Franz-Zeno Zimmermann

• Diese Studie beschäftigt sich mit den toxischen Effekten von Zinkoxid Nanopartikeln (ZnO NP) auf humane Nasenschleimhautzellen. Speziell wurde eine mögliche Kumulation von DNS-Schäden und deren Reparatur analysiert. Zu diesem Zweck wurde ein dreidimensionales Kultursystem, sogenannte Miniorgankulturen, aus humaner nasaler Mukosa verwendet. Eine Charakterisierung der verwendeten Zinkoxid Nanopartikel erfolgte unter dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM), mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) und durch eine Zetapotentialmessung. Nach einerDiese Studie beschäftigt sich mit den toxischen Effekten von Zinkoxid Nanopartikeln (ZnO NP) auf humane Nasenschleimhautzellen. Speziell wurde eine mögliche Kumulation von DNS-Schäden und deren Reparatur analysiert. Zu diesem Zweck wurde ein dreidimensionales Kultursystem, sogenannte Miniorgankulturen, aus humaner nasaler Mukosa verwendet. Eine Charakterisierung der verwendeten Zinkoxid Nanopartikel erfolgte unter dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM), mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) und durch eine Zetapotentialmessung. Nach einer Woche Kultivierung fand eine Exposition der MOK mit einer Zinkoxid Nanopartikel Suspension in einer Konzentration von 0,1 µg/ml und 5 µg/ml statt. Als Positivkontrolle wurde in diesem Versuch 200µM Methymethansulfonat (MMS) zugesetzt. Es erfolgten drei jeweils einstündige Inkubationsphasen, wobei nach jeder Stunde ein Teil der MOKs für den Cometassay entnommen wurde. Nach dreimaliger Exposition wurden die verbliebenen MOKs für 24 Stunden zur Regeneration in unversetztem Nährmedium belassen und dann dem Cometassay zugeführt. Ergänzend wurde ein Sandwich ELISA zur Detektion von Caspase 3 durchgeführt. Zn2+ Ionen wurden im Zellkulturmedium analysiert. Der Nachweis von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) erfolgte fluoreszenzmikroskopisch. Die DLS konnte eine durchschnittliche Partikelaggregatgröße von 354 nm nachweisen und das Zetapotential betrug -11,2 mV. Die im Cometassay festgestellten DNS-Schäden zeigten bei einer Zinkoxid Nanopartikel Konzentration von 0,1 µg/ml erst nach der Regenerationsphase von 24 Stunden einen signifikanten Anstieg, während 5 µg/ml Zinkoxid Nanopartikel zu jedem Zeitpunkt einen signifikanten Anstieg der DNS Fragmentation bewirkten. Das Ausmaß an Strangbrüchen nach 24 Stunden stieg auch hier nach 24stündiger Regenerationsphase nochmals an. 200 µM MMS induzierten ebenfalls einen signifikanten Anstieg der OTM-Werte bei einer, zwei und drei Stunden. Im Laufe der Regenerationsphase führten Reparaturmechanismen zu einem Absinken der OTM-Werte. Der Sandwich ELISA zeigte keinen signifikanten Anstieg der Caspase 3 Werte. Im Nährmedium konnte eine Zn2+ Ionenkonzentration von 2,8 µmol/ml nach einer Inkubation mit 0,1 µg/ml Zinkoxid Nanopartikeln festgestellt werden. Bei einer Inkubation mit 5 µg/ml Zinkoxid Nanopartikeln zeigte sich eine Ionenkonzentration von 52,7 µmol/ml. Intrazelluläre ROS konnte nur bei einer Exposition mit 5 µmol/ml Zinkoxid Nanopartikeln nachgewiesen werden. Diese Daten lassen den Schluss zu, dass Zinkoxid Nanopartikel in den verwendeten Konzentrationen genotoxisch wirken, aber keine zytotoxische Wirkung entfalten. Die Schädigung kumuliert und schreitet während der Regenerationsphase noch fort. Eine multifaktorielle Schädigung der DNS, sowohl durch direkte Interaktion der Partikel mit dem Erbgut, als auch über entstandene ROS und Zn2+ Ionen, ist anzunehmen.…
• This study examines the toxic effects of zincoxide nanoparticles (ZnO NPs) in nasal mucosa cells. Especially the possible accumulation of DNA damages und their reparation was analysed. For this purpose we used mini organ cultures (MOCs) out of human nasal mucosa. The zinc oxide nanoparticles were characterized under a transmission electron microscope and by zeta potential measurement. After one week of cultivation, the MOCs were exposed to a ZnO NP suspension. The concentrations were 0,1 µg/ml and 5 µg/ml. 200µM methylmethane sulfonate (MMS)This study examines the toxic effects of zincoxide nanoparticles (ZnO NPs) in nasal mucosa cells. Especially the possible accumulation of DNA damages und their reparation was analysed. For this purpose we used mini organ cultures (MOCs) out of human nasal mucosa. The zinc oxide nanoparticles were characterized under a transmission electron microscope and by zeta potential measurement. After one week of cultivation, the MOCs were exposed to a ZnO NP suspension. The concentrations were 0,1 µg/ml and 5 µg/ml. 200µM methylmethane sulfonate (MMS) was used as positive control. The MOCs were incubated three times for one hour. After each hour some of the MOCs were analysed with the Cometassay. The last MOCs stayed for 24 hours in the cell culture medium for regeneration. A sandwiche ELISA was performed to detect Caspase 3. Zn2+ ions were analysed in the cell culture medium. To detect reactive oxygen species (ROS), the cells were analysed under a fluorescence microscope. The average particle size was 345 nm. The zeta potential was –11,mV. DNA damage was detected to ZnO-NPs at 0.1 μg/ml ZnO-NPs after a 24h lasting regeneration time. 5 µg/ml ZnO NPs damaged the DNA at every point of time. The sandwich ELISA showed no significant increase of Caspase 3 in the medium. 0,1 µg/ml ZnO NPs resulted in a Zn2+ ion concentration of 2,8 µmol/ml and 5 µg/ml in a concentration of 52,7 µmol/ml. ROS could only be detected after an incubation with 5 µg/ml ZnO NPs. Thus the results suggest that ZnO NP in these concentrations are genotoxic but not zytotoxic. The damage cumulates and is increasing throughout the regeneration time. A multifactorial damage of the DNA, through direct interaction of the particles and also through ROS and zinc ions, is to suppose.…