The toxicity of 36 aliphatic amines on the embryos of the zebrafish Danio rerio were investigated. The DarT (Danio rerio Toxicity assay) was used to determine the lethal concentrations within a 48 h static acute toxicity test. A QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) was performed using the LC50 values and molecular descriptors such as lipophilicity, maximum positive charge on hydrogen atom and the effective diameter of the molecule. In general, the toxicity of primary and secondary amines could be described by the lipophilicity as descriptor. The toxicity of the tertiary amines tested could be only described by a bilinear regression model. Further, regression models for other aquatic species such as the fathead minnow Pimephales promelas, Daphnia magna and Tetrahymena pyriformis showed that the toxicity of each species is a good predictor for each other.

Nanoobjekte werden als eines der meist untersuchten Forschungsgebiete unserer Zeit immer beliebter in der Industrie, da durch Variation ihrer Strukturen besondere Eigenschaften entlockt werden können, die bei makrokristallinen Kompositionen nicht auftreten. Doch mit Zunahme der Anwendungsbereiche steigt wiederum die Wahrscheinlichkeit einer hohen Exposition, was die toxikologischen Untersuchungen der letzten Jahre bedingte. Allerdings wurden dabei weniger die kausalen Zusammenhänge eruiert. In dieser Arbeit zeigt der Autor die Beziehungen zwischen ZnO-Toxizität und intrazellulärer Zn2+-Konzentrationen auf. Zu diesem Zweck erfolgten Zytotoxizitätsuntersuchungen mittels MTT-Test von ZnO-Nanopartikeln und ZnCl2. Dadurch konnten die toxischen Eigenschaften dieser Agenzien belegt werden. Sowohl Nanopartikel als auch Zn2+ weißen in äquivalenter Gesamtmasse dieselben Toxizitätswerte auf. Nachfolgend wurde die Toxizität I) der Partikel durch Chelatierung der Ionen und II) der freigesetzten Zn2+ durch Abzentrifugieren der Partikel untersucht. Hierbei zeigte sich eine deutlich niedrigere Toxizität der Partikel in Abwesenheit von Zn2+. Hingegen verursachten die partikelfreien Proben allein durch die freigesetzten Zn2+ durchaus vergleichbare Effekte wie die ZnO-Dispersion. Erwähnenswert ist, dass generell eine geringere Toxizität durch FKS-Zugabe vorhanden war. Im Weiteren wurde die intrazelluläre Zn2+-Konzentration in Abhängigkeit der Zinkexposition untersucht. Anhand der Markierung mit dem zinkspezifischen Fluorophor FluoZin-3 erfolgte die quantitative Zn2+-Bestimmung mittels Durchflusszytometrie. Dabei ergab sich ein signifikanter Anstieg der intrazellulären Zn2+-Konzentration, der eine einschneidende Störung der Zinkhomöostase darstellt. Bemerkenswert ist der Anstieg in vitalen Zellen auf ein Vielfaches der Ausgangkonzentration, wobei das Überschreiten von etwa 10 nM zum Übergang in die Nekrose führte. Unabhängig von äußeren Faktoren lagen bei gleichen Toxizitätswerten vergleichbare intrazelluläre Zn2+-Konzentrationen vor. Offenbar gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen intrazellulären Zn2+ und der Toxizität. Dieser Sachverhalt kann zur Risikobewertung der Nanopartikel herangezogen werden.

Lycorin gilt bei vielen Amaryllidaceae als Hauptalkaloid und die Aufnahme dieser Pflanzen ist eine häufige Vergiftungsursache bei Mensch und Tier. Als Hauptsymptome infolge dieser Pflanzenvergiftungen werden Nausea und Emesis genannt, aber systematische Untersuchungen zu diesen biologischen Effekten, zum Wirkmechanismus und zur Pharmakokinetik von Lycorin, das als auslösendes Agens angenommen wird, existieren bislang nicht. In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen verabreichter Lycorin-dosis und Lycorin-induzierter Nausea und Emesis, die Beeinflussbarkeit dieser emetischen Effekte durch etablierte Antiemetika und die Pharmakokinetik von Lycorin in einem cross-over und vehikel-kontrollierten Design in vivo untersucht. Die Studie wurde an elf Beagle-Hunden beider Geschlechter durchgeführt. Die Lycorin-induzierten emetischen Effekte wurden quantifiziert und über Videoaufzeichnungen zeitnah dokumentiert. Nausea wird hierbei mittels eines Scoring-Systems quantifiziert, während die Parameter Latenzzeit, Dauer und Anzahl der Brechakte zur Beurteilung der Emesis herangezogen werden. Die subkutane Applikation von Lycorin induziert, beginnend ab einer Dosis von 0,5 mg/kg KGW Nausea und Vomitus. Eine statistische Signifikanz ist allerdings erst ab 1,0 mg/kg und ein maximaler emetischer Effekt bei einer Dosis von 2 mg/kg (ED100) zu verzeichnen. Die Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen applizierter Lycorin-Dosis und Nausea-Score sowie der Anzahl der Brechakte. Lycorin-induzierte Nausea und Emesis sind in den vorliegenden Untersuchungen selbstlimitierend und dauern maximal 2,5 Stunden an. Lycorin weist in den untersuchten Dosierungen von 0,25 mg/kg bis 2,0 mg/kg eine lineare Plasmakinetik auf. Nach subkutaner Gabe werden maximale Plasmakonzentrationen (Cmax) nach 0,5 h gemessen, die mittlere Plasma-Halbwertszeit beträgt 0,67 h nach subkutaner, respektive 0,51 h nach intravenöser Applikation. Die errechnete orale Bioverfügbarkeit beträgt ca. 40 %. Das Auftreten von Nausea und Emesis, sowie deren Verlauf decken sich weitestgehend mit dem Verlauf der Lycorinkonzentration im Plasma. In keiner der untersuchten Dosisstufen sind blutchemische oder hämatologische Abweichungen aufgetreten. Um Rückschlüsse auf die Zielstrukturen von Lycorin und somit auf den emetischen Wirkungsmechanismus der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea zu gewinnen, wurden die Hunde jeweils mit Diphenhydramin, Maropitant, Metoclopramid, Ondansetron oder Scopolamin vorbehandelt. Diese therapeutisch etablierten Antiemetika besitzen eine selektive Rezeptoraffinität und entfalten ihre antiemetische Wirkung über einen Antagonismus an histaminergen H1- (Diphenhydramin), dopaminergen D2- (Metoclopramid), muskarinergen M1-3- (Scopolamin), serotoninergen 5-HT3- (Ondansetron) oder Neurokinin-1-Rezeptoren (NK1) (Maropitant). Durch die Bindung des jeweiligen Antiemetikums an die spezifischen Rezeptoren, soll die anschließende Bindung von Lycorin an den gleichen Rezeptoren verhindert oder reduziert werden, was sich in einer Reduktion oder Abwesenheit von Nausea und Emesis auswirkt. Die Vorbehandlung mit Ondansetron ist mit einer signifikanten Verminderung der Anzahl der Brechakte verbunden und durch die Vorbehandlung mit Maropitant kann Lycorin-induzierte Emesis komplett verhindert werden. Einzig Ondansetron reduziert darüber hinaus den Ausprägungsgrad der Nausea und verlängert die Latenzzeit bis zum Auftreten von Vomitus, was eine Beteiligung von 5-HT3 Rezeptoren bei lycorin-induzierter Nausea nahe legt. Histaminerge (H1), dopaminerge (D2) und muskarinerge (M1-3) Rezeptoren sind vermutlich nicht an Lycorin-induzierter Nausea und Emesis beteiligt. Die Befunde der vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass Lycorin bei Vergiftungen mit Pflanzen oder Pflanzenteilen, die zu den Amaryllidaceae gehören, eine entscheidende Bedeutung für die klinische Symptomatik und den Verlauf von Intoxikationen hat. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sind eine prädominierende Beteiligung von NK1- und eine etwas geringer ausgeprägte Beteiligung von 5-HT3-Rezeptoren im emetischen Wirkmechanismus wahrscheinlich. Somit erscheint die therapeutische Anwendung von Maropitant beim Hund (und evtl. Apreptitant beim Menschen) und/oder Ondansetron zur symptomatischen Behandlung anhaltender Nausea und Emesis bei Pflanzenvergiftungen mit Amaryllidacaen bei denen die Wirkung von Lycorin dominiert, wissenschaftlich begründet und klinisch von Vorteil gegenüber anderen antiemetischen Prinzipien zu sein.

Nanoobjekte werden als eines der meist untersuchten Forschungsgebiete unserer Zeit immer beliebter in der Industrie, da durch Variation ihrer Strukturen besondere Eigenschaften entlockt werden können, die bei makrokristallinen Kompositionen nicht auftreten. Doch mit Zunahme der Anwendungsbereiche steigt wiederum die Wahrscheinlichkeit einer hohen Exposition, was die toxikologischen Untersuchungen der letzten Jahre bedingte. Allerdings wurden dabei weniger die kausalen Zusammenhänge eruiert. In dieser Arbeit zeigt der Autor die Beziehungen zwischen ZnO-Toxizität und intrazellulärer Zn2+-Konzentrationen auf. Zu diesem Zweck erfolgten Zytotoxizitätsuntersuchungen mittels MTT-Test von ZnO-Nanopartikeln und ZnCl2. Dadurch konnten die toxischen Eigenschaften dieser Agenzien belegt werden. Sowohl Nanopartikel als auch Zn2+ weißen in äquivalenter Gesamtmasse dieselben Toxizitätswerte auf. Nachfolgend wurde die Toxizität I) der Partikel durch Chelatierung der Ionen und II) der freigesetzten Zn2+ durch Abzentrifugieren der Partikel untersucht. Hierbei zeigte sich eine deutlich niedrigere Toxizität der Partikel in Abwesenheit von Zn2+. Hingegen verursachten die partikelfreien Proben allein durch die freigesetzten Zn2+ durchaus vergleichbare Effekte wie die ZnO-Dispersion. Erwähnenswert ist, dass generell eine geringere Toxizität durch FKS-Zugabe vorhanden war. Im Weiteren wurde die intrazelluläre Zn2+-Konzentration in Abhängigkeit der Zinkexposition untersucht. Anhand der Markierung mit dem zinkspezifischen Fluorophor FluoZin-3 erfolgte die quantitative Zn2+-Bestimmung mittels Durchflusszytometrie. Dabei ergab sich ein signifikanter Anstieg der intrazellulären Zn2+-Konzentration, der eine einschneidende Störung der Zinkhomöostase darstellt. Bemerkenswert ist der Anstieg in vitalen Zellen auf ein Vielfaches der Ausgangkonzentration, wobei das Überschreiten von etwa 10 nM zum Übergang in die Nekrose führte. Unabhängig von äußeren Faktoren lagen bei gleichen Toxizitätswerten vergleichbare intrazelluläre Zn2+-Konzentrationen vor. Offenbar gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen intrazellulären Zn2+ und der Toxizität. Dieser Sachverhalt kann zur Risikobewertung der Nanopartikel herangezogen werden.

Graphen und Siliciumdioxid Nanopartikel sind als Trägersubstanz für Medikamente beim Drug Targeting von Interesse. Diese Arbeit ist eine toxikologische Untersuchung der Nanopartikel Graphen und Siliciumdioxid im Zellmodell. Dabei wurden Graphen Nanopartikel mit einer Dicke von 6 bis 8 nm und einer Breite von 15 µm verwendet. Die verwendeten Siliciumdioxid Nanopartikel waren kugelförmig und porös mit einer Partikel-Größe von 5 bis 20 nm. Die dosisabhängige Toxizität (Konzentrationen 0,01 mg/ml, 0,1 mg/ml und 1 mg/ml, Inkubation über 24 Stunden) gegenüber 5 verschiedenen Zelllinien (cerebEND, Caco-2, Hep G2, HEK-293, H441) wurde geprüft. Dabei kamen Zellviabilitätstests (CellTiter-Glo Assay, EZ4U-Test) zum Einsatz. Zudem wurde mit den Apoptose-Markern Bax und Caspase-3 auf Gen- und Proteinebene (Polymerasekettenreaktion und Western Blot) überprüft, ob eine Apoptose eingeleitet wurde. Zur Untersuchung der Zellviabilität wurde der CellTiter-Glo Assay verwendet. Für Graphen Nanopartikel zeigte sich ab einer Konzentration von 1 mg/ml bei den Zelllinien HEK-293 und H441 ein statistisch signifikanter Abfall der Zellviabilität. CerebEND und Hep G2 Zellen reagierten auf Graphen Nanopartikel ab einer Konzentration von 1 mg/ml ebenfalls mit einem deutlichen Abfall der Zellviabilität, diese Ergebnisse waren jedoch nicht statistisch signifikant. Die Zelllinie Caco-2 zeigte sich von den Graphen Nanopartikeln unbeeindruckt, es kam zu keiner statistisch signifikanten Veränderung der Zellviabilität. Siliciumdioxid Nanopartikel bewirkten ab einer Konzentration von 1 mg/ml einen statistisch signifikanten Abfall der Zellviabilität bei den Zelllinien cerebEND, HEK-293 und H441. HepG2 Zellen zeigten bei 1 mg/ml Siliciumdioxid einen deutlichen aber statistisch nicht signifikanten Abfall der Zellviabilität. Die Zelllinie Caco-2 erwies sich auch bei Siliciumdioxid Nanopartikel als äußerst robust und zeigte keine statistisch signifikanten Veränderungen der Zellviabilität. Messungen der Zellviabilität auf Grundlage von Adsorptionsmessung, wie beim EZ4U-Test, hatten sich als ungeeignet erwiesen, da die Eigenfarbe der Nanopartikel Graphen und Siliciumdioxid mit dieser Messung interferierte. Zudem wurde geprüft, ob die bei einem Teil der Zelllinien eingetretene toxische Wirkung der Nanopartikel ab einer Konzentration von 1 mg/ml durch Nekrose oder durch Apoptose zustande kam. Die Polymerasekettenreaktion zeigte mit einer einzigen Ausnahme keine statistisch signifikante Erhöhung der Genexpression für Bax und Caspase-3 und gab somit auch keine Hinweise auf die Einleitung einer Apoptose. Im Western Blot zeigte sich keine statistisch signifikante Erhöhung der Proteinexpression von Bax und Caspase-3. Zudem konnte im Western Blot auch keine aktivierte Caspase-3 nachgewiesen werden. Somit lagen auf Grundlage von Polymerasekettenreaktion und Western Blot keine Hinweise auf das Eintreten einer Apoptose vor. Die toxische Wirkung der Nanopartikel Graphen und Siliciumdioxid, die bei einem Teil der Zelllinien ab einer Konzentration von 1 mg/ml nachgewiesen werden konnte, beruhte demnach auf Nekrose. / Graphene and silicon dioxide nanoparticles are of interest as drug carriers for controlled drug delivery systems. This thesis is an evaluation of the toxic properties of the nanoparticles Graphene and Silicon dioxide based on tests on cell culture. The Graphene nanoplatelets were 6 to 8 nm thick and 15 µm wide. The Silicon dioxide nanoparticles were spherical and porous with a particle size of 5 to 20 nm. The dose dependent toxicity (concentrations 0,01 mg/ml, 0,1 mg/ml und 1 mg/ml, incubation over 24 hours) was tested on 5 different cell lines (cerebEND, Caco-2, Hep G2, HEK-293, H441). I used cell viability test (CellTiter-Glo Assay, EZ4U-test). In addition, I used PCR (Polymerase chain reaction) and western blot to detect the apoptosis markers Bax and Caspase-3, to see if the nanoparticles cause an apoptosis or a necrosis. For investigating the cell viability, I used the CellTiter-Glo Assay. Graphene nanoplatelets showed from a concentration of 1 mg/ml for the cell lines HEK-293 und H441 a statistically significant decrease of cell viability. CerebEND and Hep G2 cells reacted on Graphene nanoplatelets from a concentration of 1 mg/ml with a clearly decrease in cell viability, but these results were not statistically significant. The cell line Coco-2 showed no decrease in cell viability after the incubation with Graphene nanoplatelets. Silicon dioxide nanoparticles showed from a concentration of 1 mg/ml a statistic significant decrease of cell viability in the cell lines cerebEND, HEK-293 and H441. The Hep G2 cells showed a decrease in cell viability as well, but the results were not statistically significant. The cell line Caco-2 showed no decrease in cell viability after the incubation with Silicon dioxide nanoparticles. Cell viability tests based on the messurement of adsorption like the EZ4U-test, proved not suitable for this setting, because the own color of the nanoparticles interfered with the measurement. In addition, I tested if the nanoparticles caused an apoptosis or a necrosis. The PCR showed with one exception no statistically significant increase in the gene expression of Bax and Caspase-3 and therefore no proof of apoptosis. The western blot showed no statistically significant increase in the protein expression of Bax and Caspase-3. And it detected no activated Caspase-3. There was based on PCR and western blot no sign for the cells to enter in apoptosis. The toxic properties of the nanoparticles Graphene and Silicon dioxide, that was shown in a part of the cell lines from a concentration of 1 mg/ml, was therefore based on necrosis.

Im Rahmen der EU-Richtlinie REACH müssen industrierelevante Chemikalien bezüglich des Risikos für Mensch und Umwelt (neu) untersucht und bewertet werden, wobei die Anzahl an Tierversuchen zu minimieren ist und neue toxikologische Prüfmethoden, Bewertungsstrategien sowie alternative Testsysteme entwickelt und optimiert werden sollen. Ubiquitär vorkommende Testorganismen, welche ähnliche Eigenschaften und eine vergleichbare Sensitivität bezüglich äußerer Einflüsse wie komplexere Organismen (Fisch, Säugetier, Mensch) besitzen, sind hier besonders gefragt um die Belastung abzuschätzen und Trendaussagen über die Wirkung zu formulieren. Durch den Einsatz vieler dieser Testorganismen sowie durch die Ermittlung der chemischen Reaktivität und der Strukturmerkmale einer Verbindung kann ein globales Bild über die Wirkung erhalten werden. Ein Organismus, der diese Charakteristika aufweist, ist der eukaryotische Einzeller Tetrahymena pyriformis GL. In der vorliegenden Dissertation wird zum einen die jeweilige Toxizität elektrophiler Substanzen unterschiedlicher Stoffklassen und Reaktions-mechanismen (α,β-ungesättigte Carbonyl- und Carboxylverbindungen, heterozyklische Drei- und Vierringe, α-halogenierte Carbonyle, Harnstoffe und Thioharnstoffe, aromatische Disulfide sowie aliphatische und aromatische Nitroverbindungen) nach den Expositionszeiten 24 h, 48 h und 72 h mit Hilfe eines etablierten Wachstumshemmtests (Müller, 2001) bestimmt und Struktur-Toxizitäts-Beziehungen bzw. Strukturalarme abgeleitet. Neben der methodischen Optimierung werden die substanzspezifischen Eigenschaften, Flüchtigkeit und Sorptionsfähigkeit, quantitativ erfasst und durch neu aufgestellten Modellgleichungen für jede Substanz ermittelt. Mit der Bestimmung der Toxizitätserhöhung, Te, welche auch als ein Maß für die Reaktivität angesehen werden kann, werden Organismen-spezifische Narkose-Basis-Geraden generiert, exzesstoxische Verbindungen identifiziert und Strukturalarme für die jeweiligen Stoffklassen aufgestellt. Zum anderen werden binäre Mischungen untersucht, welche aus den Einzelstoffen bestehen, deren Toxizität im ersten Abschnitt der Arbeit ermittelt wurden und bei denen theoretische Annahmen über die Reaktionsmechanismen bestehen. Dieser Abschnitt identifiziert, ob gleiche bzw. unähnliche primäre Wechselwirkungen zweier Substanzen mit den biologischen Targets vorliegen und welcher Mechanismus, der reaktive Mechanismus exzesstoxischer Substanzen oder die Wechselwirkungen mit Membran-Bestandteilen, dominierend ist. Für die Auswertung der Mischungsergebnisse werden die etablierten biometrischen Modelle Konzentrations-Additivität und Unabhängigen Wirkung verwendet. Es wird dargestellt, dass die Mischungstoxizitäten der binären Mischungen ähnlich wirkender Substanzen zwar relativ genau mithilfe beider Modelle berechnet werden, jedoch keine eindeutige Charakterisierung der Mechanismen möglich ist. Die Ergebnisse der untersuchten binären Mischungen unterschiedlich wirkender Substanzen zeigen dagegen, dass die Mischungstoxizitäten unähnlicher Substanzen relativ genau mithilfe des Modells der Unabhängigen Wirkung berechnet werden und eine Charakterisierung der Mechanismen möglich ist.

Im Rahmen der EU-Richtlinie REACH müssen industrierelevante Chemikalien bezüglich des Risikos für Mensch und Umwelt (neu) untersucht und bewertet werden, wobei die Anzahl an Tierversuchen zu minimieren ist und neue toxikologische Prüfmethoden, Bewertungsstrategien sowie alternative Testsysteme entwickelt und optimiert werden sollen. Ubiquitär vorkommende Testorganismen, welche ähnliche Eigenschaften und eine vergleichbare Sensitivität bezüglich äußerer Einflüsse wie komplexere Organismen (Fisch, Säugetier, Mensch) besitzen, sind hier besonders gefragt um die Belastung abzuschätzen und Trendaussagen über die Wirkung zu formulieren. Durch den Einsatz vieler dieser Testorganismen sowie durch die Ermittlung der chemischen Reaktivität und der Strukturmerkmale einer Verbindung kann ein globales Bild über die Wirkung erhalten werden. Ein Organismus, der diese Charakteristika aufweist, ist der eukaryotische Einzeller Tetrahymena pyriformis GL. In der vorliegenden Dissertation wird zum einen die jeweilige Toxizität elektrophiler Substanzen unterschiedlicher Stoffklassen und Reaktions-mechanismen (α,β-ungesättigte Carbonyl- und Carboxylverbindungen, heterozyklische Drei- und Vierringe, α-halogenierte Carbonyle, Harnstoffe und Thioharnstoffe, aromatische Disulfide sowie aliphatische und aromatische Nitroverbindungen) nach den Expositionszeiten 24 h, 48 h und 72 h mit Hilfe eines etablierten Wachstumshemmtests (Müller, 2001) bestimmt und Struktur-Toxizitäts-Beziehungen bzw. Strukturalarme abgeleitet. Neben der methodischen Optimierung werden die substanzspezifischen Eigenschaften, Flüchtigkeit und Sorptionsfähigkeit, quantitativ erfasst und durch neu aufgestellten Modellgleichungen für jede Substanz ermittelt. Mit der Bestimmung der Toxizitätserhöhung, Te, welche auch als ein Maß für die Reaktivität angesehen werden kann, werden Organismen-spezifische Narkose-Basis-Geraden generiert, exzesstoxische Verbindungen identifiziert und Strukturalarme für die jeweiligen Stoffklassen aufgestellt. Zum anderen werden binäre Mischungen untersucht, welche aus den Einzelstoffen bestehen, deren Toxizität im ersten Abschnitt der Arbeit ermittelt wurden und bei denen theoretische Annahmen über die Reaktionsmechanismen bestehen. Dieser Abschnitt identifiziert, ob gleiche bzw. unähnliche primäre Wechselwirkungen zweier Substanzen mit den biologischen Targets vorliegen und welcher Mechanismus, der reaktive Mechanismus exzesstoxischer Substanzen oder die Wechselwirkungen mit Membran-Bestandteilen, dominierend ist. Für die Auswertung der Mischungsergebnisse werden die etablierten biometrischen Modelle Konzentrations-Additivität und Unabhängigen Wirkung verwendet. Es wird dargestellt, dass die Mischungstoxizitäten der binären Mischungen ähnlich wirkender Substanzen zwar relativ genau mithilfe beider Modelle berechnet werden, jedoch keine eindeutige Charakterisierung der Mechanismen möglich ist. Die Ergebnisse der untersuchten binären Mischungen unterschiedlich wirkender Substanzen zeigen dagegen, dass die Mischungstoxizitäten unähnlicher Substanzen relativ genau mithilfe des Modells der Unabhängigen Wirkung berechnet werden und eine Charakterisierung der Mechanismen möglich ist.

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The estrogenic flavanone rac-8-prenylnaringenin (8-PN) and 3 derivatives (rac-7-(O-prenyl)naringenin-4′-acetate (7-O-PN), rac-5-(O-prenyl)naringenin-4′,7-diacetate (5-O-PN), and rac-6-(1,1-dimethylallyl)naringenin (6-DMAN) were prepared by chemical synthesis and analyzed with respect to their toxicity and possible cell cycle effects in human acute myeloid leukemia (HL-60) cells. With the exception of 5-O-PN, all the other naringenins showed only weak toxic effects at concentrations below 50 μmol/l. A cell cycle analysis over several cell generations up to 4 days was carried out using the fluorescent dye carboxyfluorescein diacetate N-succinimidyl ester (CFSE) followed by propidium iodide (PI) staining at the end of the experiment. The well-studied flavonol quercetin was included in the analysis as a reference substance. All flavonoids affected cell proliferation, but the extent and the resulting changes in the proliferation pattern were specific for each substance. In contrast to the radical scavenging activity of quercetin, the tested flavanones showed no anti-oxidative properties using several different test systems. Similarly, the mitochondrial membrane potential (ΔΨm) was hardly effected by these compounds, while both menadione and quercetin strongly reduced the potential after 1 h of treatment. The reported chemical modification of interesting lead substances (like the strongly estrogenic 8-PN) presents a promising approach to modulate the properties of a relevant substance in a pharmacologically desirable way. The low toxicity and weak cytostatic properties of the tested naringenin derivatives is encouraging for further studies on known naringenin target molecules. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Lycorin gilt bei vielen Amaryllidaceae als Hauptalkaloid und die Aufnahme dieser Pflanzen ist eine häufige Vergiftungsursache bei Mensch und Tier. Als Hauptsymptome infolge dieser Pflanzenvergiftungen werden Nausea und Emesis genannt, aber systematische Untersuchungen zu diesen biologischen Effekten, zum Wirkmechanismus und zur Pharmakokinetik von Lycorin, das als auslösendes Agens angenommen wird, existieren bislang nicht. In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen verabreichter Lycorin-dosis und Lycorin-induzierter Nausea und Emesis, die Beeinflussbarkeit dieser emetischen Effekte durch etablierte Antiemetika und die Pharmakokinetik von Lycorin in einem cross-over und vehikel-kontrollierten Design in vivo untersucht. Die Studie wurde an elf Beagle-Hunden beider Geschlechter durchgeführt. Die Lycorin-induzierten emetischen Effekte wurden quantifiziert und über Videoaufzeichnungen zeitnah dokumentiert. Nausea wird hierbei mittels eines Scoring-Systems quantifiziert, während die Parameter Latenzzeit, Dauer und Anzahl der Brechakte zur Beurteilung der Emesis herangezogen werden. Die subkutane Applikation von Lycorin induziert, beginnend ab einer Dosis von 0,5 mg/kg KGW Nausea und Vomitus. Eine statistische Signifikanz ist allerdings erst ab 1,0 mg/kg und ein maximaler emetischer Effekt bei einer Dosis von 2 mg/kg (ED100) zu verzeichnen. Die Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen applizierter Lycorin-Dosis und Nausea-Score sowie der Anzahl der Brechakte. Lycorin-induzierte Nausea und Emesis sind in den vorliegenden Untersuchungen selbstlimitierend und dauern maximal 2,5 Stunden an. Lycorin weist in den untersuchten Dosierungen von 0,25 mg/kg bis 2,0 mg/kg eine lineare Plasmakinetik auf. Nach subkutaner Gabe werden maximale Plasmakonzentrationen (Cmax) nach 0,5 h gemessen, die mittlere Plasma-Halbwertszeit beträgt 0,67 h nach subkutaner, respektive 0,51 h nach intravenöser Applikation. Die errechnete orale Bioverfügbarkeit beträgt ca. 40 %. Das Auftreten von Nausea und Emesis, sowie deren Verlauf decken sich weitestgehend mit dem Verlauf der Lycorinkonzentration im Plasma. In keiner der untersuchten Dosisstufen sind blutchemische oder hämatologische Abweichungen aufgetreten. Um Rückschlüsse auf die Zielstrukturen von Lycorin und somit auf den emetischen Wirkungsmechanismus der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea zu gewinnen, wurden die Hunde jeweils mit Diphenhydramin, Maropitant, Metoclopramid, Ondansetron oder Scopolamin vorbehandelt. Diese therapeutisch etablierten Antiemetika besitzen eine selektive Rezeptoraffinität und entfalten ihre antiemetische Wirkung über einen Antagonismus an histaminergen H1- (Diphenhydramin), dopaminergen D2- (Metoclopramid), muskarinergen M1-3- (Scopolamin), serotoninergen 5-HT3- (Ondansetron) oder Neurokinin-1-Rezeptoren (NK1) (Maropitant). Durch die Bindung des jeweiligen Antiemetikums an die spezifischen Rezeptoren, soll die anschließende Bindung von Lycorin an den gleichen Rezeptoren verhindert oder reduziert werden, was sich in einer Reduktion oder Abwesenheit von Nausea und Emesis auswirkt. Die Vorbehandlung mit Ondansetron ist mit einer signifikanten Verminderung der Anzahl der Brechakte verbunden und durch die Vorbehandlung mit Maropitant kann Lycorin-induzierte Emesis komplett verhindert werden. Einzig Ondansetron reduziert darüber hinaus den Ausprägungsgrad der Nausea und verlängert die Latenzzeit bis zum Auftreten von Vomitus, was eine Beteiligung von 5-HT3 Rezeptoren bei lycorin-induzierter Nausea nahe legt. Histaminerge (H1), dopaminerge (D2) und muskarinerge (M1-3) Rezeptoren sind vermutlich nicht an Lycorin-induzierter Nausea und Emesis beteiligt. Die Befunde der vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass Lycorin bei Vergiftungen mit Pflanzen oder Pflanzenteilen, die zu den Amaryllidaceae gehören, eine entscheidende Bedeutung für die klinische Symptomatik und den Verlauf von Intoxikationen hat. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sind eine prädominierende Beteiligung von NK1- und eine etwas geringer ausgeprägte Beteiligung von 5-HT3-Rezeptoren im emetischen Wirkmechanismus wahrscheinlich. Somit erscheint die therapeutische Anwendung von Maropitant beim Hund (und evtl. Apreptitant beim Menschen) und/oder Ondansetron zur symptomatischen Behandlung anhaltender Nausea und Emesis bei Pflanzenvergiftungen mit Amaryllidacaen bei denen die Wirkung von Lycorin dominiert, wissenschaftlich begründet und klinisch von Vorteil gegenüber anderen antiemetischen Prinzipien zu sein.