Arbeitsgruppe Bornhorst
Aufgrund der rasch fortschreitenden Industrialisierung nimmt die Verschmutzung der Umwelt mit verschiedenen Metallen zu. Daher wächst die Besorgnis über die Gefährdung des Menschen durch kontaminierte Luft, Lebensmittel und Wasser, die vermutlich den wichtigsten Aufnahmeweg für die Allgemeinbevölkerung darstellen. Hohe Gehalte an essentiellen Spurenelementen (z. B. Mangan [Mn], Eisen [Fe], Zink [Zn], Kupfer [Cu] und Kobalt [Co]) sowie niedrige Gehalte an Metallen ohne bekannte biologische Funktionen (z. B. Methylquecksilber [MeHg], Nickel [Ni] und Cadmium [Cd]) werden mit nachteiligen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit in Verbindung gebracht und gelten als Risikofaktor für verschiedene Störungen wie neurodegenerative Erkrankungen. Da die zugrundeliegenden Mechanismen der Metalltoxizität (sowohl einzeln als auch in Mischungen, siehe TraceAge) nicht vollständig verstanden sind, werden sowohl menschliche Zellkulturen als auch der Modellorganismus Caenorhabditis elegans (C. elegans) gemäß dem "3R"-Konzept (Reduktion, Verfeinerung und Ersatz von Tierversuchen) verwendet. Neben der Bewertung der empfindlichsten Zielzellen und der empfindlichsten Stoffwechselwege ist es zwingend erforderlich, die beobachteten Effekte immer mit dem zellulären Metallgehalt in Beziehung zu setzen.
Die THz-Bildgebung wird eine nicht-invasive, zerstörungsfreie, durchsatzstarke und genaue Methode zur Erkennung von Zellen und zur Bewertung dynamischer zellulärer Prozesse als Reaktion auf verschiedene Giftstoffe und Medikamente bieten. Die Sensoroberfläche wird außerdem die gleichzeitige zerstörungsfreie Erkennung toxischer Metalle mit hohem Durchsatz ermöglichen. Die THz-Bildgebung wird außerdem die Darstellung von Körperbewegungen und Rachenpumpen bei C. elegans ermöglichen, was ein zuverlässiger Endpunkt bei der Prüfung der Neurotoxizität ist.
Publikationen
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V. Michaelis, S. Kasper, L. Naperkowski, J. Pusse, A. Thiel, F. Ebert, M. Aschner, T. Schwerdtle, H. Haase, J. Bornhorst, The impact of zinc on manganese bioavailability and cytotoxicity in HepG2 cells. Mol Nutr Food Res. 2023 Jan 22:e2200283.
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M. M Nicolai, B. Witt, S. Friese, V. Michaelis, L. Hölz-Armstrong, M. Martin, F. Ebert , T. Schwerdtle, J. Bornhorst, Mechanistic studies on the adverse effects of manganese overexposure in differentiated LUHMES cells, Food Chem Toxicol . 2022 Jan 19;161:112822.
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M. M. Nicolai, A. K. Weishaupt, J. Baesler, V. Brinkmann, A. Wellenberg, N. Winkelbeiner, A. Gremme, M. Aschner, G. Fritz, T. Schwerdtle, J. Bornhorst, Effects of Manganese on Genomic Integrity in the Multicellular Model Organism Caenorhabditis elegans, Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 10905.
