Internationales Leibniz-Projekt

Kurzportrait

Projekttitel:
AIR pollutants and Brain Aging research Group

Logo:
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Laufzeit:
seit 2012

Förderung:
IUF & RIVM

Projektleitung:
Dr. Roel Schins

Kooperationspartner:
Prof. Dr. Flemming Cassee - National Institute for Public Health and the Environment (RIVM, www.rivm.nl) in Bilthoven, Niederlande

Hintergrund

Die Belastung mit Feinstaub in der Atemluft, insbesondere mit Nanopartikeln (<100 nm), ist mit verschiedenen Erkrankungen der Atemwege und des Herz-Kreislauf-System assoziiert. In den letzten Jahren wuchs zudem die Besorgnis über potenziell schädigende Wirkungen von Feinstaub und Nanopartikeln auf das zentrale Nervensystem des Menschen. Erste Hinweise auf mögliche neuropathologische Effekte von Feinstaub ergaben sich aus post mortem-Untersuchungen an Gehirnen aus Gebieten mit starker Luftverunreinigung. Diese wiesen deutliche Anzeichen für oxidativen Stress und Entzündung sowie Kennzeichen von Morbus Alzheimer und Morbus Parkinson auf. Toxikologische Studien in Nagern haben gezeigt, dass durch Verbrennungsprozesse verursachte Luftverschmutzung, z. B. Dieselrußpartikel, neurotoxische und neurodegenerative Effekte hervorrufen kann, z. B. Entzündung, oxidativen Stress, neurale Schäden und den Verlust von Nervenzellen. Frühere und laufende Untersuchungen am IUF haben zu dieser Erkenntnis beigetragen und erlauben uns heute, die zellulären und molekularen Mechanismen, die zu diesen Erkrankungen führen, besser zu verstehen. Eine in dieser Hinsicht wichtige Beobachtung kam aus einer am IUF durchgeführten epidemiologischen Studie, in der eine Assoziation zwischen der Exposition gegenüber partikelreichen Verkehrsabgasen und leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI, von engl. mild cognitive impairment) gezeigt wurde (Ranft et al. Env. Res. 2009). MCI wird häufig als Vorstufe neurodegenerativer Erkrankungen, insbesondere von Morbus Alzheimer, betrachtet. Etwa zur gleichen Zeit zeigte das IUF in Kooperation mit dem RIVM, dass eine kurzzeitige Belastung von Ratten mit Dieselrußpartikeln oxidativen Stress und Entzündung in bestimmten Hirnregionen der Tiere auslöst (van Berlo et al. Arch Toxicol 2010; Gerlofs-Nijland et al. Part Fibre Toxicol 2010). Daraus resultierte 2012 die Initiative zu dem gemeinsamen Projekt AIRBAG zwischen dem IUF und dem Niederländischen Institut für Volksgesundheit und Umwelt (RIVM) . Am IUF wird das Projekt von Dr. Roel Schins geleitet, während die Koordination am RIVM bei Prof. Dr. Flemming Cassee liegt. Dadurch werden die Expertisen beider Institute in den Bereichen Nanotoxikologie sowie Neuro- und Inhalationstoxikologie gebündelt.

Projektbeschreibung

AIRBAG untersucht die Mechanismen, durch die Feinstaub und Nanopartikel neurotoxische und neurodegenerative Effekte im Gehirn verursachen oder beschleunigen und soll neue Forschung in diesem Bereich anregen. Dazu wird Hirngewebe von Nagern aus laufenden Studien mit verschiedenen Nanopartikeln analysiert. Parallel werden in vitro-Ansätze zur Identifikation zellulärer und molekularer Toxizitätsmechanismen sowie zur Entwicklung von 3R-Alternativmethoden im Bereich von Neurotoxizitätstests mit Nanopartikeln genutzt.

Das Akronym AIRBAG (AIR pollutants and Brain Aging research Group) bezieht sich auch auf: (1) Verkehr als Hauptquelle für (Nano)Partikel in städtischen Gebieten, (2) die Lunge als zentralen Eintrittsort für partikuläre Noxen sowie (3) ein unverkennbares Beispiel für ein erfolgreiches „Gesundheitsschutz-Instrument“ und reflektiert insgesamt das langfristige Forschungsziel, Strategien und Mittel zum Schutz des Menschen vor Partikel-induzierten Erkrankungen zu entwickeln.

Publications

Hullmann M, Albrecht C, van Berlo D, Gerlofs-Nijland ME, Wahle T, Boots AW, Krutmann J, Cassee FR, Bayer TA, Schins RPF: Diesel engine exhaust accelerates plaque formation in a mouse model of Alzheimer’s disease. Part Fibre Toxicol 14: 35, 2017. doi: 10.1186/s12989-017-0213-5

Heusinkveld HJ, Wahle T, Campbell A, Westerink RHS, Tran L, Johnston H, Stone V, Cassee FR, Schins RPF:  Neurodegenerative and neurological disorders by small inhaled particles. NeuroToxicology 2016. doi: 10.1016/j.neuro.2016.07.007

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.
doi: 10.1016/j.neuro.2014.04.008 (* equal contribution)

Hellack B, Yang A, Cassee FR, Janssen NAH, Schins RPF, Kuhlbusch TAJ:  Intrinsic hydroxyl radical generation measurements directly from sampled filters as a metric for the oxidative potential of ambient particulate matter. J Aerosol Sci 72, 47-55, 2014.
doi: 10.1016/j.jaerosci.2014.02.003

Gerlofs-Nijland ME, van Berlo D, Cassee FR, Schins RPF, Wang K and Campbell A: Effect of prolonged exposure to diesel engine exhaust on proinflammatory markers in different regions of the rat brain. Part Fibre Toxicol 7: 12, 2010. doi: 10.1186/1743-8977-7-12

van Berlo D, Albrecht C, Knaapen AM, Cassee FR, Gerlofs-Nijland ME, Kooter IM, Palomero-Galagher N, Bidmon HJ, van Schooten FJ, Krutmann J and Schins RPF: Comparative evaluation of the effects of short-term inhalation exposure to diesel enginge exhaust on rat lung and brain. Arch Toxicol 84(7): 553-562, 2010. doi: 10.1007/s00204-010-0551-7