In-vitro-Toxizität grenzflächenaktiver Substanzen: Wirkung auf Zellmembran, mitochondriale Funktion und Apoptose

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden 12 Tenside unterschiedlicher chemischer Struktur, die in Deutschland offiziell sind, auf ihre In-vitro-Toxizität zur Abschätzung ihres Irritationspotenzials getestet. Zur Untersuchung der In-vitro-Toxizität wurden Testsysteme verwendet, bei denen Vitalitätsmerkmale der Zelle bestimmt werden, die essentiell für das Entstehen lokaler Irritationen sind. Im [ 3 H]Arachidonsäure-Freisetzungstest (AART) wurde die Interaktion der Tenside mit der Zellmembran untersucht. Um die Zytotoxizität zu ermitteln, wurde ein XTT-Tetrazoliumreduktionstest verwendet. Mit einem ELISA-Sandwich-Test sollten Histon-assoziierte DNA-Fragmente in den Zellen bestimmt werden. Des Weiteren wurden mittels Durchflusszytometrie nach Annexin-V-Propidiumiodid-Färbung nekrotische und apoptotische Zellveränderungen analysiert. Zusätzlich wurden Veränderungen der Zellmorphologie mikroskopisch beobachtet. Die Untersuchungen wurden an der humanen promonozytären Zelllinie U937 sowie an humanen Keratinozyten (HaCaT) durchgeführt. Die untersuchten Tenside weisen deutliche Unterschiede in ihrer In-vitro-Toxizität auf. Nach 24-stündiger Exposition stimmt die Rangfolge in der Membrantoxizität der Tenside weitestgehend mit der ihrer Zytotoxizität überein. Die In-vitro-Toxizität der Tenside nimmt in folgender Reihenfolge zu: Poloxamer ® 188 Die In-vitro-Toxizität der Tenside steht weder mit der Ladung der hydrophilen Gruppe noch mit den grenzflächenaktiven Eigenschaften in direktem Zusammenhang. Mit Ausnahme der gering toxischen Tenside entstehen die Membranschäden durch Tenside nicht auf enzymatischem Wege. Nicht alle Tenside führen zur unmittelbaren Lyse bzw. Solubilisation der Zelle. Nekrose ist nicht der Hauptmechanismus, der zum Tod der Zelle durch Tenside führt. Alle untersuchten Tenside verursachen in geringen Konzentrationen Apoptose. Es gibt keinen einheitlichen Weg auf dem Tenside zytotoxisch wirken. Vielmehr gibt es für jedes Tensid einen ganz spezifischen Mechanismus, der zur Zerstörung der Zelle führt. Aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit kann sowohl auf das Irritationspotenzial der Tenside als auch auf deren toxische Mechanismen geschlossen werden.

In this dissertation 12 surfactants with different chemical structure were examined for their in vitro toxicity to estimate their irritation potential. For the investigation of the in vitro toxicity test systems were used which examine vital characteristics of the cell. The examined cell characteristics are essential for the emergence of local irritations. With the [ 3 H]arachidonic acid release test (AART) the interaction of the surfactants with the cell membrane was examined. To ascertain the cytotoxicity an XTT tetrazolium reduction assay was used. With an ELISA sandwich assay intracellular Histon associated DNA fragments were determined. Further necrotic and apoptotic cell changes were analysed by flow cytometry after marking with annexin V and propidium iodid. Additional changes in the cell morphology were observed by microscopy. For the experiments the human promonocytic cell line U937 and the human keratinocytic line HaCaT were used. The investigated surfactants show distinct differences in their in vitro toxicity. After an exposition time of 24 hours the same ranking of the membrane toxicity and of the cytotoxicity was found. The in vitro toxicity increases in the following order: Poloxamer ® 188 Because of the results of this dissertation the irritation potential as well as the toxic mechanisms of the surfactants can be assessed.