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Chronic non-healing wounds represent a substantial economic burden to healthcare systems and cause a considerable reduction in quality of life for those affected. Approximately 0.5���2% of the population in developed countries are projected to experience a chronic wound in their lifetime, necessitating further developments in the area of wound care materials. The use of aerogels for wound healing applications has increased due to their high exudate absorbency and ability to incorporate therapeutic substances, amongst them trace metals, to promote wound-healing. This study evaluates the swelling behavior of Ca-Zn-Ag-loaded alginate aerogels and their metal release upon incubation in human sweat or wound fluid substitutes. All aerogels show excellent liquid uptake from any of the formulas and high liquid holding capacities. Calcium is only marginally released into the swelling solvents, thus remaining as alginate bridging component aiding the absorption and fast transfer of liquids into the aerogel network. The zinc transfer quota is similar to those observed for common wound dressings in human and animal injury models. With respect to the immune regulatory function of zinc, cell culture studies show a high availability and anti-inflammatory activity of aerogel released Zn-species in RAW 264.7 macrophages. For silver, the balance between antibacterial effectiveness versus cytotoxicity remains a significant challenge for which the alginate aerogels need to be improved in the future. An increased knowledge of the transformations that alginate aerogels undergo in the course of the fabrication as well as during wound fluid exposure is necessary when aiming to create advanced, tissue-compatible aerogel products.

Anorganisches Arsenit wurde sowohl durch die „International Agency for Research on Cancer“ (IARC) als auch durch die Senatskommission der DFG zur Prüfung gesundheitschädlicher Arbeitsstoffe (MAK-Komission) als Humankanzerogen eingestuft. Dennoch sind zum jetzigen Zeitpunkt die zugrunde liegenden Mechanismen nur unzureichend verstanden. Eine wesentliche Rolle wird der Metabolisierung von anorganischem Arsenit zu drei-und fünfwertigen methylierten bzw. Schwefel-konjugierten Verbindungen sowie deren Interaktion mit thiolhaltigen Molekülen zugeschrieben. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bedeutung des Transkriptionsfaktors MTF-1 für die Aufnahme, Zytotoxizität und Genotoxizität von anorganischem Arsenit zu untersuchen. Modellhaft wurden hierfür embryonale Mausfibroblasten mit funktionellem MTF-1 (3T3) bzw. aus MTF-1-knockout Mäusen generierte defiziente Zellen (dko7) verwendet. Die Aufgabe von MTF-1 besteht in einer metallvermittelten Induktion der Metallothioneinbiosynthese. Das gewählte Modellsystem erfasst somit auch die Bedeutung dieser metallbindenden Proteine für die Aufnahme, Biotransformation und Zytotoxiziät von anorganischem Arsenit. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen mit Bezug auf die Zellzahl und die Koloniebildungsfähigkeit eine vergleichbare zytotoxische Wirkung von iAs3+ in beiden Zelllinien; bezogen auf die intrazellulär akkumulierten Mengen an Arsen erwiesen sich die MTF-1-defizienten Zellen jedoch als deutlich sensitiver. Die Untersuchungen zur Genotoxizität ergaben, dass es in beiden Mausfibroblastenlinien erst bei hohen Konzentrationen an anorganischem Arsenit zur Induktion von Strangbrüchen kommt. Im Vergleich war das Ausmaß der Schädigung größer in den MTF-1-defizienten Fibroblasten, im Einklang mit einer protektiven Funktion von MTF-1 gegenüber oxidativem Stress. Erfolgte eine Koinkubation mit Wasserstoffperoxid, so resultierte dies in der synergistischen Erhöhung der Anzahl an Strangbrüchen in den 3T3-Zellen bereits bei niedrigen mikromolaren Konzentrationen. Dieser Effekt wurde jedoch nicht in MTF-1-defizienten Fibroblasten beobachtet. In weiteren Versuchen soll geklärt werden, inwieweit diese erhöhte DNA-schädigende Wirkung auf eine regulatorische Funktion von MTF-1 auf die Entgiftung von Wasserstoffperoxid oder auf den Einfluss von DNA-Reparaturprozessen zurückzuführen ist.

Die Jahrestagungen der Gesellschaft für Mineralstoffe und Spurenelemente e .V. (GMS) behandeln Themen an den Schnittstellen zwischen Medizin, Ernährung, Biologie, Chemie und Umwelt. Dieses Buch präsentiert die Beiträge zur 28. Jahrestagung der GMS am Karlsruher Institut für Technologie. Unter dem Motto „Nutzen-Risiko-Bewertung von Mineralstoffen und Spurenelementen: Biochemische, physikalische und toxikologische Aspekte“ wurden neueste Erkenntnisse aus dem Bereich der Spurenelemente präsentiert. Am Beispiel von Zink, Selen, Jod und Eisen wurden biochemische Funktionen, eine optimale Aufnahme/Versorgung sowie Interaktionen zwischen diesen Spurenelementen dargestellt. Andererseits müssen aber auch möglicherweise toxische Wirkungen von Spurenelementen infolge von Überversorgung, beispielsweise durch Nahrungsergänzungsmittel oder angereicherte Lebensmittel, in Betracht gezogen und durch entsprechende Grenzwertsetzung berücksichtigt werden. Toxische Wirkungen können zudem als Folge unphysiologischer Aufnahmewege auftreten; Beispiele sind die Neurotoxizität von Mangan und schädigende Wirkungen von Kupfer-basierten Nanopartikeln. Für Arsen standen der Metabolismus sowie die Speziesabhängigkeit toxischer Effekte im Fokus des Interesses. Die Zusammenschau analytischer, biochemischer und toxikologischer Aspekte liefert einen Eindruck über das spannende Forschungsgebiet der Spurenelemente.

Einleitung Biochemische Funktionen von Zink Das Spurenelement Zink ist essentiell für den Menschen. Der Gesamtkörperbestand an Zink beträgt etwa 2-4 g; die Konzentration im Plasma liegt bei 11-20 µM. Zink ist Bestandteil von mehr als 3000 Proteinen, einschließlich 1000 Enzymen. Zinkabhängige Enzyme sind in allen sechs Enzymklassen (Oxidoreduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Ligasen und Isomerasen) vertreten, wobei Zink innerhalb dieser Proteine sowohl katalytische Funktionen (z.B. Car...

Bei Melanoidinen handelt es sich um hochmolekulare Verbindungen, die durch die Reaktion von Aminokomponenten mit reduzierenden Zuckern in der Endphase der Maillard-Reaktion gebildet werden und Bestandteil zahlreicher thermisch behandelter Lebensmittel sind. Diese Substanzen besitzen verschiedenste physiologische Effekte; hierbei standen bislang vor allem ihre antioxidativen Eigenschaften und deren zugrunde liegenden Mechanismen im Fokus des Interesses. Aktuelle Studien weisen allerdings darauf hin, dass Melanoidine, insbesondere nach Bindung von redoxaktiven Metallionen, auch prooxidative Effekte vermitteln. Ziel der vorliegenden Studie war es, den Einfluss von Kupferionen-Komplexierung durch Melanoidine auf die Zytotoxizität und die Induktion von DNA-Schäden in der humanen Kolonkarzinomzellinie HCT-116 zu beurteilen. Nach Inkubation mit reinen D-Glc/L-Ala-Melanoidinen war kein signifikanter Anstieg an Schäden in der genomischen DNA nachweisbar. Auch die Viabilität der Kolonzellen blieb unter Verwendung lebensmittelrelevanter Konzentrationen an reinen Melanoidinen unbeeinflusst. Hingegen resultierte die Inkubation mit Cu(II)-beladenen Melanoidinen in einer deutlichen Induktion von DNA-Strangbrüchen, verbunden mit der vermehrten Expression des Stress-Response-Gens Metallothionein 2A sowie Cytochrom p450 1A1. Einhergehend zeigte sich eine verminderte metabolische Aktivität und verringerte Fähigkeit zur Koloniebildung der HCT116-Zellen nach einer Inkubation mit den Cu(II)-Melanoidin-Komplexen. Des Weiteren konnte in in-vitro Experimenten mit isolierten Nukleinsäuremolekülen eine direkte DNA-schädigende Wirkung der Cu(II)-beladenen Melanoidine gezeigt werden. Zusammenfassend legen diese Befunde nahe, dass ernährungsrelevante Melanoidine neben ihren antioxidativen Eigenschaften im Lebensmittel insbesondere nach Komplexierung von redoxaktiven Metallionen im zellulären System auch prooxidative Eigenschaften besitzen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die dafür zugrundeliegenden Mechanismen zu klären und zudem die zellulären Auswirkungen einer längerfristigen Exposition mit Cu(II)-Melanoidin-Komplexe zu erfassen.