Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Henkel AG & Co. KGaA, Cosmetics , Toiletries, Biological and Clinical Research durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist der vollständige Ersatz des Draize-Augenirritationstests durch ein neuartiges mechanistisches Testsystem, basierend auf biotechnologisch hergestellten Hemikornea- und Konjunktivaäquivalenten. Das Verfahren beruht auf einer multiplen Endpoint-Analyse und soll das augenirritierende Potential von Chemikalien differenziert und entsprechend der GHS-Kategorien korrekt vorhersagen. Die Einbindung in eine Testbatterien ist für unser Verfahren nicht notwendig. Arbeitsschwerpunkt bei Henkel ist die Bestimmung der initialen Verwundungstiefe in der Hemikornea mit biochemischen Markern. 1. Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der initialen Verwundungstiefe im Hemikorneagewebe und Nachweis der Reproduzierbarkeit. 2. Ermittlung geeigneter Testparameter und Überprüfung der Methode anhand ausgewählter Testsubstanzen. 3. Erfolgreicher Methodentransfer in die anderen beteiligten Labore. 4. Entwicklung einer multiple Endpoint-Analyse auf Basis der bei allen Verbundpartnern entwickelten Methoden; Überprüfung ihrer Relevanz anhand ausgewählter Chemikalien; Erstellung eines endgültigen Prädiktionsmodells.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Venerologie, Abteilung für Experimentelle Dermatologie,Allergologie durchgeführt. Ziel des Gesamtverbundvorhabens ist der vollständige Ersatz des Draize-Augenirritationstests durch ein neuartiges mechanistisches Testsystem, basierend auf biotechnologisch hergestellten Hemikornea- und Konjunktivaäquivalenten. Das Verfahren beruht auf einer multiplen Endpoint-Analyse und soll das augenirritierende Potential von Chemikalien differenziert und in all seinen Abstufungen (alle GHS-Kategorien) korrekt vorhersagen. Die Einbindung in eine der umfangreichen Testbatterien (nach dem sogenannten Top-down - oder Buttom-up-Approach) ist für unser Verfahren daher nicht notwendig. Ein Arbeitsschwerpunkt am UKE ist die Entwicklung eines humanen 3-D-Konjunktiva-Zellkultursystems, welches das Ausmaß konjunktivaler Begleitschäden nach topischer Applikation von Chemikalien erfassen soll. Die Laufzeit des hier beantragten Projektes beträgt 24 Monate und gliedert sich in 4 Arbeitspakete. Wichtige Meilensteine der ersten beiden Arbeitspakete sind Aufbau eines konjunktivalen Zellkultursystems, Erstellung eines Standardprotokolls, der Nachweis der Reproduzierbarkeit sowie die Entwicklung eines vorläufigen Prädiktionsmodells für die Prüfung konjunktivaler Schäden. Projektziel der folgenden Phase ist ein erfolgreicher Methodentransfer in die anderen Labore. In der 4. Projektphase wird eine multiple Endpoint-Analyse (endgültiges Prädiktionsmodell) auf Basis der bei allen Verbundpartnern entwickelten Methoden und ihre Relevanz anhand ausgewählter Chemikalien überprüft.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 2 Biologie,Chemie durchgeführt. Ziel des Gesamtverbundvorhabens ist der vollständige Ersatz des Draize-Augenirritationstests durch ein neuartiges mechanistisches Testsystem, basierend auf biotechnologisch hergestellten Hemikornea- und Konjunktivaäquivalenten. Das Verfahren beruht auf einer multiplen Endpoint-Analyse und soll das augenirritierende Potential von Chemikalien differenziert und in all seinen Abstufungen (alle GHS-Kategorien) korrekt vorhersagen. Der Arbeitsschwerpunkt der Universität Bremen ist die Entwicklung eines Hemi-Korneamodells, das eine künstliche Bowmanns-Membran zur Trennung von Epithel und Stroma nach Fertigstellung einschließt. Für die Dauer des beantragten Projektes sind 24 Monate geplant. Es gliedert sich in 4 Arbeitspakete: Entwicklung einer Methode zur Trennung von Epithel und Stroma nach Fertigstellung und Reproduzierbarkeit der Methode anhand Positiv und Negativkontrollen. Ermittlung geeigneter Testparameter und Überprüfung der Methode anhand ausgewählter Testsubstanzen. Erstellung eines vorläufigen Prädiktionsmodells. Projektziel der folgenden Phase ist ein erfolgreicher Methodentransfer in mindestens eines der anderen beteiligten Labore. In der 4. Projektphase wird eine multiple Endpoint-Analyse auf Basis der bei allen Verbundpartnern entwickelten Methoden und ihre Relevanz anhand ausgewählter Chemikalien überprüft. Letzter Meilenstein ist die Erstellung eines endgültigen Prädiktionsmodells.
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 "Gentoxischer Wirkmechanismus von Fein- und Ultrafeinstäuben in der Lunge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) durchgeführt. An vielen Arbeitsplätzen (z. B. Bauindustrie, Metallindustrie) besteht eine Belastung mit Stäuben, deren lungenschädigende Wirkung (Fibrose, Krebs) seit längerem national und international diskutiert wird. Experimentell wurde nach Inhalation vor allem eine lungenkrebserzeugende Wirkung von ultrafeinen Partikeln (Ruß, Titandioxid) beobachtet, während nach intratrachealer Instillation auch größere Staubpartikel krebserzeugend waren (F 1843). Der Mechanismus der kanzerogenen Wirkung von Partikeln in der Lunge ist derzeit noch weitgehend unbekannt (sekundäre Gentoxizität durch Entzündungsreaktionen? direkte Gentoxizität durch Partikel selbst? Übersicht bei Knaapen et al. (2004)). In geeigneten Systemen (Lungenepithelien als Zielzellen der Kanzerogenität, in-vitro, in-vivo) soll geprüft werden, welche Partikel welche gentoxische Wirkung induzieren. Gegebenenfalls sollte auch geprüft werden, ob die Anwesenheit von Entzündungszellen (Granulozyten) die gentoxische Antwort modifiziert (siehe auch Johnston 2000 zu Untersuchungen mit Quarz und amorpher Kieselsäure). Derartige Fragen werden zur Zeit in einem Arbeitskreis von MAK-Kommission und Unterarbeitskreis UA III im AGS diskutiert.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von InSCREENeX GmbH durchgeführt. In der präklinischen Entwicklung von Arzneimitteln, insbesondere bei der Bestimmung des pharmakokinetischen Verhaltens von Arzneistoffen, u.a. bei deren Resorption, aber auch in der In-vitro-Bewertung der Bioverfügbarkeit von Fertigarzneimitteln, werden vorrangig tierexperimentelle Studien durchgeführt, sodass ein hoher Bedarf an validen Alternativmethoden besteht. Das Projektziel dieses interdisziplinären Verbundvorhabens ist daher die Entwicklung eines zellbasierten, organotypischen und dynamischen In-vitro-Testsystems zur Bestimmung der transmukosalen Resorption von Wirkstoffen, welches die Funktion der humanen nasalen Schleimhaut in Gänze (morphologisch und funktionell) abbildet. Hierzu werden von den entscheidenden Zelltypen der humanen Nasenschleimhaut neue immortalisierte Zelllinien etabliert, die eine hohe Gewebsähnlichkeit aufweisen. Zusätzlich wird ein membranbasiertes, mikrofluidisches Chipsystem etabliert, das zum einen die Co-Kultivierung nasaler Epithelzellen und Becherzellen zulässt, sodass eine mukoziliäre Clearance-Funktion im In-vitro-Gewebe abgebildet werden kann, und zum anderen im basolateralen Kompartiment eine dynamische Akzeptorführung zur Simulation von Arzneistofftransportbedingungen wie in-vivo schafft. Als technisches Äquivalent der nasalen Mukosa wird das Mikrochipsystem so entwickelt, dass die Zellkultivierung unter respirationsähnlichen Strömungen erfolgen kann. Daneben erlaubt eine integrierte Messsensorik (Impedanzmessung) die qualitätssichernde Überprüfung der Barrierefunktion des artifiziellen Gewebes während der gesamten Testphase. Durch diesen ganzheitlichen Ansatz eines Mikrochipsystems und der Möglichkeit den Read-Out der Messsensorik zu automatisierten soll das In-vitro-Testsystem vor allem industrielle Anwendbarkeit erfahren.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Pharmazeutische Technologie durchgeführt. In der präklinischen Entwicklung von Arzneimitteln, insbesondere bei der Bestimmung des pharmakokinetischen Verhaltens von Arzneistoffen, u.a. bei deren Resorption, aber auch in der In-vitro-Bewertung der Bioverfügbarkeit von Fertigarzneimitteln, werden vorrangig tierexperimentelle Studien durchgeführt, sodass ein hoher Bedarf an validen Alternativmethoden besteht. Das Projektziel dieses interdisziplinären Verbundvorhabens ist daher die Entwicklung eines zellbasierten, organotypischen und dynamischen In-vitro-Testsystems zur Bestimmung der transmukosalen Resorption von Wirkstoffen, welches die Funktion der humanen nasalen Schleimhaut in Gänze (morphologisch und funktionell) abbildet. Hierzu werden von den entscheidenden Zelltypen der humanen Nasenschleimhaut neue immortalisierte Zelllinien etabliert, die eine hohe Gewebsähnlichkeit aufweisen. Zusätzlich wird ein membranbasiertes, mikrofluidisches Chipsystem etabliert, das zum einen die Co-Kultivierung nasaler Epithelzellen und Becherzellen zulässt, sodass eine mukoziliäre Clearance-Funktion im In-vitro-Gewebe abgebildet werden kann, und zum anderen im basolateralen Kompartiment eine dynamische Akzeptorführung zur Simulation von Arzneistofftransportbedingungen wie in-vivo schafft. Als technisches Äquivalent der nasalen Mukosa wird das Mikrochipsystem so entwickelt, dass die Zellkultivierung unter respirationsähnlichen Strömungen erfolgen kann. Daneben erlaubt eine integrierte Messsensorik (Impedanzmessung) die qualitätssichernde Überprüfung der Barrierefunktion des artifiziellen Gewebes während der gesamten Testphase. Durch diesen ganzheitlichen Ansatz eines Mikrochipsystems und der Möglichkeit den Read-Out der Messsensorik zu automatisierten soll das In-vitro-Testsystem vor allem industrielle Anwendbarkeit erfahren.
Das Projekt "Humane in vitro Modelle in der Umweltmedizin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Klinikum Mannheim, Universitäts HNO-Klinik durchgeführt. Ziel, Fragestellung, Hypothesen und Aufgaben: Validierung von in vitro Modellen, auf der Basis humaner Zellen und Zellinien am Beispiel des Umweltschadstoffes Formaldehyd, zur Identifikation adverser Effekte, verursacht von Umweltfaktoren, und deren Risikobewertung beim Menschen. Bisherige Ergebnisse/Zwischenergebnisse: Im Rahmen dieses Projektes wurden humane Zellkulturmodelle (nasale Epithelzellen und Fibroblasten, dermale Keratinozyten und Fibroblasten, intestinale Epithelzellen, neuronale Zellen) etabliert, mit deren Hilfe Effekte verschiedener unterschwelliger Schadstoffkonzentrationen untersucht wurden. Aus mehreren Gründen wurde hierfür Formaldehyd als Modellsubstanz ausgewählt. Zum einen handelt es sich um eine weltweit am meisten verwendete Chemikalie (z.B. als Desinfektionsmittel, zur Konservierung biologischer Materialien, Bindemittel in Baustoffen oder Bestandteil des Zigarettenrauches) mit einer Jahresproduktion von ca. 5 Mio. t. Zum anderen liegen über Formaldehyd bereits eingehende Kenntnisse über DNA-schädigende und toxische Wirkungen vor. Es wurden verschiedene Parameter wie z.B. Proliferationsverhalten, Cytotoxizität, DNA- und Chromosomenschäden, Cytoskelettveränderungen und Mediatorsynthese erfasst. Hierfür wurden moderne Zellkulturtechniken, fluorometrische Messtechniken und immunologische Analysemethoden etabliert und validiert. Insbesondere konnten Zellkulturmodelle für normale nasale Epithel- und epidermale Zellen, für nasale, epidermale und intestinale Tumorepithelzellen, für nasale, dermale Bindegewebszellen sowie embryonale und differenzierte neuronale Zellen etabliert werden. Hierfür wurden insbesondere die geeigneten und benötigten Methoden der Zellkulturtechniken und Zelllinien sowie Analyseverfahren etabliert. Für die Bestimmung der Vitalität wurden einerseits mikroskopische Beurteileilungen der Zellen vorgenommen. Andererseits wurde der fluorometrische Alamar Blue-Test für quantitative Bewertungen herangezogen. Das Proliferationsverhalten der Zellen noch variabler Formaldehydexposition wurde mittels Alamar Blue-Assay quantifiziert. Immunhistochemisch wurde die Expression des Proteins KI-67 nachgewiesen. Die Synthese der Zytokine Interleukin-l und Interleukin-8 wurden mittels kommerzieller EUSA quantifiziert. Mittels Immunhistologie und immuncytolgischer Methoden wurden die Expression von Differnzierung-, Proliferations- und Mitosesmarkern (Involucrin, Loricrin, KI-67, HSP-72, HSP, 27, p53,) sowie die Intermediärfilamente des Zytoskeletts (Cytokeratine 1,4,5,6,7, 8, 10, 13, 14, 16, 17. 18, 19 und 20 sowie Vimentin, a-Intemexin und GFAP) untersucht. Die Effekte von Formaldehyd wurden in einem breiten Konzentrationsbereich (von 10-3 bis 10-16 M) sowie für unterschiedliche Expositionszeiten (1 bis 8 Stunden) an verschiedenen Zelltypen (Epithelzellen, Tumorepithelzellen, Bindegewebszellen und neuronalen Zellen) untersucht. ...
Das Projekt "Entwicklung eines in vitro-Testsystems zur Prüfung der Kanzerogenität von Chemikalien im hohen Durchsatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Institut für Lebensmitteltoxikologie und Chemische Analytik, Abteilung Lebensmitteltoxikologie und Ersatz- , Ergänzungsmethoden zum Tierversuch durchgeführt. Ob Chemikalien krebserregend wirken, wird in Kanzerogenitätsstudien ermittelt. Solche Studien klären, ob eine Substanz über einen Zeitraum von zwei Jahren zur Ausbildung von Krebserkrankungen in einem Nagetier führt. Der Aufwand solcher Studien ist beträchtlich, denn deren Vorbereitung, Durchführung und Auswertung dauern etwa drei Jahre bei einem Finanzbedarf von durchschnittlich 1 Mio. € pro Studie. Nach der EU-Chemikalienverordnung (REACH) wird eine Bewertung vieler Chemikalien hinsichtlich ihres kanzerogenen Potenzials in den nächsten Jahren notwendig sein, so dass man mit einer steigenden Zahl an Kanzerogenitätsstudien in Säugetieren rechnen muss. Abhilfe könnten in diesem Zusammenhang in vitro-Tests liefern, die reproduzierbar bestimmte Kriterien der malignen Transformation prüfen. Der BALB/c-3T3-Zelltransformationstest und der Weichagar-Assay sind zwei gut etablierte in vitro-Systeme, die kombiniert eine einfache quantitative Analyse des krebserregenden Potenzials von Chemikalien ermöglichen könnten. Der BALB/c-3T3-Zelltransformationstest basiert darauf, dass BALB/c-3T3 Zellen, die durch eine Inkubation mit Chemikalien transformiert werden, nach Verlust der Zell-Zell-Kontaktinhibition Herde bilden. Dabei dient die Zahl der gebildeten Zellherde als Maß für das transformierende Potenzial der jeweils getesteten Substanz. Mit Hilfe des Weichagar-Assays kann eindeutig festgestellt werden, ob Epithelzellen maligne transformiert sind. Nicht transformierte Epithelzellen benötigen zum Überleben den Kontakt zu benachbarten Zellen sowie zu einem Wachstumssubstrat. Beim Wegfallen dieser Bedingungen wird in den nicht transformierten eine bestimmte Form von programmiertem Zelltod, die Anoikis, ausgelöst. Dagegen können sich maligne transformierte Epithelzellen ohne weiteres in Weichagar vermehren. Obwohl der Weichagar-Koloniebildungs-Assay als 'Gold-Standard' für den Nachweis einer malignen Zelltransformation gilt, wurde er bisher nicht in Testsysteme zur Prüfung der krebserregenden Wirkung von Chemikalien integriert. Eine Vielzahl von potenziell krebserregenden Chemikalien entfaltet erst nach einer metabolischen Aktivierung, die durch verschiedene fremdstoffmetabolisierende Enzyme katalysiert werden kann, ihr tumorigenes Potenzial. Somit sollten neu zu entwickelnde in vitro-Testverfahren, die die in vivo-Situation aus metabolischer Sicht weitestgehend wiedergeben sollen, unbedingt einen solchen Metabolisierungsschritt beinhalten. Ziel des Gesamtvorhabens ist, den BALB/c-3T3-Zelltransformationstest mit dem Weichagar-Assay zu kombinieren. Dabei soll in einem ersten Schritt ein Metabolisierungssystem an den BALB/c-3T3-Zelltransformationstest gekoppelt werden. Die anschließende Kombination der zwei oben genannten Assays soll erstmalig die in vitro-Prüfung von Chemikalien hinsichtlich ihres krebserregenden Potenzials in hohem Durchsatz ermöglichen und dadurch zu einer wesentlichen Reduktion der Zahl der Tierversuche führen.
Das Projekt "Schaedigung des mucociliaeren Transportes der oberen Atemwege durch Umweltchemikalien: Entwicklung eines in-vitro-Testmodells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, HNO-Klinik durchgeführt. Waehrend in den letzten Jahren die SO2-Belastung in Rheinland-Pfalz ruecklaeufig war, ist die Belastung durch photochemischen Smog nach wie vor hoch. Die maximalen Halbstundenmittelwerte fuer die Jahre 1993 und 1994 lagen fuer Ozon an den verschiedenen Messstationen zwischen 162 und 370 Mikrogramm/m3, die entsprechenden NOx-Werte (also die der Ozonvorlaeufersubstanzen) lagen zwischen 130 und 1574 Mikrogramm/m3. Ziel dieser Untersuchung ist es, das akute Schaedigungspotential von Ozon auf das mucociliaere Transportsystem in einem humanen in vitro-Testsystem zu untersuchen. Dafuer wurde die Taetigkeit der Cilien von Epithelzellen des Respirationstraktes vor und nach zweistuendiger Ozonexposition untersucht. Die applizierten Dosen betrugen 100, 500 und 1000 Mikrogramm Ozon/m3 Luft. Diese Ergebnisse wurden mit der mucociliaeren Transportleistung der Nase bei in vivo Expositionen an freiwilligen Probanden (10, 100 und 500 Mikrogramm Ozon/m3 Luft) verglichen. Zu diesem Zweck wurde vor und nach nasaler Ozonexposition ein Saccharin-dye Test durchgefuehrt. Die Kontrollgruppe wurde mit Raumluft exponiert. Ozon zeigte in keiner der untersuchten Konzentrationen eine statistisch signifikante Veraenderung der untersuchten Parameter. Darueber hinaus wurden Untersuchungen ueber die Ciliartaetigkeit bei Belastung mit Formaldehyd in den Konzentrationen 100, 500 und 5000 Mikrogramm/m3 und mit 2,4 Toluylendiisocyanat in den Konzentrationen 10, 100 und 500 Mikrogramm/m3 durchgefuehrt. Dabei fuehrte allein Formaldehyd in einer Konzentration von 5000 Mikrogramm/m3 zu einer signifikanten Abnahme der Ciliarfrequenz.
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| Förderprogramm | 56 |
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