Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Charles River Discovery Research Services Germany GmbH durchgeführt. In der Onkologie scheitern über 90 % aller in der Präklinik wirksamen Substanzen in der Klinik. Am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regen. Med. (Uni-Klinikum Würzburg) werden humane dreidimensionale (3D) -Tumormodelle (OncoVaSc™) auf einer dezellularisierten Schweinedarm-Matrix (BioVaSc™) entwickelt. Diese spiegeln histologisch und durch eine geringere Teilungsrate die Tumor-Situation im Patienten besser wider. So zeigt unser 3D Lungentumormodell ein verbessertes Ansprechen auf die in der Klinik gebräuchliche anti-EGFR Therapie bei EGFR-Mutation. Weiterhin konnten wir auch eine erhöhte Chemoresistenz bei KRAS-Mutation zeigen, die klinischen Studien entspricht. Vorhabensziel: Durch eine in vitro/in silico fokussierte Vorauswahl von Substanzen und ihrer Kombinationen für die in vivo Testung sollen hier Tierversuche erheblich reduziert werden (50-90%; Refine und Reduce). Weiterhin soll unser Modell durch Vergleiche mit der Klinik und dem Tiermodell soweit validiert werden, dass das Modell für die Vorklinik durch die Firma Oncotest (Freiburg) implementiert werden kann und dadurch Tierversuche in der Wirksamkeitstestung ersetzt werden können (Replace). Parameter wie Apoptose, Proliferation und Signalwegs-Aktivierung beschreiben Ursachen für ein Therapie-Ansprechen oder Versagen. Diese werden in bioinformatische Modelle integriert (Uni Würzburg) und für Wirksamkeitsvorhersagen von Testsubstanzen und Kombinationen genutzt, die über die in vitro Testung zur Verfeinerung des in silico Modells führen. Zur Validierung werden die Ergebnisse aus dem in vitro und in silico Modell mit Ergebnissen aus Tiermodellen bei Oncotest und aus der Klinik verglichen. Neben der Testung von in silico Vorhersagen bei Resistenz von Tumoren mit EGFR- oder KRAS-Mutation, wird auch der klinisch relevante Biomarker ALK-EML untersucht und Gewebemodelle mit aus PDX-Modellen (patient derived xenografts) hergeleiteten Primärzellen aufgebaut und getestet.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsklinikum Würzburg, Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin durchgeführt. In der Onkologie scheitern über 90 % aller in der Präklinik wirksamen Substanzen in der Klinik. Am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regen. Med. (Uni-Klinikum Würzburg) werden humane dreidimensionale (3D) -Tumormodelle (OncoVaSc™) auf einer dezellularisierten Schweinedarm-Matrix (BioVaSc™) entwickelt. Diese spiegeln histologisch und durch eine geringere Teilungsrate die Tumor-Situation im Patienten besser wider. So zeigt unser 3D Lungentumormodell ein verbessertes Ansprechen auf die in der Klinik gebräuchliche anti-EGFR Therapie bei EGFR-Mutation. Weiterhin konnten wir auch eine erhöhte Chemoresistenz bei KRAS-Mutation zeigen, die klinischen Studien entspricht. Vorhabensziel: Durch eine in vitro/in silico fokussierte Vorauswahl von Substanzen und ihrer Kombinationen für die in vivo Testung sollen hier Tierversuche erheblich reduziert werden (50-90%; Refine und Reduce). Weiterhin soll unser Modell durch Vergleiche mit der Klinik und dem Tiermodell soweit validiert werden, dass das Modell für die Vorklinik durch die Firma Oncotest (Charles River, Freiburg) implementiert werden kann und dadurch Tierversuche in der Wirksamkeitstestung ersetzt werden können (Replace). Bei uns gemessene Parameter wie Apoptose, Proliferation und Signalwegs-Aktivierung beschreiben Ursachen für ein Therapie-Ansprechen oder Versagen. Diese werden in bioinformatische Modelle integriert (Uni Würzburg) und für Wirksamkeitsvorhersagen von Testsubstanzen und Kombinationen genutzt, die über die in vitro Testung zur Verfeinerung des in silico Modells führen. Zur Validierung werden die Ergebnisse aus dem in vitro und in silico Modell mit Ergebnissen aus Tiermodellen bei Oncotest und aus der Klinik verglichen. Neben der Testung von in silico Vorhersagen bei Resistenz von Tumoren mit EGFR- oder KRAS-Mutation, wird auch der klinisch relevante Biomarker ALK-EML untersucht und Gewebemodelle mit aus PDX-Modellen (patient derived xenografts) hergeleiteten Primärzellen aufgebaut und getestet.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften, Lehrstuhl für Bioinformatik durchgeführt. In der Onkologie scheitern über 90 % aller in der Präklinik wirksamen Substanzen in der Klinik. Am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regen. Med. (Uni-Klinikum Würzburg) werden humane dreidimensionale (3D) -Tumormodelle (OncoVaSc™) auf einer dezellularisierten Schweinedarm-Matrix (BioVaSc™) entwickelt. Diese spiegeln histologisch und durch eine geringere Teilungsrate die Tumor-Situation im Patienten besser wider. So zeigt unser 3D Lungentumormodell ein verbessertes Ansprechen auf die in der Klinik gebräuchliche anti-EGFR Therapie bei EGFR-Mutation. Weiterhin konnten wir auch eine erhöhte Chemoresistenz bei KRAS-Mutation zeigen, die klinischen Studien entspricht. Vorhabensziel: Durch eine in vitro/in silico fokussierte Vorauswahl von Substanzen und ihrer Kombinationen für die in vivo Testung sollen hier Tierversuche erheblich reduziert werden (50-90%; Refine und Reduce). Weiterhin soll unser Modell durch Vergleiche mit der Klinik und dem Tiermodell soweit validiert werden, dass das Modell für die Vorklinik durch die Firma Oncotest (Freiburg) implementiert werden kann und dadurch Tierversuche in der Wirksamkeitstestung ersetzt werden können (Replace). Parameter wie Apoptose, Proliferation und Signalwegs-Aktivierung beschreiben Ursachen für ein Therapie-Ansprechen oder Versagen. Diese werden in bioinformatische Modelle integriert (Uni Würzburg) und für Wirksamkeitsvorhersagen von Testsubstanzen und Kombinationen genutzt, die über die in vitro Testung zur Verfeinerung des in silico Modells führen. Zur Validierung werden die Ergebnisse aus dem in vitro und in silico Modell mit Ergebnissen aus Tiermodellen bei Oncotest und aus der Klinik verglichen. Neben der Testung von in silico Vorhersagen bei Resistenz von Tumoren mit EGFR- oder KRAS-Mutation, wird auch der klinisch relevante Biomarker ALK-EML untersucht und Gewebemodelle mit aus PDX-Modellen (patient derived xenografts) hergeleiteten Primärzellen aufgebaut und getestet.
Das Projekt "COLLAR: Complex DNA lesions and their impact on cellular radiation response (Collar); Sub project A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Geschäftsbereich Sicherheit und Strahlenschutz (S) durchgeführt. The investigations will deepen our knowledge on the impact of radiation-induced complex DNA lesions with spinoffs for radiation protection and the development of new, advanced tumor therapy strategies.
The DNA double-strand-break (DSB), which is defined as a rupture in the double-stranded DNA molecule, is the most critical DNA lesion and when un- or misrepaired may lead to transformation or cell killing. For a DSB the chance to be accurately repaired strongly depends on its complexity. This complexity is defined by the nature and number of chemical alterations involved, its clustering or location in chromatin regions of different accessibility, as well as its association with DNA replication.
It is widely recognized that lesion complexity is a major determinant of many of the adverse effects of IR, but the risks associated with different levels of complexity and the role of complexity in the choice of DSB repair pathway remain conjectural. The latter is particularly relevant, as it is well-known that the pathways engaged in DSB processing show distinct and frequently inherent propensities for errors. Therefore, pathway-choice will define the types and levels of possible errors and thus also the associated risk for genomic alterations.
Here, we present a project designed to address the biological consequences of DSBs of different levels of complexity focusing on how complexity affects processing and the generation of processing-errors. In a highly coordinated effort, five expert Institutes and Clinics address specific facets of DSB complexity and cover in this way a spectrum of lesions encompassing all major candidates for adverse radiation effects. Importantly, the experimental design integrates a bioinformatics component analyzing the effect of DSB complexity on gene expression, as well as DNA sequence alterations from erroneous processing. The knowledge generated by the proposal will be important for our understanding of the mechanisms underpinning individual radiosensitivity differences, and relevant to radiation protection and individualized radiotherapy.
The proposed research will generate an environment that will strengthen the participating groups and as a result the field of Radiation Biology in Germany. Most notably though, it will generate a unique environment for recruiting and training young investigators, as well for retaining in the field excellent graduate students as postdoctoral fellows.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Trachealepithel und Aufnahme in vivo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Lübeck, Institut für Anatomie durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist, valide Kriterien zur Abschätzung der humantoxischen Wirkung unterschiedlicher synthetischer CBNP-Modifikationen auf verschiedene funktionelle Bereiche gesunder und vorgeschädigter Lungen zu etablieren. Teilprojekt 3 liefert den Beitrag für die großen Atemwege. Das Ziel des Projekts ist zu klären, in wieweit die Funktion des Atemwegsepithels großer Atemwege durch Exposition mit CBNP beeinträchtigt wird und wie sich dies auf die Selbstreinigungsfunktion der Lunge auswirkt. Endziel ist die Erstellung eines Kataloges, der den CBNP in Abhängigkeit ihrer Oberflächenmodifikation ein toxisches Potential für die untersuchten Parameter zuschreibt. Für die Untersuchungen werden die in Arbeitspaket 1 hergestellten CBNP im Vergleich zu Referenz- und Vergleichspartikel (Printex-90 und Pyrolyyx-CB) auf gesunde und vorgeschädigte Lungen von Mäusen eingesetzt. Nach 3-monatiger Expositionsdauer sowie nach Vorschädigung der Lunge wird das Epithel der Trachea hinsichtlich des zilienvermittelten Transports, der Zilienschlagfrequenz, dem Auftreten von Nekrose und Apoptose sowie der Expression von inflammatorischen Mediatoren untersucht.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Atemwegsepithel und dendritische Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Borstel-Leibniz-Zentrum für Medizin und Biowissenschaften durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, valide Kriterien zur Abschätzung der humantoxischen Wirkung unterschiedlicher synthetischer CBNP-Modifikationen auf verschiedene funktionelle Bereiche gesunder und vorgeschädigter Lungen zu etablieren. Teilprojekt 4 untersucht dazu das Atemwegsepithel von Bronchiolen sowie dendritische Zellen und liefert einerseits einen Beitrag, die Langzeiteffekte der verschiedenen modifizierten CBNP zu untersuchen und andererseits abzuschätzen, ob vorgeschädigte Lungen bereits bei geringerer Exposition mit CBNP nanopartikelspezifische Veränderungen zeigen. In einem weiteren Projektteil soll festgestellt werden, ob eine Adsorption von Allergenen an CBNP zu einer Potenzierung der Allergenwirkung führt. Die Einzelheiten hierzu sind in der beigefügten Vorhabenbeschreibung erläutert. Die in Arbeitspaket 1 hergestellten CBNP werden in verschiedenen in vivo-Modellen eingesetzt, um die Wirkung der CBNP auf die distalen Atemwege (Bronchiolen) der Lunge zu untersuchen. Hierbei wird zwischen einmaliger Exposition vorgeschädigter Lungen und multipler Exposition bei sowohl gesunden als auch vorgeschädigten Lungen unterschieden. Die Analyse der Bronchiolen umfasst die Regulation von Enzymen xenobiotischer Stoffwechselwege, die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, das Auftreten von Nekrose und Apoptose sowie die Induktion pro-inflammatorischer und pro-fibrotischer Zytokine. Im zweiten Projektteil wird mit Hilfe humaner dendritischer Zellen (DC) untersucht, inwieweit die Beladung und Kopplung von CBNP mit verschiedenen Allergenen die toxikologischen und immunologischen Eigenschaften der CBNP und der Allergene beeinflusst. Mit zell- und molekularbiologischen Methoden werden dabei insbesondere das Auftreten von Nekrose und Apoptose, die Induktion proinflammatorischer Zytokine sowie die DC-/T-Zellwechselwirkung bestimmt. Die Einzelheiten des Arbeitsplanes sind in der beigefügten Vorhabenbeschreibung erläutert.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radiologische Onkologie durchgeführt. Unser Arbeitsziel dient der Gewinnung neuer strahlenbiologischer Erkenntnisse zu den Effekten hoch-fokussierter Teilchenmikrostrahlungen im Vergleich zur konventionellen homogenen Bestrahlung. Dazu wird ein Bereich von nur 500 nm im Zellkern von Tumorzellen mit der Menge an niedrig-LET Protonen fokussiert bestrahlt, welche die identische Energiedeposition wie ein einzelnes hoch-LET Ion besitzt. Als Read-out werden sowohl zytotoxische als auch genotoxische Effekte der unterschiedlichen Bestrahlungsarten in einzelnen Tumorzellen und Tumorsphäroiden qualitativ und quantitativ bestimmt. Neben Protonen werden auch Experimente mit Deuteronen, Li-, B-, C- und O-Ionen durchgeführt, um die unterschiedliche relative biologische Wirksamkeit (RBW) als Folge von Fokussierung und LET zu charakterisieren. Da bei der Mikrobestrahlung mit Teilchen nur geringe Zellzahlen bestrahlt werden können, muss der klassische Zellüberlebenstest in ein 96-Well Format überführt werden. In diesem Testformat kann auch bei geringen Zellzahlen eine hohe statistische Signifikanz erreicht werden. Zur Bestimmung der RBW werden die Apoptose-Induktion, Chromosomenaberrationen, Genexpressionsveränderungen und DNA Reparatur untersucht. Strahleninduzierte Mutationen in Sphäroiden werden mit Hilfe eines modifizierten Chromosomenaberrationstest bestimmt.
Das Projekt "InhalT 90 - 90-Tage Inhalationstest mit CeO2 bei der Ratte und anschließender Analyse von Genexpressionsprofilen zur frühen Erkennung toxischer/kanzerogener Wirkungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) durchgeführt. Der 90-Tage-Test ist ein ergänzendes Satellitenprojekt zu einer parallel bei der BASF durchgeführten chronischen Kanzerogenitätsstudie mit CeO2. Speziell im Niedrigdosisbereich soll geprüft werden, ob sich mit der Analyse von Entzündungs-/Tumor-relevanten Genexpressionsprofilen als innovativem Endpunkt ein mögliches Potential zur Tumorbildung bereits frühzeitig im Tierversuch vorhersagen lässt. Man könnte so auch bei sehr niedrigen Aerosolkonzentrationen, die praktisch keine entzündliche zelluläre Reaktion in der Lunge induzieren, Hinweise auf einen tumorinduzierenden Wirkungsmechanismus erhalten. - Identifizierung von Genen, deren Expression nach CeO2-Exposition verändert ist, und die sich daher als Biomarker anbieten. - Identifizierung potentieller Biomarker, die sich immunhistochemisch detektieren lassen, sowie immunhistochemischer Nachweis und Quantifizierung von Apoptose (Caspase-3) und Zellproliferation (Ki-67) - Prüfung ausgewählter Gene hinsichtlich Ihrer Prädiktivität in einem analogen in vitro- Ansatz - Einsatz von konfokaler Raman-Mikrospektroskopie (CRM) und Ionenstrahl-Mikroskopie (IBM) zur Visualisierung von Nanopartikeln in Geweben - Rückstandsanalytik (chemisch) - Toxikologisch-relevante intrazelluläre Dosisbestimmung und Verteilung von CeO2 und BaSO4 (CRM und IBM) - Histopathologie - Untersuchungen auch anderer Organe als der Lunge (besonders auch der Niere), in denen Partikel nachgewiesen worden sind, auf mögliche adverse Effekte (auch Genexpressionen).
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IBE R&D Institute for Lung Health gGmbH durchgeführt. Das Forschungsvorhaben dient der Prävalidierung eines in vitro-Verfahrens, das als Ersatzmethode zum Tierversuch die Risikobeurteilung schwer löslicher, lungengängiger Partikel erlauben soll. Die Validierung und Überführung des Verfahrens in eine OECD-Richtlinie sollen Gegenstand eines Anschlussvorhabens werden. Die experimentellen Arbeiten werden vom IBE R&D gGmbH, der AG Frede (Universitätsklinikum Essen) und der AG Albrecht (IUF Düsseldorf) durchgeführt und in einem gemeinsamen Arbeitsplan beschrieben. Ausgangsbasis ist das bei der IBE R&D gGmbH genutzte Vektorenmodell zur Auswertung biologischer Antworten von Alveolarmakrophagen auf lungengängige Partikel. Als Standard dienen von drei Industriepartnern bereitgestellte Proben. Das vorhandene Vektorenmodell soll durch Verwendung von Zelllinien an den Stand der Wissenschaft angepasst werden. Dazu wird u.a. die Phagozytoseleistung der Zellen, die Zellschädigung und Apoptose, die Produktion von relevanten Signalmolekülen (zahlreiche Interleukine) sowie die Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies und Stickstoffmonoxid mit aktuellen Methoden erfasst und mit den Werten isolierter Alveolarmakrophagen verglichen. Geeignete Parameter werden in eine Score-Skala zur Gesamtbeurteilung der Toxizität einfließen, deren Aussagekraft mit biometrischen Verfahren abgesichert wird. Die Prävalidierung soll mit einem Ringversuch abgeschlossen werden, der anhand GLP-fähiger Standardvorschriften von den drei o.g. Gruppen durchgeführt wird. Mit dem erweiterten Vektorenmodell will das IBE R&D gGmbH seine Position als Entwickler alternativer Testmethoden stärken. Eine Patentanmeldung sowie einschlägige Publikationen werden in Betracht gezogen. Erträge sollen für den weiteren Aufbau des IBE R&D gGmbH eingesetzt werden. Die Prävalidierung bildet die Grundlage für die Validierung des Verfahrens, das die Anzahl der z.B. im REACH-Prozess geforderten Tierversuche senken soll.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Universitätsklinikum Essen, Institut für Physiologie durchgeführt. Das Forschungsvorhaben dient der Prävalidierung eines in vitro-Verfahrens, das als Ersatzmethode zum Tierversuch die Risikobeurteilung schwer löslicher, lungengängiger Partikel erlauben soll. Die Validierung und Überführung des Verfahrens in eine OECD-Richtlinie sollen Gegenstand eines Anschlussvorhabens werden. Die experimentellen Arbeiten werden vom IBE R&D gGmbH, der AG Frede (Universitätsklinikum Essen) und der AG Albrecht (IUF Düsseldorf) durchgeführt und in einem gemeinsamen Arbeitsplan beschrieben. Ausgangsbasis ist das bei der IBE R&D gGmbH genutzte Vektorenmodell zur Auswertung biologischer Antworten von Alveolarmakrophagen auf lungengängige Partikel. Als Standard dienen von drei Industriepartnern bereitgestellte Proben. Das vorhandene Vektorenmodell soll durch Verwendung von Zelllinien an den Stand der Wissenschaft angepasst werden. Dazu wird u.a. die Phagozytoseleistung der Zellen, die Zellschädigung und Apoptose, die Produktion von relevanten Signalmolekülen (zahlreiche Interleukine) sowie die Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies und Stickstoffmonoxid mit aktuellen Methoden erfasst und mit den Werten isolierter Alveolarmakrophagen verglichen. Geeignete Parameter werden in eine Score-Skala zur Gesamtbeurteilung der Toxizität einfließen, deren Aussagekraft mit biometrischen Verfahren abgesichert wird. Die Prävalidierung soll mit einem Ringversuch abgeschlossen werden, der anhand GLP-fähiger Standardvorschriften von den drei o.g. Gruppen durchgeführt wird. Mit dem erweiterten Vektorenmodell will das IBE R&D gGmbH seine Position als Entwickler alternativer Testmethoden stärken. Eine Patentanmeldung sowie einschlägige Publikationen werden in Betracht gezogen. Die Prävalidierung bildet die Grundlage für die Validierung des Verfahrens, das die Anzahl der z.B. im REACH-Prozess geforderten Tierversuche senken soll. Die Untersuchungen von Frau Euschewski sollen zudem Bestandteil ihrer Doktorarbeit werden.
