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OpenEdition Books

Nutzen-Risiko-Bewertung von Mineralstoffen und Spurenelementen

 | 
Andrea Hartwig
, 
Beate Köberle
, 
Bernhard Michalke

Vortragsreihe

Toxizität von nano- und mikropartikulärem Kupferoxid: Zelluläre Aufnahme und der Einfluss auf die genomische Stabilität

Annetta Semisch, Julia Ohle, Barbara Witt et Andrea Hartwig

Résumé

Das redoxaktive essentielle Spurenelement Kupfer wird über die zelluläre Kupferhomöostase streng reguliert. Dennoch kann Kupfer unter Überladungsbedingungen, z.B. nach Inhalation kupferhaltiger Stäube, adverse Effekte bewirken. Synthetisierte Partikel wie nano-oder mikroskaliges Kupferoxid (CuO NP, CuO MP) rückten in den letzten Jahren in den Fokus toxikologischer Untersuchungen, da sie als Beispiel der stärkeren Toxizität von nano-gegenüber mikroskaligen Partikeln identischer Zusammensetzung gelten. Allerdings sind vergleichende systematische Studien als Beitrag zur Nutzen-Risiko-Bewertung von CuO NP, CuO MP sowie der entsprechenden löslichen Verbindung (hier: CuCl2) bisher rar. Zusätzlich zu den spezifischen Elementeigenschaften können partikelinhärente physikochemische Charakteristika, wie Oberfläche oder Löslichkeit, die biologischen Effekte beeinflussen. Ein vielversprechender Ansatz zur Aufklärung zugrunde liegender Mechanismen der Toxizität von Partikeln basiert auf der Evaluierung der Löslichkeit bzw. Bioverfügbarkeit in physiologisch relevanten Modellflüssigkeiten sowie im zellulären System. Im vorliegenden Beitrag konnte gezeigt werden, dass sich CuO NP in allen eingesetzten Medien stärker lösten als CuO MP. Auch im Zellkern überwog die Akkumulation von Kupferionen nach Inkubation mit CuO NP. Ferner induzierten lediglich CuO NP DNA-Strangbrüche, jedoch erhöhten alle drei Substanzen die Anzahl an H2O2-induzierten DNA-Strangbrüchen. Darüber hinaus hemmten sie das Ausmaß der Poly(ADP-ribosyl)ierung durch das an der DNA-Reparatur beteiligte Zinkfingerprotein Poly(ADP-ribose)-Polymerase-1 (PARP-1). Ergänzende Untersuchungen zur Zytotoxizität zeigten einen starken Rückgang der Koloniebildungsfähigkeit nach Inkubation mit CuO NP und CuCl2, während CuO MP nicht zytotoxisch waren. Zusammengefasst können die beobachteten Effekte zum Teil, aber nicht vollständig, durch Unterschiede in der Bioverfügbarkeit oder den physikochemischen Eigenschaften der verwendeten Kupferverbindungen wie Oberfläche und Löslichkeit erklärt werden.

Note de l’éditeur

Kurztitel: Toxizität von nano-und mikroskaligem Kupferoxid

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Extrait du texte

Einleitung

Kupfer und Kupferhomöostase

Kupfer ist ein essentielles Spurenelement und katalytischer Cofaktor in einer Reihe von Enzymen [1]. In Säugern und anderen Landlebewesen wird Kupfer in der Regel mit der Nahrung über den Verdauungstrakt aufgenommen [2], wobei Fisch, Leber, Getreide und Nüsse wichtige Kupferquellen darstellen [1]. Die Ausscheidung von überschüssigem Kupfer erfolgt vorrangig über die Galle. Sowohl die Aufnahme als auch die Exkretion werden durch die zelluläre Kupferhomöostase streng reguliert. Dabei erfolgt die Resorption des Kupfers ins Zellinnere über in der Zellmembran gelegene Transporter. Anschließend wird es an Glutathion oder Metallothioneine gebunden bzw. gespeichert. Glutathion überträgt Kupfer durch Protein-Protein-Wechselwirkungen an sogenannte Chaperone, die es ihrerseits an kupferabhängige Enzyme übertragen [3].

Kupfertoxizität

Trotz seiner essentiellen Funktionen ist das redoxaktive Kupfer, das vorrangig in den Oxidationsstufen +1 und +2 auftritt, pote...

Auteurs

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Abteilung Lebensmittelchemie und Toxikologie, Adenauerring 20a, Geb. 50.41, 76133
Email: annetta.semisch@kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Abteilung Lebensmittelchemie und Toxikologie, Adenauerring 20a, Geb. 50.41, 76133

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Abteilung Lebensmittelchemie und Toxikologie, Adenauerring 20a, Geb. 50.41, 76133

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Abteilung Lebensmittelchemie und Toxikologie, Adenauerring 20a, Geb. 50.41, 76133 Karlsruhe
Email: andrea.hartwig@kit.edu