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Biologische Wirkungen ausgewählter Nanostrukturen in Zellen des Gastrointestinaltrakts
Joanna Pelka
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Doris Marko
DOI
10.25365/thesis.12292
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29257.61153.322465-7
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Nanomaterialien wurden bislang vornehmlich als inhalatives Gesundheitsrisiko betrachtet. Die steigende Produktion und die rasante Entwicklung neuer Applikationsfelder werfen jedoch die
Frage nach einer Gesundheitsgefährdung durch oral aufgenommene Nanomaterialien auf. Im
Fokus dieser Arbeit stand daher die toxikologische Relevanz von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (single walled carbon nanotube, SWCNT) und Platin Nanopartikeln (Pt-NP) für Zellen
des Gastrointestinaltrakts (HT29-Zellen). Für SWCNTs und Pt-NP wurde bereits gezeigt, dass
diese in Organismen der Nahrungskette bioverfügbar sind, was eine orale Aufnahme dieser Nanomaterialien
nahelegt.
Es konnte gezeigt werden, dass SWCNTs in HT29 Zellen eine leichte zytotoxische Wirkung ausüben. Des Weiteren wurden eine schwache Zunahme des zellulären Glutathion (GSH)- und des
nukleären Nrf2 ("nuclear factor erythroid 2p45 (NF-E2)-related factor 2")-Gehalts festgestellt.
Zudem wiesen weitere Untersuchungen auf die Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies ("reactive
oxygen species", ROS) hin, was in Summe auf eine SWCNT-vermittelte Modulation des
zellulären Redoxstatus hindeutet. Weiterhin wurde eine DNA-schädigende Wirkung beobachtet
und diese durch eine erhöhte Aktivierung des Tumorsuppressorproteins p53 bestätigt. Die DNAstrangbrechenden
Eigenschaften der SWCNTs konnten nicht mit einer oxidativen Schädigung
der DNA in Verbindung gebracht werden, was darauf hinweist, dass die genotoxische Wirkung
nicht primär auf der Induktion von oxidativem Stress beruht. Die Exposition gegenüber SWCNTs
führte weiterhin zu einer leichten Bildung von kinetochor-negativen Mikrokernen in V79 Zellen,
womit das genotoxische Potenzial dieses Nanomaterials weiter untermauert wurde.
Pt-NP wurden in HT29 Zellen aufgenommen ohne die Viabilität dieser Zelllinie zu beeinträchtigen.
Jedoch konnten eine Verminderung des zellulären GSH-Gehalts sowie eine Beeinflussung der
DNA-Integrität beobachtet werden. Diese Effekte korrelierten invers mit dem Partikeldurchmesser
und verstärkten sich mit steigender Inkubationsdauer, schienen aber nicht auf die Bildung
von ROS zurückzuführen zu sein.
Zusammenfassend heben die vorhandenen Daten die toxikologische Relevanz nanostrukturierten
Materials für Zellen des Gastrointestinaltrakts und die Notwendigkeit eingehender Untersuchungen
bezüglich ihres gesundheitlichen Risikos hervor.
Abstract
(Englisch)
Nanomaterials are discussed predominantly as an inhalation hazard. However, the increasing
production and the rapid development of novel fields of application raise questions on the health
impact of nanomaterials taken up orally. Hence, the present study focused on the toxicological
relevance of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) and platinum nanoparticles (Pt-NP) in
cells originating from the gastrointestinal tract (HT29 cells). SWCNTs and Pt-NP were reported
to be bioavailable in organisms of the food chain, resulting in a potential oral uptake of these
nanomaterials.
SWCNTs were found to mediate slight cytotoxic effects in HT29 cells. Moreover, a slight increase
of the cellular glutathione (GSH)- and the nuclear Nrf2 (nuclear factor erythroid 2p45 (NF-E2)-
related factor 2)-level was observed, accompanied by an indication of the generation of reactive
oxygen species (ROS), in sum indicating a SWCNT-induced modulation of the cellular redox
status. Furthermore, DNA damaging effects were observed. This result was supported by an increased
activation of the tumor suppressor protein p53. The increase of the DNA-strandbreaking
properties of SWCNTs was not associated with oxidative DNA damages, indicating that the
genotoxic effect is not primarily based on the onset of oxidative stress. Additionally, exposure to
SWCNTs resulted in a slight induction of kinetochore-negative micronuclei in V79 cells, further affirming the genotoxic potential of this nanomaterial.
Pt-NP were taken up into HT29 cells, showing no impact on the viability of this cell line. Indeed,
they were found to decrease the cellular GSH level and to impair DNA integrity. These effects
correlated inversely with the particle size and were enhanced with increasing incubation time
but appeared not to be based on the formation of ROS.
In summary, the available data highlights the toxicological relevance of nanostructured materials
for cells of the gastrointestinal tract and the demand for scrutiny of their adverse health effects.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
nanotoxicology single walled carbon nanotubes platinum nanoparticles cellular uptake cytotoxicity cellular redox status DNA integrity
Schlagwörter
(Deutsch)
Nanotoxikologie Einwandige Kohlenstoffnanoröhren Platin-Nanopartikel Zelluläre Aufnahme Zytotoxizität Zellulärer Redoxstatus DNA-Integrität
Autor*innen
Joanna Pelka
Haupttitel (Deutsch)
Biologische Wirkungen ausgewählter Nanostrukturen in Zellen des Gastrointestinaltrakts
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
309 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*innen
Margit Cichna-Markl ,
Walter Berger
AC Nummer
AC08459923
Utheses ID
11079
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |