{"id":129638,"date":"2026-05-22T11:22:31","date_gmt":"2026-05-22T09:22:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/moe-fellowship\/30025-013\/"},"modified":"2026-05-22T11:22:34","modified_gmt":"2026-05-22T09:22:34","slug":"30025-013","status":"publish","type":"moe-fellowship","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/moe-fellowship\/30025-013\/","title":{"rendered":"Exploring the impact of urban PM2.5 nanoparticles on human brain organoids: Implications for neurodegenerative diseases and environmental protection"},"content":{"rendered":"<p><strong>\u00a0Zusammenfassung<\/strong><\/p>\n<p><strong>Titel:<\/strong><\/p>\n<p>Auswirkungen st\u00e4dtischer PM<sub>2.5<\/sub> Nanopartikel auf menschliche Gehirnorganoide und Herzzellen: Auswirkungen auf neurodegenerative Erkrankungen, kardiovaskul\u00e4re Toxizit\u00e4t und Umweltgesundheit<\/p>\n<p><strong>Hintergrund:<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Feinstaub (PM<sub>2.5<\/sub>) ist ein Hauptbestandteil der Luftverschmutzung und wird zunehmend mit neurodegenerativen und kardiovaskul\u00e4ren Erkrankungen in Verbindung gebracht. Aufgrund ihrer geringen Gr\u00f6\u00dfe (\u2264 2,5 \u03bcm) k\u00f6nnen PM<sub>2.5<\/sub>-Partikel biologische Barrieren \u00fcberwinden, in den Blutkreislauf gelangen und entfernte Organe wie das Gehirn und das Herz erreichen. Trotz zunehmender epidemiologischer Erkenntnisse sind die zugrunde liegenden zellul\u00e4ren und molekularen Mechanismen \u2014insbesondere in stark verschmutzten Regionen\u2014 noch immer unzureichend erforscht.<\/p>\n<p><strong>Methoden:<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Um die PM<sub>2.5<\/sub>-induzierte Toxizit\u00e4t zu untersuchen, wurden zwei komplement\u00e4re In-vitro-Modelle verwendet: menschliche Gehirnorganoide und Herzzellen. Organoide des menschlichen Gehirns, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen wurden, wurden mehr als 60 Tage lang kultiviert und anschlie\u00dfend 14 Tage lang 50 \u03bcg\/ml PM<sub>2.5<\/sub>ausgesetzt, das in Prishtina gesammelt wurde und \u00fcberwiegend aus verkehrsbedingten Emissionen stammte. PM<sub>2.5<\/sub>-Partikel wurden mittels Methanolw\u00e4sche aus Luftfiltern extrahiert, steril getrocknet und durch Ultraschall homogenisiert.<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Parallel dazu wurden H9C2-Kardiomyozyten 24 und 48 Stunden lang <sub>PM2,5<\/sub> (25\u2013200 \u03bcg\/ml) und Manganoxid (Mn\u2082O\u2083; 10\u201340 \u03bcg\/ml) ausgesetzt. Oxidativer Stress wurde mithilfe von DCFH-DA in Gehirnorganoiden und MitoSOX Red in H9C2-Zellen bewertet. Die Zelllebensf\u00e4higkeit und die mitochondriale Stoffwechselaktivit\u00e4t wurden mithilfe von Endpunkt- und kinetischen MTT-Tests bewertet. Die Expression von Stress- und Autophagie-bezogenen Proteinen wurde mittels Western Blot analysiert. Die semiquantitative chemische Charakterisierung der PM<sub>2.5<\/sub>-Proben wurde mit SEM-EDX durchgef\u00fchrt.<\/p>\n<p><strong>Ergebnisse (vorl\u00e4ufig):<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Die Exposition von Gehirnorganoiden gegen\u00fcber PM<sub>2.5\u00a0 <\/sub>f\u00fchrte zu einem Anstieg der intrazellul\u00e4ren Konzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und einer Verringerung der Expression des stresssch\u00fctzenden Proteins BAG3 um etwa 40\u201350%. Eine Immunfluoreszenzanalyse deutete auf eine erh\u00f6hte GFAP-Expression hin, was auf eine Aktivierung der Astrozyten hindeutet, w\u00e4hrend keine konsistenten Ver\u00e4nderungen der phosphorylierten Tau-Werte oder der Proteinaggregation beobachtet wurden.<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">In H9C2-Kardiomyozyten f\u00fchrte die PM<sub>2.5<\/sub>-Exposition zu einem moderaten, aber reproduzierbaren Anstieg der mitochondrialen ROS-Produktion, begleitet von einer verringerten Stoffwechselaktivit\u00e4t, mit einer nichtlinearen Dosis-Wirkungs-Beziehung. Die Mn\u2082O\u2083-Exposition f\u00fchrte zu st\u00e4rkeren zeit- und konzentrationsabh\u00e4ngigen Effekten, darunter eine verringerte Zelllebensf\u00e4higkeit nach 48 Stunden und eine fr\u00fche mitochondriale Dysfunktion. Eine semiquantitative chemische Analyse ergab, dass PM<sub>2.5<\/sub>-Proben aus verschmutzten st\u00e4dtischen Gebieten des Kosovo (Prishtina und Obiliq) h\u00e4ufige atmosph\u00e4rische Elemente enthielten, die typisch f\u00fcr st\u00e4dtische Luftverschmutzung sind, darunter Na, Mg, Al, Si, S, K, Ca, Fe und Cl, sowie Spurenelemente wie Mn, Cu, Zn, Ni und Cr, was mit kombinierten st\u00e4dtischen und industriellen Emissionsprofilen \u00fcbereinstimmt.<\/p>\n<p><strong>Fazit:<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Diese Ergebnisse stellen vorl\u00e4ufige Daten dar. W\u00e4hrend die Ergebnisse darauf hindeuten, dass reale st\u00e4dtische PM<sub>2.5<\/sub>-Partikel fr\u00fche neurotoxische und kardiotoxische Stressreaktionen induzieren k\u00f6nnen \u2014haupts\u00e4chlich durch oxidativen Stress und Beeintr\u00e4chtigung zellul\u00e4rer Schutzmechanismen\u2014, sind zus\u00e4tzliche biologische Replikate und unabh\u00e4ngige experimentelle Validierung erforderlich, um die Reproduzierbarkeit zu best\u00e4tigen und endg\u00fcltige mechanistische Schlussfolgerungen zu ziehen. Im aktuellen Datensatz zeigten Organoide des Gehirns vor allem gliale Stressreaktionen und reduzierte Proteinschutzsysteme, w\u00e4hrend Herzzellen eine mitochondriale Dysfunktion und Stoffwechselbeeintr\u00e4chtigung zeigten. Insgesamt hebt die Studie potenzielle organspezifische Effekte von PM<sub>2.5<\/sub> hervor und unterst\u00fctzt die Verwendung kombinierter, f\u00fcr den Menschen relevanter In-vitro-Modelle f\u00fcr zuk\u00fcnftige, umfassendere Untersuchungen.<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Phase 2 dieses Projekts ist geplant und wird direkt auf den vorliegenden Erkenntnissen aufbauen. Alle wichtigen Experimente werden mit einer gr\u00f6\u00dferen Anzahl biologischer Replikate wiederholt, um die statistische Aussagekraft zu st\u00e4rken. Dar\u00fcber hinaus wird ein breiteres Spektrum an Proteinmarkern untersucht, die mit oxidativem Stress, Entz\u00fcndungen, mitochondrialer Funktion und Neurodegeneration in Zusammenhang stehen. Dar\u00fcber hinaus ist bereits eine Bulk-RNA-Sequenzierung geplant, um eine unvoreingenommene transkriptomische Analyse von PM<sub>2.5<\/sub>-induzierten molekularen Signalwegen zu erm\u00f6glichen und tiefere mechanistische Einblicke in die beobachteten zellul\u00e4ren Reaktionen zu liefern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>\u00a0Zusammenfassung Titel: Auswirkungen st\u00e4dtischer PM2.5 Nanopartikel auf menschliche Gehirnorganoide und Herzzellen: Auswirkungen auf neurodegenerative Erkrankungen, kardiovaskul\u00e4re Toxizit\u00e4t und Umweltgesundheit Hintergrund: Feinstaub (PM2.5) ist ein Hauptbestandteil der Luftverschmutzung und wird zunehmend mit neurodegenerativen und kardiovaskul\u00e4ren Erkrankungen in Verbindung gebracht. 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