Wissenschaftler stellen in einem Labor Alveolarepithel nach, um zu verstehen, wie sich verschmutzte Luft auf Ihre Gesundheit auswirken kann

Selbst heute, in einer Welt, die zunehmend von erneuerbaren Energien und sauberen Technologien angetrieben wird, stellt Luftverschmutzung ein echtes Risiko für die menschliche Gesundheit dar. Allein im Vereinigten Königreich sind schätzungsweise 28.000 bis 36.000 Todesfälle pro Jahr durch die Krankheit verursacht, und sie kann das Risiko für die Entwicklung zahlreicher Lungen- und Herzerkrankungen wie Asthma oder Lungenkrebs erheblich erhöhen.

Verschmutzte Luft bildet ein komplexes Gemisch, das sich je nachdem, woher die Verschmutzung kommt und wie das Wetter vor Ort gerade ist, verändert. Menschen in Städten sind stärker gefährdet, da sie näher an den meisten Autos, Fabriken und anderen Emissionsquellen wohnen.

Obwohl die Luft, die wir atmen, viele verschiedene Arten von Schadstoffen enthält, sind zwei besonders schädlich für unsere Gesundheit: das Gas Stickstoffdioxid (NO₂) und Feinstaub (insbesondere Feinstaub)._2.5), bestehend aus schwebenden, mikroskopisch kleinen festen oder flüssigen Partikeln mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern (zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 70 Mikrometern).

Im Jahr 2017 wurde in einem Bericht festgestellt, dass alle Gebiete Londons die von der Weltgesundheitsorganisation empfohlenen Werte für PM₂,₅ überschritten, wobei in vielen Gebieten mehr als das Doppelte der empfohlenen Werte lag. Szenarien wie diese haben es Forschern ermöglicht, die Gefahren des Einatmens stark verschmutzter Luft zu untersuchen.

Eine Studie ergab, dass weltweit 86 % der Menschen, die in städtischen Gebieten leben, PM₂,₅ in Mengen ausgesetzt sind, die sogar über den milderen Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation aus dem Jahr 2005 liegen, was 2019 zu 1,8 Millionen zusätzlichen Todesfällen führte. Eine andere Studie ergab NO₂ im Jahr 2019 weltweit für 1,85 Millionen Fälle von Asthma bei Kindern verantwortlich sein.

Diese Zahlen stammen aus Studien an großen Bevölkerungsgruppen, bei denen Daten zur öffentlichen Gesundheit mit Daten zur Umweltverschmutzung verglichen werden, um Zusammenhänge zwischen Umweltverschmutzung und Krankheiten zu ermitteln. Diese werden als epidemiologische Studien bezeichnet. Obwohl diese Studien einen guten Einblick in die mit der Luftverschmutzung verbundenen Risiken liefern können, haben sie auch ihre Grenzen.

Zum Beispiel NEIN₂ und PM_2.5 werden aus den gleichen Quellen emittiert, sodass man davon ausgehen kann, dass bei hohen Konzentrationen eines Schadstoffs auch die Konzentrationen des anderen Schadstoffs hoch sind. Daher ist es ohne sehr komplizierte Mathematik manchmal schwierig, anhand epidemiologischer Daten die gesundheitlichen Auswirkungen eines Schadstoffs im Vergleich zu einem anderen vollständig zu ermitteln.

Aus diesem Grund muss die Forschung in einer kontrollierteren Umgebung stattfinden. Dies kann in einer Laborumgebung entweder durch den Einsatz invasiver Tierversuchsstrategien oder durch die Implementierung zellbasierter Systeme menschlicher Zellen erreicht werden, die das Organ in einer Schale darstellen.

Lungen in einem Labor

In unserem Labor an der Swansea University Medical School versuchen wir, die als Alveolarepithel bekannte Zellschicht nachzubilden, die den tiefsten Teil Ihrer Lunge auskleidet, wo beim Ein- und Ausatmen Sauerstoff in Ihren Blutkreislauf gelangt und Kohlendioxid austritt. Dies bedeutet, dass Luftverschmutzung auch ein zentraler Bereich ist, auf den sie abzielen und Schaden anrichten kann. Wir wollen daher verstehen, wie sich die Umweltverschmutzung auf diesen speziellen und sehr empfindlichen Körperteil auswirkt.

Das Alveolarepithel besteht aus mehreren verschiedenen Zelltypen, von denen jeder eine bestimmte Aufgabe hat. Einige ermöglichen die Bewegung von Gasen in das und aus dem Blut, andere produzieren Tensid (eine biologische Flüssigkeit, die die Struktur der unteren Lunge beim Ein- und Ausatmen aufrechterhält) und andere helfen, eingeatmete Mikroben und Partikel zu entfernen.

Indem wir alle diese Zellen in bestimmten Verhältnissen miteinander vermischen, können wir einzelne Zellschichten erzeugen, die dem Alveolarepithel gesunder Menschen sehr ähnlich sind. Sobald wir diese anatomisch relevanten Alveolarmodelle gezüchtet haben, können wir sie dann verschiedenen Schadstoffen aussetzen, um zu untersuchen, welche Auswirkungen sie haben könnten.

Wir verwenden „standardisierte“ Staubpartikel aus Städten oder Innenräumen, wodurch wir die Ergebnisse mit denen anderer Labore vergleichen können, die diese Partikel möglicherweise ebenfalls verwenden (obwohl manchmal auch realistische Partikel direkt aus der Luft um uns herum verwendet werden). Anschließend geben wir sie in eine Aerosolwolke, die die Partikel auf eine Weise auf den Zellen ablagert, die das Einatmen von Partikeln im wirklichen Leben nachahmt.

Wir haben auch ein hochmodernes NO entwickelt₂ Kammer, in die wir die Zellen legen können. Dadurch können wir sehen, was mit den Zellen passiert, wenn sie in unterschiedlichem NO gezüchtet werden₂ Konzentrationen.

Durch die Untersuchung der Auswirkungen von NO₂ und PM_2.5 Unabhängig davon können wir die Lücken füllen, die epidemiologische Studien hinterlassen haben, um herauszufinden, wie gefährlich jedes einzelne Partikel ist – und ob es schlimmer ist, beiden gleichzeitig ausgesetzt zu sein, als getrennt ausgesetzt zu sein.

Zunächst stellen wir fest, dass NEIN₂ und PM können zusammenwirken, um wichtige Zellen in der unteren Lunge zu schädigen.

Unsere Ergebnisse werden hoffentlich unser Wissen darüber verbessern, wie Luftverschmutzung die wichtigen Zelltypen in der menschlichen (unteren) Lunge schädigen und zur Entstehung oder Verschlimmerung von Krankheiten beitragen kann. Solche Erkenntnisse würden zur Beurteilung der menschlichen Gesundheit in Bezug auf die Belastung durch Luftverschmutzung beitragen und dabei helfen, künftige, relevante Leitlinien zu entwickeln.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.