Charakterisierung der Ratten-Makrophagenzellinien R2 und NR8383 und Untersuchung des Einflusses ausgewählter mineralischer Fasern und Partikel auf die Freisetzung immunologisch wirksamer Substanzen

Zusammenfassung Mineralische Fasern finden seit Jahren weltweiten Einsatz als Ersatzstoffe für Asbest, dessen biologische Potenz in der Induktion von Asbestose und Neoplasien hinreichend bekannt ist. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß solcher Ersatzmaterialien wie Titandioxid, Keramikfasern, Glaswolle und Steinwolle auf Makrophagen und deren Reaktion auf diesen Reiz zu beschreiben, zu analysieren und somit möglichst eine Aussage über die Pathogenität der eingesetzten Materialien treffen zu können.Untersucht wurde der Einfluß der Materialien auf die Vitalität der Zellen und die Induktion von proinflammatorischen Zytokinen wie TNF-alpha, IL-1beta, MCP-1, sowie die Bildung von NO durch Makrophagen. In meiner Arbeit wurden die Pleuramakrophagenzellinie R2 sowie Alveolarmakrophagenzellinie NR8383 der Ratte eingesetzt. Um herauszufinden, ob die Zellinien für die folgenden Untersuchungen geeignet waren, erfolgte zunächst deren Charakterisierung. Hierfür wurden die Zellinien mittels LPS und IFN-gamma in verschiedenen Konzentrationen stimuliert. LPS war in der Lage, beide Zellinien zu einer gesteigerten dosisabhängigen Produktion von NO, TNF-alpha, MCP-1 sowie IL-1 beta anzuregen. IFN-gamma, als endogener Stimulus, hatte allein kaum Einflüsse auf die Expression dieser Mediatoren. In der Kostimulation erfolgte aber für die Bildung von NO eine überadditive Steigerung der LPS-induzierten Freisetzung. TNF-alpha, MCP-1 und IL-1 beta wurden durch geringe Konzentrationen von IFN-gamma (1 U/ml) nach Gabe von LPS noch verstärkt freigesetzt.Unter Berücksichtigung der Literatur weisen diese Ergebnisse darauf hin, daß sowohl die Alveolarmakrophagenzellinie NR8383 als auch die Pleuramakrophagenzellinie R2 typische Eigenschaften von primären Makrophagen aufwiesen und somit für die Experimente geeignet waren. Nach 24-stündiger Stimulation der Makrophagenzellinen mit den eingesetzten Fasern und Partikeln in den Konzentrationen 2, 10 und 50 mikrogramm/cm2 wurde die Bildung von proinflammatorischen Zytokinen untersucht. Als Positivkontrolle kamen Christobalit sowie Chrysotil zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten vor allem für Titandioxid eine besondere biologische Reaktivität auf. In der Mikroskopie konnte jedoch gezeigt werden, dass die eingesetzten Fasern und Partikel sich in den Dimensionen Länge, Breite und Masse maßgeblich unterschieden. Die Anzahl der Zell Faser- und Partikelinteraktionen war somit sehr unterschiedlich. Um zu vergleichbaren Ergebnissen zu gelangen, wurde in nachfolgenden Untersuchungen im Gegensatz zur Masse/cm2, der Einfluß der Anzahl der phagozytierbaren Fasern und Partikel auf die Makrophagenzellinen untersucht. Wurden die Zellinien mit der gleichen Menge an phagozytierbaren Einheiten (pE) mit und ohne IFN-gamma als Zusatz stimuliert, führten alle verwendeten Fasern zu einer Bildung von NO. Alle Fasern und Partikel außer Titandioxid konnten TNF-alpha in den Makrophagenzellinien induzieren. Bis auf Titandioxid und Glaswolle stimulierten die restlichen mineralischen Stoffe die Zellinien zur Freisetzung von MCP-1. Ein besonderes Problem von in vitro Studien mit Zellinien stellt die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf primäre Zellen dar. Um zusätzlich auch Speziessunterschiede abzubilden, wurden die Untersuchungen in gleicher Weise an humanen Monozyten durchgeführt, die aus dem „buffy-coat“ von Blutspendern gewonnen wurden. Die Monozyten reagierten auf die Applikation von Titandioxid, Christobalit und Asbest in der Kombination mit IFN-gamma mit einer gesteigerten Synthese von MCP-1. Da sich die Reaktionen der Makrophagenzellinen von denen der humanen Monozyten unterschieden, werden hier speziesspezifische und auch gewebespezifische Unterschiede diskutiert. Letzteres wird auch durch die unterschiedliche Reaktion der Pleuramakrophagenzellinie und der Alveolarmakrophagenzellinie nach Inkubation mit den Faserpräparationen unterstrichen. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß alle eingesetzten Fasern und Partikel in der Lage waren, eine proinflammatorische Reaktion in Makrophagen und Monozyten hervorzurufen. Prinzipiell stehen somit alle eingesetzten Materialien unter dem Verdacht, eine Pneumokoniose induzieren zu können. Um genauere Vorhersagen über das pathogene Potential der Materialien machen zu können, ist neben der biologischen Reaktivität, die in unserem Testsystem nachgewiesen wurde, die Dauer der Biopersistenz der Materialien von besonderer Bedeutung. Sie setzt sich aus der Clearance der Fasern und Partikel, deren Translokationsrate in das Interstitium und deren Löslichkeit in der Lunge zusammen. Um die Biopersistenz zu ermitteln, sind in vivo Untersuchungen notwendig. Der in unseren Untersuchungen entwickelte Testansatz könnte in Zukunft die Frage der biologischen Reaktivität von MMVF beantworten und in der Zusammenschau mit der Biopersistenz eine Vorhersage über das pathogenen Potential der eingesetzten Materialien erlauben