570 Biowissenschaften; Biologie
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The use of silver nanoparticles in medical and consumer products such as wound dressings, clothing and cosmetic has increased significantly in recent years. Still, the influence of these particles on our health and especially on our brain, has not been examined adequately up to now. We studied the influence of AgEO- (Ethylene Oxide) and AgCitrate-Nanoparticles (NPs) on the protective barriers of the brain, namely the blood-brain barrier (BBB) and the blood-cerebrospinal fluid (blood-CSF) barrier in vitro. The NPs toxicity was evaluated by examining changes in membrane integrity, cell morphology, barrier properties, oxidative stress and inflammatory reactions. AgNPs decreased cell viability, disturbed barrier integrity and tight junctions and triggered oxidative stress and DNA strand breaks. However, all mentioned effects were, at least partly, suppressed by a Citrate-coating and were most pronounced in the cells of the BBB as compared to the epithelial cells representing the blood-CSF barrier. AgEO- but not AgCitrate-NPs also triggered an inflammatory reaction in porcine brain capillary endothelial cells (PBCEC), which represent the BBB.
Our data indicate that AgNPs may cause adverse effects within the barriers of the brain, but their toxicity can be reduced by choosing an appropriate coating material.
Zinc deficiency has a fundamental influence on the immune defense, with multiple effects on different immune cells, resulting in a major impairment of human health. Monocytes and macrophages are among the immune cells that are most fundamentally affected by zinc, but the impact of zinc on these cells is still far from being completely understood. Therefore, this study investigates the influence of zinc deficiency on monocytes of healthy human donors. Peripheral blood mononuclear cells, which include monocytes, were cultured under zinc deficient conditions for 3 days. This was achieved by two different methods: by application of the membrane permeable chelator N,N,N0´,N0´-tetrakis-(2-pyridylmethyl)ethylenediamine (TPEN) or by removal of zinc from the culture medium using a CHELEX 100 resin. Subsequently, monocyte functions were analyzed in response to Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Streptococcus pneumoniae. Zinc depletion had differential effects. On the one hand, elimination of bacterial pathogens by phagocytosis and oxidative burst was elevated. On the other hand, the production of the inflammatory cytokines tumor necrosis factor (TNF)-a and interleukin (IL)-6 was reduced. This suggests that monocytes shift from intercellular communication to basic innate defensive functions in response to zinc deficiency. These results were obtained regardless of the method by which zinc deficiency was achieved. However, CHELEX-treated medium strongly augmented cytokine production, independently from its capability for zinc removal. This side-effect severely limits the use of CHELEX for investigating the effects of zinc deficiency on innate immunity.
Die Häufung von Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einigen Krebsarten, deren Entstehung auf Übergewicht und Bewegungsmangel zurückzuführen sind, ist ein aktuelles Problem unserer Gesellschaft. Insbesondere mit fortschreitendem Alter nehmen die damit einhergehenden Komplikationen zu. Umso bedeutender ist das Verständnis der pathologischen Mechanismen in Folge von Adipositas, Bewegungsmangel, des Alterungsprozesses und den Einfluss-nehmenden Faktoren.
Ziel dieser Arbeit war die Entstehung metabolischer Erkrankungen beim Menschen zu untersuchen. Die Auswertung von Verlaufsdaten anthropometrischer und metabolischer Parameter der 584 Teilnehmern der prospektiven ‚Metabolisches Syndrom Berlin Potsdam Follow-up Studie‘ wies für die gesamte Kohorte einen Anstieg an Übergewicht, ebenso eine Verschlechterung des Blutdrucks und des Glukosestoffwechsels auf. Wir untersuchten, ob das Hormon FGF21 Einfluss an dem Auftreten eines Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) oder des Metabolischen Syndroms (MetS) hat. Wir konnten zeigen, dass Personen, die später ein MetS entwickeln, bereits zu Studienbeginn einen erhöhten FGF21-Spiegel, einen höheren BMI, WHR, Hb1Ac und diastolischen Blutdruck aufwiesen. Neben FGF21 wurde auch Vaspin in diesem Zusammenhang untersucht. Es zeigte sich, dass Personen, die später einen T2DM entwickeln, neben einer Erhöhung klinischer Parameter tendenziell erhöhte Spiegel des Hormons aufwiesen. Mit FGF21 und Vaspin wurden hier zwei neue Faktoren für die Vorhersage des Metabolischen Syndroms bzw. Diabetes mellitus Typ 2 identifiziert.
Der langfristige Effekt einer Gewichtsreduktion wurde in einer Subkohorte von 60 Personen untersucht. Der überwiegende Teil der Probanden mit Gewichtsabnahme-Intervention nahm in der ersten sechsmonatigen Phase erfolgreich ab. Jedoch zeigte sich ein deutlicher Trend zur Wiederzunahme des verlorenen Gewichts über den Beobachtungszeitraum von fünf Jahren. Von besonderem Interesse war die Abschätzung des kardiovaskulären Risikos über den Framingham Score. Es wurde deutlich, dass für Personen mit konstanter Gewichtsabnahme ein deutlich geringeres kardiovaskuläres Risiko bestand. Hingegen zeigten Personen mit konstanter Wiederzunahme oder starken Gewichtsschwankungen ein hohes kardiovaskuläres Risiko. Unsere Daten legten nahe, dass eine erfolgreiche dauerhafte Gewichtsreduktion statistisch mit einem erniedrigten kardiovaskulären Risiko assoziiert ist, während Probanden mit starken Gewichtsschwankungen oder einer Gewichtszunahme ein gesteigertes Risiko haben könnten.
Um die Interaktion der molekularen Vorgänge hinsichtlich der Gewichtsreduktion und Lebensspanne untersuchen zu können, nutzen wir den Modellorganismus C.elegans. Eine kontinuierliche Restriktion wirkte sich verlängernd, eine Überversorgung verkürzend auf die Lebensspanne des Rundwurms aus. Der Einfluss eines zeitlich eingeschränkten, intermittierenden Nahrungsregimes, analog zum Weight-Cycling im Menschen, auf die Lebensspanne war von großem Interesse. Dieser regelmäßige Wechsel zwischen ad libitum Fütterung und Restriktion hatte in Abhängigkeit von der Häufigkeit der Restriktion einen unterschiedlich starken lebensverlängernden Effekt. Phänomene, wie Gewichtswiederzunahmen, sind in C.elegans nicht zu beobachten und beruhen vermutlich auf einem Mechanismus ist, der evolutionär jünger und in C.elegans noch nicht angelegt ist.
Um neue Stoffwechselwege zu identifizieren, die die Lebensspanne beeinflussen, wurden Metabolitenprofile genetischer als auch diätetischer Langlebigkeitsmodelle analysiert. Diese Analysen wiesen den Tryptophan-Stoffwechsel als einen neuen, bisher noch nicht im Fokus stehenden Stoffwechselweg aus, der mit Langlebigkeit in Verbindung steht.