ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten 32 P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt- chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen- trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions- verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen- trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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P9: Zyto- bzw. gentoxische Wirkschwellen von Gemischen aus 2 - 8 Umwelt-chemikalien in Abhängigkeit von der Lipophilität der Komponenten Heike Sommer und Irene Witte Universität Oldenburg, Fakultät V Institut für Biologie und Umweltwissenschaften AG Biochemie/Umwelttoxikologie Das Gefährdungspotenzial von Chemikaliengemischen, insbesondere in niedrigen Konzen-trationsbereichen, kann bis heute nicht eingeschätzt werden. Dies ist u. a. deshalb so schwierig, weil komplexe Gemische aus heterogenen, unterschiedlich wirksamen Chemikalien bestehen können. Man differenziert zwischen unspezifisch und spezifisch wirksamen Xenobiotika. Während die spezifisch wirksamen Xenobiotika aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Biomolekülen der Zelle in Wechselwirkung treten und so über spezifische Schädigungen (z.B. durch Bindung an die DNA oder Rezeptoren) zu z.T. stark toxischen Wirkungen führen, sind unspezifisch wirksame Chemikalien dazu nicht in der Lage. Ihre Toxizität ist vergleichsweise gering. Unspezifisch wirksame Chemikalien stellen den größten Teil aller Umweltchemikalien dar und selbst spezifisch wirksame Chemikalien üben ihre Spezifität in der Regel nur in speziellen Zelltypen oder Organen aus. Die „unspezifische Toxizität“ stellt somit eine Grundtoxizität aller Chemikalien dar, auf die bei spezifisch wirksamen Chemikalien die spezifisch toxische Wirkung aufgesetzt wird. Die Toxizität unspezifisch wirksamer Chemikalien wird allein durch ihre physiko-chemische Eigenschaft der Lipophilität (d.h.: Wasser-/Fettlöslichkeit) bestimmt. So korreliert die Lipophilität dieser Substanzen mit ihrer Toxizität (Saito et al., 1993; Halle, 1991). Je lipophiler die Substanz ist, desto toxischer wirkt sie. Ursache hierfür stellen Zellmembranschädigungen dar (Cascorbi & Forêt, 1991). Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen unspezifisch wirksamen Chemikalien und den Lipiden der Bilayer-Membranen treten Desorientierungen auf, die zu Funktions-verlusten in der Membran führen. Man geht davon aus, dass die Komponenten in einem Gemisch aus unspezifisch wirksamen Chemikalien additiv wirken, da die Voraussetzung für Additivität – gleicher Wirkort und gleiche Wirkmechanismen der Komponenten – gegeben ist. Im Fall der Additivität können Gemische aus unspezifisch wirksamen Stoffen, in denen die Einzelkomponenten in untoxischen Konzen-trationen vorliegen, aufgrund der Gesamtkonzentration auch eine Gesamttoxizität aufweisen. Die experimentellen Befunde ergeben bislang jedoch widersprüchliche Ergebnisse (Jacobi & Witte, 1995; Witte et al., 2000). Insbesondere die Extrapolation der Additivität von toxischen Konzentrationen zu subtoxischen Konzentrationen der Einzelkomponenten ist nicht gesichert. Erst durch Klärung dieser grundlegenden Frage kann eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen.
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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ToxKom-Symposium 2004: Kombinationswirkungen – Bedeutung und Regulationsmöglichkeiten
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In meinem Forschungsvorhaben arbeite ich mit nicht spezialisierten Zelllinien (menschlichen Fibroblasten). Diese werden zunächst den Einzelsubstanzen, dann den Kombinationen aus den ausgewählten unspezifisch wirksamen Umweltchemikalien ausgesetzt. Es sollen Gemische aus maximal 8 Komponenten untersucht werden, wobei Kombinationen vom binären bis zum 8er Gemisch erfasst werden. Als zytotoxischer Endpunkt wird der sensitive Parameter der Wachstumshemmung ausgewählt. Zusätzlich werden gentoxische Kombinationswirkungen gemessen. Dabei werden Gemische aus bis zu 10 unspezifisch wirksamen Chemikalien mit jeweils einer gentoxischen Substanz getestet. Sollten die unspezifisch wirksamen Chemikalien die Membran in der Weise schädigen, dass ihre Barrierefunktion verringert wird, so sollte die gentoxische Substanz vermehrt aufgenommen werden. Die DNA-Schädigung würde somit durch nicht gentoxische Verbin-dungen erhöht werden. Anhand der gewonnenen Daten wird geprüft, ob es möglich ist, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das eine Bestimmung der Toxizitätsschwellen von Umweltchemikalien in Gemischen in Abhängigkeit von der Komponentenzahl, der Lipophilität und der Einwirkzeit ermöglicht. Mein Promotionsvorhaben soll einen Beitrag dazu leisten, dass eine Risikoabschätzung zur Gefährdung durch komplexe Gemische erfolgen kann und ggf. die Grundlage für erste fundierte gesetzgeberische Beschränkungen geschaffen werden. Literatur: Jacobi, H., Witte, I. (1995): „Additive und synergistische Kombinationswirkungen von Xenobiotika in subtoxischen Konzentrationen auf menschliche Fibroblasten“, UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox., Vol. 7, pp. 256- 260 Witte, I. (1995): „Mechanismen toxischer Kombinationswirkungen“, Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi für das Lehrgebiet Biochemie, Universität Oldenburg Witte, I. , Jacobi, H., Juhl-Strauss, U. (2000): „Krebsrisiken durch Gemische aus Umwelt-chemikalien und erbgutschädigenden Stoffen“, BMBF-Vorhaben 07 GTX 03/6: Abschluss-bericht, 73 Seiten Cascorbi, I. und Forêt, M. (1991): Interactions of xenobiotics on the glucose transport system and Na+/K+-ATPase of human skin fibroblasts. Ecotoxicol.Environm. Saf. 21, 38-46 Groten, J.P. (2000): Mixtures and interactions. Food Chem. Toxicol. 38, 65-71 Halle, W., Baeger, I., Ekwall, B. und Spielmann, H. (1991): Correlation between in vitro cytotoxicity and octanol/water partition coefficient of 29 substances from the MEIC program. ATLA 19, 338-343 Saito, H., Koyasu, J., Yoshida, K., Shigeoka, T. und Koike, S. (1993): Cytotoxicity of 109 chemicals to goldfish GFS cells and relationships with 1-octanol/water partitions coefficients. Chemosphere 26, 1015-1028
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