Zur toxikologischen Untersuchung ultrafeiner Partikel: Entwicklung und Einsatz eines realitaetsnahen in vitro Lungenmodells

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines realitaetsnahen humanen Zellkulturmodells der Luft/Blut-Schranke. Dazu wurde die Wirkung von ultrafeinen Modellpartikeln (Haematit-, Silicasol- und Quarz-Partikel) auf die Bronchialepithelzelllinie BEAS-2B, die Alveolarepithelzelllinie A549, die Endothelzelllinie ECV304 und die Makrophagenzelllinien THP-1 und Mono Mac 6 untersucht, um geeignete Zelllinien zu finden. Mit dem Transmissionselektronenmikroskop konnte die Aufnahme und der basolateral gerichtete Transport von Partikeln in A549-Alveolarepithelzellen dokumentiert werden. Die Ergebnisse aus umfangreichen Zytotoxizitaetsstudien unterstuetzen die Hypothese, nach der die Wirkung von Partikeln mit abnehmender Groesse zunimmt. Jedoch determiniert die chemische Zusammensetzung den grundsaetzlichen toxischen Effekt der Partikel, deren Wirkung durch eine Dosis-Wirkungs-Beziehung beschrieben werden konnte. Jede Zellinie zeigte eine charakteristische Wirkungsempfindlichkeit. Nach Exposition mit Partikeln setzten die Zellen in fuer die jeweilige Zelllinie charakteristischer Weise die Entzuendungsmediatoren Interleukin-6 und Interleukin-8 frei. In Kokulturen von A549-Alveolarepithelzellen mit THP-1- oder Mono Mac 6-Makrophagen zeigte sich eine um das vielfache gesteigerte Freisetzung der Interleukine. Diese Ergebnisse zeigen die Bedeutung der Interaktion zwischen den verschiedenen Zelllinien bei den Entzuendungsreaktionen nach Exposition mit Partikeln an der Luft/Blut-Schranke. Erste Untersuchungen an der Triple-Zellkultur unterstuetzen diese Befunde. Zudem wurden in elektronenmikroskopischen Aufnahmen erste Hinweise auf eine Translokation von Partikeln durch die Zellschichten gefunden. (orig.)The aim of the present study was the development of a close-to-reality human cell culture model of the air/blood barrier. Therefore, different human cell lines were evaluated regarding their response after exposure to fine and ultrafine model particles (hematite, silicasol and quartz particles). The cell lines under study were the bronchial epithelial cells BEAS-2B, the alveolar epithelial cells A549, the endothelial cells ECV304 and the macrophage-like cells THP-1 and Mono Mac 6. The uptake of hematite particles into A549 alveolar epithelial cells and the basolateral directed transport could be documented by use of light microscopy and transmission electron microscopy. The results from extensive cytotoxicity studies support the hypothesis, that decreasing diameters of the used particles increase the intensity of the cytotoxic effects. However, the chemical composition determines the fundamental toxic impact of the particles. Each cell line showed a characteristic sensitivity to particle exposure in a dose-dependent manner. After exposure to particles, the cells released the inflammatory mediators Interleukin-6 and Interleukin-8 in dependence of the cell line. The co-cultures of alveolar epithelial cells (A549) and macrophage-like cells (differentiated THP-1 or Mono Mac 6) showed an increased sensitivity to particles concerning the cytokine release in comparison to the mono-cultures of each cell line. These results point out the significance of the interactions between the different cell types for inflammatory responses after exposure to particles at the air/blood barrier. First studies using the triple-cell culture system support these findings. Furthermore, transmission electron micrographs of the triple-cell culture system indicate translocation of hematite particles through the cell layers. (orig.)Available from TIB Hannover: ZA 5141(6899) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman