Post on 06-Nov-2019
Dr. rer. nat. Richard Gminski / Prof. Dr. med. Volker Mersch-Sundermann
Institut für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene
Universitätsklinikum Freiburg, Germany
15. Mai 2015
Aktuelle Untersuchungen zur Partikelemission
und deren gesundheitliche Bedeutung bei
Laserdrucker
2 · 15. Mai 2015 WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
Gminski R, Mersch-Sundermann V (2006)
Gesundheitliche Bewertung der Exposition gegenüber Tonerstäuben und gegenüber Emissionen aus Laserdruckern und Kopiergeräten –aktueller Erkenntnisstand. Umweltmed Forsch Prax 11 (5) 269-300
Mersch-Sundermann V (2007)
„Tonerstudie“ (Pilotstudie zur Evaluierung möglicher Beziehungen zwischen Emissionen aus Büromaschinen, insbesondere aus Fotokopierern und Laserdruckern und Gesundheitsbeeinträchtigungen bzw. Gesundheitsschäden bei exponierten Büroangestellten).www.bfr.bund.de/cm/252/pilotstudie_toner_erste_ergebnisse.pdf 24.1.2007
3 · 15. Mai 2015 WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
4 · 15. Mai 2015 WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
5 · 15. Mai 2015 WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
6 · 15. Mai 2015
Health effects of the exposure to toner dusts and emissions from laser printers and photocopiers. A literature review.
Asisa Klaffke, Richard Gminski, Volker Mersch-SundermannInstitut für Umweltmedizin und KrankenhaushygieneUniversitätsklinikum Freiburg, Germany
Some results of human biological monitoring studies
7 · 15. Mai 2015
Study participants Endpoint/Test method Results Comments References
N=124
81 photocopy
operators
43 healthy controls
Oxidative Stress,
inflammation
hematological status, lung
function, TBARS,FRAC,
leukotriene B4, 8-isoprostane,
CRP, IL-8, CC-16, ICAM-1,ECP
No change in lung function.
TBARS, leukotriene B4, 8-
isoprostane, IL-8, ICAM-1 and
ECP significantly elevated, FRAC
lower in photocopier exposed
group
PM 10 and PM 2,5 above
permissible Indian ambient air
quality standards levels in all
investigated photocopy centers
Elango et al.
2013
N=9
Healthy subjects,
spent 6 h at
photocopy centres
for 2-3 days
Oxidative Stress/ DNA
damage
Urine (8-OH-dG), nasal lavage
(13 cytokines, PMN, total
protein)
Significant increase in several pro-
inflammatory cytokines, PMN and
8-OH-dG compared to the pre-
exposure values
Mean total particle number in
copy centres was more than 5
times higher compared to
“background “ measurements
Khatri et al.
2013
N=6
healthy subjects,
spent 0.5 h in test
room with printing
laser printer
Patient provocation test
(various laser printers) 15 min of
exposure
ROS, ECP (eosinophil
cationic protein), patient's
symptoms (visual analogue
scales, VAS), pulmonary
function
No change in pulmonary function
Significant increase in ROS
induction in 5 patients, increase
in ECP in 3 patients.
Physical-chemical
characterisation of the
emissions, especially PAHs
Mersch-
Sundermann et
al. 2011
N=78
26 individuals
working in copy
shops
52 matched controls
Genotoxicity/ Oxidative
damage
CAT, GSH/GSSG, TBARS,
DICA, BCMN.
Environment monitoring for
particulate matter at workplaces.
Significant increase among
photocopier operators: TBARS:
27%; DICA :134%; BCMN:100%
(p<0.05)
(no significant changes:
GHS/GSSG and CAT)
significant association between
months spent at work and DICA &
BCNM
Controls PM 4.5 =
25.5 ± 15.68 µg/m³
Photocopier workers PM 4.5 =
88.94 ± 40.4 µg/m³
(=8 h working average
concentrations)
Kleinsorge et
al. 2011
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
8 · 15. Mai 2015
Study participants Endpoint/Test method Results Comments References
N=66 individuals
occupationally exposed to
photocopiers#
40 controls
Chromosomal aberrations in
peripheral blood lymphocytes
Significant increase in chromosomal
aberration among exposed individuals
No data
concerning exact
exposure
Balakrishnan & Das,
2010
N=148
74 Individuals working in
photocopying shops
74 matched controls
DNA-damage in peripheral
blood lymphocytes
comet assay
Significant increase of DNA-damage
among exposed individuals
No data
concerning exact
exposure
Manikantan et al.
2010
N=24
12 individuals working with
photocopiers 8-9h/d for
more than 5 years.
12 matched controls
Mutagenicity
Incidences of CA and SCE in
peripheral blood lymphocytes
Blood pressure, haematological
parameters
Significant increase in percentage of
aberrant cells (P<0,05), total aberrations
(P<0,01), total aberrations excluding
chromatid gaps (P<0,01) among the
photocopier workers. No significant
difference in SCE frequency, normal
haematological parameters and blood
pressure values.
No data
concerning exact
exposure
Gadhia et al. 2005
N=188
98 individuals working with
photocopiers
90 matched controls.
Mutagenicity
Frequency of MN in buccal
epithelial cells
Chromosomal aberration
analysis on peripheral blood
lymphocytes.
Significant increase in frequency of MN in
buccal epithelial cells
peripheral blood lymphocytes and
chromosomal aberrations
No data
concerning exact
exposure
Goud et al. 2004
N=160
80 individuals working with
photocopiers
80 controls (healthy
volunteers)
Oxidative Stress/ DNA
damage
LPO (TBARS), SOD, CAT in
erythrocytes.
Levels of vitamin C, E and beta-
carotene in plasma
Oxidative damage due to photocopying.
Increase: LPO (TBARS)
Decrease: vitamin C and E, beta carotene,
SOD, CAT
->dependency between duration of
exposition/ height of ozone level and
oxidative damage.
Zhou et al. 2003
Some results of human biological monitoring studies
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
9 · 15. Mai 2015
Test system
In vitro in vivo
Khatri,et.al. 2013Healthy volunteers
(Khatri,et.al. 2012)
Balb/c mice (Pirela,
et.al. 2013)
Endpoint THP-1 Nasal epithelial cells Small airway epithelial
cells Nasal lavage BALF (lungs)
Cytokines
Eotaxin - - - - *
Fractalkine ** - - *** ND
GM-CSF ** - * - -
IFN-gamma - * - - -
IL-1 alpha - *** * - *
IL-1 beta ** - * *** -
IL-6 *** - - *** -
IL-8 *** *** *** *** ND
MCP-1 *** - - *** -
TNF-alpha *** * - *** -
VEGF * ** ** *** ***
Inflammatory cells
Neutrophils ND ND ND *** ***
Eosinophils ND ND ND - -
Vascular permeability
Protein/Albumin ND ND ND *** ***
LDH assay ND ND ND ND *
Other
Apoptosis *** ND ND ND ND
Necrosis *** ND ND ND ND
Oxidative stress
ROS
Lipid peroxidation
Genotoxcity - ND ND ***(8-OH-dG) ND
Pirela, et.al. 2013
Summary of toxicological endpoints for photocopier/laser printer particles
ND: Not determinated. ***: p < 0.001. **: p < 0.01. *: p < 0.05. -: Not significant.
Comparsions are reletive to controls (PM0.1) fraction.
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
10 · 15. Mai 2015
Zusammenfassung Literatur-Review bis 2015
• Mehrere Studien zeigen, dass Partikel aus Kopiergeräte- und Laserdruckeremissionen (PEPs) in der Lage sind in vitro, in vivo und in Humanstudien nachfolgende Effekte auszulösen:
- Zerstörung der Membranintegrität- Zelltoxizität- Induktion von oxidativen Stress (ROS, Lipidperoxidation) - Freisetzung von pro-inflammatorischen Zytokinen- Angiogenese- Störungen der zelllulären Kommunikation - Epigenetische Veränderungen
• In den Human-Studien fehlen oftmals die exakte (physikalisch-chemische) Ermittlung der Expositionshöhe.
• Die bisherigen Studien lassen darauf schließen, dass PEPs konzentations-und zeitabhängig Lungenzellen des Menschen schädigen, zu persistenten genetischen Modifikation führen und möglicherweise Lungen- und Herzkreislauf-Erkrankungen auslösen können.
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
11 · 15. Mai 2015
Studientitel
Screening biologischer Effekte bei Exposition
gegenüber Emissionen aus Laserdruckern – eine
Probandenstudie
StudientypPilotstudie zum Nachweis biologischer Effekte nach
Exposition gegenüber Laserdruckeremissionen (LSD-E)
Probandentyp
4 gesunde Probanden und 4 Probanden mit
„selbstberichteten Beschwerden“ (Betroffene) nach LSD-E-
Exposition
Ziele der Studie
Im Rahmen der Pilotstudie sollen an 8 freiwilligen Probanden
nach kontrollierter Exposition gegenüber LSD-E und
Tintenstrahldrucker-Emissionen (TSD-E) im cross-over-
Design, neben der Bestimmung einzelner
Inflammationsmarkern, Microarrayanalysen zum Screening
auf biologische Effekte durchgeführt werden.
Freiburger-Studie 2015
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
12 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
StudiendesignMonozentrische Probandenstudie: einfach blind, Crossover-
Design mit 8 Probanden.
Zielkriterien
Hauptzielkriterium:
• Genexpressionsveränderungen in Blutzellen nach Exposition
gegenüber LSD-E und TSD-E.
Nebenzielkriterien:
• Klinische Parameter (hs-CRP, ECP)
• Weitere Klinische Parameter: Lungenfunktion,
Rhinomanometrie, Herzfrequenzvariabilität (HRV),
Fraktioniertes exhaliertes NO (FeNO)
• Subjektive Einschätzung während jeder Intervention (Visual-
Analoge-Skalen – VAS)
• Immun-Toleranz-Test (ITT)
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
13 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Innenansicht des ExpositionsraumesDie Laserdrucker (oder der Tintenstrahldrucker) standen verdeckt hinten den Leinwänden
Laserdrucker:Kyocera FS-1320 mit Toner TK-170, RAL UZ-122
Kyocera FS- 1030 D mit Toner TK-120, RAL UZ-122
Samsung ML-3710 ND mit Toner ML-D3470, RAL UZ-122
Samsung ML-3471 ND mit Toner MLT-D205, RAL UZ-122 und UZ-171
Tintenstrahldrucker:
Brother DCP-190C
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
14 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Aufstellung der vier Laserdrucker während der Expositionsstudie
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
15 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Ansicht des eingesetzten Tintenstrahldruckers unter einer Filtereinhausung (DB Maento, Italien).
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
16 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Repräsentativer Verlauf derPartikelanzahlkonzentration (Partikelgröße 10 –1000 nm) während einer Expositionssitzung mitTintenstrahldrucker (TSD-E, links) undLaserdrucker (LSD-E, rechts). Die zu beobachtenSpitzen sind die Folge der sukzessivenDruckvorgänge.
Laserdrucker (N=6): 15379 ± 2799 P/cm³ Spitzenwerte: 51670 P/cm³
Tintenstrahldrucker (N=6): 1960 ± 449 P/cm³ Spitzenwerte: 3874 P/cm³
Hintergrund: 1904 ± 540 P/cm³ (N=12).
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
17 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
250 nm 100 nm
TEM-Aufnahme der Ultra-Feinstäube nach Sammlung von 90 Litern Laserdrucker-
Emissionen auf goldbedampfte Kernporenfilter während des Expositionsvorgangs im
Atemluftbereich der Probanden. Es sind ultrafeine Partikel, Aggregate und Agglomerate
zu sehen. Vergrößerungen: links 40000x; rechts: 100000x.
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
18 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Variable DimensionGesunde Betroffene
Normalbereich
F O G W KL K L S
Alter Jahre 28 58 52 26 46 51 24 49 -
Gewicht kg 65 59 53 68 104 67 67 90 -
Hämatologie
Leukozyten Tsd/µL 5,50 4,61 4,33 4,80 6,55 5,13 4,40 6,16 4,3 - 10
Thrombozyten Tsd/µL 256 214 226 252 258 278 134* 253 140 - 400
Erythrozyten Mio/µL 4,97 4,53 4,22 4,74 5,17 4,66 4,67 5,53 4,2 - 6,3
Hämoglobin g/dL 14,7 14,7 10,9* 14,4 16,5 13,9 15,3 15,9 12 - 18
Hämatokrit % 42,4 43,6 36,0* 42,2 49,2 42,2 43,9 48,4 37 - 52
MCV fl 85,3 96,2 85,3 89,0 95,2 90,6 94,0 87,5 82 - 101
MCH (HbE) pg 29,6 32,5 25,8* 30,4 31,9 29,8 32,8 28,8 27 - 34
MCHC g/dL 34,7 33,7 30,3 34,1 33,5 32,9 34,9 32,9 31,5 - 36
Neutrophile cytoch. % 67,8 47,7 64,7 52,5 62,4 63,3 44,3 58,4 40 - 75
Lymphozyten cytoch. % 20,9 40,6 27,0 37,5 26,9 24,8 45,9 28,6 19 - 51
Monozyten cytoch. % 6,4 7,4 6,2 7,1 7,9 6,0 5,5 7,6 2 - 14
Eosinophile cytoch. % 4,2 3,0 1,2 1,9 1,7 4,9 3,2 4,9 0 - 7
Basophile cytoch. % 0,7 1,3 0,9 1,0 1,1 1,0 1,1 0,5 0,0 - 2,0
Klinische Chemie
Kalium mmol/L 4,6 4,4 4,6 4,1 4,8 3,6 4,0 4,6 3,5 - 5,1
Natrium mmol/L 141 142 144 141 141 145 140 139 136 - 145
Harnstoff mg/dL 31 25 40 19 36 27 17 56* 12,8 - 42, 8
Serum-Kreatinin mg/dL 0,9 0,91 0,78 0,86 1,28* 0,88 0,89 0,97 0,67 - 1,17
GOT (AST) U/L 26 23 24 23 35 18 39 34 10 - 50
GPT (ALT) U/L 17 15 18 18 42 13 40 37 11 - 50
Alk. Phosphatase U/L 75 n.b. 82 n.b. 62 35 n.b. n.b. 40 - 130
Gama-GT U/L 12 13 23 13 29 25 17 36 0 - 60
Immunglobulin E IU/mL 19 26 1311* 34 19 88 107* 1024* 0 - 100
Eosin. kat. Protein mg/L 9,4 4,4 7,8 7,2 8,0 7,3 8,5 13 <13,3
sensitives CRP mg/L 0,2 0,8 0,3 0,3 0,3 2,1 0,2 0,5 0 - 5
TSH µU/mL 2,89 3,19 1,42 1,75 0,70 1,35 1,40 0,86 0,27 - 4,20
Charakterisierung der Versuchsteilnehmer
* Normalbereich unter- bzw. überschritten; n.b. nicht bestimmt
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
19 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Gesunde Betroffene
Lebenszufriedenheit 6,75 4,75
Soziale Orientierung 5,75 5,75
Leistungsorientierung 5,5 4,5
Gehemmtheit 5,25 5,5
Erregbarkeit 4 5
Aggressivität 3,5 3,75
Beanspruchung 5 4
Körperliche Beschwerden 3 5,25
Gesundheitssorgen 4,75 4,75
Offenheit 5,75 4,25
Extraversion 5 4
Emotionalität 3,75 5,25
Summe 58 56,75
Ergebnisse als Mittelwerte der Freiburger-Persönlichkeitsinventar (FPI)-
Befragung für Gesunde im Vergleich mit Betroffenen
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
20 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
vor nach vor nach vor nach
1. Expositionstag 2. Expositionstag 3. Expositionstag 4. Tag 5. Tag
FE
V1
[%is
t/S
oll]
KL K L S
F O G W
LSD-E Alle
Einsekundenkapazität (FEV1) als % IST/SOLL für alle Probanden vor
und nach Exposition gegenüber LSD-E
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
21 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
vor nach vor nach vor nach
1. Expositionstag 2. Expositionstag 3. Expositionstag 4. Tag 5. Tag
FE
V1
[%is
t/S
oll]
KL K L S F O G W
Einsekundenkapazität (FEV1) als % IST/SOLL für alle Probanden vor und
nach Exposition gegenüber TSD-E
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
22 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
70
,8
1,0
1,2
52
,7
0,9
20
,2
15
56
32
,4
1,0
1,0
48
,9
24
,9
81
,0
1,7
1,0
0,8
3,6
1,5
0,8
6,3
1,0
1,0
3,9 1
,7
1,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
IL-1β IL-2 IL-5 IL-8 INF-γ TNF-α
x-f
ach
e E
rhö
hu
ng
ge
ge
nü
be
r B
asa
lwe
rt
LSD-E Gesunde
F
O
G
W
Die Ergebnisse des ITT-Test. Dargestellt sind die x-fache Erhöhung der Zytokininduktion in PBMCs gegenüber dem Basalwert bei Gesunden nach Exposition gegenüber LSD-E (Partikel aus den Emissionen wurden in PBS gesammelt und auf die Blutzellen appliziert).
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
23 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
4,9
1,0
1,0 1,7
1,0
1,01
,8
1,0 1,4
1,4
1,0
1,0
1,0
1,0
1,1 1,4
1,0
1,0
38
,0
1,0 1,2
14
,0
2,1
16
,7
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
IL-1β IL-2 IL-5 IL-8 INF-γ TNF-α
x-fa
che
Erh
öu
ng
gege
nü
be
r B
asal
we
rt
LSD-E Betroffene
KL
K
L
S
Die Ergebnisse des ITT-Test. Dargestellt sind die x-fache Erhöhung der Zytokininduktion
in PBMCs gegenüber dem Basalwert bei Betroffenen nach Exposition gegenüber
Laserdruckeremissionen (Emissionen wurden in PBS gesammelt und auf die Blutzellen
appliziert)
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
24 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Die Ergebnisse des ITT-Test. Dargestellt sind die x-fache Erhöhung der Zytokininduktion
in PBMCs gegenüber dem Basalwert bei Betroffenen nach Exposition gegenüber
Tonerpulver
6,0
1,0
1,0
7,2
0,9
0,7
6,5
1,0
1,0 1,6
1,0
1,01,4
1,0
0,9 1,6
1,0 2
,7
19
,5
1,0
1,0
3,0
1,0
1,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
IL-1β IL-2 IL-5 IL-8 INF-γ TNF-α
x-f
ach
e E
rhö
hu
ng
ge
ge
nü
be
r B
asa
lwe
rt
Tonerpulver Gesunde
F
O
G
W
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
25 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Die Ergebnisse des ITT-Test. Dargestellt sind die x-fache Erhöhung der Zytokininduktion
in PBMCs gegenüber dem Basalwert bei Betroffenen nach Exposition gegenüber
Tonerpulver
1,7
1,0
1,1 1,5
1,0
1,0
6,1
1,0 1,3
2,8
1,0
1,0
5,1
1,0
1,0
1,0
1,0 1,3
94
,3
1,0
1,0
0,5
2,1
65
,6
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
IL-1β IL-2 IL-5 IL-8 INF-γ TNF-α
x-f
ach
e E
rhö
hu
ng
ge
nü
be
r B
asa
lwe
rt
Tonerpulver Betroffene
KL
K
L
S
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
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Freiburger-Studie 2015
Anzahl und Expressionsgrad der überexprimierten und unterexprimierten Gene nach den
erhaltenen Microarray-Datensätzen mittels Affimetrix-Mikroarray-Technik für die LSD-E-
Experimente ( links, Kontrolle vs. LSD-E) und für die TSD-E-Experimente (rechts,
Kontrolle vs. TSD-E).
Unterschiede im Genexpressionsprofil wurden mittels den Bioinformatik-Softwares- und
Datenbasen DAVID, Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) und Ingenuity Pathway
Analysis Software (IPA)
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
27 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Gene Assignment Gen- Symbol
x-fache
Erhöhung
(Kontrolle vs.
LSD-E)
p-Wert
(Kontrolle vs.
LSD-E)
immunoglobulin heavy variable 4-31 IGHV4-31 2,91365 0,0260803immunoglobulin heavy variable 1-18 IGHV1-18 2,68897 0,023159T cell receptor alpha joining 4 TRAJ4 2,68854 0,00651539immunoglobulin heavy constant mu IGHM 2,61043 0,0261634CD79a molecule, immunoglobulin-associated
alphaCD79A 2,50708 0,00641252
T cell receptor alpha joining 40 TRAJ40 2,47194 0,0146184CD180 molecule CD180 2,46797 0,0329281CD22 molecule CD22 2,46623 0,0242465T cell receptor alpha constant TRAC 2,46552 0,0115188T cell receptor alpha joining 29 TRAJ29 2,41967 0,0387892T cell receptor alpha joining 7 TRAJ7 2,40048 0,0160511T cell receptor beta variable 6-5 TRBV6-5 2,34042 0,0263029immunoglobulin heavy constant delta IGHD 2,31934 0,00627107mitochondrial ribosomal protein L3 MRPL3 2,31713 0,0131636
tumor necrosis factor receptor superfamily,
member 13CTNFRSF13C 2,31421 0,00114921
sel-1 suppressor of lin-12-like 3 (C. elegans) SEL1L3 2,31122 0,0253484inducible T-cell co-stimulator ICOS 2,21356 0,0206679A kinase (PRKA) anchor protein 11 AKAP11 2,20481 0,0265534
Auswahl von deregulierten Genen mit Induktionsgrad und p-Wert für
die Exposition von Probanden gegenüber LSD-E
WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
28 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Gene assignment Gen-Symbol x-fache Erhöhung
(Kontrolle vs. TSD-E)
p-Wert
(Kontrolle vs. TSD-E)
RNA, 5S ribosomal 221 RN5S221 3,44132 0,0051241RNA, 5S ribosomal 99 RN5S99 3,21864 0,000119271small nucleolar RNA, H SNORA14A 2,69382 0,00816147small nucleolar RNA, C SNORD116-5 2,38734 0,0113663uncharacterized LOC100506455 LOC100506455 2,34266 0,0123882microRNA 4481 MIR4481 2,31894 0,00396964RNA, 5S ribosomal 199 RN5S199 2,31474 0,000500006small Cajal body-specific RNA 5 SCARNA5 2,28575 0,012034small nucleolar RNA, C SNORD111 2,2851 0,0015884small nucleolar RNA, C SNORD78 2,26161 0,000412367RNA, 5S ribosomal 85 RN5S85 2,19129 0,000189548RNA, 5S ribosomal 399 RN5S399 2,18835 0,00428445small nucleolar RNA, C SNORD70 2,18477 0,00177347ring-box 1, E3 ubiquitin protein ligase RBX1 2,17936 0,00487572small nucleolar RNA, C SNORD116-3 2,14142 0,0074712uncharacterized LOC100652779 LOC100652779 2,13975 0,00782837small nucleolar RNA, C SNORD116-8 2,13572 0,00770875small nucleolar RNA, C SNORD20 2,09341 0,00188929small nucleolar RNA, C SNORD116-29 2,06195 0,0216334RNA, 5S ribosomal 19 RN5S19 2,00757 0,000800516
TRAF-interacting protein with forkhead-
associated domainTIFA 1,94573 0,000259823
RNA, 5S ribosomal 298 RN5S298 1,94003 3,85E-05forkhead box D4 FOXD4 1,91549 0,00233634G protein-coupled receptor 174 GPR174 1,89927 0,0165032
Auswahl von deregulierten Genen mit Induktionsgrad und p-Wert für
die Exposition von Probanden gegenüber TSD-E
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29 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
Gen-Set-Enrichment-Analysis (GSEA-Analyse; “leading edge analysis”) von Genen, die in mehreren Gensätzen vorkommen und die eine höhere biologische Signifikanz aufweisen.Zu den Genen, die nach GSEA-Analyse in mehreren Gensätzen vorkommen gehören Gene der Entzündung und der Immunantwort. In den Gen-Sätzen finden sich unter den Top 10 immer wieder die Gene JAK1-3, MAPK3, LCK, JUN und STAT 5A und B.
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30 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
An Erkrankungen lassen sich aus den Signalweganalysen nach IPA in erster Linie immunologische Erkrankungen und Entzündungsreaktionen (mit 43 bzw. 25 Genen), aber auch hämatologische Erkrankungen (26 Gene) für das festgelegte Kriterium einer Signifikanz von p<0.05 ableiten. Das Zellwachstum und die Proliferation sind mit 64 Genen vertreten.
Erkrankungen und biologische Funktion aus den Signalweganalysen nach Ingenuity PathwayAnalysis IPA für die LSD-E-Experimente (Kontrolle vs. LSD-E)
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31 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
IL-7-Signalweg und die dazugehörigen induzierten bzw. inhibierten Gene nach IPA
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32 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
IL-10-Signalweg und die dazugehörigen induzierten bzw. inhibierten Gene nach IPA.In der Abbildung ist der IL-10-Signalweg und die beteiligten induzierten bzw. inhibierten Gene nach IPA-Analyse dargestellt. IL-10 besitzt die Fähigkeit die Synthese der pro-inflammatorischen IFN-γ, IL-2, IL-3, TNF-α und GM-CSF, die z.B. aus Makrophagen oder regulatorischen T-Zellen freigesetzt werden, zu inhibieren. An dessen Hemmung ist wiederum der TNFRSF13C beteiligt.
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33 · 15. Mai 2015
Freiburger-Studie 2015
1. Mit der angewandten Affimetrix-Mikroarray-Technik können zuverlässige Expressionsprofile fürdie LSD-E erstellt werden.
2. Die Microarray-Analysen deuten darauf hin, dass sich für Expositionen gegenüberLaserdruckeremissionen (LSD-E) Effekte in Richtung inflammatorischer/immunologischerProzesse (nicht aber für Emissionen eines Tintenstrahldrucker; TSD-E) ableiten lassen.
3. Hier spielt v.a. eine Aktivierung des ICOS-Rezeptors und die Förderung der T-Zell-Proliferationsowie der Sekretion von Zytokinen IL-4, IL-5, IL-7, IL-10, INF-γ, IL-4 und TNF-α eine wichtigeRolle.
4. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang die Sekretion des Tumornekrosefaktorsalpha (TNF-α), der als Signalstoff des Immunsystems an Entzündungsprozessen beteiligt istsowie an verschiedenen Signalinduktionen wie Apoptose, Zellproliferation undZelldifferenzierung.
5. Die angewandten Genexpressionsprofil-Auswertemodelle sind zwar durchaus unterschiedlich,doch weisen alle drei Auswertungsmodelle auf inflammatorische/immunologische Prozesse hin.
6. Der Nachweis und die klinische Bedeutung dieser Befunde sind jedoch noch weiter zu evaluieren(z.B. RT-qPCR).
7. Der ITT zeigte bei den Freiwilligen sehr eindeutig entzündliche Sofortreaktionen und sollte daheran größeren Kollektiven weiter evaluiert werden.
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34 · 15. Mai 2015
Zusammenfassung/Ausblick Literatur-Review 2015/Freiburger Studie 2015
• Die Freiburger Studie 2015 weist erstmals auf entzündliche/immunologischeVeränderungen in den Genexpressionsprofilen im Blut von Freiwilligen nachExposition gegenüber Partikelemissionen aus Laserdrucker hin.
• Mit dem ITT lassen sich in Freiwilligen z.T. die Ergebnisse zu den biologischenWirkungen von PEPs aus anderen Studien bestätigen.
• Eine groß angelegte Hauptstudie sollte neben der Erfassung der exaktenExpositionshöhe die Parameter Genexpressionsprofile (Blut), ITT und oxidativenStress (ROS-Induktion) mit einbeziehen.
• Aufgrund vom Hinweisen auf gentoxische Wirkungen durch PEPs muss derchronischen Exposition gegenüber PEPs in der Zukunft mehr Beachtunggewidmet werden (Tierversuche, mechanistische Untersuchungen, Biomarker).
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35 · 15. Mai 2015 WaBoLu – Innenraumtage, Berlin, 12.-13- Mai 2015
Vielen DankVielen DankVielen DankVielen Dank
36 · 15. Mai 2015
Test system
In vitro in vivo
Khatri,et.al. 2013Gminiski et.al.
2013
Healthy volunteers
(Khatri,et.al. 2012)
Balb/c mice (Pirela, et.al. 2013)
Healthy volunteers
(Gminski,et.al. 2015)
Endpoint THP1Nasal epithelial
cells Small airway
epithelial cells Human lung cells
A459Nasal lavage BALF (lungs)
Immune tolerance test (blood)
Cytokines
Eotaxin - - - - *
Fractalkine ** - - *** ND
GM-CSF ** - * - -
IFN-gamma - * - - - No effect
IL-1 alpha - *** * - *
IL-1 beta ** - * *** - +++
IL-6 *** - - *** -
IL-8 *** *** *** *** *** ND +++
MCP-1 *** - - *** -
TNF-alpha *** * - *** - +++
VEGF * ** ** *** ***
Inflammatory cells
Neutrophils ND ND ND *** ***
Eosinophils ND ND ND - -
Vascular permeability
Protein/Albumin ND ND ND *** ***
LDH assay ND ND ND ND *
Other
Apoptosis *** ND ND ND ND
Necrosis *** ND ND ND ND
Oxidative stress
ROS ***
Lipid peroxidation ***
Genotoxcity - ND ND *** (MN) ***(8-OH-dG) ND
Pirela, et.al. 2013
Summary of toxicological endpoints for photocopier/laser printer particles
ND: Not determinated. ***: p < 0.001. **: p < 0.01. *: p < 0.05. -: Not significant.
Comparsions are reletive to controls (PM0.1) fraction.
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37 · 15. Mai 2015
Verantwortlich für PEPs-
ToxizitätMessmethode Zielwert-Vorschläge
ENM/PEPs CPC
max. PN conc.(1h): < 0.3 million
Particle/cm3
averg. PN conc.(1h): < 30 000
Particle/cm3
Partikelgröße SMPSPN conc. (< 100 nm)(1h): < 3000
Particle/cm3
Partikelmenge Caskaden-Impactor: PM2.5 < 15 µg/m3 (1h)
Schwermetalle ICP-MS in PM2.5 < 1% in PM2.5 (1h)
Organischer Kohlenstoff OC/PAKs keine PAKs
tVOCs GC-MS/Tenaxkeine Aldehyde (Formaldehyd)
kein Styrol, Xylol
Kriterien und Messmenthoden zur physiko-chemischen Bewertungen von Laserdruckern, die PEPs emmitieren
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