Volatile Öle

Die Exposition gegenüber essentiellen Ölen (EO) ist allgegenwärtig, sei es im Medizin- oder Gesundheitsbereich, wie in der Nahrungs- und Wellnessindustrie. EO zeigen ein breites Aktivitätsspektrum, welches antientzündliche,restorative, entgiftendeKapazitäten, sowie neurologische und anxiolytische Wirkungen umfasst. Negative Auswirkungen auf die Gesundheit können jedoch nicht ausgeschlossen werden. Die komplexe chemische Zusammensetzung von EO, sowie der volatile Charakter der aktiven Inhaltsstoffe, erfordern den Einsatz von neuen technischen und wissenschaftlichen Ansätzen zur Risiko-Nutzenbewertung. In diesem Projekt sollen die Wirkmechanismen von EO mit Hilfe eines neuartigen Expositionssystems analysiert werden, welches eine Langzeitbehandlung von Zellkulturen mit volatilen Stoffen über einen großen Konzentrationsbereich ermöglicht. Dabei werden definierte Konzentrationen von volatilen Stoffen mit Hilfe eines feuchten Gasstroms auf Luft-Flüssigkeits- Interphase (ALI)Kulturen appliziert. Ein andieExpositionskammer gekoppeltes Gaschromatographie-System ermöglicht eine Online-Überwachung der Stoffkonzentration im Gasstrom. In dieser Studie sollen potentielle unerwünschte Effekte von EO an Epithel-Immunzellmodellen von Lunge und Haut untersucht werden. Ein Zusammenhang zwischen Sensibilisierung des Respirationstrakts gegenüber Chemikalien und topischer Exposition wird vermutet. Viele Inhaltsstoffe von EO sind in vitro als Antioxidantien charakterisiert worden. Dennoch kann die Permeabilisierung von Membranen durch diese lipophile Stoffe zu oxidativem Stress und Zytotoxizität führen. Antioxidative Effekte sollen vorwiegend im niedrigen (sub-lethalen) Konzentrationsbereich auftreten. Einige Inhaltsstoffe wurden als potentielle Antigene charakterisiert. Die zelluläre Antwort auf die Behandlung der Zellen mit bekannten Referenzsubstanzen und chemisch analysiertem Lavendel-, Teebaum- und Thymianöl soll helfen, Wirkprofile zu erstellen. Dafür werden Signalweg-basiert Ansätze verwendet. Die Zellbehandlungen umfassen den Vergleich von (i) lokaler und volatiler Exposition an verschiedenen Zellmodellen, (ii) eine detaillierte Charakterisierung einer EO Wirksignatur unter Einbeziehung von Wechselwirkungen zwischen Epithel-und Immunzellen und (iii) die Vorbehandlung von Zellen mit Stressoren, wie reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS), Ozonoder Endotoxin. Eine Vielzahlvonredox-regulierten Stoffwechselwegen werden dosis-abhängig von Naturstoffen und Medikamenten reguliert. Die Bestimmung von Antioxidant response element (ARE)/NF-E2-related factor 2 (Nrf-2)-vermittelter Signalweiterleitung, Zytokinproduktion, Neopterinbildung und Aktivierung des Enzyms Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) dient als sensitiver Readout für ein umfassendes Aktivitätsmonitoring. Weiters sollen mittels Transkriptionsanalyse Stoffwechselwege und Netzwerke charakterisiert werden. Durch die Kombination des innovativen Expositionssystems und ALIEpithel- Immunzellkulturen soll ein Beitrag für die Entwicklung von in vitro Methoden zur Bewertung von volatilen Stoffen in der Gasphase geleistet und Aktivitätsmechanismen von EO besser aufgeklärt werden.

Die Exposition gegenüber essentiellen, ätherischen Ölen (EO) ist allgegenwärtig, auch wenn uns das nicht immer bewusst ist. EO sind im Medizin- oder Gesundheitsbereich, oder auch in der Nahrungs- und Wellnessindustrie weit verbreitet. Die Bioaktivitäten der Inhaltsstoffe sind breit gefächert und reichen von antientzündlichen, regenerierenden, detoxifizierenden bis zu anxiolytischen Wirkungen. Viele Inhaltsstoffe weisen antioxidative Eigenschaften auf. Diese vorwiegend stark lipophilen Stoffe können jedoch leicht Biomembranen permeabiliseren, was oxidativen Stress initiieren und Zytotoxizität bewirken kann. Die komplexe chemische Zusammensetzung von EO, sowie der volatile und oft lipophile Charakter der Inhaltsstoffe, erfordern den Einsatz von neuen technischen und wissenschaftlichen Ansätzen, um die zellulären Effekte besser untersuchen zu können. Um die betroffenen Signalkaskaden detaillierter zu erfassen, etablierten wir spezielle Zellmodelle. Es handelt sich um Lungenepithelzellen, welche an der Luft-Flüssigkeitsgrenzschicht (air-liquid interface, ALI) und in Kombination mit Immunzellen kultiviert werden. Ein neuartiges Expositionssystem, welches eigens für derartige Analysen entwickelt worden ist, erlaubte erstmalig eine kontinuierliche Langzeitbehandlung von Zellkulturen mit flüchtigen Stoffen. Wir untersuchten die zellulären Effekte von EO, deren Inhaltsstoffe und von volatilen Referenzstoffen bei geringen Konzentrationen, welche die Zellviabilität noch nicht beeinflussten. Die Untersuchungen fokussierten auf Signalkaskaden, welche mit oxidativem Stress und mit immunologischen Prozessen in Verbindung stehen. Auch Transkriptomics-basierte Methoden kamen zum Einsatz um Stoffwechselwege zu definieren, welche zu einer möglichst sensitiven Aktivitätsanalyse herangezogen werden können.Zu unseren wichtigsten Feststellungen gehört, dass viele Stoffe Auswirkungen auf den Aminosäuren und Lipidstoffwechsel haben. Insbesondere Stoffwechselwege, die mit immunologischen Signalkaskaden interferieren, sind vermehrt betroffen. Das Ausmaß und die Ausrichtung der Veränderung hängen zudem sehr stark vom physiologischen Status der Zellen selbst ab. Zum besseren Verständnis der zellulären Antworten konnten wir zusätzlich zeigen, dass die Kombination des innovativen Expositionssystems und ALI Epithel-Immunzellkulturen eine geeignete Methode zur Risiko-Nutzen Bewertung von unterschiedlichsten volatilen Stoffen ist.