DNS schädigende Eigenschaften von Zementpartikeln auf primäre Oropharyngealzellen bei Personen mit Malignomen der oberen Atemwege

Abstract

Bauarbeiter sind auf der ganzen Welt bei der Herstellung und Verarbeitung von Zementdessen Staub ausgesetzt. Diese feinen Partikel (0.1 200 mym) sind in der Lage durchInhalation in die oberen Atemwege und die Lunge zu gelangen und können hierdurch eineVielzahl von verschiedenen Symptomen, wie z.B. Pneumopathien, Granulome,Bronchialasthma, Husten, Emphyseme und Fibrosen verursachen. In einer epidemiologischenFall-Kontroll Studie aus dem Rhein-Neckar-Kreis konnte ein Zusammenhangzwischen der Exposition gegenüber Zementpartikeln und Effekten im Bereich der oberenAtemwege mit der Folge von Atemwegsobstruktionen und der Entwicklung von Tumoren imKopf-Hals-Bereich bei Bauarbeitern nachgewiesen werden. Zudem steigt das Risiko fürLarynx-Karzinome von Zementarbeitern mit Tabak- und Alkoholkonsum.Diese Ergebnisse gaben Anlass, um in der hier durchgeführten Untersuchung Biopsieprobenvon insgesamt 55 Patienten mit und ohne Larynx-Pharynx-Karzinom hinsichtlich ihrerReaktion auf die Belastung mit Zementstaub zu testen. Die Fähigkeit von zweirepräsentativen Zementstäuben (1 2.5 mym im Durchmesser) DNA zu schädigen, wurde anhumanen primären Oropharyngealmukosazellen mit Hilfe der Einzelzell-Gel-Elektrophorese(Comet Assay) untersucht.Um die Validität des Testsystems zu demonstrieren wurde das bekannte gentoxischeKarzinogen Benzo[a]pyren (B[a]P) als Positivkontrolle, Dörentruper Quarz (DQ 12) alspositive Partikelkontrolle und Titandioxid (TiO2) als negative Partikelkontrolle gewählt. DieExposition der Biopsieproben mit B[a]P und Quarz führte in allen 55 Fällen zu einemsignifikanten Anstieg des DNA Schadens (P < 0.05). Die Belastung der primären Zellen mitden Zementstäuben, genannt H1 und G (beide in Konzentrationen von 200 myg/cm²),verursachte ebenfalls eine signifikante DNA-Migration, für Zement H1 in 77 % der Probenund für Zement G in 48 % der Proben. Zellproben von Patienten mit und ohne Tumor zeigtenkeine signifikanten Unterschiede beim Ausmaß des DNA Schadens.Die in dieser Untersuchung gefundenen positiven Effekte von Zementstäuben auf humaneprimäre Mukosazellen lassen darauf schließen, dass diese Eigenschaften besitzen, um DNAzu schädigen. All over the world construction workers are exposed to cement dust during the mining of rawmaterials for cement production, or when using cement in the construction industry. The fineparticles (0.01 - 200 mym, mean 1 - 50 mym) enter the upper respiratory tract by inhalation and,depending on the length of occupational exposure, may trigger a range of pathologicalsymptoms and diseases, e.g. pneumopathys, granulomas and cough, as well as otherconditions such as chronic obstructive pulmonary disease and bronchial asthma. A Germanepidemiological study found a correlation between squamous cell carcinoma of the larynx andexposure to cement dust. Furthermore, the relative risk of cement workers developingcarcinoma of the larynx increased with smoking habit. In this context, it was necessary toinvestigate individual sensitivities of biopsy samples from patients with and without tumoursof the oropharynx in respect of DNA damage after cement dust exposure.In this study DNA damage of two representative cement dusts (1 - 2.5 mym in diameter) wasinvestigated in human primary epithelial oropharyngeal mucosa cells using single cell gelelectrophoresis (Comet assay). The validity of the test system was demonstrated by using theknown carcinogen and genotoxic agent benzo[a]pyrene (BaP) as a reference, quartz DQ12 asa positive particle control and titanium dioxide (TiO2) as a negative particle control. In allbiopsy samples BaP and quartz led to a significant increase of DNA damage. Exposure of theprimary cells in vitro to the cement dusts coded as H1 and G (both at concentrations of 200myg/cm²) causes significant DNA migration (P<0.05) for cement dust H1 in 77 % of the biopsysamples and for cement dust G in 48 %. The extent of genotoxic damage is not significantlydifferent between cells from patients with tumours and controls.From these results we therefore conclude that the positive outcomes of this study with cementdusts in human primary cells provide evidence for DNA damaging properties.