Wirkung von Carbon Black Nanopartikeln (CBNP) auf die Funktion von Typ II Pneumozyten

Nachhaltige Schädigungen der Lungen durch den Eintrag von Schadstoffen über die Außenluft sind unumstritten. In den letzten Jahrzehnten konnte der Eintrag größerer Schadstoffmengen in die Umwelt in Industrieländern wie Deutschland enorm verringert werden. Dennoch kommt es immer wieder zu Überschreit...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Schreiber, Nicole
Beteiligte: Müller, B. (Prof. Dr.) ; Bauer, S. (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2015
Innere Medizin
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Nachhaltige Schädigungen der Lungen durch den Eintrag von Schadstoffen über die Außenluft sind unumstritten. In den letzten Jahrzehnten konnte der Eintrag größerer Schadstoffmengen in die Umwelt in Industrieländern wie Deutschland enorm verringert werden. Dennoch kommt es immer wieder zu Überschreitungen gesetzlich vorgeschriebener Höchstwerte für Feinstaub in Ballungsgebieten. Gegenwärtig verhindern komplizierte Analysemethoden eine flächendeckende Prüfung der Zusammensetzung der feinsten Partikelfraktion. Die verstärkte Einsatzmenge funktionalisierter CBNP in zahlreichen Bereichen des Alltags steigert zusätzlich das Risiko einer ungewünschten Freisetzung in die Umgebung und erhöht so gleichzeitig die Gefahr Lungenerkrankungen hervorzurufen bzw. diese zu begünstigen. Um zur toxikologischen Risikobewertung von CBNP beizutragen wurden in der vorliegenden Studie nicht-funktionalisierte (Pr907µg-BSA, Pr907µg+BSA), oberflächen-funktionalisierte (NA-Pr907µg+BSA, BaP-Pr907µg+BSA, PAK-AR7µg+BSA) und oberflächen-adjustierte CBNP (PAK-AR15µg+BSA) hinsichtlich ihrer Toxizität auf den terminalen Bereich der Lungen im BALB/c-Mausmodell geprüft und mit den Ergebnissen eines Referenzpartikels (DQ127µg-BSA) und mehrerer Negativkontrollen (NaCl70µl-BSA, H2O70µl-BSA, H2O70µl+BSA) verglichen. Die Verabreichung aller Suspensionen erfolgte per oropharyngealer Aspiration. Die Bestimmung der Lungenfunktion folgte nach 2-tägiger Partikelretentionszeit durch nicht-invasive Head-out Bodyplethysmographie. An Tag drei wurden die Lungen für histologische Untersuchungen bzw. für die Isolation der stoffwechselaktiven Typ II Pneumozyten entnommen. Parallel zur Zellisolierung erfolgte die Gewinnung der BAL. Anhand eines Vorversuches wurde zunächst die optimale Partikelretentionszeit von drei Tagen ermittelt. Während des Einsatzes verschiedener CBNP im Kurzzeitexperiment konnten anschließend keine massiven strukturellen Veränderungen bzw. funktionellen Einschränkungen des terminalen Respirationstraktes durch die Oberflächen-funktionalisierungen beobachtet werden. Dies spricht für einen effektiven, reibungslosen Clearancemechanismus durch Makrophagen im Alveolarbereich. Dennoch gab es erste Hinweise auf Störung der Lungenhomöostase. Insbesondere die mRNA-Expression verschiedener Antioxidantien, sowie die Expression der Surfactantproteine und Schlüsselenzymen der Surfactantsynthese zeigten vereinzelte Abweichungen gegenüber den Kontrollen. Die Ergebnisse der Mehrfachapplikation nicht-funktionalisierter CBNP während der Pilotstudie zur Langzeitexposition weisen auf eine eingeschränktere Clearance hin. Gegenüber den Kurzzeitversuchen zeigten sich beispielsweise vermehrte Kollageneinlagerungen entlang der Bronchiolen und Blutgefäße sowie erhöhter Protein- und Phospholipidkonzentrationen in der BAL nach mehrfacher Pr907µg-BSA Aspiration gegenüber der H2O70µl-BSA Negativkontrolle. Immer wiederkehrende Berichte über gesundheitsgefährdende Verunreinigungen der Luft und der stets wachsende Markt für kohlenstoffbasierte NP fordern weitere toxikologische Begutachtungen und eine Weiterentwicklung der bestehenden Mess- und Analysemethoden für Umweltproben. Weitere Tests mit mehrfachen oropharyngealen Aspirationen geringer Dosen oberflächenfunktionalisierter CBNP sind nötig um Langzeiteffekte besser beurteilen zu können. Dabei muss neben strukturellen und funktionellen Veränderungen der Lunge auch die Translokation der chemisch funktionalisierten CBNP in andere Organe geprüft und damit verbundene Effekte in die toxikologische Bewertung einbezogen werden. Die zunehmende Anzahl von Lungenerkrankungen in der Bevölkerung macht es außerdem nötig vorgeschädigte Lungen in die Untersuchungen einzubeziehen. Eine weitere Herausforderung künftiger Studien wird es sein, die genauen Interaktionen zwischen den chemisch funktionalisierten Partikeloberflächen und biologischen Fluiden zu bestimmen und so grundlegende Wirkmechanismen in vivo aufzudecken.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2015.0160