Carbonfasern – Evaluation toxikologischer Effekte im 3D air-liquid interface Primärzellmodell der respiratorischen Mukosa

Einleitung: Die außergewöhnlichen materiellen Eigenschaften von Carbonfasern (CF) ermöglichen Hochleistungsverbundmaterialien, die Einsatz in vielen Schlüsseltechnologien finden. Offene Fragen bestehen jedoch insbesondere hinsichtlich der Entsorgung und der Bewertung gesundheitlicher Risiken. Thermomechanische Einflüsse können zur Generierung inhalierbarer Faserfragmente führen, die, in Analogie zu Asbest, aufgrund ihrer kritischen Geometrie im Verdacht stehen, potenziell gesundheitsschädlich zu sein. Ziel der Studie war die Untersuchung von CF-assoziierten Effekten in einem 3D-Primärzellmodell der respiratorischen Mukosa mit hoher in vivo-in vitro-Korrelation.

Material und Methoden: 3D air-liquid interface (ALI) Modelle wurden für 24 h und 7 d mit CF als Suspension apikal exponiert. Genotoxizität (Comet Assay), Faserinternalisierung (Transmissionselektronenmikroskopie/TEM) und Zytokinfreisetzung (Bead Assay) wurden untersucht.

Ergebnisse: Spenderabhängig konnte eine Zunahme der DNA-Fragmentierung in beiden Zellkomponenten des Modells (Fibroblasten/Epithelzellen) im Comet Assay festgestellt werden. Bereits nach 24 h Exposition konnten mutmaßliche CF-Fragmente intrazellulär nachgewiesen werden. Inflammatorische Mediatoren wie Interleukin (IL)-6 und IL-8 waren spenderabhängig nach CF-Exposition in erhöhter Konzentration im Zellkulturmedium messbar.

Diskussion: Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass biologische Effekte im 3D-ALI-Nasenschleimhautmodell durch CF induziert werden. Der Nachweis von inflammatorischen Mediatoren sowie genotoxischen Schäden unterstreicht die Notwendigkeit umfassender toxikologischer Untersuchungen. Ein zukünftiger Schwerpunkt könnte dabei auf der Induktion fibrogener Gewebeumbauvorgänge liegen.

Nein