Vergleich der pulmonalen Wirkmechanismen partikulärer und faserförmiger Metall-basierter Nanomaterialien in submersen Studien und über ein air-liquid interface

Aufgrund der Weiterentwicklung in der Nanotechnologie wird ein immer breiter werdendes Spektrum an unterschiedlichen Nanomaterialien produziert. Metall-basierte Nanomaterialien sind dabei von großem Interesse, vor allem wegen ihrer antimikrobiellen Eigenschaften, der hohen Leitfähigkeit und ihrer katalytischen Funktion. Aufgrund ihrer Größe besitzen Nanomaterialien ein vergrößertes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis, weshalb von ihnen eine erhöhte Reaktivität und damit Toxizität ausgeht. Neben partikulären Materialien werden auch zunehmend faserförmige Materialien, sog. Nanowire, verwendet, die zusätzlich eine faserspezifische Wirkung aufweisen können. Durch die Vielfalt an Nanomaterialien lässt sich häufig kein einzelner Wirkmechanismus eines Materials auf andere Materialien übertragen. Das Ziel des Projekts MetalSafety, in das sich diese Arbeit eingliedert, war daher die Entwicklung von Bewertungskonzepten für Metall-basierte Nanomaterialien unterschiedlicher Morphologien. Hierzu wurden in der vorliegenden Arbeit zehn partikuläre bzw. faserförmige Metall-basierte Nanomaterialien im Hinblick auf ihre physikochemischen Eigenschaften und ihr toxikologisches Wirkprofil untersucht und verglichen. Als Zellmodelle wurde zum einen eine Monokultur aus der Bronchialepithelzelllinie Beas-2B verwendet, außerdem fand eine Kokultur aus Beas-2B-Zellen und makrophagenähnlichen differenzierten THP-1-Zellen Anwendung. Alle Materialien wurden zunächst umfassend charakterisiert, wobei der Fokus auf der Löslichkeit der Materialien in künstlichen physiologischen Medien lag. Die intrazelluläre Freisetzung von Metallionen wurde weiterhin in beiden Zelllinien bestimmt. Dabei zeigte sich eine hohe Verfügbarkeit aller Kupfer-basierter Materialien, unabhängig von Morphologie und Zellsystem. Silber- und Nickel-basierte Materialien wiesen hingegen nur eine moderate Freisetzung von Metallionen auf, wobei sowohl eine Morphologie-Abhängigkeit als auch eine Abhängigkeit von der Zelllinie beobachtet wurde. Hierbei wurde eine vermehrte Aufnahme in makrophagenähnliche Zellen gefunden, wodurch auf einen phagozytotischen Aufnahmemechanismus geschlossen werden kann. Unlösliche Partikel wie TiO2 NP und CeO2 NP zeigten wie erwartet eine vernachlässigbar geringe Freisetzung von Metallionen. Studien zur intrazellulären Ionenverteilung zeigten starke Akkumulationen von Kupfer- und Silberionen im Zellkern der Zellen, wohingegen freigesetzte Nickelionen eher im Zytoplasma verblieben. Zur Erfassung des toxikologischen Wirkprofils wurden die Zytotoxizität und die Potenz der Materialien zur Induktion von DNA-Strangbrüchen bestimmt. Genexpressionsanalysen mittels einer Hochdurchsatz RT-qPCR-Methode dienten der Erfassung einer Aktivierung oder Hemmung von Genclustern wie Metallhomöostase, Inflammation, oxidative Stressantwort, DNA-Schadensantwort und Zellzyklusregulation. Kupfer-basierte Materialien zeigten Morphologie-unabhängige, jedoch dosisabhängige zytotoxische und genotoxische Wirkungen sowie Änderungen im Genexpressionsprofil. Letztere deuteten auf einen Mechanismus durch Ionenfreisetzung und dadurch induzierte Inflammation und oxidativen Stress hin, der in der Literatur als trojan horse type Mechanismus beschrieben ist. Für Silber-basierte Materialien wurden Morphologie-spezifische Unterschiede beobachtet. Während Ag NP eine starke zytotoxische Wirkung aufwiesen, konnte für Ag NW keine Zytotoxizität festgestellt werden. Beide Materialien verursachten dagegen dosisabhängig DNA-Strangbrüche. Das Genexpressionsprofil gab für beide Materialien Hinweise auf ein Vorhandensein von freien Silberionen, jedoch wurde ebenfalls eine inflammatorische Wirkung beobachtet. Sowohl für Kupfer- als auch für Silber-basierte Materialien wurde eine schwächere Toxizität in der Kokultur beobachtet, wodurch hier auf einen protektiven Effekt durch Makrophagen geschlossen werden kann. Neben submersen Untersuchungen wurden für Kupfer- und Silber-basierte Materialien zusätzliche Untersuchungen nach Exposition über ein air-liquid interface (ALI) durchgeführt. Hierbei wurden die Zellen an einer Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit kultiviert. Dieses Szenario soll den Bronchioalveolarbereich simulieren, außerdem ist während der ALI-Exposition eine simultane Erfassung der absolut deponierten Dosis mittels einer Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) möglich. Während das Toxizitätsprofil nach ALI-Exposition die Beobachtungen nach submerser Inkubation qualitativ widerspiegelte, wurden toxikologisch relevante Effekte bereits bei geringeren Dosen verursacht. Dies unterstreicht die Bedeutsamkeit der ALI-Exposition zur genaueren Abschätzung einer Toxizität von Nanomaterialien. Nickel-basierte Materialien wiesen unabhängig von dem verwendeten Kultivierungssystem und der Morphologie lediglich geringe zytotoxische und keine genotoxischen Effekte auf. Bezüglich der Änderungen im Genexpressionsprofil ergaben sich dagegen signifikante Unterschiede zwischen Mono- und Kokultur. Während durch beide Materialien in beiden Kultivierungssystemen inflammatorische Effekte verursacht wurden, wurden vor allem die Gene der oxidativen Stressantwort deutlich vermehrt in der Kokultur exprimiert. Dies deutet auf einen „oxidativen Burst“ durch in der Kokultur befindliche Makrophagen und eine sekundäre Toxizität hin. TiO2 NP und CeO2 NP, die keine lysosomale Löslichkeit aufwiesen, zeigten unabhängig vom Kultivierungssystem in keinem der untersuchten Endpunkte toxikologisch relevante Effekte. Um einen möglichen Fasereffekt durch unlösliche Materialien zu untersuchen, wurden als faserförmiges Referenzmaterial carbon nanotubes (CNT) ausgewählt. Diese zeigten in Mono- und Kokultur eine Abnahme der Viabilität und vor allem in der Kokultur inflammatorische Effekte in der Genexpression, was auf eine sog. „frustrierte Phagozytose“ durch Makrophagen hindeutet. Zusammengefasst stellt diese Arbeit erstmals eine systematische Untersuchung der Toxizität unterschiedlicher Metall-basierter Nanomaterialien in Abhängigkeit ihrer physikochemischen Eigenschaften vor. Es konnte gezeigt werden, dass die intrazelluläre Löslichkeit sowohl für partikuläre als auch für faserförmige Materialien ausschlaggebend für deren toxische Wirkung ist. Die Verwendung von Kokulturen veränderte die Intensität des Toxizitätsprofils ebenfalls in Abhängigkeit von der intrazellulären Löslichkeit. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine ALI-Exposition gegenüber einer herkömmlichen submersen Exposition zu ausgeprägteren Ergebnissen führt, wodurch die Relevanz von weiterentwickelten in vitro-Testsystemen in der Partikel- und Fasertoxikologie unterstrichen wird. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse legen gemeinsam mit den von Ronja Neuberger erhobenen Daten einen Grundstein für die Zielsetzung des Gesamtprojekts MetalSafety. Auf dieser Basis können im Projekt aufbauende ex vivo- und in vivo-Untersuchungen stattfinden, welche in ihrer Gesamtheit eine Prädiktion auf die Wirkung im Menschen möglich machen sollen

Trauma-Induced Secondary Cardiac Injury

PhDTrauma-induced secondary cardiac injury (TISCI) represents an under recognised complication of severe injury with haemorrhage. A limited number of clinical studies have supported the development of adverse cardiac events, such as arrhythmia, in association with biomarker proven TISCI. Pre-clinical studies using small animal models have provided insights into potential mechanisms and key effector molecules involved in the development of TISCI, but there remains a general lack of understanding regarding the in vivo functional implications of this indirect cardiac injury resulting from trauma-haemorrhage. This project aimed to investigate the implications of cardiac injury on myocardial systolic function. A robust, translatable model of TISCI was developed, which reflected the cardiac biomarker profile identified in clinical studies and, for the first time, demonstrated a significant, dose-dependent rise in Heart-type Fatty Acid Binding Protein (H-FABP) in response to trauma-haemorrhage. Non-invasive echocardiography was used to determine the acute myocardial response to injury and haemorrhage and also to assess the response of the left ventricle to resuscitation after an antecedent 60-minute period of trauma-haemorrhage. The functional studies presented here have enabled real time visualisation of the impact of trauma-haemorrhage upon systolic left ventricular function over 1 to 6 hours, both with and without resuscitation. Having established the trends in in vivo systolic function over time, further studies were then conducted to test the combination of adenosine, lidocaine and magnesium (ALM) as a cardiovascular rescue agent in TISCI. ALM, as an adjunct to fluid resuscitation, has shown great promise as a therapeutic agent which improves haemodynamic outcomes, reduces the volume of resuscitation fluid required and favours survival in the murine model of TISCI

Impact of differentiated macrophage-like cells on the transcriptional toxicity profile of cuo nanoparticles in co-cultured lung epithelial cells

To mimic more realistic lung tissue conditions, co-cultures of epithelial and immune cells are one comparatively easy-to-use option. To reveal the impact of immune cells on the mode of action (MoA) of CuO nanoparticles (NP) on epithelial cells, A549 cells as a model for epithelial cells have been cultured with or without differentiated THP-1 cells, as a model for macrophages. After 24 h of submerged incubation, cytotoxicity and transcriptional toxicity profiles were obtained and compared between the cell culture systems. Dose-dependent cytotoxicity was apparent starting from 8.0 µg/cm$^{2}$ CuO NP. With regard to gene expression profiles, no differences between the cell models were observed concerning metal homeostasis, oxidative stress, and DNA damage, confirming the known MoA of CuO NP, i.e., endocytotic particle uptake, intracellular particle dissolution within lysosomes with subsequent metal ion deliberation, increased oxidative stress, and genotoxicity. However, applying a co-culture of epithelial and macrophage-like cells, CuO NP additionally provoked a pro-inflammatory response involving NLRP3 inflammasome and pro-inflammatory transcription factor activation. This study demonstrates that the application of this easy-to-use advanced in vitro model is able to extend the detection of cellular effects provoked by nanomaterials by an immunological response and emphasizes the use of such models to address a more comprehensive MoA

Impact of Nanocomposite Combustion Aerosols on A549 Cells and a 3D Airway Model

The use of nanomaterials incorporated into plastic products is increasing steadily. By using nano-scaled filling materials, thermoplastics, such as polyethylene (PE), take advantage of the unique properties of nanomaterials (NM). The life cycle of these so-called nanocomposites (NC) usually ends with energetic recovery. However, the toxicity of these aerosols, which may consist of released NM as well as combustion-generated volatile compounds, is not fully understood. Within this study, model nanocomposites consisting of a PE matrix and nano-scaled filling material (TiO$_{2}$, CuO, carbon nano tubes (CNT)) were produced and subsequently incinerated using a lab-scale model burner. The combustion-generated aerosols were characterized with regard to particle release as well as compound composition. Subsequently, A549 cells and a reconstituted 3D lung cell culture model (MucilAir™, Epithelix) were exposed for 4 h to the respective aerosols. This approach enabled the parallel application of a complete aerosol, an aerosol under conditions of enhanced particle deposition using high voltage, and a filtered aerosol resulting in the sole gaseous phase. After 20 h post-incubation, cytotoxicity, inflammatory response (IL-8), transcriptional toxicity profiling, and genotoxicity were determined. Only the exposure toward combustion aerosols originated from PE-based materials induced cytotoxicity, genotoxicity, and transcriptional alterations in both cell models. In contrast, an inflammatory response in A549 cells was more evident after exposure toward aerosols of nano-scaled filler combustion, whereas the thermal decomposition of PE-based materials revealed an impaired IL-8 secretion. MucilAir™ tissue showed a pronounced inflammatory response after exposure to either combustion aerosols, except for nanocomposite combustion. In conclusion, this study supports the present knowledge on the release of nanomaterials after incineration of nano-enabled thermoplastics. Since in the case of PE-based combustion aerosols no major differences were evident between exposure to the complete aerosol and to the gaseous phase, adverse cellular effects could be deduced to the volatile organic compounds that are generated during incomplete combustion of NC

Hangö – mitt i havets famn

Hangö – mitt i havets famn Innehållsförteckning – Inledaren av Håkan Eklund – Topelius – en flitig fritidsfiskare i Tvärminne av Birgitta Ekström Söderlund – Sibelius piano, det första i Tvärminne av Birgitta Ekström Söderlund – Mannerheims sommarparadis i Hangö av Birgitta Ekström Söderlund – Sovjetarrendatorernas ankomst av Tomy Karlsson – Hangöudd som krigszon av Tomy Karlsson – Hangö sommaruni av Fredrik Åberg – Från Hangö sommarunis fjärde termin av Perikles (ÅU) – En idealisk plats för ett sommaruniversitet av Perikles (ÅU) – Muntra minnen från Hangö sommaruni av Thomas Rosenberg – Fotoskolan vid Hangö sommaruni av Håkan Eklund – Silläventyret på Ishavet på 1930-talet av Birgitta Ekström Söderlund – Hangö skärgård – ”fiskbutkor”, fågelskär och sälbådar.....av Mikael Kilpi – Mitt Hangö – med havsutsikt av Johanna Sandin – Lycka är att bo i Hangö av Lotta Rehnman – Några emigrantöden av Marketta Wall – Hangöturism året om är målet av Ilse Klockars – Hangö udd i krigsbilder av Thure Malmberg – Nordiska skärgårdssamarbetet av Annastina Sarlin – Kolumnen ”Från Karins horisont” av Karin Dahlström – Sista bilden av Håkan Eklun

Puutavaranmittauksen neuvottelukunnan kokous 1/2020

Pöytäkirja 27.3.2020. Hyväksytty 8.9.202

Puutavaranmittauksen neuvottelukunnan kokous 2/2020

Pöytäkirja 21.9.2020. Hyväksytty 16.2.2021

Puutavaranmittauksen neuvottelukunnan kokous 1/2021

Pöytäkirjaluonnos 25.2.2021. Hyväksytään 3.6.202

Conceptual Art

Providing a re-examination of what Osborne identifies as a major turning point in contemporary art, this monograph takes a chronological and stylistic look at conceptual art from its “pre-history” (1950-1960) to contemporary practices that use conceptual strategies. Osborne surveys the development of the movement in relation to the social, cultural and political contexts within which it evolved. With extended captions, key works are compiled according to ten themes that also serve to present a collection of critical texts, artists’ statements, interviews and commentaries. Includes biographical notes on artists (6 p.) and authors (2 p.), a bibliography (2 p.) and an onomastic index (4 p.) Circa 150 bibl. ref