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DNA-Schäden durch repetitive Exposition von Miniorgankulturen humaner nasaler Schleimhaut mit Zinkoxid Nanopartikeln
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Published: | April 19, 2011 |
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Einleitung: Zinkoxid Nanopartikel (ZnO-NP) werden trotz fehlender humantoxikologischer Daten industriell verarbeitet. Eigene Vorarbeiten konnten ein genotoxisches Potenzial für an isolierten humanen Nasenschleimhautzellen ab 5 µg/ml darstellen. Ziel dieser Studie war die Beurteilung von ZnO-NP-induzierter Genotoxizität an 3-dimensionalen Nasenschleimhautzellkulturen nach repetitiver Inkubation und Regenerationsphase.
Methoden: Aus Nasenschleimhautproben von 10 Patienten wurden Miniorgankulturen angelegt. Nach 7-tägiger Kultivierung erfolgten repetitive, einstündige Expositionen mit ZnO-NP in Konzentrationen von 0,1 und 5 µg/ml mit anschließender 24-stündiger Regenerationsphase. 200 µM Methylmethansulphonat (MMS) diente als Positivkontrolle. Morphologie und zelluläre Distribution der ZnO-NP wurden elektronenmikroskopisch analysiert, zytotoxische Effekte mit dem Trypanblau-Ausschlusstest beurteilt. Die Evaluation der DNA-Schäden erfolgte mit dem Comet Assay. Der Nachweis von Caspase-3 mit dem ELISA diente der Apoptosebeurteilung.
Ergebnisse: Elektronenmikroskopisch zeigten sich ovaläre, partiell aggregierte ZnO-NP im Zytoplasma, aber auch im Zellkern. Zytotoxische Effekte waren zu keinem Testzeitpunkt nachweisbar. Nach einmaliger Exposition stellte sich nur nach Applikation von 5µg/ml ein DNA-Schaden dar. Eine signifikante Steigerung der DNA-Fragmentierung konnte bei repetitiven Versuchen für beide Test-Konzentrationen sowie MMS dargestellt werden. Im Gegensatz zu MMS kam es nach 24-stündiger Regeneration bei ZnO-NP zu einer weiteren Steigerung des Schadens. Die Caspase-3-Aktivität war nicht erhöht.
Schlussfolgerung: Repetitive Expositionen mit ZnO-NP potenzieren genotoxische Effekte auch bei niedrigen ZnO-NP-Konzentrationen und führen zu irreparablen DNA Schäden.