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DNS schädigende Eigenschaften von Zementpartikeln auf primäre Oropharyngealzellen bei Personen mit Malignomen der oberen Atemwege

Ollmann, Ariane


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Innenraum- und Umwelttoxikologie
Fachgebiet: Medizin fachübergreifend
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.08.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 13.10.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Bauarbeiter sind auf der ganzen Welt bei der Herstellung und Verarbeitung von Zement
dessen Staub ausgesetzt. Diese feinen Partikel (0.1 – 200 mym) sind in der Lage durch
Inhalation in die oberen Atemwege und die Lunge zu gelangen und können hierdurch eine
Vielzahl von verschiedenen Symptomen, wie z.B. Pneumopathien, Granulome,
Bronchialasthma, Husten, Emphyseme und Fibrosen verursachen. In einer epidemiologischen
Fall-Kontroll Studie aus dem Rhein-Neckar-Kreis konnte ein Zusammenhang
zwischen der Exposition gegenüber Zementpartikeln und Effekten im Bereich der oberen
Atemwege mit der Folge von Atemwegsobstruktionen und der Entwicklung von Tumoren im
Kopf-Hals-Bereich bei Bauarbeitern nachgewiesen werden. Zudem steigt das Risiko für
Larynx-Karzinome von Zementarbeitern mit Tabak- und Alkoholkonsum.
Diese Ergebnisse gaben Anlass, um in der hier durchgeführten Untersuchung Biopsieproben
von insgesamt 55 Patienten mit und ohne Larynx-Pharynx-Karzinom hinsichtlich ihrer
Reaktion auf die Belastung mit Zementstaub zu testen. Die Fähigkeit von zwei
repräsentativen Zementstäuben (1 – 2.5 mym im Durchmesser) DNA zu schädigen, wurde an
humanen primären Oropharyngealmukosazellen mit Hilfe der Einzelzell-Gel-Elektrophorese
(Comet Assay) untersucht.
Um die Validität des Testsystems zu demonstrieren wurde das bekannte gentoxische
Karzinogen Benzo[a]pyren (B[a]P) als Positivkontrolle, Dörentruper Quarz (DQ 12) als
positive Partikelkontrolle und Titandioxid (TiO2) als negative Partikelkontrolle gewählt. Die
Exposition der Biopsieproben mit B[a]P und Quarz führte in allen 55 Fällen zu einem
signifikanten Anstieg des DNA Schadens (P < 0.05). Die Belastung der primären Zellen mit
den Zementstäuben, genannt H1 und G (beide in Konzentrationen von 200 myg/cm²),
verursachte ebenfalls eine signifikante DNA-Migration, für Zement H1 in 77 % der Proben
und für Zement G in 48 % der Proben. Zellproben von Patienten mit und ohne Tumor zeigten
keine signifikanten Unterschiede beim Ausmaß des DNA Schadens.
Die in dieser Untersuchung gefundenen positiven Effekte von Zementstäuben auf humane
primäre Mukosazellen lassen darauf schließen, dass diese Eigenschaften besitzen, um DNA
zu schädigen.
Kurzfassung auf Englisch: All over the world construction workers are exposed to cement dust during the mining of raw
materials for cement production, or when using cement in the construction industry. The fine
particles (0.01 - 200 mym, mean 1 - 50 mym) enter the upper respiratory tract by inhalation and,
depending on the length of occupational exposure, may trigger a range of pathological
symptoms and diseases, e.g. pneumopathys, granulomas and cough, as well as other
conditions such as chronic obstructive pulmonary disease and bronchial asthma. A German
epidemiological study found a correlation between squamous cell carcinoma of the larynx and
exposure to cement dust. Furthermore, the relative risk of cement workers developing
carcinoma of the larynx increased with smoking habit. In this context, it was necessary to
investigate individual sensitivities of biopsy samples from patients with and without tumours
of the oropharynx in respect of DNA damage after cement dust exposure.
In this study DNA damage of two representative cement dusts (1 - 2.5 mym in diameter) was
investigated in human primary epithelial oropharyngeal mucosa cells using single cell gel
electrophoresis (Comet assay). The validity of the test system was demonstrated by using the
known carcinogen and genotoxic agent benzo[a]pyrene (BaP) as a reference, quartz DQ12 as
a positive particle control and titanium dioxide (TiO2) as a negative particle control. In all
biopsy samples BaP and quartz led to a significant increase of DNA damage. Exposure of the
primary cells in vitro to the cement dusts coded as H1 and G (both at concentrations of 200
myg/cm²) causes significant DNA migration (P<0.05) for cement dust H1 in 77 % of the biopsy
samples and for cement dust G in 48 %. The extent of genotoxic damage is not significantly
different between cells from patients with tumours and controls.
From these results we therefore conclude that the positive outcomes of this study with cement
dusts in human primary cells provide evidence for DNA damaging properties.
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