Die Erkennung gesundheitlicher Risiken durch gentoxische Stoffe, die als Lebensmittelinhaltstoffe oder als Umweltkontaminanten Bedeutung haben, ist die Voraussetzung für Risikobewertung und Prävention. Bei Umweltkontaminanten gilt unser Interesse polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer sogenannten Fjordregion, die besonders potente Kanzerogene darstellen. Außerdem interessieren uns Fullerene, die im Ruß vorkommen und deren biologische Wirkung bisher nur wenig untersucht ist. Das aus beruflicher Belastung durch bestimmte Nitrosamine potentiell gesundheitliche Risiko wird im Modellversuch untersucht. Schließlich beschäftigen wir uns mit der Toxikologie bestimmter a,b-ungesättigter Alkenale, die als Lebensmittelinhalts- und -Zusatzstoffe in z.T. beachtlichen Konzentrationen (bis 30 mg/kg) in Lebensmitteln vorkommen. Metabolische Veränderungen, die fremde Stoffe im Körper erfahren, beeinflussen ganz wesentlich deren Wirkung. Zur Aufklärung einzelner aktivierender oder entgiftender Stoffwechselwege werden transgene Säugerzellen eingesetzt, die bestimmte Enzyme (CYP) stabil exprimieren. Zusätzlich wird der Leberstoffwechsel mit Hepatozyten und Zellfraktionen (Mitochondrien, Mikrosomen) simuliert. Metabolite werden über GC/MS identifiziert und quantifiziert. Die gentoxische/mutagene Potenz von Ausgangsverbindungen und Metaboliten wird in-vitro an Säuger-Zellinien (z.B. humane Colonzellen) oder an primären Zellen (z.B. aus Gastrointestinaltrakt von Ratte/ Mensch) sowie in-vivo an der Ratte und ex-vivo an humanen Blutzellen geprüft. Gemessen werden: Gentoxizität in transfizierten Bakterien (Induktion von SOS-Repair), Mutagenität in Säugerzellen (HPRT-Test), Induktion von DNA-Schäden mittels Mikrogelelektrophorese und die Entstehung vonDNA-Addukten mittels 32P-Postlabelling-Verfahren. Zusätzlich werden zytotoxische Effekte (einschließlich Membranschäden und Apoptose-Induktion) in Zellkulturen erfasst.
Maeuse inhalieren 0,5-3 tg lang Campher oder Cyclohexan. Es wird die Zunahme an cyt. P-450, der nadph-Cyt. p-450-Reduktase sowie der Aethylumbelliferon-Desalkylase bestimmt. Es soll vor allem die untere Grenze der Wirksamkeit der Induktoren und ihre Konzentration in Blut und Leber bestimmt werden. Weiter soll der Stoffwechsel der Induktoren in Abhaengigkeit von der Induktionszeit in vivo und in vitro untersucht werden. Campher wird in der Medizin als Einreibungsmittel benutzt und kommt in Konservierungs- und Desinfektionsmitteln sowie in Mottenkugeln vor. Cyclohexan ist Bestandteil bestimmter Benzinarten.
Bei einem 3-methylcholanthrenempfindlichen Maeusestamm (C57BL/6N) soll geprueft werden, ob chronische orale Verabreichung von Aethanol in der Leber sowohl die mikrosomale Aethanoloxidation als auch die Dehydrierung von Aethanol durch die Alkohol-Dehydrogenase des Lebercytosols induziert. Die induzierende Wirkung des Aethanols soll mit derjenigen von D,L-Campher und Cyclohexan verglichen werden. Es soll versucht werden, die Induktionen durch Induktionshemmer zu verhindern. Inzwischen ist nachgewiesen worden: In den Lebermikrosomen induziert orale chronische Verabreichung von Aethanol MEOS bei maennlichen C57-Maeusen in 4 Monaten, um den Faktor 2-3. Die Induktion ist bereits nach 14 Tagen nachweisbar und durchlaeuft ein Minimum nach 1,5 Monaten. Alkohol-Dehydrogenase wird im Cytosol anscheinend nicht induziert, wohl aber andere Proteine, denen moeglicherweise Acetaldehyd-Dehydrogenaseaktivitaet zukommt. Diese induzierbaren Nicht-Haem-Proteine erscheinen auch vermehrt nach Vorbehandlung der Maeuse mit anderen Induktoren. Es soll 1982 geprueft werden, wie weit die Dehydrierung von Acetaldehyd durch Aethanol induziert werden kann, und ob andere Induktoren diese nicht wirksamer induzieren.
Die in den bisherigen Untersuchungen erbrachten Ergebnisse zeigen, dass im Aestuar- und Kuestenbereich mit einer Vielzahl organischer Synthetica gerechnet werden muss. Ein grosser Teil dieser Verbindungen besitzt ein betraechtliches Biokonzentrationspotential. In ergaenzender Weiterfuehrung der Arbeiten soll daher die biotische Belastung durch die neu aufgefundenen Schadstoffe im Hinblick auf Nahrungsketteneffekte und Gesamtbelastung durchgefuehrt werden. Als Merkmale einer Belastung von Meerestieren soll eine Untersuchung der Aktivitaeten von Lebermikrosomen von Fischen einbezogen werden, bei der P 450-Gehalte in ihrer Relation zu Protein und AHH (Aryl-Hydrocarbon-Hydroxylase) untersucht werden. Hierbei sollen neue Methoden der Mikrosomenisolierung eingesetzt werden, die eine 'in situ'-Arbeit gestatten.
Nanoparticles are known to be able to interfere with cellular metabolism and to cause cytotoxicity and moreover may interfere with specific cellular functions. Serious effects on the latter include changes in liver cell function. The cytochrome P450 system is expressed in many cells but is especially important in hepatocytes and hormone-producing cells. The interaction of polystyrene nanoparticles with the most important drug-metabolizing cytochrome P450 isoenzymes, CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9 and CYP2A1 expressed individually in insect cells (BACULOSOMES ®) was studied by the cleavage of substrates coupled to a fluorescent dye. The data obtained for individual isoenzymes was compared to metabolism in microsomes isolated from normal liver and from the hepatoma cell line H4-II-E-C3.
The characteristics of stream ecosystems in arctic, alpine and mountain streams are determined primarily by their water balance, that is the relative contributions of glacier-melt, snowmelt, rainfall runoff and spring flow (groundwater). Each of these sources generates a seasonal hydrological signature and runoff of different physical (temperature and suspended sediment load) and chemical quality. Thus, stream catchments comprise a complex spatial pattern reflecting the water balance from various sources. This pattern is highly sensitive to climatic change. From a synthesis of European and Alaskan literature, Milner and Petts (1994) proposed a conceptual model to predict the gradient of macroinvertebrate benthic communities in streams downstream of glacial margins. This model suggested that two principle variables, water temperature and channel stability, determine the occurrence of certain key macroinvertebrate taxa. One of the objectives of the proposal is thus to validate the Milner and Petts conceptual model and then to quantify the parameters of the model. These objectives are only possible by using a latitudinal and climatic transect of sites across Europe to undertake a functional analysis of the sensitivity of cold stream ecosystems to variations in water balance. The proposal encompasses a wide range of sites, from the Alps and Pyrenees in the south to Arctic areas on Iceland and Svalbard in the north. Their climates range from strongly oceanic to continental. In some of these areas the glaciers are retreating, in some they are advancing, while in others they are more or less stable. This project will enable the development of aquatic macroinverebrates as a predictive tool for sustainable management of such ecosystems and enable the sensitivity of arctic and alpine stream ecosystems to be assessed in relation to (I) climate change, (II) human impacts and (III) nature conservation objectives.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Täglich werden neue Wirkstoffe und Chemikalien für die Förderung der Gesundheit bzw. Bekämpfung von Krankheiten und die Befriedigung verschiedenster anderer menschlicher Bedürfnisse entwickelt und neu in den Verkehr gebracht. Jeder dieser Stoffe bringt aber auch ein mehr oder weniger großes Gesundheits- und Umweltrisiko mit sich. Aus diesem Grund gibt es ein breites Spektrum von Methoden, mit denen erwünschte und unerwünschte Wirkungen von Wirkstoffen und Chemikalien und deren Metabolismus untersucht werden. In vielen Bereichen müssen für derartige Untersuchungen immer noch umstrittene Tierversuche durchgeführt werden. Sehr frühe und kostengünstige Studien vermindern Entwicklungsrisiken ökonomischer, ökologischer und sozialer Art. Im vorliegenden Projekt werden Mikrotiterplattenreaktoren mit integrierten optischen Sensoren für Sauerstoff sowie auf Respirationsmessungen beruhende Methoden zur Untersuchung des Metabolismus und der Toxizität von Wirkstoffen entwickelt. Fazit In der hier vorliegenden Studie ist es erstmals gelungen, eine 96-well-O2-Sensorplatte mit Flachboden zu entwickeln, welche zur Kultur adhärenter Zellen geeignet ist. Sowohl Zelllinien als auch primäre Zellen können auf der Platte kultiviert werden und zur Sauerstoffmessung herangezogen werden. Die Sauerstoffmessung liefert Daten über die Lebensfähigkeit der kultivierten Zellen und kann zur Bestimmung der Toxizität neuer Wirkstoffe eingesetzt werden. Die erhaltenen Sauerstoffdaten während der Kultur der proliferierenden Zelllinien korrelieren gut mit Daten, die mit einem konventionellen MTT-Test erhalten wurden und können somit zur Bestimmung der Lebensfähigkeit verschiedener Zellen herangezogen werden. Die in dieser Studie erstmals etablierte Kultur adhärenter Zellen auf O2-Sensorplatten erlaubt auch die Bestimmung der Toxizität neuer Wirkstoffe auf unterschiedlichste Zelltypen. Über die ursprünglich vorgesehenen Arbeiten hinaus wurde eine Medienoptimierungen für CHO in MTP erfolgreich durchgeführt. Die Sauerstoffmessung zum metabolischen Abbau von Substraten in MT-Platten mit Sauerstoffsensor zeigte für gepoolte Mikrosomen eine Machbarkeit der Verfolgung der Abbaureaktionen. Gleichzeitig traten auf-grund der unkontrollierten Nebenreaktionen viele Störfaktoren auf. Erste orientierende Studien mit isolierten Cyps (z.B. Cyp3A4) deuten auf eine Lösung unter dem Aspekt der Störfaktoren/Nebenreaktionen hin.
1. Es werden Umweltchemikalien in einem Muster genetischer Pruefmethoden mit dem Konversionssystem des diploiden Stammes D4-RDII von Sacchromyces cerevisiae geprueft im a) host mediated assay (Injektion der Hefe in die Bauchhoehle von behandelten Ratten), b) urinary assay (Hefe plus Urin behandelter Ratten), c) in vitro Lebermikrosomen-Test 2. Ueberpruefung der genetischen Ergebnisse mit zytogenetischen Methoden: a) Chromosomen - Aberrationen, b) Mikronucleus, c) Schwester - Chromatid - Austausche, alle an Knochenmark des Chinesischen Hamsters (a,c) oder der Maus (b). Pruefsubstanzen: Nitromycin C, Benomyl, Atrazin, Naturlaugen.
A) Wegen der vermuteten Korrelation von Mutagenitaet und Carcinogenitaet wird der Mutagenitaetspruefung wachsende Bedeutung zugemessen. Die Klaerung der Frage nach moeglichen mutagenen Wirkungen unterschiedlich behandelter oder mit Zusatzstoffen versehener Lebensmittel stoesst jedoch noch auf erhebliche methodische Schwierigkeiten. Es sollen Wege gefunden werden, um den sogenannten ames-Test fuer diesen Zweck zu Nutzen. B)In-vitro Untersuchungen in Gegenwart von Lebermikrosomen mit verschiedenen Salmonella Typhimurium Staemmen. C) Die Mutagenitaetspruefung von Zusatzstoffen hat inzwischen eine derartige Bedeutung - auch fuer gesetzgeberische Massnahmen - gefunden, dass ein Abschluss dieser Untersuchungen vorlaeufig noch nicht moeglich ist. Es sind noch zahlreiche Stoffe zu pruefen.
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| Förderprogramm | 19 |
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