Direkte und indirekte Genotoxizität alveolengängiger Betonitpartikel in Abhängigkeit ihrer Varietäten in vitro

Seit der Einstufung von reinem Quarzstaub als Humankanzerogen wird die Kanzerogenität bzw. Genotoxizität verschiedener Varietäten quarzhaltiger Staubgemische kontrovers diskutiert. Zu diesen zählen auch die weit verbreiteten quarzhaltigen Tonerdemineralien wie Bentonite. Das Ziel dieser Arbeit war es, direkte und indirekte genotoxische Wirkungen alveolengängiger Bentonitpartikel mit Quarzgehalten bis zu 6 % und verschiedenen Modifikationen (alkalisch, sauer, organisch) in kultivierten humanen Lungenfibroblasten (IMR90) zu ermitteln. Dabei wurden auch die zelluläre Partikelaufnahme und das zytotoxische Potenzial untersucht. Bei allen Bentonitproben wurde Pyrogenfreiheit nachgewiesen, wodurch eine Beeinflussung durch andere biologisch aktive Substanzen ausgeschlossen werden konnte. Bei Untersuchungen mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigte sich, dass alkalisch modifizierte Partikel besser aufgenommen werden als unbehandelte und Zellkompartimente wie der Zellkern unberührt bleiben. Zellzahlbestimmungen ergaben, dass modifizierte Bentonite mit höheren Quarzgehalten eine stärkere zytotoxische Wirkung besitzen als Rohbentonite oder Bentonite mit Quarzgehalten <4 %. Diese Wirkung ist vor allem auf membranschädigende Effekte zurückzuführen. Die Bildung von Mikrokernen als Indikator für die genotoxische Wirkung war nur in wenigen Fällen erhöht (p <0,05) und trat häufiger bei modifizierten Bentoniten mit höheren Quarz- und Metallgehalten nach 48- und 72-stündiger Inkubation auf. Bentonite mit höheren Quarz-/Metallgehalten neigten eher zu klastogenen Effekten, was auf eine oxidative Schädigung hindeutet. Die Bildung azellulär gemessener reaktiver Sauerstoffverbindungen (ROS) stand in Relation zum Metallgehalt und zur Bildung von Mikrokernen. Darüber hinaus ergeben sich durch den Rückgang der Mikrokernbildung nach Eisenchelatorzugabe Hinweise auf die Präsenz intrazellulärer eisengenerierter ROS. Diese Zusammenhänge verdeutlichen, dass ROS im Wirkungsmechanismus der Bentonite eine Schlüsselfunktion einnehmen. Die Freisetzung von Zytokinen war in den makrophagenähnlichen THP1- und MonoMac6-Zellen sehr gering, so dass sich daraus allein keine nennenswerte inflammatorische Wirkung ableiten läst. Der genomische Schaden reichte nicht aus, um Apoptose in signifikanter Weise auszulösen. Hier traten nekrotische Effekte deutlicher hervor. Es bleibt festzuhalten, dass Bentonite mit höheren Quarzgehalten (≥4 %) in Abhängigkeit vom Metallgehalt (vorwiegend Eisen) einen geringfügigen genomischen Schaden in IMR90-Zellen auslösen können. Die chemische Modifikation scheint erst im Zusammenwirken mit einem hohen Quarzgehalt einen maßgeblichen Einfluss auf die zellulären Effekte zu haben. Ob die vorgefundenen Indizien auch zur Auslösung mutagener bzw. kanzerogener Prozesse beitragen können, bleibt in nachfolgenden Studien zu klären

ROS-mediated genotoxicity of asbestos-cement in mammalian lung cells in vitro

Asbestos is a known carcinogen and co-carcinogen. It is a persisting risk in our daily life due to its use in building material as asbestos-cement powder. The present study done on V79-cells (Chinese hamster lung cells) demonstrates the cytotoxic and genotoxic potential of asbestos-cement powder (ACP) in comparison with chrysotile asbestos. A co-exposure of chrysotile and ACP was tested using the cell viability test and the micronucleus assay. The kinetochore analysis had been used to analyse the pathway causing such genotoxic effects. Thiobarbituric acid-reactive substances were determined as evidence for the production of reactive oxygen species. Both, asbestos cement as well as chrysotile formed micronuclei and induced loss of cell viability in a concentration- and time- dependent way. Results of TBARS analysis and iron chelator experiments showed induction of free radicals in ACP- and chrysotile exposed cultures. CaSO(4 )appeared to be a negligible entity in enhancing the toxic potential of ACP. The co-exposure of both, ACP and chrysotile, showed an additive effect in enhancing the toxicity. The overall study suggests that asbestos-cement is cytotoxic as well as genotoxic in vitro. In comparison to chrysotile the magnitude of the toxicity was less, but co-exposure increased the toxicity of both