Dokument: Molekulare Signalereignisse der Nanopartikel-Zell-Interaktion als toxikologische Parameter für moderne Nanomaterialien

Titel:	Molekulare Signalereignisse der Nanopartikel-Zell-Interaktion als toxikologische Parameter für moderne Nanomaterialien
Weiterer Titel:	Molecular mechanisms of nanoparticle-cell-interaction as a toxicological parameter for modern nanomaterials
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=36322
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20151124-115013-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Bieschke, Christiane [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,91 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 12.11.2015 / geändert 12.11.2015
Beitragende:	PD Dr. Unfried, Klaus [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Industriell hergestellte Nanomaterialien stellen einen wichtigen Wirtschaftszweig für die Anwendung von NP in der Industrie dar. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, insbesondere der Möglichkeit, sie zu modifizieren und für gezielte Anwendungen herzustellen hat ihre Bedeutung in den letzten Jahren vermehrt zugenommen. Da von ihnen aber auch mögliche toxische Risiken ausgehen können, ist es notwendig, sie in Hinblick auf eine Exposition des Menschen zu untersuchen und zellbasierte Untersuchungsmethoden zu etablieren, um ihre möglicherweise adversen Eigenschaften zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Relevanz der Aktivierung von MAPK in Epithelzellen im in vitro System mit Hilfe eines in vivo Versuchs durch Immunhistochemie verifiziert. Darüber hinaus wurden mechanistische Untersuchungen mit Hilfe einer „Medium Throughput“-Methode durchgeführt, die zu einer Aktivierung von MAPK-Signalwegen führen. Mit Hilfe eines Partikelsets, bestehend aus einem Redox-aktiven Transitionsmetall wurden vertiefte Studien zur Entstehung und Bedeutung reaktiver Sauerstoffspezies durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass in vivo, vergleichbar zur in vitro Situation, die MAPK in den Epithelzellen in Alveolarbereichen exponierter Mäuse aktiviert werden. Dabei wird die Aktivierung der MAPK nur durch NP, nicht aber für größere Partikel ausgelöst. Die chemische Zusammensetzung schien hierbei keinen Einfluss zu haben. Auch in den durchgeführten in vitro Studien konnte eine spezifische Aktivierung der MAPK ERK1/2 durch NP gezeigt werden. Die mechanistischen Untersuchungen ergaben, dass durch Partikel-induzierte reaktive Sauerstoffspezies, sowie eine Aktivierung und Translokation des EGFR eine Signalkaskade über ERK1/2 aktiviert wird. In vertieften Studien zur Generierung von intrazellulären ROS zeigte sich, dass diese nicht abhängig ist von der Redox-Aktivität der Partikel, sondern wahrscheinlich von der Größe, sowie Oberfläche der Partikel. In weiteren Untersuchungen zeigen sich erste Hinweise auf eine Interaktion von Mangan-NP mit Mitochondrien, sowie mitochondrieller ROS. Im Rahmen der mechanistischen Arbeiten wurde ein „Medium Throughput“-System für das toxikologische Screening von NP entwickelt. In der vorliegenden Arbeit konnten toxikologische Mechanismen, ausgelöst durch NP aus verschiedenen Materialien in Lungenepithelzellen, die für die Aktivierung von MAPK relevant sind, aufgeklärt werden. Engineered nanomaterials represent an important field concerning the application of nanoparticles in the industry. Because of their unique properties, especially the possibility to modify them for specific application targets, they gain more and more importance during the past years. As they can also have toxicological effects, it is necessary to investigate their toxicological potential and a possible human exposure to this nanomaterials. In the present work the relevance of MAPK-activation in epithelial cells in an in vitro system was verified with an immune-histochemistry method in vivo. Additionally, a “medium throughput”-method was used to investigate cellular mechanisms which lead to the activation of MAPK-signaling. To identify the formation and relevance of reactive oxygen species, deeper investigations using NPs consisting of a redox-active transition metal were made. The results showed that in vivo the MAPK activation is, comparable to the in vitro situation, located in the epithelial cells in alveolar regions of exposed mice. The activation is specific for NP but not for non-NP. The chemical composition of the particles seems to have no influence. A specific activation of ERK1/2 was shown in the in vitro studies. The mechanistic investigations showed an influence of particle-induced reactive oxygen species as well as an activation and a translocation of EGFR on the activation of the ERK1/2 signaling cascade. Further studies showed that the generation of reactive oxygen species is not dependent on the redox-activity but on the size and surface of the particles as only NPs seem to induce intracellular reactive oxygen species. First investigations show an interaction of manganese-NP with mitochondria and mitochondrial ROS. During the mechanistic studies a “medium throughput”-system for the toxicological screening of NP was developed. The toxicological mechanisms, induced by NPs consisting of different materials in lung epithelial cells, which are important for the induction of MAPK-signaling could be clarified.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	24.11.2015
Dateien geändert am:	24.11.2015
Promotionsantrag am:	03.08.2015
Datum der Promotion:	16.09.2015