Die menschliche Plazenta bildet eine multifunktionale Schnittstelle zwischen dem mütterlichen und dem fötalen Kreislauf. Neben ihren Aufgaben beim Austausch von Nährstoffen und Gasen, der Beseitigung von Abfallstoffen und der Hormonproduktion wirkt sie als selektive Barriere, die den Fötus vor Xenobiotika schützen soll, denen die Mutter ausgesetzt ist. Dieser Schutz ist jedoch nicht absolut: Zahlreiche Substanzen können sich in den Plazentazellen anreichern oder diese Barriere überwinden und in den fötalen Kreislauf gelangen. Die Untersuchung der Auswirkungen von Schadstoffen auf dieses Organ ist daher von besonderer Bedeutung, zumal die Datenlage zur Exposition während des empfindlichen Zeitfensters der Schwangerschaft weiterhin spärlich ist, und noch mehr im Hinblick auf die Ko-Exposition gegenüber mehreren Kontaminanten.
Die Arbeiten konzentrierten sich auf zwei häufige Luftschadstoffe aus gemeinsamen Emissionsquellen, die insbesondere im mütterlichen Blut nachgewiesen werden: Benzo(a)pyren (BaP), ein polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff, der von der Internationalen Agentur für Krebsforschung als für den Menschen krebserregend, mutagen und reproduktionstoxisch eingestuft wird, sowie Cerdioxid-Nanopartikel (CeO2 NP). Ziel war es, die wichtigsten Signalwege zu kartieren, die nach alleiniger Exposition gegenüber BaP, alleiniger Exposition gegenüber CeO2 NP und anschließend in Ko-Exposition moduliert werden. Das Modell beruhte auf Chorionzottenexplantaten und auf villösen Zytotrophoblasten, die aus reifer menschlicher Plazenta isoliert wurden. Diese Primärzellen, die nach 24 bis 48 Stunden Kultur spontan zum Synzytiotrophoblasten fusionieren können, spiegeln die physiologischen Bedingungen besser wider als klassische Trophoblasten-Zelllinien. Die Analysen kombinierten Western Blot, hCG-Bestimmung mittels ELISA, Untersuchung der zellulären Stresswege, RT-qPCR und Immunhistochemie an Gewebeschnitten.
In nicht toxischen Dosen wird BaP durch die vom AhR-Rezeptor abhängigen Enzyme des Xenobiotika-Metabolismus bioaktiviert, was zu DNA-Schäden führt, die durch einen Anstieg von γ-H2AX, die Stabilisierung des stressassoziierten Transkriptionsfaktors p53 und die Induktion seines Zielgens p21 gekennzeichnet sind. In Ko-Exposition mit CeO2 NP werden diese Effekte reproduziert, mit Ausnahme des Anstiegs von γ-H2AX. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Cerdioxid-Nanopartikel den genotoxischen Effekt von BaP modulieren. Darüber hinaus führen die CeO2 NP, allein wie auch in Kombination, zu einer Abnahme von Prx-SO3, was auf einen antioxidativen Effekt hinweist.
Diese Studie identifiziert als erste die Signalwege, die nach Ko-Exposition gegenüber diesen beiden in der Umwelt häufigen Schadstoffen moduliert werden. Indem die Autoren die Veränderungen wichtiger zellulärer Akteure der Xenobiotika-Entgiftung (AhR, CYP1A1), des zellulären Stresses und der Genotoxizität (p53, p21, γ-H2AX), der Hypoxie-Antwort (HIF) und der oxidativen Stressantwort (Prx-SO3) charakterisieren, erschließen sie neue Perspektiven für die Untersuchung der Mechanismen, durch die diese beiden weitverbreiteten Luftschadstoffe die plazentare Entwicklung und Funktion bei der schwangeren Frau beeinträchtigen.