nanotoxikologie & neosino testung

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Nanotoxikologie & NeoSino Testung Medizinische Universität Graz Zentrum für Medizinische Grundlagenforschung (ZMF) Prof. Dr. Eleonore Fröhlich

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Nanotoxikologie & NeoSino Testung. Medizinische Universität Graz Zentrum für Medizinische Grundlagenforschung (ZMF) Prof. Dr. Eleonore Fröhlich. Allgemeines. Nanopartikel: Gebilde von

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Page 1: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

Nanotoxikologie & NeoSino Testung

Medizinische Universität Graz

Zentrum für Medizinische Grundlagenforschung (ZMF)

Prof. Dr. Eleonore Fröhlich

Page 2: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 2

Nanopartikel: Gebilde von <100 nm in einer Dimension

Nanotoxikologie beschreibt, dass sich die (schädlichen) Eigenschaften im Nano-Größenbereich von denen der entsprechenden Rohmaterialien unterscheiden

Allgemeines

Page 3: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 3

Kopierer/Drucker Beschichtungen/Klebstoffe/Lacke Autoreifen Kosmetik Sonnenschutz Nahrungsmittelzusätze Medizinprodukte (z.B. Medikamente,

Kontrastmittel, regenerative Medizin)

Nanopartikel - Applikationen

Page 4: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 4

Verbraucherprodukte

Kosmetik, Sonnenschutz – TiO2, ZnO, CeO2

Nahrungsmittelzusätze – SiO2 (Ketchup) Brillen – anorganisch/organische

Hybridpolymere Gewebe – organische Polymere Katalysatoren – Metalle und Metallhybride

Page 5: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 5

Medizinische Produkte

Applikation Produkt

Appetitzügler Megace ® ES

Zytostatika AbraxaneTM, Doxil ®, Emend ®

Cholesterinsenkung TriCor ®

Hormonersatz EstrasorbTM

Immunsuppressiva Rapamune ®

Page 6: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 6

Eigenschaften

Vorteile NachteileNP können Substanzen an Wirkungsorte bringen

NP können Zellbarrieren überwinden

NP schützen pharmakologische Wirkstoffe vor Abbau

Sie haben eine große Oberfläche und sind daher besonders reaktiv

NP verstärken die Wirkung von Therapien

Nanopartikel aggregieren gerne

Page 7: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 7

Feinstaub

Page 8: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 8

Inhalation > 10µg/m3 PM10 Mortalität

Insgesamt: + 300% Kardiovaskuläre Todesfälle: + 120%

Hospitalisierungen: COPD: + 250% Pneumonien: + 150% Asthma: + 170% Kardiovaskuläre Probleme: + 80%

Zusammenfassung aus >100 verschiedenen Studien

Feinstaub

Page 9: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 9

Hornhaut des Auges (Arbeitsplatz, Umwelt)

Lunge (Arbeitsplatz, Umwelt) Verdauungstrakt

(Nahrungsmittel, Medikamente, Zahnpasta)

Haut (Arbeitsplatz, Kosmetika)

Eintrittspforten

Page 10: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 10

Eintrittspforten

Die Lunge besitzt die dünnste Barriere des Körpers

Page 11: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 11

Zellschädigung: Mechanische Schädigung der Zellmembran Induktion des programmierten Zelltodes

(Apoptose)

Beeinflussung des Immunsystems: Bindung von Proteinen → Immunantwort Aktivierung von Makrophagen → Entzündung

Effekte der Nanopartikel

Page 12: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 12

Gewebezellen Vitalität, Zellfunktionen Organellenschädigung Chronische Effekte

Blut Erythrozytenintegrität Gerinnung Funktion der Immunzellen

Untersuchungen

Page 13: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 13

Toxikologische Parameter Effekte auf Zellteilung Zellschädigung Erythrozytenschädigung Unspezifische Aktivierung des Immunsystems

Testung ‚ŋeosino SMC tonicum Mineralkomplex Trinkampullen’ Nanopartikel suspendiert in Wasser Testbereich: empf. Maximaldosis wird zu 100%

aufgenommen und im Plasma verteilt

Neosino Testung

Page 14: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 14

Zellen besitzen bestimmte Enzyme Die Aktivität dieser Enzyme wird quantifiziert Ein Abfall der Gesamtaktivität lässt auf eine

Beeinträchtigung der Zellen schließen

Zelluläre Schädigung - Testprinzip

Page 15: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 15

Anzüchten der Zellen Behandlung mit Testsubstanz 4h und 24h Mikroskopische Beurteilung der Zellen Bestimmung der Zellzahl (oder Zellleistung)

Zelluläre Schädigung

Page 16: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 16

EAhy926 mit 20 nm Carboxyl Polystyrolpartikeln

020406080

100120140

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225

µg/ml

% of control

Eahy926 treated for 24 h with Neosino

020406080

100120140

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

µl/ml

% of control

Zelluläre Schädigung

Page 17: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 17

Zellen besitzen in ihrem Zellinneren Enzyme Durch Schädigung der Zellmembran können

sie aus der Zelle heraus in den Überstand gelangen

Die Aktivität dieser Enzyme im Überstand wird quantifiziert

Ein Anstieg der Gesamtaktivität lässt auf eine Schädigung schließen

Membranschaden- Testprinzip

Page 18: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 18

Membranschaden

EAhy926 treated with Carboxyl polysytene particles

0

10

20

30

40

50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

µg/ml

% of control

EAhy 926 treated for 24h with Neosino

0

10

20

30

40

50

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

ml/ml

% of control

Page 19: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 19

Erythrozyten enthalten den roten Blutfarbstoff Hämoglobin

Durch Schädigung der Membranen tritt Hämoglobin aus

Ein Anstieg der Färbung im Überstand lässt auf eine Schädigung schließen

Hemolyse - Testprinzip

Page 20: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 20

Isolieren der Erythrozyten (Blutbank) Behandlung mit Testsubstanz Bestimmung der Hämoglobinkonzentration

im Überstand

Hemolyse

Page 21: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 21

Hemolyse

Hämolyse mit NeoSino

0

20

40

60

80

100

120

Triton X (1%) Neosino(4µl/ml)

Neosino(2µl/ml)

Neosino(1µl/ml)

Neosino(0,5µl/ml)

Neosino(0,25µl/ml)

Wasser(4µl/ml)

Hemolyse (%)

Page 22: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 22

T-Lymphozyten gehören zur zellulären Abwehr des erlernten Immunsystem

Sie vermehren sich, wenn sie mit einem als ‚fremd‘ erkannten Signal in Kontakt kommen, um dieses besser bekämpfen zu können

Eine erhöhte Zellzahl weist auf eine Stimulation der zellulären Abwehr hin

Lymphozytenaktivierung - Testprinzip

Page 23: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 23

Isolieren der Leukozyten (Blutbank) Anreicherung der Lymphozyten Kultivierung mit der Testsubstanz Bestimmung der Zellzahl (oder Zellleistung)

Lymphozytenaktivierung

Blut

Ficoll

Plasma + Plättchen

Lymphozyten

Granulozyten + Erythrozyten

Page 24: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 24

Lymphozytenaktivierung

Lymphozytenstimulation mit NeoSino

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

unstimuliert CD3/ 28 stim. CP 26nm NeoSino 2µl NeoSino 1,5µl NeoSino 1µl

Relative Lumineszence Units

Page 25: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 25

Makrophagen gehören zum angeborenen Immunsystem

Sie wandern auf einen Reiz hin und locken dann andere Immunzellen an, um eine Entzündungsreaktion einzuleiten

Eine vermehrte Wanderung auf die Testsubstanz weist auf eine Stimulation der unspezifischen Immunabwehr hin

Makrophagenaktivierung- Testprinzip

Page 26: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 26

Zugabe der Zellen im oberen Teil des durch einen Filter getrennten Kulturgefäßes

Zugabe der Testsubstanz in den unteren Teil

Inkubation - Zellen wandern

Bestimmung der Zellzahl (oder Zellleistung) in der unteren Kammer

Makrophagenaktivierung

Page 27: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 27

Makrophagenaktivierung

Chemotaxis NeoSino

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

N P 50ng/ml NeoSino 2µl NeoSino 1,5µl NeoSino 1µl

Relative Luminescence Units

Page 28: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 28

Zellen werden angezüchtet und mit Wasserstoffperoxid geschädigt

Bestimmung der Zellzahl (oder Zellleistung) in An- und Abwesenheit der Testsubstanz

Anstieg der Zellzahl weist auf schützende Wirkung der Testsubstanz hin

Ox. Stress Schutz - Testprinzip

Page 29: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 29

NeoSino bei Zellschädigung

EAhy926 treated for 24 h with 100 µM H2O2 and Neosino

0

5

10

15

20

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

µl/ml

% of control

Page 30: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 30

Zellen werden für 5 Tage in Mangelmedium (2% statt 10% fötales Rinderserum) kultiviert

Bestimmung der Zellzahl (oder Zellleistung) in An- und Abwesenheit der Testsubstanz

Anstieg der Zellzahl weist auf schützende Wirkung hin

Bessere Zellfunktion - Testprinzip

Page 31: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 31

NeoSino in Mangelmedium

EAhy (2% FBS, Neosino for 5 days)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

untreated Mito-damage

0,5µl/ml 1µl/ml 2µl/ml

% of control

31.03.2010

11.05.2010

Page 32: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 32

Neosino zeigt in den etablierten Testverfahren keinen toxischen Effekt

Bei nicht optimalen Wachstumsbedingungen zeigt Neosino einen geringen, aber nachweisbaren, schützenden Effekt

Zusammenfassung

Page 33: Nanotoxikologie & NeoSino Testung

29.05.2010 Workshop NeoSino 33