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Biologische Wirkungen metallischer und nichtmetalloxidischer Nanopartikel in Zellen des Gastrointestinaltrakts
Helge Sören Gehrke
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Doris Marko
DOI
10.25365/thesis.19413
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30370.50756.165162-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im Mittelpunkt toxikologischer Bewertungen nanostrukturierter Materie stand bislang vor-nehmlich das von einer Inhalation ausgehende Gesundheitsrisiko, wohingegen mögliche Auswirkungen infolge einer oralen Aufnahme lediglich in geringem Maße betrachtet wurden. Vor dem Hintergrund eines zunehmenden Einsatzes in Konsumgütern gewinnt die Frage nach den potenziellen Auswirkungen solcher Materialien auf den Gastrointestinaltrakt (GIT) immer größere Bedeutung. Im Fokus der hier vorliegenden Arbeit stand daher die toxikologische Relevanz amorpher Silica-Nanopartikel (SiO2 NP) und Platin-Nanopartikel (Pt NP) in Zellen des GIT (HT29 Zellen).
Es konnte gezeigt werden, dass SiO2 NP durch HT29 Zellen aufgenommen werden, wobei jedoch keine Translokation der Partikel bis in den Zellkern stattfand. Zytotoxische Effekte konnten in Abhängigkeit von der Serumkonzentration des Inkubationsmediums verzeichnet werden. Während die SiO2 NP in 1 % FKS haltigem Medium eine zeit- und konzentrationsabhängige Zunahme der Zytotoxizität erkennen ließen, waren nach einer Inkubation in 10 % FKS haltigem Medium keine Auswirkungen auf die Viabilität festzustellen. Dementgegen konnte in 10 % FKS haltigem Medium eine leichte Stimulierung des Zellwachstums nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden eine zeitabhängige Zunahme des zellulären Glutathiongehalts (GSH) sowie ein Anstieg der Transkription der γ Glutamylcysteinligase (γ GCL) verzeichnet, was auf eine de novo Synthese von GSH hindeutet. In diesem Zusammenhang konnte weiterhin gezeigt werden, dass die biologischen Effekte nicht direkt durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS), sondern indirekt durch eine Beeinflussung der extrazellulär signalregulierten Proteinkinase 1/2 (ERK1/2) vermittelt werden. Darüber hinaus ließen Untersuchungen zur Integrität der DNA keine substanzielle DNA-Schädigung erkennen.
Analog zu den SiO2 NP konnte eine Aufnahme von Pt NP durch HT29 Zellen nach-gewiesen werden, wobei auch hier keine Translokation in den Kern festgestellt werden konnte. Bezüglich der genotoxischen Wirkung der Pt NP konnte eine zeit und konzentrationsabhängige Zunahme von Pt DNA Addukten sowie die Bildung löslicher Pt Spezies im Überstand des Inkubationsmediums beobachtet werden. Darüber hinaus ließen Untersuchungen zum Phosphorylierungsstatus des Histons H2AX erkennen, dass die verzeichneten DNA Schäden nicht auf der Ausbildung von Doppelstrangbrüchen beruhen.
Zusammenfassend weisen die erhobenen Daten auf ein toxikologisches Potenzial der Nanomaterialien in Zellen des GIT hin. Gleichzeitig wurde die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen zur Aufklärung zugrunde liegender Wirkmechanismen deutlich.
Abstract
(Englisch)
To date, the toxicological evaluation of nanostructured material focussed primarily on health risks emerging from inhalation, whereas the potential impact upon oral uptake was given only little consideration. However, the increasing number of applications in consumer products gives rise to examine the potential impact of adverse health effects on the gastrointestinal tract (GIT). Hence, the focus of the present study was on the evaluation of the toxicological relevance of amorphous silica nanoparticles (SiO2 NP) and platinum nanoparticles (Pt NP) in cells originating from the GIT (HT29 cells).
SiO2 NP were found to be taken up by HT29 cells. However, no translocation into the nucleus could be observed. Cytotoxic effects seemed to depend on the serum concentration of the incubation medium. While incubation with medium containing 1 % FCS displayed a time- and concentration-dependent increase of cytotoxicity, particle incubation with medium containing 10 % FCS had no impact on the viability of the cells. In contrast, a slight stimulation of cell growth could be stated after incubating particles with medium containing 10 % FCS. Furthermore, a time-dependent increase of cellular glutathione (GSH) levels as well as an increase of gene transcription of γ glutamylcysteine ligase (γ GCL), indicative for a de novo synthesis of GSH, became apparent. It was further demonstrated, that the biological effects were not mediated directly by the generation of reactive oxygen species (ROS) but indirectly by influencing the extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2). Additionally, investigations regarding the DNA-integrity revealed no substantial (oxidative) DNA-damage.
Similar to the SiO2 NP, Pt NP were taken up by HT29 cells, yet translocation into the nu-cleus did not occur. With respect to the genotoxic effects of the Pt NP, a time and concentration dependent increase of Pt DNA-adducts could be identified as well as a formation of soluble Pt-species in the supernatant of the incubation medium. In addition, studies on the phosphorylation status of the histone H2AX indicated that the observed damage of the DNA integrity seemed not to be caused by an induction of double strand breaks.
In summary, the data of this thesis indicate a toxicological relevance of nanomaterials in cells originating from the GIT and hint to the need for further studies to investigate the un-derlying mechanisms of action.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
nanotoxicology nanoparticles silica platinum cellular uptake cytotoxicity glutathione DNA-integrity
Schlagwörter
(Deutsch)
Nanotoxikologie Nanopartikel Silica Platin zelluläre Aufnahme Zytotoxizität Glutathion DNA-Integrität
Autor*innen
Helge Sören Gehrke
Haupttitel (Deutsch)
Biologische Wirkungen metallischer und nichtmetalloxidischer Nanopartikel in Zellen des Gastrointestinaltrakts
Paralleltitel (Englisch)
Biological effects of metallic and non-metaloxide nanoparticles in cells of the gastrointestinal tract
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
XIV, 342 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*innen
Kurt Herkner ,
Bettina Grasl-Kraupp
AC Nummer
AC10496728
Utheses ID
17377
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |