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InhalT-90: 90-Tage Inhalationstest mit CeO2 bei der Ratte und anschließender Analyse von Genexpressions-profilen zur frühen Erkennung toxischer/kanzerogener Wirkungen
Die technisch vielseitig (Chemie, Medizin, Umwelt, Energie) anwendbaren synthetischen Nanopartikel haben in den letzten 10 Jahren ein enormes Interesse und Gewicht in der toxikologischen Charakterisierung und Bewertung erreicht. Hauptgrund ist, dass Nanopartikel aufgrund ihrer ‚viralen‘ Größe potentiell im Vergleich zu den mikroskaligen Pendants eine sehr große Reaktionsoberfläche und ein hohes Translokationsvermögen besitzen. Dies gilt dann, wenn sie wirklich vereinzelt und nicht als Agglomerate agieren. Da für Nanopartikel auch ein eventuelles tumorigenes Potenzial nach inhalativer Aufnahme in der Diskussion war, wurde im Rahmen des EU-Projekts NanoREG vorgeschlagen, beispielhaft eine Kanzerogenitätsstudie im Rattenmodell durchzuführen. Das Dosisschema sollte dabei ausdrücklich im Niedrigdosisbereich (0,1–3mg/m3) liegen, um Lungenüberladung auszuschließen. Diese regulatorische chronische Studie wird von der BASF SE finanziert und zurzeit mit einem Cerdioxid (CeO2) Nanopulver durchgeführt.
Das BMBF-geförderte Projekt InhalT-90 wird parallel zu diesem Langzeitprojekt der BASF ebenfalls mit Cerdioxid (CeO2) Nanopartikeln im Rattenmodell unter gleichen Expositionsbedingungen am Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) durchgeführt. Mit neuen innovativen Ansätzen sollen frühe Indikatoren für eine später beobachtete toxische und/oder kanzerogene Wirkung identifiziert werden. Dabei werden Genexpressionsanalysen eingesetzt, durch die Rückschlüsse auf eine Veränderung der Ausprägung von Genen gezogen werden können. Ob Nanopartikel bzw. Nanostäube in bestimmten Konzentrationen die Auslöser für solche Veränderungen sein können, ist wesentlicher Bestandteil des vorliegenden Forschungsvorhabens. So könnte bereits in einem sehr frühen Stadium eine toxische Wirkung identifiziert werden. Die Identifikation von bestimmten wiederkehrenden Auswirkungen, sogenannten Biomarkern, könnte darüber hinaus auch auf andere Nanopartikel übertragen werden, so dass schnelle Screenings hinsichtlich der Toxizität von Nanopartikeln entwickelt werden könnten.
Krebsbefunde sind häufig das Ende einer langen Kette von Entwicklungen, die früh im Leben durch Schädigung von Genen oder durch langwierige Entzündungsreaktionen beginnen. Der in diesem Vorhaben gewählte Ansatz soll daher zur mechanistischen Aufklärung einer potentiellen Gentoxizität von Nanopartikeln beitragen.
Die in diesem Projekt ausgewählten Nanopartikel sind spezielle Cerdioxid Nanopartikel. Sie werden z.B. als Zusatz im Dieseltreibstoff eingesetzt, um die Verbrennung zu fördern. Wie sich diese Cerdioxid (CeO2) Nanopartikel in der Lunge und im Körper verteilen, wird über Elementanalyse und besonders empfindliche spektroskopische Verfahren, wie z.B. Ionenstrahl-Mikroskopie (IBM) und Konfokale Raman-Mikrospektroskopie (CRM) verfolgt.
Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0149
Laufzeit: 01.08.2014 - 31.07.2017 (verlängert bis 31.12.2017)
Projektleitung
Projekt-Partner
Veröffentlichungen
2018
- Schwotzer D., Niehof M., Schaudien D., Kock H., Hansen T., Dasenbrock C., Creutzenberg O. (2018). Cerium oxide and barium sulfate nanoparticle inhalation affects gene expression in alveolar epithelial cells type II. J Nanobiotechnology, 16(1): 16.
2017
- Schwotzer D., Ernst H., Schaudien D., Kock H., Pohlmann G., Dasenbrock C., Creutzenberg O. (2017). Effects from a 90-day inhalation toxicity study with cerium oxide and barium sulfate nanoparticles in rats. Part Fibre Toxicol, 14(1): 23.
- Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM (2018). 90-Tage Inhalationstest mit CeO2 bei der Ratte und anschließender Analyse von Genexpressionsprofilen zur frühen Erkennung toxischer/kanzerogener Wirkungen : BMBF 03X0149A - InhalT90 : Abschlussbericht/final report : Laufzeit des Vorhabens: 1.8.2014-31.12.2017, Berichtszeitraum: 1.1.2017-31.7.2017. FKZ 03X0149A, TIB Hannover (DOI).
- Universität Leipzig, Institut für Medizinische Physik und Biophysik (2018). 90 - Tage Inhalationstest mit CeO2 bei der Ratte und anschließender Analyse von Genexpressionsprofilen zur frühen Erkennung toxischer/kanzerogener Wirkungen : innovative prädiktive Endpunkte als frühe Indikatoren zur Nanopartikel Risikobewertung in Zellen und Geweben mit hochauflösenden bildgebenden Verfahren : Abschlussbericht : Laufzeit des Vorhabens: 01.08.2014-30.12.2017. FKZ 03X0149B, TIB Hannover (DOI).