Fraunhofer-Gesellschaft

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Optimierung der Auswertmethodik zur Quantifizierung von pathologischen Veränderungen durch Carbon Nanotubes

 
: Weiß, Martin
: Kauer, Gerhard; Rittinghausen, Susanne

Hannover, 2012, X, 66 S.
Emden/Leer, Hochschule, Bachelor Thesis, 2012
Deutsch
Bachelor Thesis
Fraunhofer ITEM ()
carbon nanotube; nanoparticles - toxicology; nanotubes - toxicology; nanotubes - carbon content; nanostructured material

Abstract
Carbon nanotubes (CNTs) sind Kohlenstoffverbindungen, die sich aus einem oder mehreren Zylindern einer aufgerollten Graphitschicht zusammensetzen. Zu ihren einzigartigen Eigen-schaften zählen eine hohe Zugfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit sowie chemische Inertheit, weshalb sie in Leichtbau, Halbleitertechnik und Medizin gleichermaßen begehrt sind. Ihre dem mineralischen Asbest sehr ähnliche Struktur wirft jedoch Fragen über mögliche Gesund-heitsrisiken durch die Inhalation der Fasern bei ihrer Verarbeitung auf. In der Studie "Chronic Study after intraperitoneal Injection of Carbon Nanotube Samples in Rats" (Zeitraum November 2011 - Januar 2013) untersuchte das Fraunhofer ITEM die Toxizität intra-peritoneal injizierter Karbonnanoröhrchen unterschiedlicher Produktionsart anhand der Zell-proliferation im Mesothel der Peritonealorgane von Wistar-Ratten. Die Untersuchung wurde an formalinfixiertem und in Paraffin eingebettetem Gewebe von Zwerchfell und Milz nach immunhistochemischer Behandlung mit einem Zellteilungsmarker (Bromdesoxyuridin, BrdU) durchgeführt. Zur Bestimmung der Zellzahlen wurden zwei weitestgehend automatisierte, computergestützte Methoden mit unterschiedlichen Ansätzen entwickelt: Eine wurde für die Fluoreszenz-, die andere für die Hellfeldmikroskopie konzipiert. In einem direkten Vergleich wurde ermittelt, dass beide Methoden mit geringen Einschränkungen für die Proliferations-analyse geeignet waren. Durch die Bestimmung des LI nach einer Versuchsdauer von 3 Monaten wurden in 2 von 3 Gruppen Signifikanzen ermittelt, deren Tiere später Meso-theliome aufwiesen. Die frühzeitige Erkennung der Toxizität von Kohlenstoffnanoröhrchen war folglich bis zu einem gewissen Grad möglich.
Durch die Ermittlung des Makrophagenanteils an der Gesamtzellzahl von durchschnittlich 5% und einer gleich bleibenden Proliferationsrate konnte angenommen werden, dass ihre Berücksichtigung zur Bestimmung der Zellproliferation im Mesothel nicht zwingend erforderlich war. Ihr konkreter Einfluss auf die Bildung von Mesotheliomen müsste aber noch in unabhängigen Studien untersucht werden.

 

Carbon nanotubes (CNTs) are carbon compounds consisting of one or several cylindrical wrapped graphene layers. Their tensile strength, potential of electric conduction as well as chemical inertness, makes them unique materials in lightweight construction, semi-conductor engineering and medicine. However, their structure resembles the one of mineral asbestos. This suggests similar toxic effects and health risks after inhalation during their processing, as it had been proven for asbestos. In the study "Chronic Study after intraperitoneal Injection of Carbon Nanotube Samples in Rats" (time span from November 2011 - January 2013) different types of intraperitoneal injected carbon nanotubes were tested by the Fraunhofer ITEM upon toxicity based on cell proliferation analysis in the mesothel of the peritoneal organs of Wistar rats. The tests were accomplished on formalin fixed and paraffin embedded tissue from diaphragm and spleen after immunohistochemical preparation with a cell proliferation marker (bromodeoxyuridine, BrdU). The aim was to evaluate the number of cells for the most part with automatic methods; therefore two slightly different computer based methods were developed: The first one was used for fluorescence microscopy the second one for bright-field microscopy. When comparing the two methods it turned out that both were suitable for cell proliferation analysis with only small limitations. Analysis results revealed that after a test period of 3 months significant differences in the determined labeling index (LI) were present in 2 of 3 groups, whose animals showed mesothelioma later on. These methods could therefore help to detect toxic effects of CNTs at an early stage up to a certain degree. Furthermore, the additionally evaluated average percentage of macrophages (measured against the total number of cells) and their proliferation rate did not show significant differences between treated and control groups. Therefore, it can be assumed that the consideration of macrophages is not mandatory for the determination of the mesothelial proliferation. Nevertheless, further studies are needed to clarify their specific influence on the induction of mesothelioma.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-223616.html