Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultaet

Institut fuer Chemie

Fachgebiet: Analytische Chemie

Betreuer: Prof. Dr. Ralf Zimmermann

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MSc Stephanie Binder
(e-mail: binder.stephanie@gmx.de )

In vitro air-liquid interface (ALI) toxicity of semi-volatile organic compound (SVOC) aerosols under consideration of physical attributes and associated deposition

English Summary

In this dissertation, the impact of a petroleum-based plasticizer, dibutyl phthalate (DBP), was investigated in terms of its occupational health relevance and its differential toxic impact according to its gas/particle partitioning properties as a semi-volatile organic compound (SVOC). Modelling of occupational exposure scenarios and associated lung deposition were compared to the deposited dose of DBP in the air-liquid interface (ALI) CLOUD Vitrocell system. The study revealed that DBP infers genotoxicity with potential mutagenicity in human alveolar type II A549 cells at airborne concentrations relevant at workplaces, indicating that occupational threshold limit values should be reconsidered (Publication 1). To discriminate different toxic effects of gas and particle phase, a new ALI exposure system was developed and successfully implemented. While DBP particle phase appeared to be the major inducer of oxidative DNA damage, gas phase exposure seemed to infer genotoxicity based on a distinct mode of action (Publication 2). The importance to consider airborne organic and inorganic substances in terms of toxicological relevance was supported in Publication 3.

Deutsche Zusammenfassung

Ziel dieser Dissertation war die Untersuchung der respiratorischen Toxizitaet semi-volatiler organischer Stoffe (SVOCs) anhand der Modellsubstanz Di-butyl-Phthalat (DBP). In diesem Zusammenhang wurde in einem ersten Schritt die Toxizitaet von DBP anhand arbeitsplatzrelevanter Konzentrationen am Luft-Medium Grenzschicht (ALI) Zellsystem untersucht. Diese Studie ergab, dass DBP in einem realistischen Expositionsszenario auf DNA- und Chromosomen-Ebene gentoxische Effekte in A549 Lungenzellen induziert (Publikation 1). Fuer die Untersuchung der Toxizitaet von SVOCs ist eine getrennte Erfassung von Gas- und Partikelphase notwendig. Hierzu wurde ein neues in vitro ALI-Expositionssystem entwickelt, dass die getrennte Exposition und damit assoziierte Toxizitaet von Gas- und Partikelphase ermoeglicht. In diesem Kontext konnte mit Hilfe des entwickelten ALI-Expositionssystem ein Unterschied in der induzierten Gentoxizitaet von Gas- und Partikelphase ermittelt werden. Hierbei zeigte sich, dass oxidative DNA-Schaeden vornehmlich durch einen Partikel-induzierten Effekt entstehen (Publikation 2). Die Notwendigkeit einer genauen Erfassung organischer und anorganischer Verbindungen, die mit Feinstaub in der Luft assoziiert sind, wurde in Publikation 3 untermauert.