AG Schins: Partikel, Entzündung und Genomintegrität

Arbeitsgruppenleiter:
Dr. Roel Schins tl_files/bilder/mail.gif

Senior Researcher:
Dr. med. vet. Catrin Albrecht tl_files/bilder/mail.gif

Postdocs:

Dr. Angela Kämpfer tl_files/bilder/mail.gif
Dr. rer. nat. Tina Wahle tl_files/bilder/mail.gif

Doktoranden:
Adriana Sofranko, Doktorandin tl_files/bilder/mail.gif

Masterstudenten:
Mathias Busch tl_files/bilder/mail.gif
Giulia Di Lauro tl_files/bilder/mail.gif
Lora-Sophie Gerber tl_files/bilder/mail.gif

Technische Assistenz:

Isabelle Masson, BTA tl_files/bilder/mail.gif
Gabriele Wick, TA tl_files/bilder/mail.gif

Forschungsprofil

Inhalierte Partikel können eine Reihe von Krankheiten beim Menschen auslösen. Alterungsprozesse der Lunge, wie COPD (chronic obstructive pulmonary disease), aber auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen werden auf eine Exposition mit Partikeln, insbesondere Feinstäube und Nanopartikel, zurückgeführt. Außerdem kann die chronische Exposition gegenüber bestimmten schwerlöslichen Partikeln auch zur Entstehung von Fibrose und Lungenkrebs führen. In den letzten Jahren wird zudem zunehmend der Gastrointestinaltrakt als wichtiges Aufnahme- und mögliches Zielorgan für Nanopartikel-induzierte Erkrankungen angesehen. Dazu mehren sich aktuell die Hinweise, dass auch vorzeitige Alterungsprozesse im zentralen Nervensystem durch Partikel verursacht werden können. Vor diesem Hintergrund untersucht die AG Schins seit Jahren die molekularen Mechanismen der gesundheitsschädlichen Wirkungen, bedingt durch die inhalative und orale Belastung mit Umwelt(nano)partikeln. Forschungsergebnisse der AG haben einen maßgeblichen Beitrag zur Identifikation von Entzündungsmediatoren und deren zentraler Bedeutung bei der Pathogenese Partikel-bedingter Erkrankungen geleistet. Dieses Wirkungskonzept ist mittlerweile ein fester Bestandteil der wissenschaftlichen und regulatorischen Bewertung inhalierbarer Stäube und steht im Fokus der aktuellen Diskussion bezüglich der Kanzerogenität spezifischer Nanopartikel. Die gegenwärtigen Projekte der AG konzentrieren sich auf die direkte Wirkung von Partikeln, bzw. durch Partikel induzierte chronische Entzündungsprozesse, auf Genomintegrität und Gewebeumbauprozesse im Respirationstrakt und zentralen Nervensystem.

Projekte

Das Projekt „Wirkungen von inhalierten Umweltpartikeln auf das Gehirn der Maus” untersucht die Effekte einer chronischen Inhalation verschiedener Typen von Nanopartikeln auf die Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen, wie z. B. des Morbus Alzheimer. Hierzu werden verschiedene Mausmodelle eingesetzt. Diese Forschungsarbeiten wurden ursprünglich durch die Forschungskommission der Medizinischen Fakultät der Heinrich-Heine-Universität finanziert und werden jetzt im Rahmen eines internationalen Leibniz-Forschungsprojektes des IUF (AIRBAG - Air Pollutants and Brain Aging Research Group) gemeinsam mit dem Niederländischen Institut für Volksgesundheit und Umwelt (RIVM) in Bilthoven weitergeführt.

Das Projekt „Engineered nanomaterial mechanisms of interaction with living systems and the environment (nanoMILE)”, das innerhalb des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms gefördert wird, soll zum grundlegenden Verständnis der Mechanismen von Nanopartikel-Interaktionen mit dem Menschen und dem gesamten Ökosystem beitragen. Das Projektkonsortium besteht aus 29 internationalen Partnern und wird durch die Universität Birmingham koordiniert. Die Hauptaufgabe der AG besteht in der Untersuchung der Neurotoxizität von industriellen Nanopartikeln nach inhalativer und oraler Aufnahme (Zusammenarbeit mit AG von Mikecz).

Link nanoMILE

Das Projekt „Shape-engineered TiO2 nanoparticles for metrology of functional properties: setting design rules from material synthesis to nanostructured devices (SETNanoMetro)” wird innerhalb des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms gefördert. Ziel des SetNanoMetro-Projekts ist die Entwicklung und Validierung von Standardnormen zur Herstellung und Messung von TiO2-basierten Materialien bzw. Verfahren, die in der Nanotechnologie Anwendung finden. Das Projektkonsortium besteht aus 16 akademischen und Industriepartnern und wird durch das INRIM (italienisches nationales Institut für metrologische Forschung) in Turin geführt. Die AG untersucht in diesem Projekt die Nanosicherheitsaspekte unter Anwendung innovativer toxikologischer in vitro Testsysteme bezüglich möglicher inhalativer und oraler Aufnahmewege.

Link SETNanoMetro

Das Projekt „3R-Systembiologie-basierte Strategie zur Bewertung von Gefährdung, Risiko und Sicherheit neurotoxischer Substanzen im Menschen (N3RvousSystem)“ wird im Rahmen der Deutsch-Niederländischen Förderinitiative InnoSysTox (Innovative Systemtoxikologie als Alternative zum Tierversuch) gefördert, die auf der deutschen Seite vom Bundesministerium für Bildung & Forschung unterstützt wird. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Teststrategie zur Abschätzung neurotoxischer Effekte von Chemikalien mittels eines Systembiologie-basierten 3R-Verfahrens. Besonderes Augenmerk wird auf die Anwendbarkeit dieses Verfahrens hinsichtlich der Risikobewertung von Nanomaterialien gelegt. Das Projekt wird in Kooperation mit 3 Partnern in den Niederlanden, der Universität Utrecht (Koordination), dem RIVM in Bilthoven und PamGene in ’s-Hertogenbosch, und zwei deutschen Partnern, dem IUTA in Duisburg und der Tascon GmbH in Münster durchgeführt.

Das Projekt „MiTyrAGE“ (Nutritional targeting of the mitochondria-tyr-kinase axis to prevent age-associated neuronal decline) wird im Rahmen der internationalen Förderinitiative JPI HDHL („A healthy diet for healthy life“) gefördert, die auf der deutschen Seite vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, Nährstoffkomponenten zu identifizieren, die alterungsbedingte neuronale Veränderungen positiv beeinflussen können bzw. ein Risiko für die Entwicklung von neurodegenerativen Erkrankungen darstellen. Das Projekt wird durch die AG Schins, AG Schikowski und die Liaisongruppe Ventura (Koordination) in Kooperation mit der Universität Tor Vergata in Rom und dem CSIC in Madrid durchgeführt. In diesem Verbundprojekt besteht die Aufgabe der AG darin, zu untersuchen, ob bestimmte Nährstoffkomponenten in einem Zusammenhang mit altersabhängigen neuronalen Veränderungen stehen, sowie die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen zu entschlüsseln.

Kooperationen

IUF-intern:
AG Fritsche
AG Haendeler
AG Krutmann/Team Unfried
AG von Mikecz
AG Schikowski

National:
IUTA, Institut für Energie und Umwelttechnik e.V., Duisburg

International:
RIVM, National institute for public health and the environment, Niederlande
Maastricht University & Maastricht University Medical Centre, Niederlande
Utrecht University, Niederlande
Adolphe Merkle Institute, Freiburg, Schweiz
University of Turin, Italien
Paris VII University, Frankreich

Ausgewählte Publikationen

Peeters PM, Eurlings IMJ, Perkins TN, Wouters EF, Schins RPF, Borm PJA, Drommer W, Reynaert NL, Albrecht C: Silica-Induced NLRP3 Inflammasome Activation In vitro and in Rat Lungs. Part Fibre Toxicol 11(1): 58, 2014. [pubmed] (open access)

Van Berlo D*, Hullmann M*, Wessels A, Scherbart AM, Cassee FR, Gerlofs-Nijland ME, Albrecht C, Schins RPF: Investigation of the effects of short-term inhalation of carbon nanoparticles on brains and lungs of C57BL/6J and p47phox-/- mice. Neurotoxicology 43: 65-72, 2014. (* equal contribution) [pubmed]

Gerloff K, Pereira DIA, Faria N, Boots AW, Kolling J, Förster I, Albrecht C, Powell JJ, Schins RPF: Influence of simulated gastro-intestinal conditions on particle-induced cytotoxicity and interleukin-8 regulation in differentiated and undifferentiated Caco-2 cells, Nanotoxicol  7: 353-366, 2013. [pubmed]