Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radiologische Onkologie durchgeführt. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die Wirkung niedriger, mittlerer und hoher Dosen ionisierender Strahlung in einem Bereich zwischen 0,2 Gy und 16 Gy auf mikrovaskuläre Endothelzellen (mECs) gewonnen aus unterschiedlichen Normalgeweben zu studieren. Im Besonderen sollen die Interaktionen zwischen mikrovaskulären ECs und Immuneffektorzellen in vitro und im Mausmodell untersucht werden. Wir werden uns auf Herz, Subkutis, Leber (Sievert et al. 2014; Hildebrandt et al. 1998) und die Lunge als Hochrisiko-Organe konzentrieren. Aufklärung der funktionellen und phänotypischen Änderungen von pathogener Relevanz in mikrovaskulären Endothelzellen (mECs) isoliert aus Herz, Haut, Leber und Lunge (Sievert et al. 2014). Interaktion von mECs (nicht bestrahlt und bestrahlt) mit Subpopulationen von Leukozyten. Erfassung der histologischen und immunhistologischen Änderungen von nicht bestrahlten und mit niedrigen Dosen bestrahlten mECs. Vergleichende Proteom- und Transkriptom-Anlalyse von mECs aus nicht bestrahlten Geweben. Integrierung der Daten zu einem Modell über den biologischen Mechanismus der strahleninduzierten Pathogenese (Azimzadeh et al. 2015).
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Anatomie durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, ein Prüfsystem für neue 'Biologicals' zu schaffen. Dieses Prüfsystem kann den prädiktiven Wert insbesondere von Affenexperimenten für die Zulassung von 'first-in-human' Phase I-Studien vor Versuchsbeginn bestimmen. Darüber hinaus kann dieses System auch für die bislang meist in Mäusen durchgeführte immunologische Grundlagenforschung eingesetzt werden, um nicht von Speziesunterschieden verfälschte Konzepte für das humane Immunsystem zu entwickeln. Schließlich können sich Hinweise für prinzipielle Wirkunterschiede bestimmter Antikörpersubklassen im Primaten versus Menschen ergeben, so dass es wenig Sinn macht, solche Pharmaka zukünftig überhaupt in Affen zu testen. Der methodische Ansatz ist dabei so gewählt, dass durch die Kombination der Methoden (Live-Imaging, Zellisolation aus Schnittkulturen, MACS, FACS, ELISA, Gen-Array) völlig neue, im Tierexperiment nicht durchführbare Analysen möglich werden. Humane Tonsillenkulturen werden zunächst TGN1412, dann mit weiteren mAbs behandelt und die Effekte mittels ELISA anhand der Überstände, die sequentiell über mehrere Tage aus derselben Kultur gewonnen werden, analysiert. Als Kontrollsubstanz kommt das klinisch schon eingesetzte Muronomab zum Einsatz. Zusätzlich werden durchflußzytometrische Veränderungen der Expression von Oberflächenproteinen auf verschiedenen Leukozytenpopulationen dargestellt. Durch Arrays, von aus der Schnittkultur isolierten Zellen, werden Expressionveränderungen von Kandidatengenen untersucht, aber auch unerwartete Gene erfaßt, die dann alle durch qPCR validiert werden. Die Verwertung der angestrebten Innovation liegt in der Grundlagenforschung und Zulassung für die klinische Prüfung von Pharmaka. Aufgrund unserer bisherigen Erfahrung können wir davon ausgehen, dass sich unsere Methode wegen der dem Tierexperiment weit überlegenen Analysemöglichkeiten nach entsprechenden Publikationen verbreiten wird. Nach der Validierungsphase möchten wir die Methode gezielt verbreiten
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TWINCORE Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, ein Prüfsystem für neue 'Biologicals' zu schaffen. Dieses Prüfsystem kann den prädiktiven Wert insbesondere von Affenexperimenten für die Zulassung von 'first-in-human' Phase I-Studien vor Versuchsbeginn bestimmen. Darüber hinaus kann dieses System auch für die bislang meist in Mäusen durchgeführte immunologische Grundlagenforschung eingesetzt werden, um nicht von Speziesunterschieden verfälschte Konzepte für das humane Immunsystem zu entwickeln. Schließlich können sich Hinweise für prinzipielle Wirkunterschiede bestimmter Antikörpersubklassen im Primaten versus Menschen ergeben, so dass es wenig Sinn macht, solche Pharmaka zukünftig überhaupt in Affen zu testen. Der methodische Ansatz ist dabei so gewählt, dass durch die Kombination der Methoden (Live-Imaging, Zellisolation aus Schnittkulturen, MACS, FACS, ELISA, Gene Array) völlig neue, im Tierexperiment nicht durchführbare Analysen möglich werden. Humane Tonsillenkulturen werden zunächst TGN1412, dann mit weiteren mAbs behandelt und die Effekte mittels ELISA anhand der Überstände, die sequentiell über mehrere Tage aus derselben Kultur gewonnen werden, analysiert. Als Kontrollsubstanz kommt das klinisch schon eingesetzte Muronomab zum Einsatz. Zusätzlich werden durchflusszytometrische Veränderungen der Expression von Oberflächenproteinen auf verschiedenen Leukozytenpopulationen dargestellt. Durch Arrays, von aus der Schnittkultur isolierten Zellen, werden Expressionsveränderungen von Kandidatengenen untersucht, aber auch unerwartete Gene erfasst, die dann alle durch qPCR validiert werden. Die Verwertung der angestrebten Innovation liegt in der Grundlagenforschung und Zulassung für die klinische Prüfung von Pharmaka. Aufgrund unserer bisherigen Erfahrung können wir davon ausgehen, dass sich unsere Methode wegen der dem Tierexperiment weit überlegenen Analysemöglichkeiten nach entsprechenden Publikationen verbreiten wird. Nach der Validierungsphase möchten wir die Methode verbreiten.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München, Institut für Strahlenbiologie durchgeführt. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die Wirkung niedriger, mittlerer und hoher Dosen ionisierender Strahlung in einem Bereich zwischen 0,2 Gy und 16 Gy auf mikrovaskuläre Endothelzellen (ECs) gewonnen aus unterschiedlichen Normalgeweben zu studieren. Im Besonderen sollen die Interaktionen zwischen mikrovaskulären ECs und Immuneffektorzellen in vitro und im Mausmodell untersucht werden. Wir werden uns auf Herz, Subkutis, Leber (Hildebrandt et al. 1998) und die Lunge als Hochrisiko-Organe konzentrieren. Aufklärung der funktionellen und phänotypischen Änderungen von pathogener Relevanz in mikrovaskulären Endothelzellen (mECs) isoliert aus Herz, Haut, Leber und Lunge. Interaktion von mECs (nicht bestrahlt und bestrahlt) mit Subpopulationen von Leukozyten. Erfassung der histologischen und immunhistologischen Änderungen von nicht bestrahlten und mit niedrigen Dosen bestrahlten mECs. Vergleichende Proteom- und Transkriptom-Analyse von ECs aus nicht bestrahlten Geweben. Integrierung der Daten zu einem Modell über den biologischen Mechanismus der strahleninduzierten Pathogenese.
Das Projekt "Einfluss von UVB-Strahlung auf das Gefaessbett der Haut und daraus resultierende Wirkung auf die zellulaere Immunabwehr" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Dermatologische Klinik und Poliklinik durchgeführt. Zur Beurteilung von UVB-Belastung und Schutzmassnahmen der Haut wird seit Jahrzehnten die minimale Erythemdosis (MED), d.h. eine sichtbare Hautroetung herangezogen, die jedoch keinerlei funktionellen Zusammenhang mit UVB-induzierter Krebserzeugung oder Stoerung des Immunsystems aufweist. Es sollen daher erstmals direkte Messungen der UV-Penetration an vitaler menschlicher Haut durchgefuehrt werden und unmittelbar mit der gleichzeitig zu bestimmenden MED verglichen werden. Damit kann die UV-Dosis, die tatsaechlich bis zu den Blutgefaessen der Haut vordringt genau bestimmt werden, waehrend sie bislang nur indirekt geschaetzt werden konnte. Unter Einsatz dieser UV-Dosis sind funktionelle Untersuchungen geplant, die Aufschluss ueber UVB-induzierte Veraenderungen des Immunsystems geben koennen. Dabei spielt die Interaktion der weissen Blutkoerperchen (Leukozyten) mit den Zellen, die die Blutgefaesse der Haut auskleiden (mikrovaskulaere Endothelzellen) eine entscheidende Rolle. Hier konnte bereits durch Vorarbeiten in vitro gezeigt werden, dass UV-bestrahlte Endothelzellen in der Lage sind, das Anhaften von Leukozyten gezielt zu steuern. Von den Untersuchungen ist nicht nur ein genaueres Verstaendnis zellulaerer Immunvorgaenge unter UVB-Bestrahlung zu erwarten, sondern namentlich auch eine direkte funktionelle Abschaetzung der UV-Belastung (Penetration) sowie eine direkte Ueberpruefung wirkungsvoller Sonnenschutzmassnahmen.
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 "Untersuchungen zum Nachweis von genotoxischen Umweltschadstoffen mit der Einzelzell-Gelelektrophorese an menschlichen Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Abteilung Klinische Genetik durchgeführt. Die Einzelzellgelelektrophorese (SCG-Technik) ist der zur Zeit empfindlichste Kurzzeittest zum Nachweis genotoxischer Substanzen in einzelnen Zellen. Diese schnelle und empfindliche Methode eignet sich zur direkten Quantifizierung von DNA-Schaeden und DNA-Reparatur in individuellen Zellen in vitro und in vivo. (Neben seiner hohen Empfindlichkeit hat dieser Test gegenueber anderen den Vorteil, dass DNA-Schaeden in Einzelfaellen von Zellkulturen oder Geweben nachgewiesen werden koennen. Es eignen sich sowohl profilierende als auch nicht-profilierende Zellen und es werden nur wenige Zellen fuer den Test benoetigt.) Fuer die Zukunft zeichnet sich ein vielversprechender Einsatz dieser Methode im Biomonitoring ab. Das hier geplante Projekt soll zur Validierung der Methode beitragen und die Basis fuer die Interpretation von in vivo-Befunden liefern. Menschliche Lymphozyten und Fibroblasten sollen in vitro mit mutagenen Kanzerogenen behandelt werden. Dabei sollen Substanzen eingesetzt werden, die sich im Spektrum der induzierten DNA-Schaeden und der durch sie aktivierten Reparaturprozesse unterscheiden. Es soll untersucht werden, wie lange die induzierten Schaeden durch die SCG-Technik in profilierenden Zellen nachgewiesen werden koennen. Darueber hinaus soll geklaertwerden, welchen Einfluss Metalle auf die Haeufigkeit und die Persistenz dieser Schaeden haben. Die Untersuchungen koennen Hinweise darauf liefern, ob kanzerogene Metallverbindungen die Reparatur induzierter DNA-Schaeden behindern und auf diese Weise einen indirekten genotoxischen Effekt haben. Es wurden Untersuchungen mit der Einzelzellgelelektrophorese (SCG-Test oder Comet Assay) durchgefuehrt, um Aufschluesse ueber einen Einsatz dieser Methode im Rahmen von Biomonitoring-Studien zu erhalten. Fruehere Untersuchungen hatten gezeigt, dass der SCG-Test eine sehr sensitive Methode zum Nachweis eines breiten Spektrums von DNA-Schaeden in vivo und in viotro ist. Im Rahmen dieses Projektes konnte zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass starke koerperliche Belastung zu DNA-Veraenderungen fuehrt, die mit dem SCG-Test erfasst werden koennen. Ein Mehrstufentest auf dem Laufband fuehrte zu einer deutlichen Zunahme von DNA-Strangbruechen in Leukozyten. Dieser Effekt trat mit zeitlicher Verzoegerung auf und betraf die Mehrzahl der untersuchten Zellen. Da eine Zunahme von DNA-Schaeden nur nach starker koerperlicher Belastung unter anaeroben Stoffwechselbedingungen auftrat, wurde oxidativer Stress als Ursache vermutet. Tatsaechlich konnten die Autoren zeigen, dass die Einnahme von Vitamin E vor dem Lauf den DNA-schaedigenden Effekt verhindert. Diese Ergebnisse geben einen wichtigen Hinweis auf die Bedeutung freier Radikale als Ursache der DNA-Schaedigung nach koerperlicher Belastung. In einer ersten Populationsstudie mit dem SCG-Test konnte nachgewiesen werden, dass Muelldeponiearbeiter gegenueber einem Kontrollkollektiv vermehrt DNA-Effekte im SCG-Test aufweisen...
Das Projekt "Entwicklung von Guidelines zur (immun)toxikologischen Charakterisierung von medizinischen Nanopartikeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON) durchgeführt. Vorhabenziel: Um die Translation von medizinischen Nanopartikeln vom Tiermodell in die Patientenbehandlung erreichen zu können, müssen diese umfassend toxikologisch analysiert werden. Da medizinische Nanopartikel häufig ins Blutsystem appliziert werden, müssen vor allem die Reaktionen mit Leukozyten, die die Immunreaktionen des Körpers vermitteln, analysiert werden. Bislang gibt es in Europa im Gegensatz zu den USA keine verbindlichen Richtlinien für diesbezügliche immunotoxikologische Testungen. Die bilaterale Zusammenarbeit mit dem Referenzzentrum der USA, dem 'Nanotechnology Characterization Laboratory' (NCL), bietet uns nun die einmalige Gelegenheit, die komplexen Textsysteme und Assaykaskaden des NCL kennenzulernen und auch in Deutschland zu etablieren. Ziel ist die Entwicklung von standardisierten Guidelines (SOPs) am Beispiel des NCL im Sinne der pränormativen Forschung. Arbeitsplanung: Zur Initialisierung der gemeinsamen Arbeiten soll 2014 ein bilateraler Workshop im NCL stattfinden, um einen Wissenstransfer zwischen den Partnern anzuregen. 2015 ist ein dreimonatiger Gastaufenthalt im NCL geplant, um den Workflow des NCL zu erlernen. Schließlich soll anhand von SPION als Testpartikelsystem die Assaykaskade des NCL durchlaufen werden mit dem Ziel der Etablierung und Formulierung eigener standardisierter immuntoxikologischer Testprotokolle und der Erstellung von Risikoprofilen. Ende 2015 ist ein weiteres Treffen in Erlangen zur Veröffentlichung der Ergebnisse geplant.
Das Projekt "Entwicklung und Anwendung miniaturisierter und automatisierter Testverfahren zur humantoxikologischen und oekotoxikologischen Bewertung von Schadstoffen in Umweltproben - Projektteil: Humantoxikologische Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Medizinische Fakultät, Institut für Physiologische Chemie, Abteilung für Bioenergetik durchgeführt. Ziel: Entwicklung eines humandiagnostischen Testverfahrens fuer Schadstoffexpositionen am Beispiel der Exposition gegenueber partikelgebundenen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK). Der Test beruht auf der Bestimmung eines Effektbiomarkers in Leukozyten. Versuchsansatz: - Schadstoffexposition durch orale Aufnahme PAK-kontaminierter Bodenpartikel im Tiermodell (Ratte). - Bestimmung der Induktion des schadstoffmetabolisierenden Cytochrom P450-Enzyms CYP1A1 als Biomarkereffekt in Leber und Leukozyten mit enzymatischen und immunchemischen Methoden. - Vergleich der Enzyminduktion mit den applizierten und in verschiedenen Geweben bestimmten PAK. - Vergleich der Enzyminduktion mit Ergebnissen oekotoxikologischer Testverfahren im Zuge der Risikoabschaetzung. - Automatisierung des Testsystems zur Analyse der CYP1A1-Induktion in Humanleukozyten. Ergebnisse: - Fuer die Analysen konnten monoklonale Antikoerper selektiert werden, die CYP1A1 spezifisch und speziesuebergreifend (Mensch, Ratte) erkennen. - Man erhaelt sigmoide Dosis-Wirkungs-Beziehungen zwischen der Induktion von lebermikrosomalem CYP1A1 und der aufgenommenen Schadstoffmenge (bezogen auf 5- und 6-Ring PAK). - Methodische Voraussetzungen zur Detektion von CYP1A1 in Leukozyten auf der Basis eines ELISA-Tests wurden geschaffen.
Das Projekt "Chemische und biologische Untersuchungen zum allergenen Potential von Terpenen, Terpenmetaboliten und Terpenoxidationsprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Hygiene und Umweltmedizin durchgeführt. Die zunehmende Verwendung von Monoterpenen wie vor allem d-Limonen, -, -Pinen, 3-Caren und -Terpinen in Produkten aus dem Bereich der Körperpflege, terpenhaltigen Medikamenten, sowie der vermehrte Einsatz von terpenhaltigen Naturstoffen als Baumaterialien in Innenräumen bildet möglicherweise eine wesentliche Ursache für das steigende Auftreten der entsprechenden Sensibilisierungen. Zwischen 1995 und 1999 stieg die Anzahl der sensibilisierten Patienten von 0,5 auf 2,9 Prozent. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind wenig verstanden. In diesem Forschungsvorhaben sollen vergleichende in vitro und in vivo Untersuchungen Ansätze zur Klärung dieses sozialmedizinisch bedeutsamen Problems liefern. Exemplarisch sollen hierzu die Terpene - Terpinen, d-Limonen und 3-Caren auf ihr allergenes Potential für Blutleukozyten bzw. T-Lymphozyten der Haut auf polyklonaler und monoklonaler Ebene analysiert werden. Daneben soll die transiente Genexpression durch die Substanzen in Antigen-präsentierenden Zellen ermittelt werden und gleichzeitig die dafür relevanten Metabolite bzw. Oxidationsprodukte identifiziert werden. Dabei soll geklärt werden, welchen Anteil jeweils die Terpene selbst, einzelne Metabolite und Oxidationsprodukte oder Kombinationseffekte ursächlich an der enormen Steigerung der in vivo Befunde beteiligt sind. Diese Untersuchungen werden grundlegende Hinweise zum Wirkmechanismus der Substanzen liefern und dadurch Ansätze für die Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen von Monoterpenexpositionen in umweltrelevanten Konzentrationen bieten.
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