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Biomarker in der Arbeitsmedizin

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit zellulären Antworten auf die Exposition gegen Gefahrstoff. Dabei verfolgt sie die Ereigniskette von der Aufnahme und Metabolisierung der Gefahrstoffe bis zum Auftreten von adversen Antworten. Dafür verwendet sie Zellmodelle (2D- und 3D-Modelle), die Zeit- und Konzentrations-abhängig gegen Gefahrstoffe exponiert werden. Durch dieses Versuchsdesign werden zelluläre Antworten erfasst, die von no effect über low-dose response bis zu klaren toxischen Effekten reichen, um den Übergang von adaptiven zu adversen Reaktionen untersuchen zu können. Mechanistische Untersuchungen dieses Übergang sind essentiell für den Schutz des Menschen.

Mit einer Vielzahl biologischer-analytischer Methoden werden zugrunde liegende Mechanismen untersucht. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen sind Veränderungen im Stoffwechsel der Zellen als Antwort auf die Exposition, die mit einem metabolomischen Ansatz erfasst werden. Um den Übergang von einer adaptiven zu einer adversen Antwort beschreiben zu können, werden zudem verschiedenste biomathematische Methoden angewandt.

Prof. Dr. med. Simone Schmitz-Spanke

Viktor Masutin

wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Doktorand

Christian Kersch, M. Sc.

3-Nitrobenzanthron (3-NBA) ist eine mutagene Komponente in Dieselmotoremissionen. Bisher liegen nur wenige Arbeiten zur Wirkung an Lungen- bzw. Leberzellen vor. Dieselmotoremissionen werden auch als Auslöser von Harnblasenkarzinomen diskutiert. In dieser Studie werden die zellulären Effekte in Harnblasenzellen auf eine Expositiongegen 3-NBA untersucht. Veränderungen des Energiestoffwechsels wurden u.a. metabolomisch analysiert. Diese Veränderungen werden derzeit in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Frau PD Dr. Maria Neuss-Radu (Lehrstuhl für Angewandte Mathematik) in einem systembiologischen Ansatz mathematisch modelliert.

In diesem Projekt werden alveolare und bronchiale Lungenzellen in-vitro gegen Carbon Black, als Modellsubstanz für Nanopartikel, exponiert. Mit Hilfe von metabolomischen (Flux)Untersuchungen und einer Vielzahl von Assays werden v.a. Veränderungen im oxidativen Gleichgewicht der Zellen erfasst. Genanalysen liefern Hinweise auf eine Rolle der MAP-Kinasen (mitogen-activated protein-Kinase).

Sobald Nanopartikel mit biologischen Flüssigkeiten konfrontiert werden, bildet sich eine sog. Corona um die Partikel heraus, die aus Proteinen, aber auch Lipiden, Zuckern und anderen Molekülen besteht. In dem Projekt wurde eine Methode zum schrittweisen „Abschälen“ der Corona entwickelt. Dadurch können Bestandteile, die unterschiedlich stark an den Partikel gebunden sind, detaillierter untersucht werden. Desweiteren wurden erstmals kleinere Moleküle der Corona massenspektrometrisch (GC-MS) identifiziert und zwischen Partikeln unterschiedlicher Toxizität verglichen.

Die kombinatorische Wirkung von Allergenen und Irritantien an der Haut ist nicht gut untersucht. In diesem Projekt wird die Wirkung unterschiedlicher Kombinationen von Allergenen und Irritantien nach OECD-Richtlinie getestet. Zusätzlich wurde ein 3D-Hautmodell entwickelt (reconstructed skin model) an dem Signalwege und zelluläre Kommunikation untersucht wird.

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