Das Projekt "Predicting long-term toxic effects using computer models based on systems characterization of organotypic cultures (NOTOX)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Fachrichtung 8.3 Genetik durchgeführt. Based on the forthcoming ban of animal testing in Europe for cosmetic products and the lack of assessment methods for long-term toxicity testing, we propose an integrated multifaceted experimental and computational platform especially using a systems biology approach. We think that experimental work should focus on the application of cellular systems that come most close to the human in vivo situation while at the same time allowing their transfer into applicable test systems. In these systems viability and physiological toxicity response parameters (-omics) will be monitored together with genetic, epigenetic and structural characteristics in parallel. Large-scale models of pathways and cellular systems will, together with bioinformatic integration of human and across species literature data, lead to reliable toxicity prediction.
Das Projekt "Coordiation project - cross-cutting activities of DFG-priority programme SPP 1313" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Zentrum für Wasser- und Umweltforschung durchgeführt. Das Ziel des Schwerpunktprogramms ist die Identifizierung und Quantifizierung der elementaren physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse, durch die synthetische Nanopartikel die Phasengrenzen von biologischen Systemen überschreiten sowie mit Biomolekülen, Zellen und Zellkonstituenten in Wechselwirkung treten und deren biologische Funktionen beeinflussen. Aus Gründen der Organisation und des Managements ist das übergeordnete Ziel in drei verschiedene Forschungsfelder aufgeteilt: (1) Herstellung und Charakterisierung von Nanopartikeln; (2) Transport von Nanopartikeln in der biologischen Umgebung und die Wechselwirkung mit dem biologischen System; (3) Auswirkungen von Nanopartikeln auf fundamentale biologische Funktionen. Das Schwerpunktprogramm ist sehr interdisziplinär und enthält Beiträge der Materialwissenschaften, der Nanophysik, der Physikalischen Chemie, der Anorganischen Chemie, der Oberflächenanalytik, der Biophysik, der Zellbiologie und der Partikeltoxikologie. Es befasst sich ausschließlich mit synthetischen Nanopartikeln und deren Verhalten in der biologischen Umgebung im Sinne der Grundlagentoxikologie von Nanopartikeln. Die Materialien der hier verwendeten Partikel umfassen kohlenstoffhaltige Komponenten, Metalle (Au, Ag, Pd, Pt), Oxide von Fe, Ti, Zn als auch Halbleiter-Quantenpunkte. Natürlich vorkommende biologische Nanopartikel und ultrafeine Umweltaerosole sind nicht Gegenstand des Programms. Die wesentliche Innovation, die im Schwerpunktprogramm angestrebt wird, ist die Verzahnung von Nanotechnologie und Biologie, die u. a. durch folgende Aspekte zum Ausdruck kommt: (1) Die Methoden der Herstellung und Charakterisierung von Nanopartikeln konzentrieren sich auf Eigenschaften, von denen eine biologische Wirkung erwartet wird. (2) Die verwendeten Nanopartikel werden bezüglich des Materials, ihrer Größe, Form und Oberfläche systematisch variiert, um die Auswirkung dieser Eigenschaften auf die Wechselwirkungen mit Zellen und subzellularen Systemen sowie deren biologische Funktionen zu untersuchen. Das Programm unterscheidet sich daher von einer Reihe anderer Forschungsprojekte, die sich mit der gezielt induzierten biologischen Wirkung in beabsichtigten Applikationen befassen wie in der Nanomedizin oder der Nanopharmakologie.
The concentration-dependent absorption behaviour of uranium was investigated with surviving intestinal segments of rat jejunums, using an ex-vivo model. The results showed a monotonic slightly nonlinear increase in absorption as uranium concentrations increased. This trend was observed over the entire concentration range tested. In the lower concentration range a slower linear ascent was observed while a steeper linear ascent was found for the higher concentration range. Statistical fit was only slightly poorer for an exponential function in the range of lower values and a logarithmic function in the range of higher values. The proportion of uranium absorbed expressed as percent of uranium concentrations in the perfusion solutions followed a monotonically increasing trend from 20 to around 200 ìg/l uranium in the perfusion solutions, which thereafter appears to reach a plateau, as further increase towards concentrations around 400 ìg/l is not substantial. The uranium concentration administered had no effect on the vitality and consequently the functionality of the intestinal segments, measured in terms of active glucose transport. The results imply that uranium concentrations of more than 20 ìg/l in drinking water, for example, could lead to elevated absorption rates and thus to higher internal exposures to consider when setting of Guideline values in this concentration range.Quelle: http://www.sciencedirect.com
Das Projekt "Bestimmung des Risikopotentials bodengebundener Schadstoffe für den Menschen im Minischwein-Modell mit Cytochrom P450-Enzymen als Effektbiomarker" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Institut für Physiologische Chemie durchgeführt. Nach oraler Exposition gegenüber PAK-belasteten Böden haben wir den Effektbiomarker CYP1A1, ein fremdstoffmetabolisierendes Cytochrom P450, enzymatisch und immunchemisch in verschiedenen Geweben von Minischweinen bestimmt. Parallel wurde eine nicht-exponierte Kontrollgruppe untersucht. Zudem wurden die im Minischwein gemessenen Effekte mit denen entsprechender Versuche im Rattenmodell verglichen. Als wesentliche Ergebnisse der Studie sind hervorzuheben: (1) Die deutliche Induktion von CYP1A1 durch orale PAK-Dosen, die im realistischen Bereich der Aufnahme durch Menschen insbesondere von Kindern liegen. (2) Die Induktion von CYP1A1 nicht nur im primär resorbierenden Organ, dem Duodenum, sondern auch in Leber, Niere, Lunge und Milz. (3) Der gravierende Unterschied im organspezifischen Antwort-Profil der CYP1A1-Induktion zwischen Minischwein und Ratte. Im Detail wurden die folgendenden Ergebnisse erzielt: - CYP1A1 wird konstitutiv in Leber, Niere und Duodenum von Minischweinen nicht oder in nicht nennenswertem Umfang exprimiert. - Nach oraler Aufnahme PAK-kontaminierter Böden kommt es zu einer dosisabhängigen CYP1A1-Induktion in Duodenum, Leber und Niere. - Niedrig-belastete Böden, die nur geringe Effekte in der Leber hervorrufen, können eine deutliche CYP1A1-Induktion im Duodenum bewirken. - In Leukozyten von Minischweinen konnte eine Induktion von CYP1A1 auf Proteinebene nach Aufnahme kontaminierter Böden nachgewiesen werden. - Exemplarisch wurde an einer Expositionsgruppe von Minischweinen gezeigt, dass eine orale PAK-Aufnahme zu deutlichen Induktionseffekten selbst in Lunge und Milz führen kann. - Hinsichtlich der Induktion von CYP1A1 in verschiedenen Organen zeigen Ratten und Minischweine unterschiedliche Antwortprofile. Während oral aufgenommene PAK beim Minischwein zu einer deutlichen CYP1A1-Induktion im Dünndarm führen, wird die Expression von CYP1A1 im Darm von Ratten nur geringfügig erhöht. Umgekehrt kommt es aber in der Leber von Ratten zu einer stärkeren Induktionsantwort als in der Leber von Minischweinen. - Im Rattenmodell konnten wir zeigen, dass sich die Art und Weise der täglichen oralen PAK-Aufnahme deutlich auf das Ausmaß der CYP1A1-Induktion auswirkt. Schlußfolgerungen: Da die von uns eingesetzten Bodendosierungen im Bereich möglicher Aufnahmemengen für im Freien spielende Kinder liegen und zudem deutliche Induktionseffekte in verschiedenen Organen hervorrufen, haben die Untersuchungsergebnisse Bedeutung für Abschätzungen des Humanrisikos und sollten deshalb Anstoß zur Entwicklung entsprechender in vitro-Testmethoden sein. Die Unterschiede in den Induktionsantworten zwischen Minischwein und Ratte verdeutlichen die Problematik der Identifizierung eines geeigneten Tiermodells für den Menschen im Hinblick auf Schadstoffexpositionen. Hier ist noch Grundlagenarbeit nötig.
Das Projekt "Wirkungen von Probiotika auf Transport- und Barrierefunktionen des Darmepithels" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Fachbereich Veterinärmedizin durchgeführt. Zum besseren Verständnis der Ergebnisse üblicher Bilanzversuche sind an isolierten Epithelien des Dünndarmes vom Schwein Untersuchungen vorgesehen, um in vitro durch Probiotika verursachte Veränderungen resorptiver und/oder sekretorischer Transportmechanismen sowie der Barrierefunktion zu erfassen. Diese Untersuchungen werden mit Hilfe isolierter Epithelien des Schweinedarmes durchgeführt und sehen die Bestimmung der transportphysiologischen Parameter vor, welche die konventionelle Ussing-Kammer-Methode erlaubt (Elektrophysiologie, Transportraten von Elektrolyten oder Substraten). Die mögliche Beeinflussung epithelialer Funktionen durch Probiotika ergibt sich aufgrund von Interaktionen von Mikroorganismen mit den Epithelzellen. Die Mechanismen dieser Wechselwirkung(en) sind nur mit Hilfe einer Epithelzellkultur des Schweines zu objektivieren. Aus diesem Grunde ist es notwendig, eine in den USA existierende Zelllinie (Intestinal Porcine Epithelial Cell, IPCE1, Schweinedünndarm) so weit zu charakterisieren, dass die Prüfung dieser Wechselwirkungen möglich ist. Eine Ergänzung der in vitro Versuche (isolierte Epithelien und Zellkultur) durch Perfusionsversuche ist notwendig.
Das Projekt "Methodische Aspekte bei der Bestimmung der standardisierten praecaecalen Verdaulichkeiten von Aminosäuren beim Ferkel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Tierernährung durchgeführt. Vom Ausschuss für Bedarfsnormen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (GfE) wurde analog zu bereits bestehenden Bewertungssystemen in Europa und Nordamerika ein Konzept zur Bewertung von Futteraminosäuren beim Schwein auf der Basis standardisierter praecaecaler Aminosäurenverdaulichkeiten erarbeitet. Grundlage dieses Bewertungskonzeptes sind Untersuchungen zur praecaecalen Aminosäurenverdaulichkeit, die ausschließlich an Mastschweinen (größer als 20 kg Lebendmasse) durchgeführt wurden. Der Ausschuss für Bedarfsnormender GfE empfiehlt auf der Grundlage einer Literaturauswertung, dass die für das Mastschwein festgelegten Verdauungswerte von Aminosäuren in Einzelfuttermitteln wegen methodischer Unsicherheiten bei der Verdaulichkeitsbestimmung vorerst nicht auf das Absetzferkel übertragen werden sollten. Systematische Untersuchungen zum Einfluss der Proteinversorgung sowie des Futteraufnahmeniveaus auf die Bestimmung der standardisierten praecaecalen Aminosäurenverdaulichkeit wurden beim Ferkel bisher nicht durchgeführt und bilden daher die Zielsetzung dieses Forschungsprojektes. Aus den zu erwartenden Ergebnissen lassen sich verbindliche Empfehlungen zur Methodik der Verdaulichkeitsbestimmung beim Absetzferkel ableiten.
Das Projekt "Bionik: Neuartiges medizinisches Gerät zur Erweiterung von Standard-Koloskopie-Systemen für eine deutliche Qualitäts-, Effizienz- und Akzeptanzsteigerung in der Dickdarm-Tumordiagnostik- und -therapie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft, Institut für Angewandte Informatik durchgeführt. Das geplante Vorhaben hat das Ziel zwei unterschiedliche biologische Mechanismen mit neuen Methoden technisch zu nutzen um ein Endoskopiesystem zu realisieren, das bislang nicht realisierbare Eigenschaften besitzt. Das Gerät soll die Akzeptanz einer endoskopischen Diagnostik und Therapie des Dick- und Dünndarms heraufsetzen und damit der Tumorprävention dienen. Das Antriebsprinzip des Kniegelenks der chilenischen Vogelspinne und das Fortbewegungsprinzip des Inchworms werden in ein neuartiges technisches System überführt, das sich besonders anpassungsfähig und effizient in Hohlräumen mit unbestimmter Form, Oberflächenstruktur und Elastizität fortbewegen soll. In der zweiten Antragsphase sollen verschiedene Prototypen des Vortriebsgerätes entwickelt werden sowie ein Steuergerät. Ziel ist es, das Grundprinzip im Labor und Tierversuch zu evaluieren. Das Gerät soll im Falle einer erfolgreichen experimentellen Evaluierung zu einem vermarktungsfähigen Produkt weiter entwickelt werden. Die lizenzfähigen Arbeitsergebnisse sollen dann dem Industriepartner zur Verfügung gestellt werden, mit dem Ziel baldmöglichst in der medizinischen Praxis eingesetzt werden zu können.
Das Projekt "Zellulaerer Transport alimentaerer Xenobiotika und ihre Wechselwirkung mit biologischen Membranen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Veterinär-Physiologie durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den zellulaeren Transport ausgewaehlter alimentaerer Cancerogene und Mutagene in den Epithelien von Duenndarm und Niere sowie in Hepatocyten zu charakterisieren. Diese Zellen sind entscheidende Stellglieder in der Regulation der Xenobiotikabelastung des Koerpers, wobei sie aufgrund ihrer Funktionen auch einer besonders hohen Fremdstoffbelastung ausgesetzt sind. Diese wuerde zwangsweise zu mutagenen Veraenderungen und zu Transformationen fuehren, wenn nicht spezifische Exportmechanismen zur Absenkung der zellulaeren Konzentration von Wirkstoffen vorhanden waeren. Insbesondere das 'Multidrug-resistence Gene- Product'(MDR-1 oder gp-170), welches in der luminalen Membran von Enterocyten und Tubuluszellen, sowie der canaliculaeren Membran von Hepatocyten nachgewiesen wurde, scheint dafuer verantwortlich zu sein. Das MDR-1 Genprodukt ist eine ATP-abhaengige Exportpumpe, die u. a. eine Reihe von antineoplastischen Pharmaka transportiert. Inwieweit gp-170 auch Xenobiotika dietaetischen Ursprungs als 'natuerliche' Substrate transportiert, ist nicht geklaert. Dies soll als Schwerpunkt im Rahmen des Vorhabens geprueft werden. Darueber hinaus soll ein Testsystem entwickelt und etabliert werden, das es erlaubt, die Wirkung von Xenobiotika auf Ionenkanaele und damit die normale Transportfunktion der biologischen Membran zu untersuchen. Das Forschungsvorhaben ist in folgende Teilprojekte mit spezifischen Fragestellungen untergliedert: a) Was sind die Mechanismen, mit denen alimentaere Xenobiotika in Enterocyten, Tubuluszellen und Hepatocyten aufgenommen werden? b) Ist das MDR-1 Genprodukt(gp-170) als ATP- abhaengige Effluxpumpe fuer den Ruecktransport der aufgenommenen Fremdstoffe aus den Zellen in das Lumen verantwortlich? c) Inwieweit wird gp-170 nach Verabreichung alimentaerer Carcinogene und Mutagene in Epithelzellen und Hepatocyten ueberexprimiert und fuehrt dies zu einer erhoehten Transportleistung fuer den ATP-abhaengigen Efflux der Fremdstoffe aus den Zellen? d) Inwieweit sind die an isolierten Membranen gewonnenen Erkenntnisse auf dieser Ebene der Reintegration als zentrales Stellglied in der Fremdstoffhomoeostase identifiziert werden? e) In welchem Umfang und wie beeinfussen Xenobiotika den Ionentransport an biologischen Membranen und kann diese Wirkung als Indikator fuer die Cytotoxizitaet eines Fremdstoffes genutzt werden?
Das Projekt "Genom-basierte Untersuchungen zur Expression und Produktion von Impfstoffen gegen virale Erkrankungen von Tieren in transgenen Pflanzen - Einfluss transgener Futtermittel auf den Intermediärstoffwechsel von Tieren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität , Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät , Institut für umweltgerechte Tierhaltung durchgeführt. Innere und äußere Faktoren können auf allen Stufen der primären und sekundären Genwirkung sowohl Struktur als auch Funktion und Wechselwirkung der biologisch wirksamen Moleküle des Organismus und damit die Merkmalsausprägung beeinflussen. Die Bestimmung der Expressionsmuster, d.h. der exprimierten Moleküle, in den Erfolgsorganen, die mit einer gewünschten Leistungsausprägung, hoher Tiergesundheit, der hohen Qualität tierischer Produkte oder der Wirkung neuartiger Futterzusätze einhergehen, stellt deshalb nicht nur ein empfindliches Instrument zur Ermittlung des jeweiligen wahren Bedarfes der Nutztiere und damit für die Gestaltung tiergerechter Haltungsbedingungen, sondern auch zur Charakterisierung der physiologischen Auswirkungen neuartiger Futterzusatzstoffe dar. Ziel dieses Teilprojektes ist die Charakterisierung der durch die Futterzusätze beeinflussten Expressionsmuster in ausgewählten Geweben (Milz, Leber, Dünndarmepithel) von oral und intramuskulär mittels transgener Präparate (VP60) immunisierten Tieren (Laborratte, Schwein), um anhand komplexer Expressionsmuster eine objektive Bewertung der Futterzusatzstoffe in Hinsicht auf ihre physiologischen Auswirkungen vorzunehmen. Des weiteren sollen different exprimierte Moleküle auf ihre Eignung als Biomarker zur Identifizierung schädlicher Umweltnoxen geprüft werden.
Das Projekt "Auswirkung einer Weidedüngung bzw.- behandlung auf den Parasitenbefall von geweideten Schafen (WT Weidedüngung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft Raumberg-Gumpenstein (HBLA) durchgeführt. Über die Wirkungen einer Kalkdüngung auf die parasitäre Belastung von Weiden wird in der Praxis unterschiedlich diskutiert. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen einer einmaligen Kalkdüngung bzw. die Auswirkungen eines regelmäßigen Aufbringens von Effektiven Mikroorganismen (EM) auf der Weide auf parasitäre Parameter (Larven pro kg Gras-Trockenmasse, EPG, Anzahl der Parasiten im Labmagen und Dünndarm) und auf die Produktions- (Körpergewicht) und Blutparameter (rote Blutkörperchen, Hämoglobin, Hämatokrit) zu untersuchen. 44 Lämmer wurden in den Jahren 2013 und 2014 vier Gruppen zugeordnet. Jede Gruppe beweidete die zwei Weidekoppeln abwechselnd für jeweils zwei Wochen über eine Dauer von 15 Wochen. Die Weidekoppeln wurden mit Kalk einmalig vor Weidebeginn oder mit EM (zwei Konzentrationen) alle 4 Wochen behandelt. Zwei Weidekoppeln dienten als Kontrolle. Die Erhebung des Körpergewichtes und die Zählung der EPG wurden wöchentlich durchgeführt. Die Anzahl der Larven auf dem Gras wurden am Anfang und am Ende der Weideperiode eines jeden Jahres gezählt. 4 Wochen nach Beginn der Weideperiode wurde ein Aliquot von Lämmern zum Zählen von Parasiten in Labmagen und Dünndarm geschlachtet. Im zweiten Jahr wurden signifikant mehr Larven in der Kalkgruppe gezählt. Es wurden keine Unterschiede im Körpergewicht zwischen den Gruppen festgestellt. Die EPG am Ende des ersten Jahres war viel höher als am Ende im zweiten Jahr. Im zweiten Jahr war die EPG in der Kalkgruppe signifikant höher als in den anderen Gruppen. Die EPG in den EM Gruppen war numerisch immer niedriger als in der Kontrollgruppe. Die Anzahl der Parasiten des Labmagens war in den behandelten Gruppen numerisch niedriger als in der Kontrollgruppe. Der Hämoglobingehalt und der Hämatokrit waren in den EM Gruppen am höchsten, gefolgt von der Kalkgruppe und der Kontrollgruppe. Diese Ergebnisse zeigten, dass Kalk eine Kurzzeitwirkung entfalten konnte, aber unter intensiver Beweidung keine Langzeitwirkungen hatte. Die Behandlungen konnten keinen Einfluss auf die Gewichtsentwicklung erzielen. Die Unterschiede zwischen den beiden EM Gruppen und der Kontrollgruppe in der EPG, Anzahl der Parasiten im Labmagen und der Blutuntersuchungsergebnisse waren teilweise signifikant, sonst numerisch. Unter weniger intensiver Beweidung und gutem Weidemanagement wären noch deutlichere Unterschiede denkbar. Dafür bedarf es aber weiterer Untersuchungen zur Integration, Dauer und Häufigkeit einer EM Anwendung im Rahmen eines Weidemanagements.
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