title: Biologische Wirkungen ausgewählter Nanostrukturen in Zellen des Gastrointestinaltrakts
Creators: name: Pelka, Joanna
Publisher: name: :none
Year: 2010

description: 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.
description: 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.