Untersuchung der Wirkungsmechanismen von Ochratoxin A, Citrinin, Patalin und Penicillsaeure. Ochratoxin A, ein nephrotoxisches Mycotoxin aus Aspergrelus ochraceus hemmt die Phenylalanyl-t RNA-Synthetase von Enkarykuoten und Prokaryonten. Der Hemmungstyp ist kompetitiv. Daher kann die Hemmwirkung auf Hepatom-Gewebekulturzellen, der letale Effekt auf Maeuse und der Effekt auf Makrophagen-Migration und Immunosuppression durch Phenylalanin aufgehoben werden. Citrinin, ein nephrotoxisches Mycotoxin aus Penicillium citrinum, hemmt in vivo vor allem RNA und DNA-Synthese. Patulin und Penicillsaeure reagieren mit SH- und NH2-Gruppen und haben deshalb vielfaeltige Wirkungen. Plasmid-DNA und t-RNA reagieren mit diesen Mycotoxinen.
Strahlentherapien (inclusive Strahlendiagnostic) in Kombination mit Chemo-/Immuntherapien oder anderen Neurotoxinen verursachen schwere Nebenwirkungen wie kognitive Beeinträchtigungen. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind nicht bekannt, korrelieren aber mit einer gestörten Neurogenese/-regeneration. Im Forschungsvorhaben wird basierend auf humanen embryonalen Stammzellen eine in vitro (organoide) Kultur etabliert, die die Neurogenese/-regeneration mit den beteiligten Zelltypen des Gehirns wie Neurone, Gliazellen und Mikroglia/Makrophagen nachbildet. Klinisch relevante Kombinationen von Strahlen- (Röntgen und Kohlenstoffionen) und Chemo-/oder Immuntherapien und andere Neurotoxine (z.B. Antikonvulsiva) werden anhand des Brain-Radiation-Assays getestet und die Signalkaskaden und Regulatoren identifiziert, die für die eingeschränkte neuronale Funktion verantwortlich sind.
Strahlentherapien (inklusive Strahlendiagnostik) in Kombination mit Chemo-/Immuntherapien oder anderen Neurotoxinen verursachen schwere Nebenwirkungen wie kognitive Beeinträchtigungen. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht bekannt, korrelieren aber mit einer gestörten Neurogenese/-regeneration. Im Forschungsvorhaben wird basierend auf humanen embryonalen Stammzellen eine in vitro (organoide) Kultur etabliert, die die Neurogenese/-regeneration mit den beteiligten Zelltypen des Gehirns wie Neurone, Gliazellen und Mikroglia/Makrophagen nachbildet. Klinisch relevante Kombinationen von Strahlen- (Röntgen und Kohlenstoffionen) und Chemo-/oder Immuntherapien und andere Neurotoxine (z.B. Antikonvulsiva) werden anhand des Brain-Radiation-Assays getestet und die Signalkaskaden und Regulatoren identifiziert, die für die eingeschränkte neuronale Funktion verantwortlich sind. AP2.1 Transfer des neuronalen Differenzierungssystems für die MEA Methode; AP2.2 Elektrophysiologische von aus Stammzellen differenzierten neuronalen Zellen nach kombinierter Strahlen- und Medikamenteneinwirkung; AP2.3 Elektrophysiologische und immunchemische Untersuchung von Neuronen/Mikroglia Ko-Kulturen nach kombinierter Strahlen- und Medikamenteneinwirkung.
In dem Verbundprojekt GREWIS werden die genetische und die entzündungshemmende Wirkung von dicht ionisierender Strahlung, insbesondere von Radon untersucht. Neben Röntgen- und Alpha-Bestrahlung sowie Experimenten mit Ionen-Strahlen sollen Zellkulturen und Mäuse in einer Radon-Kammer exponiert werden, da die Radon-Exposition im Bereich des Strahlenschutzes wie in der Therapie entzündlicher Erkrankungen eine wesentliche Rolle spielt. Der Fokus des Teilprojektes G liegt auf der Analyse von immunologischen Gefahrensignalen und der Modulation der Entzündung in präklinischen Modellen und in Patienten mit entzündlichen Erkrankungen nach Therapie mit niedrigen Dosen von Röntgenstrahlung oder Radon. Ein Hauptziel ist der Vergleich des spezifischen Immunstatus von Patienten, welche mit Niedrigdosis-Strahlentherapie behandelt wurden mit solchen, welche in Radonbädern oder -stollen á-Strahlung exponiert wurden. Mittels Mehrfarbendurchflusszytometrie werden Immunzell(sub)populationen und deren Aktivierungsstatus im peripheren Blut der Patienten vor, während und nach der Exposition analysiert. Des Weiteren werden Monozyten des peripheren Blutes der Patienten ex vivo zu Makrophagen differenziert und deren funktionellen Aktivität (Phagozytose, Zytokinfreisetzungen, Vitalität) nach Exposition mit niedrig dosierter Strahlung unterschiedlicher Qualität bestimmt und verglichen. Das zweite Hauptziel ist die Aufdeckung der zellulären und molekularen Mechanismen, welche zur Verbesserung des Krankheitsverlaufes der chronischen Polyarthritis nach Exposition mit Röntgenstrahlung oder Radon führen. Hierfür werden hTNF-á transgene Mäusen, welche den humanen Tumornekrosefaktor-á (hTNF-á) exprimieren und somit eine chronische Polyarthritis entwickeln, verwendet. Ein Fokus der Tiermodelle ist ebenfalls die Analyse von immunmodulierenden Gefahrensignalen und Untersuchungen von Inflammationsgewebe, Osteoklasteninfiltration und Knorpeldestruktion in den Gelenken der Mäuse. Im Zell- und Tiermodellen wird somit die entzündungshemmende Wirkung von Radon und Niedrigdosis-Strahlentherapie mit molekularbiologischen Mitteln untersucht und mit Therapiedaten verglichen. GREWIS verfolgt einen neuen Ansatz: wissenschaftliche Techniken und Kenntnisse verschiedener Institute, auch von Fachleuten die bis jetzt keine klassische Strahlenbiologie betreiben, zusammen zu bringen und zu verschränken. Die wissenschaftlichen Arbeiten werden durch gemeinsame Forschungsseminare an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und an den beteiligten Universitäten begleitet. Die interaktive Forschungsarbeit wird zu einem besseren Verständnis der Wirkung von Radon beitragen und die Auseinandersetzung von jungen Wissenschaftlern mit den vielseitigen Aspekten der Radonproblematik im Speziellen und der Niedrigdosisstrahlenexposition im Allgemeinen fördern.
Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des Einflusses von Radonbehandlungen auf das cholinerge System. Dabei soll in erster Linie geklärt werden, inwieweit die Exposition mit ionisierender Strahlung die Expression und die Aktivität einzelner Komponenten des cholinergen Systems beeinflusst. Dafür sollen die Folgen der Exposition gegenüber unterschiedlichen Strahlenqualitäten wie Röntgen-, Ionen- und Alphastrahlung mit einer Radonexposition verglichen werden. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob mögliche Wechselwirkungen zwischen Strahlung und dem cholinergen System zu einer Modifikation der Entzündungsreaktion im Körper von bestrahlten Patienten führt. Für dieses Projekt werden neben Wildtyp-Mäusen auch arthritische Mäuse und AChE-Knockout-Mäuse bestrahlt werden und im Anschluss daran die Expression und die Aktivität verschiedener Komponenten des cholinergen Systems untersucht werden. Zusätzlich dazu sollen ähnliche Untersuchungen in vitro an Osteoblasten, Makrophagen und Endothelzellen durchgeführt werden. Zuletzt werden aus den Extremitätenknospen der oben genannten Tiermodelle Micromass-Kulturen angelegt, mit deren Hilfe die Differenzierung von Knorpel- und Knochenzellen analysiert werden sollen. Alle in vitro durchgeführten Experimente werden zusätzlich in Anwesenheit von Inhibitoren des cholinergen Systems durchgeführt werden.