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Es wurde der mögliche Effekt verschiedener Typ I-Allergene auf die Zilienschlagfrequenz der Nasenmuschelschleimhaut bei Allergikern in vitro untersucht. Durch die Präparation der Gewebeproben und die in vitro Durchführung der Untersuchungen wurde der Einfluss möglicher anderer Komponenten des mukoziliaren Systems gegenüber vergleichbaren in vivo Untersuchungen minimiert. Wir erhielten die Gewebeproben durch Entnahme mit einer Biopsiezange aus zuvor operativ gewonnenen Nasenmuscheln. Die Proben wurden unmittelbar postoperativ gewaschen, in Nährmedium M199 aufbewahrt und mit Carbogen äquilibriert, so dass eine konstante Zilienaktivität mit Hilfe eines etablierten Verfahrens über mehrere Stunden gewährleistet war. Die Frequenzmessung erfolgte mittels Durchlichtmikroskopie und photometrischer Methode in Kombination mit einer digitalen Spektrumanalyse über 15 bzw. 30 Minuten, entweder in Allergen-Lösung zweier Konzentrationen oder in allergenfreier Kontroll-Lösung. Wir fanden keinen Unterschied zwischen den basalen Zilienschlagfrequenzen von Allergikern und Nichtallergikern. Ebenso waren weder Anstieg noch Abfall der Zilienschlagfrequenz nach Allergenexposition zu beobachten. Der Frequenzverlauf war konstant und auf dem gleichen Niveau wie bei Zilien von Nichtallergikern bzw. Zilien von Allergikern in Kontroll-Lösung. Daran änderte auch die Verdoppelung des Beobachtungszeitraums in Kombination mit einer Erhöhung der Allergenkonzentration auf das Fünffache einer in vivo voll wirksamen Standard-Intrakutan-Konzentration des für den betreffenden Allergiker relevanten Typ-I-Allergens nichts. Aus den Ergebnissen folgern wir, dass Allergene die Zilientätigkeit nicht direkt beeinflussen. Die von anderen Autoren festgestellte Hemmung oder Stimulation der Zilienaktivität bei tierexperimentellen in vivo-Untersuchungen muss auf eine indirekte Wirkung, ausgehend von anderen Bestandteilen des mukoziliaren Systems wie Mediatorenfreisetzung oder Veränderungen der Schleimschicht, zurückzuführen sein.
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 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.