Forschungspraktikum Pharmakologie und Toxikologie (Wahl Medizinische Biologie) - Cheatsheet.pdf

Grundlagen der Pharmakodynamik und Pharmakokinetik

Definition:

Grundlagen der Pharmakodynamik und Pharmakokinetik beschreiben, wie Medikamente wirken und wie sie sich im Körper bewegen.

Details:

• Pharmakodynamik: Wirkungsweise eines Medikaments auf den Körper.
• Pharmakokinetik: Bewegung eines Medikaments durch den Körper.
• Zentrale Begriffe der Pharmakodynamik: Rezeptoren, Agonisten/Antagonisten, ED50, TD50.
• Zentrale Begriffe der Pharmakokinetik: Absorption, Distribution, Metabolismus, Exkretion (ADME).
• Pharmakokinetisches Modell: \[ C(t) = \frac{D}{V_d} e^{-kt} \], wobei \( C(t) \) Konzentration, \( D \) Dosis, \( V_d \) Verteilungsvolumen, \( k \) Eliminationsgeschwindigkeitskonstante.
• Halbwertszeit: \[ t_{1/2} = \frac{ln(2)}{k} \] - Zeit, in der die Medikamentenkonzentration halbiert wird.

Techniken zur Medikamentenentwicklung und -prüfung

Definition:

Techniken zur Entwicklung und Prüfung neuer Medikamente.

Details:

• In-vitro-Tests: Zellen oder Gewebe unter Laborbedingungen testen.
• In-vivo-Tests: Tests an lebenden Organismen, z.B. Tierversuche.
• Computersimulationen: Modellierung von Wirkstoffinteraktionen.
• Phasen klinischer Studien: Phase I bis IV, Sicherheit und Wirksamkeit am Menschen.
• ADME: Absorption, Distribution, Metabolismus, Exkretion-Studien.
• Toxikologische Studien: Kurz- und Langzeittoxizitätstests.
• Regulatorische Anforderungen: Einhaltung von Richtlinien, z.B. FDA, EMA.

Anwendung von In-vitro- und In-vivo-Testsystemen

Definition:

Verwendung von in vitro (im Reagenzglas) und in vivo (im lebenden Organismus) Testsystemen zur Untersuchung von pharmakologischen und toxikologischen Effekten.

Details:

• In vitro: Zellkulturen, isolierte Organe, biochemische Assays
• In vivo: Tierversuche, klinische Studien
• Vorteile in vitro: kontrollierbare Umgebung, kosteneffizient, ethisch unbedenklich
• Nachteile in vitro: mangelnde Komplexität, Übertragbarkeit auf den Organismus begrenzt
• Vorteile in vivo: systemische Effekte, realitätsnähere Ergebnisse
• Nachteile in vivo: ethische Bedenken, hohe Kosten
• Beispiele: \textit{in vitro} - Zytotoxizitätstests, Rezeptorbindungstests; \textit{in vivo} - LD50-Tests, Langzeitstudien
• Regulatorische Anforderungen: Kombination von In-vitro- und In-vivo-Daten

Einführung in die Toxikokinetik

Definition:

Einführung in die Toxikokinetik: Beschreibung, wie toxische Substanzen vom Körper aufgenommen, verteilt, metabolisiert und eliminiert werden.

Details:

• ADME: Aufnahme (Absorption), Verteilung (Distribution), Metabolisierung (Metabolism), Ausscheidung (Excretion)
• Absorption: Transport durch biologische Membranen (z.B. Haut, Lunge, Magen-Darm-Trakt)
• Verteilung: Verteilung im Körper, Einfluss von Blutfluss und Bindung an Plasmaproteine
• Metabolisierung: Biotransformation in der Leber mittels Phase-I- (z.B. Oxidation) und Phase-II-Reaktionen (z.B. Konjugation)
• Ausscheidung: Hauptsächlich über Nieren (Urin), Galle (Fäzes), Atmung (Exhalation)
• Plasmakonzentrations-Zeit-Kurve: Beschreibung der Konzentration der Substanz im Blut über die Zeit
• Tmax, Cmax, AUC: Maximale Plasmakonzentration, Zeitpunkt der maximalen Plasmakonzentration, Fläche unter der Kurve
• Halbwertszeit: Zeit, die benötigt wird, um die Plasmakonzentration einer Substanz auf die Hälfte zu reduzieren
• Formeln: \[C(t) = C_0 \times e^{-kt}\] \[t_{1/2} = \frac{ln(2)}{k}\]

Mechanismen der Toxizität auf zellulärer Ebene

Definition:

Mechanismen der Toxizität auf zellulärer Ebene beinhalten die molekularen und biochemischen Wege, durch die toxische Substanzen Zellschäden verursachen.

Details:

• Oxidativer Stress: Überproduktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS)
• DNA-Schädigung: Mutationen, Strangbrüche
• Membran-Dysfunktion: Lipidperoxidation, Ionenkanalstörungen
• Proteinschädigung: Denaturierung, Fehlfaltung
• Mitochondriale Dysfunktion: Beeinträchtigung der ATP-Produktion
• Nekrose und Apoptose: Zelldetod durch unkontrollierte (Nekrose) oder kontrollierte (Apoptose) Mechanismen
• Entzündungsreaktionen: Freisetzung von Zytokinen und anderen Entzündungsmediatoren

Datenanalyse mittels Software wie SPSS und R

Definition:

Datenanalyse in Pharmakologie und Toxikologie-Labors verwendet SPSS und R für statistische Tests und Datenvisualisierung.

Details:

• SPSS: Besonders nutzerfreundlich, ideal für umfangreiche Datensätze und gängige statistische Methoden.
• R: Flexibler, erweiterbar durch Pakete, ideal für komplexe statistische Analysen und Visualisierungen.
• Häufig verwendete Tests: t-Test, ANOVA, Regression, Chi-Quadrat-Test.
• Visualisierung: Nutzung von ggplot2 (R) oder Grafiken in SPSS.
• Syntaxspezifische Skripte zur Reproduzierbarkeit der Analyse.
• Beide Werkzeuge unterstützen Datentransformationen und Datenbereinigungen.
• SPSS: GUI-basiert, R: Kommandozeilen-basiert.

Hypothesenbildung und Experimentdesign

Definition:

Hypothesenbildung: Formulieren einer prüfbaren Aussage über ein Phänomen. Experimentdesign: Planen einer Methode zur Überprüfung der Hypothese.

Details:

• Hypothese: klare, präzise Formulierung; oft in Wenn-Dann-Form.
• Experimentschritte: Fragestellung, Literaturrecherche, Definition von Variablen, Kontrollgruppen.
• Methoden: Auswahl passender Versuchsmodelle, Materialien und Messverfahren.
• Datenanalyse: Statistische Auswertung zur Bestätigung oder Widerlegung der Hypothese.
• Fehlerquellen: Identifikation und Minimierung systematischer und zufälliger Fehler.

Nutzung moderner Analysetechniken wie HPLC und LC-MS

Definition:

Verwendung moderner Analysemethoden zum Trennen, Identifizieren und Quantifizieren von Verbindungen.

Details:

• HPLC (Hochleistungsflüssigkeitschromatographie): Technik zur Trennung, Identifikation und Quantifizierung von Substanzen in einer Probe mittels einer flüssigen mobilen Phase und einer stationären Phase.
• LC-MS (Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie): Kombination von HPLC und Massenspektrometrie, ermöglicht genaue Identifikation und Quantifizierung kleiner Moleküle und Proteine.
• Wichtig für Pharmakologie und Toxikologie in der Prüfung von Arzneimitteln und toxischen Substanzen.
• Schlüsselparameter: Retentionszeit, Massen-zu-Ladung-Verhältnis (m/z).