Aufgrund der wachsenden Industrialisierung und der vermehrten Produktion von Nanomaterialien ist der Mensch verstärkt den gesundheitlichen Gefahren lungengängiger Schadstoffe ausgesetzt. Da die Exposition gegenüber inhalierbaren Stoffen wie Fasern oder Feinstäuben mit der Ausbildung von pulmonaler Fibrose oder kardiovaskulären Erkrankungen assoziiert wird, wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene in vitro-Zellmodelle entwickelt, welche in der Lage sind mechanistische Veränderungen durch Schadstoffeinwirkung zu ermitteln. Dazu wurde die Freisetzung von Partikeln beim Trockenschneiden von (thermisch behandeltem) Carbonbeton physikochemisch und toxikologisch in kokultivierten Lungenepithelzellen und Fibroblasten analysiert. Insbesondere das thermisch behandelte Material hat Fasern freigesetzt, welche durch die WHO als gefährlich eingeschätzte Dimensionen aufwiesen. In dem angewandten Zellmodell rief dieses Material eine akute Entzündungsreaktion und (sekundäre) DNA-Schäden hervor. Zusätzlich zeigten Transkriptomanalysen, dass diese Partikel pro-fibrotische Signalwege beeinflussen und somit möglicherweise zur Entstehung von Lungenfibrose beitragen. Des Weiteren konnte unter Verwendung von Epithelzellen, Makrophagen und Fibroblasten gezeigt werden, dass die inflammatorische Signalübertragung eine wichtige Rolle in der Ausbildung eines pro-fibrotischen Phänotyps. Zusätzlich hat ein Zellmodell bestehend aus Epithel- und Endothel-zellen erste Anzeichen für pro-fibrotische Veränderungen nach Exposition gegenüber sekundärer organischer Aerosol aufgezeigt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Modelle dafür geeignet sind mechanistische Vorgänge involviert in der Entwicklung von Lungenfibrose zu erfassen und somit die Toxizitätseinschätzung zu erleichtern.
Due to growing industrialization and increased production of nanomaterials, humans are increasingly exposed to the health hazards of respirable pollutants. Since exposure to inhalable substances such as fibers or fine dusts is associated with the development of pulmonary fibrosis or cardiovascular diseases, various in vitro cell models capable of detecting mechanistic changes due to pollutant exposure were developed in this work. For this purpose, the release of particles during dry cutting of (thermally treated) carbon concrete was analyzed physicochemically and toxicologically in co-cultured lung epithelial cells and fibroblasts. In particular, the thermally treated material released fibers, which had dimensions considered hazardous by the WHO. In the applied cell model, this material evoked an acute inflammatory response and (secondary) DNA damage. In addition, transcriptome analyses showed that these particles affect pro-fibrotic signaling pathways and thus possibly contribute to the development of pulmonary fibrosis. Furthermore, using epithelial cells, macrophages, and fibroblasts, inflammatory signaling was shown to play an important role in the development of a pro-fibrotic phenotype. In addition, a cell model consisting of epithelial and endothelial cells has shown initial evidences of pro-fibrotic changes after exposure to secondary organic aerosol. The studies have shown that the models are suitable to capture mechanistic processes involved in the development of pulmonary fibrosis and thus facilitate toxicity assessment.