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In vitro Untersuchungen zum relativen phototoxischen und photogentoxischen Potential natürlich vorkommender Furocumarine und Limettin

Raquet, Nicole - Technische Universität Kaiserslautern (2011)


Furocumarine (FC) sind sekundäre Pflanzenmetaboliten, die u.a. von Früchten und Gemüsen wie Grapefruit oder Sellerie als Phytoalexine gebildet werden. So liegt die geschätzte durchschnittliche menschliche Exposition über die Nahrung bei einer Gesamt-FC-Menge von 0,56 mg/Tag in Deutschland, bei Akutexpositionen können 100-fach höhere Werte erreicht werden. Ihre Grundstruktur besteht aus einem Cumarinmolekül mit linear oder angular ankondensiertem Furanring, zudem können sie unterschiedlich substituiert sein: über 90 verschiedene natürlich vorkommende Derivate bekannt, die sich in der Ausprägung ihrer Eigenschaften stark unterscheiden. In Kombination mit UVA-Strahlung wirken FCs wie das Cumarin Limettin phototoxisch, photomutagen und photoclastogen.

Da in Pflanzen FCs hauptsächlich in Mischungen verschiedener Derivate vorkommen, wurde im Rahmen dieser Arbeit in vitro an V79-Zellen ein einfaches Instrument zur Bewertung natürlich vorkommender FC-Gemische entwickelt, welches die relative phototoxische, -mutagene und -clastogene Potenz verschiedener FCs berücksichtigt. Hierzu wurden versch. Assays speziell für photochemische Anwendungen etabliert und optimiert: Die phototoxischen Effekte wurden über den Resazurin-Reduktionstest charakterisiert und quantifiziert, die Quantifizierung des photomutagenen Potentials erfolgte mit Hilfe des HPRT-Assays, die des photoclastogenen über den Mikrokerntest. Am Beispiel von 5-Methoxypsoralen (5-MOP) konnte eine Abhängigkeit des EC50-Wertes der Zellvitalität 72 h nach der Bestrahlung, der Erhöhung der Mutationsfrequenz (MF) und der Erhöhung der Zahl mikrokerntragender Zellen (MNZ) sowohl von der 5-MOP-Konzentration als auch von der applizierten UVA-Dosis gezeigt werden; im HPRT-Assay und Mikrokerntest waren strikt lineare Zusammenhänge zu beobachten. Adverse Effekte unter Lichtausschluss konnten nicht festgestellt werden. Zum Vergleich der Potenz verschiedener FC-Derivate wurde eine Standard-UVA-Dosis von 125 mJ/cm² festgelegt. 5-MOP war in allen Testsystemen am reaktivsten, weshalb allen anderen FCs Phototoxizitäts, -mutagenitäts bzw. -clastogenitäts-Äquivalenzfaktoren (PTEF, PMEF, PTCF) relativ zu 5-MOP zugeordnet wurden über den Vergleich der EC50-Werte und der Steigungen der Linearregressionen der Auftragung der MF bzw. der MNZ gegen die FC-Konzentration; 5-MOP wurde der Faktor 1 zugewiesen.

Generell waren angulare FCs im Vergleich zu ihren linearen Strukturisomeren deutlich weniger photoreaktiv, an Pos. 8 substituierte lineare FCs waren unreaktiver als an Pos. 5 substituierte, die Einführung einer Hydroxygruppe oder Zweitsubstitution mit einer Methoxygruppe führte zum Reaktivitätsverlust. Das Verhalten von Furocumarinen in Mischungen wurde isobolographisch am Beispiel von 5-MOP und 8-MOP untersucht. Komplexere Mischungen mit bis zu 9 verschiedenen FC-Derivaten wurden bezüglich ihres Interaktions-Index' CI auf Abweichungen von 1 untersucht und die Dosis-Wirkungsbeziehungen der theoretischen 5-MOP-Dosisäquivalente mit 5-MOP verglichen. So konnte auf Vorliegen von Dosis-Additivität geschlossen werden. Als Ursache für die beobachteten Reaktivitätsunterschiede konnten mangelnde Absorption, geringere Interkalationsfähigkeit oder generell Wechselwirkungen mit der DNA über den Vergleich der Absorptionsspektren, hypochromen und bathochromen Effekten in Gegenwart von Kalbsthymus-DNA oder die Ethidiumbromid- und Hoechst33258-Verdrängungsassays ausgeschlossen werden. Weiterhin konnten zwei Systeme zur Bestimmung der zellfrei photochemisch gebildeten Singulett-Sauerstoff und Superoxidradikalanionen etabliert werden. Hier wurden Psoralen für die O2•--Bildung und Riboflavin für die 1O2-Bildung als Positivkontrolle benutzt, wobei angulare FCs und Limettin generell stärker zur ROS-Produktion fähig waren. Das in dieser Arbeit etablierte Äquivalenzfaktoren-Modell stellt ein gutes Instrument zur Bewertung komplexer natürlich vorkommender FC-Gemische und Abschätzung der in vivo-Phototoxizität über die direkt in der Haut bzw. im Blutplasma gefundene FC-Konzentration dar. Zur direkten Bewertung der oral oder dermal aufgenommen Menge müssen allerdings weitere Faktoren wie Absorption, Metabolismus, zeitabhängige Verteilung und Exkretion, Hauttyp, Reparatur oder generell komplexere Reaktionen des Gewebes in vivo wie Entzündung oder Krebs berücksichtigt werden.


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