Analytik von Proteinen in der Kapillarelektrophorese - Untersuchung des Adsorptionsverhaltens unter Berücksichtigung statistischer Aspekte und Entwicklung anti-adhesiver Strategien

Graf, Michael

Proteine können in Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen unterschiedliche Wechselwirkungen mit Oberflächen eingehen. Dieses Grundproblem stellt neuartige Anforderungen an die Analysenverfahren in Bezug auf Robustheit, Präzision und Reproduzierbarkeit, aber auch an die Automatisierbarkeit, Empfindlichkeit und Auflösung. In der Kapillarelektrophorese (CE) beeinflussen verschiedene Parameter die Leistungsfähigkeit der Methode maßgeblich: (a) Chemie der Kapillaroberflächen, (b) Protein-spezifische Faktoren der Adsorption und (c) Modifikationen der Kapillaroberfläche durch (kovalente) Beschichtungen. In der Literatur werden neben dem isoelektrischen Punkt (IP), andere Parameter nicht oder nur unzureichend beschrieben. Als kritische Faktoren müssen die physikochemischen Eigenschaften der Proteine wie Molekulargewicht, GRAVY-score und Tertiär-/Quartärstrukturen als potentielle Einflussgrößen diskutiert werden. Weiterhin existieren wenige statistisch auswertbare Informationen zur Proteinanalytik mittels kapillarelektrophoretischer Methoden vor, die sich meist auf die Reproduzierbarkeit von Migrationszeiten und Peakflächen beschränken. Angaben zur Wiederholpräzision fehlen hingegen. Im Rahmen dieser Arbeit wird anhand umfangreicher Messreihen geprüft, welche Faktoren die Proteinadsorption in der CE beeinflussen und ob der Adsorptionsvorgang selbst oder nachfolgende Prozesse maßgeblich für die eingeschränkte Reproduzierbarkeit sind. Die Untersuchung der dabei anfallenden Datenmengen soll zeigen, ob es möglich ist, durch Anwendung statistischer Methoden auf die gewonnenen Datensätze, kritische Versuchsbedingungen zu erkennen, z.B. die Prüfung auf t- und f-verteilte Messgrößen und die Bildung von Vertrauensintervallen.

Proteins may interact with different surface materials, strongly depending on the environmental conditions. This fundamental problem challenges any analytical method in terms of robustness, precision and repeatability. Furthermore, resolution, sensitivity and automatisation are affected as well. In capillary electrophoresis (CE), the efficiency of methods highly depends on a few parameters like the surface chemistry of the capillaries, protein-specific factors of adherence and (covalent) modification of the inner surface. In literature, the isoelectric point is considered to be relevant contributor on adsorption. Apart from that, physical-chemical properties like molecular weight, GRAVY-score and tertiary/ quartery structure of a protein should be considered as critical factors. Furthermore, only a small number of publications deal with statistical evaluations, which focus in most of the cases on the repeatability, but not on the reproducibility, of migration-times and peak-areas. In this work, a variety of experiments was carried out to clarify the impact of the above mentioned factors on the adsorption of proteins in CE. Furthermore, it should be elucidated, if adsorption itself or any subsequent process deteriorates the reproducibility. Due to the large number of experimental data, statistical tests like those of STUDENT or FISHER were applied to identify critical conditions.

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Graf, Michael: Analytik von Proteinen in der Kapillarelektrophorese - Untersuchung des Adsorptionsverhaltens unter Berücksichtigung statistischer Aspekte und Entwicklung anti-adhesiver Strategien. 2006.

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