer hohen Uncaging-Quantenausbeute. Im zweiten Schritt folgt die Untersuchung der PPG bezüglich spektroskopischer und mechanistischer Eigenschaften und ggf. anschließender Optimierung auf synthetischer Ebene. Die so gewonnenen Informationen sind dann hilfreich bei dem letzten Schritt, bei dem es um den Einsatz der PPG in einem entsprechenden System geht. Hierbei müssen die verwendeten PPGs genau auf das Zielsystem abgestimmt sein, dazu zählen verschiedenste Parameter wie Anregungswellenlänge, Extinktionskoeffizient, Art und Struktur der Photoprodukte sowie Uncaging-Effizienz und Geschwindigkeit. In der vorliegenden Arbeit wurde über die drei vorgestellten Projekte mittels spektroskopischer Methoden zu allen drei genannten Stadien zur Konzeptionierung von PPGs ein Beitrag geleistet. Dazu zählt die Entwicklung der CBT-basierten PPGs, die Untersuchung der Struktur-Wirkungsbeziehung von (DMA)(2)F-PPGs und die Etablierung einer wellenlängenselektiven An-/Aus-Funktionalität eines Antibiotikums. In enger interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen theoretischen, synthetischen und biologischen Teilgebieten konnte jedes Projekt innerhalb der jeweiligen Entwicklungsstufe erfolgreich abgeschlossen werden. Mithilfe des relativ neuen Ansatzes, bei dem durch quantenmechanische Berechnungen der vertikalen Anregungsenergie von der kationischen Spezies einer PPG-Grundstruktur eine Aussage über ihre Qualität postuliert werden kann, konnte ausgehend von der Fluoren-Grundstruktur eine neue Klasse von PPGs gefunden werden. Dabei erwies sich die CBT-Struktur mit den Schwefelatomen an der para-Position als besonders geeignet. Insbesondere konnte die Grundstruktur durch die (OMePh)2-Substitution, welche in einer signifikanten bathochromen Verschiebung des Absorptionsmaximums resultierte, optimiert werden. Die Untersuchung der Ultrakurzzeit-Dynamik beider p-CBT Strukturen gab Aufschluss über die unterschiedlichen photochemischen Eigenschaften als PPG. Für die Stoffklasse der Dimethylamino-Fluorene wurde ein wichtiger Unterschied zwischen den einfach- und zweifach-substituierten Derivaten aufgedeckt, der entscheidend für einen signifikanten Uncaging-Effizienzunterschied ist. Dabei stellt sich die Stabilität des symmetrisch-substituierten Fluorenyl-Kations als der wichtigste Faktor bezüglich der Uncaging-Quantenausbeuten heraus. Beide Schutzgruppen sind in der Lage photoinduziert eine AG freizusetzen, wobei der Reaktionsmechanismus über die kationische Spezies (DMA)(2)F + abläuft. Der Unterschied hierbei liegt in der Lebensdauer der beiden Kationen, die im Falle der symmetrischen PPG stark lösungsmittelabhängig ist und bis zu mehreren Stunden betragen kann, was bis dato das langlebigste Kation dieser Molekülklasse darstellt. Für die zukünftige Optimierung dieser PPG-Klasse ist die Erkenntnis über die Gründe für die Stabilität des Kations von großem Vorteil. Der stabilisierende Faktor ist zum einen die zweite Dimethylamino-Gruppe der symmetrischen Verbindung, welche durch die Erweiterung der Mesomerie zur besseren Verteilung der positiven Ladung im Molekül führt. Zum anderen spielt das Lösungsmittel eine entscheidende Rolle. Dabei bieten protische, polare Medien eine zusätzliche Stabilisierung, die notwendig für die Langlebigkeit des Kations ist. Die Lebensdauer des Kations war zudem durch eine zweite Bestrahlungswellenlänge kontrollierbar. Ausgehend vom Kation konnte eine reversible Nebenreaktion in protischen Lösungsmitteln identifiziert werden, die einen Austausch der AG durch das Lösungsmittel darstellt. Zusätzlich konnte die kleine Stoffklasse der bisher bekannten Photobasen durch die Verbindung (DMA)2F-OH erweitert werden. Genauer betrachtet handelt es sich dabei um eine photoinduzierte Hydroxidfreisetzung, wodurch je nach eingesetzter Konzentration ein pH-Sprung von bis zu drei Einheiten erreicht werden konnte. Dabei stellt sich die Lebensdauer des pH-Sprungs als ein entscheidender Parameter für Photobasen dar, welcher sich für die hier untersuchte Verbindung aufgrund der besonderen Stabilität des entsprechenden Kations, im Vergleich zu einigen der bereits bekannten Verbindungen, als besonders langlebig herausgestellt hat. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von (DMA)2F-OH als Photobase ist die Möglichkeit den pH-Sprung durch zwei verschiedene Wellenlängen sowohl zeitlich als auch örtlich zu kontrollieren, indem die Verbindung zwischen den zwei Spezies (DMA)2F-OH und (DMA)2F + geschaltet werden kann. Im Hinblick auf die Anwendungen von PPGs zur verbesserten zeitlichen und örtlichen Kontrolle biologischer Zielsysteme ist im Rahmen dieser Arbeit das Prinzip vom wellenlängenselektiven Uncaging zweier PPGs an einem Molekül (two-PPG-one-molecule, TPOM) etabliert worden. Das Zielmolekül war hier das Antibiotikum Puromycin, welches durch seine Fähigkeit an das Ribosom zu binden, die Proteinbiosynthese inhibieren kann. Dabei wurden zwei verschiedene PPGs gefunden, die sowohl aufeinander als auch auf das Biomolekül selbst abgestimmt sind. Im Ausgangszustand sind beide PPGs am Puromycin angebracht, wodurch es in seiner biologischen Wirkung inaktiv ist. Befindet sich das doppelt geschützte Puromycin in der ROI, so kann es durch die Bestrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge infolge des ersten Uncaging-Schritts aktiviert werden. Da biologische Systeme nicht statisch sind, können aktivierte Moleküle stets von der gewünschten ROI nach außen gelangen, wodurch der Anspruch der räumlichen Kontrolle nicht erfüllt wird. In diesem Fall kann durch die TPOM-Umsetzung die zweite Bestrahlungswellenlänge auf den entsprechenden Bereich angewendet werden, wodurch das Uncaging der zweiten PPG initiiert und folglich das Puromycin deaktiviert wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Deaktivierungswellenlänge auch in der Lage ist beide PPGs zu entfernen, wodurch eine vollständige Inaktivierung des Puromycins außerhalb der ROI garantiert werden kann. Ist die Proteinbiosynthese längerfristig blockiert, führt das schließlich zum Zelltod. Ein großes Anwendungsgebiet dieses Antibiotikums sind die Neurowissenschaften. Aufgrund der Tatsache, dass Puromycin keine Unterscheidung zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen macht, findet es keine Anwendung in der Medizin. Eine zeitliche und örtliche Kontrolle seiner Wirkung könnte den Anwendungsbereich dieses Antibiotikums evtl. ausweiten. Das wohl naheliegendste wäre der Einsatz bei Tumorzellen, deren Behandlung durch Zytostatika auf den gesamten Körper wirken und dadurch viele schwere Nebenwirkungen verursachen. Wie bereits weiter oben beschrieben muss für jedes Biomolekül und das entsprechende Wirkzentrum die Auswahl des passenden PPG-Paares einzeln abgestimmt werden. Dennoch lässt sich anhand des hier etablierten Systems ein Konzept für die erfolgreiche Umsetzung zukünftiger TPOM-Systeme an anderen biomolekularen Wirkstoffen zusammenfassend formulieren. * Der erste Schritt sollte die Betrachtung des Wirkzentrums des zu modifizierenden Biomoleküls sein: Welche funktionelle Gruppe bzw. Gruppen sind entscheidend für die Bindetasche oder –stelle? Dieser Bereich des Biomoleküls soll im Zuge des Uncagings entweder blockiert oder abgespalten werden. In der unmittelbaren Nähe muss die PPG1 angebracht werden. * Bei der Wahl von PPG1 ist das wichtigste Kriterium, dass das Biomolekül mit enthaltener Schutzgruppe in seiner Wirkung unbeeinträchtigt bleibt. Dies schränkt die Auswahl beträchtlich ein. Eine mögliche Umsetzung wäre die Anbringung einer Nitro-Gruppe falls vorhanden an einen Benzolring, welcher sich im Fall eines großen Biomoleküls in der Nähe der wichtigen funktionellen Stelle befindet. * Die zweite PPG (PPG2), deren photoinduzierte Abspaltung zur Aktivierung des Wirkstoffs führen soll, kann strukturell frei gewählt werden. Das Auswahlkriterium hierbei ist das Absorptionsspektrum. Hierbei sollte das Absorptionsmaximum rotverschoben zur PPG1 sein, um eine unerwünschte Abspaltung zu vermeiden. Außerdem darf keine signifikante Absorption von PPG2 bei der Uncaging-Wellenlänge von PPG1 vorhanden sein. * Beide PPGs sollten eine ähnliche Uncaging-Quantenausbeute vorweisen, um im Deaktivierungsschritt der doppelt geschützten Verbindung durch das höher energetische Licht keine Bevorzugung einer einzelnen Schutzgruppe zu riskieren. Anhand der erarbeiteten Herangehensweise können weitere Wirkstoffe oder Biomoleküle hin zu einer An- / Aus-Funktionalität modifiziert werden. Mit der Umsetzung des TPOM-Konzepts kann eine Verbesserung der örtlichen und zeitlichen Kontrolle der Aktivität eines Antibiotikums erreicht werden. Für die Anwendung in biologischer Umgebung ist diese präzische Kontrolle essentiell, um unerwünschte Nebenwirkungen angesundem Gewebe zu verhindern.

Einleitung: Das Arbeiten in einer Notfallsituation ist stark von einer strukturierten Herangehensweise im Patientenmanagement abhängig. Junge Assistenzärzte sind in ihrem Alltag häufig die ersten vor Ort und sollten daher bereits mit Abschluss des Studiums in der Lage sein, häufige Notfallsituationen zu meistern. In den letzten Jahren hat sich die Simulation als hauptsächlich genutzte Methode für die Ausbildung im Fach Notfallmedizin herauskristallisiert, sodass immer mehr Universitäten realitätsnahe Szenarien für die Ausbildung nutzen. Jedoch ist unklar welches Ausmaß an Realitätsnähe in Hinblick auf Kosten/Aufwand-Nutzen-Bilanz sinnvoll ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Effekt von zwei unterschiedlich realitätsnahen Lernumgebungen (Seminarraum vs. realistische Simulationsumgebung) auf die erlernten notfallmedizinischen Kompetenzen zu analysieren. Dazu wurden Krankheitsbilder gewählt, die jedem Arzt in Präklinik, auf Station und im ambulanten Bereich begegnen können und die zügig erkannt und behandelt werden müssen: Asthma, Sepsis und Apoplex. Material und Methoden: Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine vergleichende Effektivitätsanalyse im crossover-Design. Teilnehmende waren Studierende des 4. Studienjahres der Goethe-Universität Frankfurt am Main, die den 3-TagesNotfallmedizinkurs im Rahmen ihrer curricularen Ausbildung im Querschnittsbereich Notfallmedizin absolvierten. Am ersten Tag durchliefen alle Studierenden ein standardisiertes Skillstraining notfallmedizinischer Basiskompetenzen. An den Folgetagen wurden verschiedene leitsymptombasierte Module vermittelt, die neben der interaktiven Erarbeitung der theoretischen Lerninhalte eine direkte Anwendung in themenspezifischen Szenarien fokussierten. Für die vorliegende Studie wurden die Teilnehmenden in vier Gruppen randomisiert, wobei Gruppen eins und zwei das Training in der Seminarraumumgebung durchliefen, während drei und vier die Szenarien in der realitätsnahen Simulationsumgebung absolvierten. Am dritten Tag fand eine formative Überprüfung der erlernten Fähigkeiten in Form eines OSCEs statt. Bei dieser Überprüfung absolvierten die Gruppen eins und drei in der Seminarraumumgebung und Gruppen zwei und vier im realitätsnahen Umfeld der Simulation das Assessment. Die Datenauswertung erfolgte mit MS Excel und bias. Ergebnisse und Fazit: Die vorliegende Studie fand zwischen Juli und Oktober 2018 an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main statt. 134 Teilnehmer absolvierten die Studie vollständig. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede in der Performance der vier Gruppen, sowohl insgesamt als auch nach Geschlechtern und mit dem van-Elteren-Test. Prozentual betrachtet zeigten die Teilnehmenden der Gruppe 4 (Training und Prüfung im realitätsnahen Umfeld) die höchsten Ergebnisse. Die Realitätsnähe hat einen positiven Einfluss auf die Performance der Studierenden.

Polypharmakologie hat in den letzten Jahren mehr und mehr an Bedeutung in der pharmazeutischen Forschung gewonnen und könnte in Zukunft zu einem Umdenken in der Entwicklung neuer Wirkstoffe führen. Das wachsende Verständnis für biologische Zusammenhänge, im speziellen für die starke Vernetzung zwischen verschiedenen Signalwegen oder Gewebearten, und die daran beteiligten Proteine, könnten zu gänzlich neuen Strategien führen. Beispiele aus dem Bereich der Onkologie und der Entwicklung von Neuroleptika haben bereits gezeigt, dass eine Intervention an mehreren Stellen eines solchen komplexen Netzwerkes zu wirksameren und gleichzeitig sichereren Wirkstoffen führen kann. Erkenntnisse aus der Systembiologie und die retrospektive Analyse bereits zugelassener Wirkstoffe machen deutlich, dass viele erfolgreiche Wirkstoffe nur aufgrund ihres polypharmakologischen Wirkprofils so effektiv sind – wenngleich dies bei Ihrer Entwicklung oftmals nicht beabsichtigt war. Das rationale Design sogenannter „multitarget Wirkstoffe“ stellt bis heute eine große Herausforderung dar. Aus Sicht eines medizinischen Chemikers bedeutet es die Verknüpfung zweier, auf unterschiedliche Targets aktiver, Liganden zu einem neuen Wirkstoff, ohne einen signifikanten Aktivitätsverlust auf die einzelnen Targets herbeizuführen. Ein naheliegender Ansatz zur Verbindung zweier Liganden ist die Verknüpfung der Moleküle über einen flexiblen Linker. Dieser Ansatz kann zwar in vitro zu sehr potenten Wirkstoffen führen, birgt jedoch pharmakokinetische Nachteile, bedingt durch das hohe Molekulargewicht, die sich oft erst in vivo zeigen. Die Schwierigkeit besteht also zum einen in der Aufrechterhaltung der individuellen Aktivität auf das jeweilige Target und zum anderen im Erreichen einer guten Balance zwischen Aktivität und Komplexität des Liganden. Damit soll ausreichend Raum für spätere Optimierung von pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Eigenschaften gewährleistet werden. Bisher wurden nur wenige Computer-gestützte Ansätze entwickelt um diese und ähnliche Fragestellungen zu bearbeiten. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer in silico Verfahren zur Identifzierung von multitarget Liganden ein Kernthema dieser Arbeit. Die Implementierung eines Fragment-basierten Ansatzes hält die Komplexität der Liganden möglichst gering und bietet genügend Raum für eine anschließende, multi-dimensionale Optimierung an zwei oder mehreren Targets. In der ersten Studie wurde eine Pharmakophor-basierte Strategie verfolgt. Die Repräsentation eines Liganden durch ein Pharmakophormodell stellt eine abstrakte dreidimensionale Darstellung der für die biologische Aktivität relevanten Strukturmerkmale dar. Diese Abstraktion vereinfacht den Vergleich zweier Verbindungen und erlaubt gleichzeitig Spielraum für chemische Variabilität. Bei diesem Ansatz wurden Pharmakophormodelle, jeweils für eine Vielzahl aktiver Liganden zweier Targets, erzeugt und paarweise miteinander verglichen. Sobald zwei Pharmakophormodelle eine genügend große Anzahl an Pharmakophorpunkten in räumlich ähnlicher Orientierung teilen, stellt dieses gemeinsame Pharmakophor die Basis eines potentiellen multitarget Liganden dar. In der beschriebenen Studie wurde dieses Verfahren anhand von aktiven Liganden der löslichen Epoxid Hydrolase (sEH) und 5-Lipoxygenase (5-LO) evaluiert. Die auf dieser Grundlage identifizierten multitarget Pharmakophormodelle wurden zum anschließenden Screening einer Fragement-Datenbank verwendet und führten zu 9 aktiven Liganden für sEH und 5-LO. Diese Liganden besitzen chemische Grundgerüste (Scaffolds), die in der Literatur bisher noch nicht als aktive sEH- oder 5-LO-Liganden beschrieben wurden und somit eine ideale Grundlage für die Entwicklung neuer Wirkstoffe darstellen. Für eine der gefundenen Verbindungen, basierend auf einem Benzimidazol-Gerüst, wurden Aktivitäten im niedrig mikromolaren Bereich für beide Targets bestimmt. Diese Verbindung und weitere Derivate werden zu diesem Zeitpunkt weiter charakterisiert um eine erste Struktur-Aktivitäts-Beziehung aufzustellen und die Eignung dieser Substanzklasse als potentielle Leitstruktur für neue, duale sEH/5-LO Liganden zu überprüfen. Parallel dazu wurde eine Substruktur-basierte Strategie verfolgt um Rückschlüsse auf jene Strukturmerkmale zu ziehen, die für die Aktivität auf dem jeweiligen Target verantwortlich sein könnten. Dazu wurden in einem ersten Schritt alle aktiven Liganden zweier Targets auf ihre möglichst maximalen gemeinsamen Substrukturen reduziert. Für jedes Target wird damit ein Set von Substrukturen generiert, welches die für die Bindung an das jeweilige Target charakteristische Strukturmerkmale enthält. Diese Substrukturen, repräsentieren den chemischen Raum des jeweiligen Targets und stellten die Trainingsdaten für den entwickelten multiSOM Ansatz dar. Dieser Ansatz basiert auf dem automatisierten Vergleich von selbst-organisierenden Karten und hebt Gemeinsamkeiten zwischen diesen Substruktursets in einer leicht zu interpretierenden, visuellen Form hervor. Dies erlaubt die Identifizierung von gemeinsamen Substrukturen aus beiden verwendeten Substruktursets, welche potentielle duale Strukturelemente darstellen. Die Validierung dieses Ansatzes erfolgte erneut auf Basis bekannter 5-LO- und sEH-Liganden. Unter 24 ausgewählten Verbindungen konnten neun Fragmente identifiziert werden, die auf einem der beiden Targets und 5 Fragmente, die auf beiden Targets im niedrig mikromolaren Bereich inhibierend wirken. Einer dieser dualen Fragmente wurden anschließend als Basis für eine Substruktursuche in einer Inhouse Datenbank verwendet. Die daraus resultierende Verbindung, die einen Teil des ursprünglichen Fragments beinhaltet, wirkt sowohl auf sEH als auch 5-LO in nanomolaren Konzentrationen inhibierend. Auch diese Verbindung wird zu diesem Zeitpunkt weiter charakterisiert und stellt eine vielversprechende Basis als Leitstruktur neuer dualer sEH/5-LO-Liganden dar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorgestellten Methoden neue Möglichkeiten bieten, das rationale Design von multitarget Liganden zu unterstützen. Die Pharmakophor-basierte Methode kann besonders dann von Vorteil sein, wenn bereits Strukturinformationen für beide Targets bzw. die bioaktiven Konformationen der Liganden vorliegen. Für einen ausschließlichen Liganden-basierten Ansatz stellt die Verwendung der MultiSOM, und damit die Identifizierung gemeinsamer Strukturelemente der Liganden, die bessere Methode dar. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Studien zur Identifizierung neuer Farnesoid-X-Rezeptor (FXR) Partialagonisten beschrieben. Auch in diesem Fall wurden zwei unterschiedliche Strategien verfolgt. Da FXR eine starke strukturelle Anpassung abhängig vom gebundenen Liganden aufweist („induced fit“), sind rein strukturbasierte virtuelle Screening-Methoden nur eingeschränkt einsetzbar. Aus diesem Grund sollte zunächst ein Liganden-basierter Drug Repurposing Ansatz verfolgt werden, bei dem bereits zugelassene Wirkstoffe mit potentiell FXR-modulierenden Eigenschaften identifiziert werden sollten. Der Vorteil des Drug Repurposing besteht darin, dass die betrachteten Wirkstoffe bereits intensiv hinsichtlich Sicherheit und Bioverfügbarkeit untersucht wurden. Somit kann man sich bei der Entwicklung verstärkt auf die biologische Aktivität auf das neue Target konzentrieren. Erneut wurden selbstorganiserende Karten (SOMs) verwendet, um zugelassene Wirkstoffe mit FXR-Aktivität zu identifizieren. Trainiert wurde die SOM auf einem Datensatz bestehend aus bekannten FXR-Agonisten zum einen und der DrugBank Datenbank mit zugelassen Wirkstoffen zum anderen. Die Eigenschaft der SOM Verbindungen mit ähnlicher biologischer Aktivität in räumlicher Nähe auf der Karte zu clustern führte zu einer Anhäufung an bekannten FXR-Agonisten auf einigen wenigen Neuronen. Auf solchen sogenannten Aktivitätsinseln wurden zusätzlich auch zugelassene Wirkstoffe platziert, wenn ihre Ähnlichkeit zu den FXR-Agonisten ausreichend hoch war. Die auf den Aktivitätsinseln angesiedelten Wirkstoffe wurden anschließend bestellt und hinsichtlich ihrer FXR-Aktivität in einem Transaktivierungs-Assay untersucht. Unter den bestellten Verbindungen konnten sechs Liganden mit einer signifikanten relativen FXR-Aktivierung identifiziert werden. Weitere Hinweise auf eine mögliche FXR-Aktivierung der Verbindungen gaben in der Literatur beschriebene Nebeneffekte, die mit einer FXR-Aktivierung in Zusammenhang stehen könnten. Die potentenste Verbindung, der zugelassenen Tyrosinkinase-Inhibitor Imatinib, wurde zusätzlich in Bezug auf FXR-basierte SHP mRNS Induktion untersucht. In qPCR-Experimenten konnte dabei eine mit GW4064 vergleichbare Induktion in HepG2 Zellen gezeigt werden. Diese Ergebnisse untermauern die aus der Literatur gewonnen Vermutung, dass Imatinib FXR-modulierende Eigenschaften besitzt und somit eine interessante Grundlage für die Entwicklung neuer FXR-Partialagonisten darstellt. Zu diesem Zeitpunkt werden weitere Imatinib-Derivate synthetisiert und diese Struktur als mögliche Leitstruktur charakterisiert. In einer zweiten Studie wurde eine Kombination aus Liganden- und Struktur-basierten Ansatz verfolgt. Dabei wurden sämtliche Struktur-Informationen aus publizierten FXR-Kristallstrukturen und den darin kokristallisierten Liganden gebündelt, um die Auswirkungen des zu Beginn erwähnten induced-fit Effekts zu minimieren. Auf Basis der ko-kristallisierten Liganden wurden zunächst zwei Konsensus-Pharmakophormodelle erstellt. Diese Modelle wurden in einem anschließenden Schritt jeweils mit einem Konsensus-Pharmakophormodell, das mit Hilfe von Protein-Ligand-Interaktions-Fingerprints (PLIF) aus den korrespondieren Kristallstrukturen abgeleitet wurde, überlagert und kombiniert. Diese kombinierten Modelle vereinten sowohl Informationen der strukturellen Gemeinsamkeiten der Liganden als auch gemeinsame, relevante Interaktionspunkte zwischen Ligand und Rezeptor aus den Kristallstrukturen. Das Pharmakophor-Screening mit anschließender Docking Analyse führte zu 42 getesteten Verbindungen, von denen 12 Strukturen eine signifikante relative FXR-Aktivierung zeigten. Darunter konnte ein Partial-Agonist mit einem EC50 von 480 nM bei einer maximalen Aktivierung von ca. 14% im Vergleich zur Referenz GW4064 identifiziert werden. Auch diese Verbindung wird zum aktuellen Zeitpunkt weiter charakterisiert und könnte in Zukunft als Leitstruktur für neue FXR-Partialagonisten dienen. In beiden Studien konnten neue FXR-Agonisten mit bisher noch nicht beschriebenen Scaffolds identifiziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung bereits zugelassener Wirkstoffe für neue Indikationen eine attraktive Quelle für neue Leitstrukturen darstellen kann und im Zuge dessen bisher ungeklärte Nebeneffekte bekannter Wirkstoffe aufgeklärt werden können. Abschließend lässt sich festhalten, dass selbstorganisierende Karten eine universelle Methode zur Erkennung und Analyse von polypharmakologischen Zusammenhängen darstellen. Des Weiteren lassen sich mit ihrer Hilfe chemische Räume repräsentieren und durch den in dieser Arbeit entwickelten MultiSOM-Ansatz direkt vergleichen. Dies ermöglicht auf intuitive und effiziente Weise die Identifizierung von überlappenden chemischen Räumen und somit möglicher polypharmakologischer Zusammenhänge.