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Investigation of the pro-inflammatory effects of micro- & nanoplastic particles on different cancer cell lines in vitro
Matea Stojanovic
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Verena Pichler
DOI
10.25365/thesis.76967
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11783.69581.338368-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Hintergrund: Die Umweltverschmutzung durch Plastik stellt seit Jahren ein zunehmend bedrohliches globales Problem dar. Polyethylenterephthalat (PET), ein Hauptbestandteil gängiger Verpackungsmaterialien, trägt maßgeblich zu dieser Belastung bei. Durch zahlreiche chemische und physikalische Prozesse zerfällt dieser Kunststoff in Mikro- und Nanoplastikpartikel (MNPs), die sich dann unkontrolliert in lebensnotwendige Ressourcen wie Luft, Wasser und Nahrungsmitteln verbreiten. Infolgedessen ist die tägliche Aufnahme dieser Plastikpartikeln durch Nahrung und Inhalation unausweichlich. Jüngste in-vitro Studien belegen, dass durch MNPs induzierte reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) eine Kaskade toxischer Effekte auslösen können, die zur Entwicklung chronischer Entzündungen und Krankheiten führen. Methoden: Diese Studie untersucht, ob die Exposition mit heterogenen PET-Partikeln (jeweils < 2.5 μm) oxidativen Stress in Zellen auslöst. Eine der PET-Proben wurde mit Fluorescein markiert, um die Detektion unter dem Fluoreszenzmikroskop für gewählte Experimente zu ermöglichen. Für die in-vitro Experimente wurden Zelllinien, als Repräsentation verschiedener Gewebe, darunter Lunge, Darm und Bindegewebe (H460, HCT-116, HT-29, HT-1080, NIH/3T3), ausgewählt. Alle Zellen, ausgenommen NIH/3T3, stammen aus malignen Tumorgeweben. Die hemmende Wirkung auf die Zellviabilität der PET-Partikel wurde mittels MTT-Assay bestimmt. Durch fluoreszenzbasierte Färbemethoden wurden anschließend die allgemeinen, intrazellulären ROS-Werte gemessen, gefolgt von einer Bestimmung mitochondrialer ROS-Produktion (mtROS). Zusätzlich wurde das Zellwachstum nach PET-Exposition in einem dreidimensionalen Sphäroidmodell analysiert. Ergebnisse: Der MTT-Assay zeigte eine dosisabhängige Minimierung der Zellviabilität. Die dosisabhängige Zunahme der allgemeinen ROS-Produktion wurde ebenfalls in allen Zelllinien beobachtet. Die mitochondriale ROS-Reaktion wiesen jedoch ein anderes Muster auf und wiesen keinen proportionalen Anstieg zwischen dem mtROS-Spiegel und der Konzentration der PET-Partikel vor. Die Analyse des Sphäroidwachstums ergab keinen signifikanten Unterschied in der Größe zwischen behandelten und unbehandelten Zellen. Schlussfolgerung: Die Daten zeigten eine dosisabhängige Erhöhung der allgemeinen ROS-Produktion in allen untersuchten Zelllinien. Die mitochondrialen Messungen deuten darauf hin, dass ROS durch andere, nicht-mitochondriale Mechanismen, erzeugt werden könnten. Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass PET-Partikel entzündliche Prozesse in menschlichen Zellen induzieren können. Weitere Studien sind erforderlich, um die zugrunde liegenden Mechanismen und die Langzeitauswirkungen zu klären.
Abstract
(Englisch)
Background: The extent of environmental plastic pollution has reached an alarmingly high level. Polyethylene terephthalate (PET), a major compound packaging material, significantly contributes to this waste. Due to a range of different chemical and physical processes these plastic debris fragment into micro- and nanoplastics (MNPs), which subsequently distribute across vital resources. Consequently, humans are exposed to these plastic particles daily through ingestion and inhalation. Therefore, it has become essential to investigate the effects on human tissues. Recent studies have increasingly proven, that the induction of reactive oxygen species (ROS) by MNPs leads to a cycle of toxic effects within the body. This potentially initiates the development of chronic inflammations and diseases. Methods: This study focuses on investigating whether heterogeneous PET-samples (< 2.5 μm) initiate oxidative stress in cells. One of the PET-samples was labeled with fluorescein for their detection under the fluorescence microscope. Cell lines representing different tissues, such as lung, colon, and fascia (H460, HCT-116, HT-29, HT-1080, NIH/3T3), were selected for the experiments. All cells, except NIH/3T3, are cancer cells. The cell inhibitory effect of both PET-particles was determined by using the MTT-assay. Subsequently, the general ROS levels were measured, followed by assessing the mitochondrial production of ROS. Both assays rely on a fluorescence-based staining method. Additionally, the impact of PET exposure on cell was investigated using a three-dimensional (3D) model. Results: The cell viability assay revealed a dose-dependent cell inhibitory effect by PET, with almost a total loss of viable cells observed in HCT-116 cells at the highest concentra-tion. The dose-dependency was additionally noticed for general ROS generation, with all cell lines showing a significant increase with higher doses. The mitochondrial response to PET-particles demonstrated a different pattern. The mtROS level did not correlate with the exposed concentration in a proportional manner. Spheroid growth analysis revealed no significant difference in the spheroids’ sizes between PET-treated and untreated cells. Conclusion: The data demonstrated a dose-dependent increase in general, intracellular ROS levels across all cell lines. The measurement of mitochondrial ROS showed that there is a possibility that ROS may also be generated through non-mitochondrial pathways. The MTT-assay indicated a dose-dependent loss in cell viability and confirmed the cytotoxic potential of PET-particles. These findings support the hypothesis that PET particles can induce inflammatory processes in human cells. However, further studies are necessary to narrow down the crucial factors and determine the effect on long-term exposure.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikroplastik Nanoplastik ROS oxidativer Stress Entzündungsprozesse in vitro Untersuchungen
Autor*innen
Matea Stojanovic
Haupttitel (Englisch)
Investigation of the pro-inflammatory effects of micro- & nanoplastic particles on different cancer cell lines in vitro
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
vi, 32 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Verena Pichler
Klassifikation
44 Medizin > 44.42 Pharmazeutische Chemie
AC Nummer
AC17360689
Utheses ID
73445
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |