Miniorgane humaner nasaler Mukosa als Modell zur Evaluierung genotoxischer Effekte von Umweltstoffen in Zielzellen der Karzinogenese

Die Schleimhaut des nasalen Raums stellt das primäre Kontaktorgan
für inhalierte Stoffe dar. Um den Körper vor toxischen Wirkungen zu
schützen und den Geruchssinn zu unterstützen, besitzen die
Epithelzellen der respiratorischen Anteile erhebliche metabolische
Kompetenz. Interindividuelle Unterschiede im Fremdstoffmetabolismus
können in Verbindung mit einer beruflichen Exposition gegenüber
inhalativen Karzinogenen zur Entstehung von Malignomen des
sinonasalen Raums führen. Um gefährliche Stoffe und gefährdete
Populationen anhand von in-vitro-Versuchen identifizieren zu
können, wurde ein dreidimensionales Kultursystem humaner nasaler
Mukosa vorgestellt, das die Verhältnisse in vivo möglichst
realistisch abbildet. Dazu wurden Resektate humaner nasaler Mukosa
in 1 mm3 großen Fragmenten unter optimierten Umweltbedingungen
kultiviert. Innerhalb einer Woche bildeten sich daraus vollständig
epithelisierte Miniorgane mit physiologischen histomorphologischen
und funktionellen Eigenschaften. Um die Leistungsfähigkeit der
Miniorgane zu evaluieren, wurden sie ein- oder mehrfach gegenüber
den bekannt genotoxischen Substanzen Natriumdichromat,
N-Nitrosodiethylamin (NDEA) und N-Methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidin
(MNNG) exponiert. Parallel dazu wurden zum Vergleich
Einzelzellsuspensionen mit diesen Stoffen inkubiert. Die
induzierten genetischen Schäden wurden mit Hilfe der alkalischen
Version des Einzelzell-Mikrogelelektrophorese-Assay quantifiziert.
Der Anteil apoptotischer Vorgänge an hohen DNS-Schäden im
Einzelzell-Mikrogelelektrophorese- Assay wurde durch den
Annexin-V-Affinitätstest erfasst. Um den Erhalt der metabolischen
Kompetenz der Zellen der Miniorgane im Verlauf der Kultivierung zu
belegen, wurde die Konzentration von Cytochrom P450 2A6, einem
Schlüsselenzym im Metabolismus zahlreicher inhalativer Giftstoffe,
durchflusszytometrisch bestimmt. Die Miniorgane blieben über den
Kulturzeitraum strukturell und funktionell intakt. Die einmalige
Exposition gegenüber Natriumdichromat und MNNG verursachte
erhebliche genetische Schäden, die bei wiederholter Inkubation
trotz 48stündiger Reparaturphasen weiter zunahmen. Im Falle von
Natriumdichromat stieg analog dazu der Anteil apoptotischer Zellen
rasant an. Bei MNNG war dagegen keine erhöhte Apoptoserate
nachweisbar. Die wiederholte Inkubation der Miniorganen mit NDEA
ergab weder einen signifikanten genotoxischen Effekt, noch einen
Anstieg der Apoptoserate, obwohl das für die Aktivierung von NDEA
entscheidende Apoenzym Cytochrom P450 2A6 über den gesamten
Untersuchungszeitraum in den Zellen nachgewiesen werden konnte. Im
Vergleich der DNS-Fragmentierung erwiesen sich die in Suspension
inkubierten Einzelzellen als empfindlicher gegenüber der Wirkung
von Natriumdichromat und MNNG. Miniorgane nasaler Mukosa sind für
toxikologische Studien optimal geeignet, da sie Untersuchungen an
humanem Zielgewebe über einen längeren Untersuchungszeitraum
erlauben. Dies eröffnet vielfältige Versuchsanordnungen
hinsichtlich Expositionsfrequenz und Reparaturintervallen. Zudem
erscheinen die Kulturen ausreichend robust, um zukünftig
verschiedene realistische Expositionsmodelle, wie Begasungsanlagen
und komplexe Mischungen, einzusetzen.