Projekt AMBIEX - Ambient Air Pollution Exposure

Dopad reálného znečištění okolního ovzduší na lidské plicní a čichové buňky pěstované na rozhraní vzduch-kapalina.

Přeskočit navigaci

Znečištění ovzduší a lidské zdraví

Znečištění ovzduší představuje jedno z nejvýznamnějších environmentálních rizik pro lidské zdraví. Dlouhodobá expozice znečištěnému ovzduší je spojována se zvýšeným výskytem onemocnění dýchacího a kardiovaskulárního systému i neurologických a neurodegenerativních onemocnění a současně přispívá ke zkrácení střední délky života [1–5]. V roce 2015 zařadila Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) venkovní znečištění ovzduší mezi prokázané lidské karcinogeny (skupina 1) [6].

Látky znečišťující ovzduší pocházejí jak z přírodních zdrojů (sopečné erupce, lesní požáry), tak z lidské činnosti. Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje patří silniční doprava, lokální vytápění a průmyslová výroba. Nejvyšší koncentrace znečišťujících látek se proto zpravidla vyskytují v hustě osídlených oblastech a velkých městech.

Znečištěné ovzduší tvoří komplexní směs plynných polutantů, jako jsou ozon (O₃), oxid siřičitý (SO₂), oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOₓ) a těkavé organické látky (VOC), dále suspendovaných částic (PM) různých velikostí a chemických látek navázaných na jejich povrch. Mezi tyto látky patří například polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) nebo kovy. Podle aerodynamického průměru se suspendované částice dělí na hrubou frakci (PM₁₀; ≤ 10 μm), jemnou frakci (PM₂.₅; ≤ 2,5 μm) a ultrajemné částice (PM₀.₁; ≤ 0,1 μm).

Nepříznivé účinky znečištěného ovzduší nejsou způsobeny jedinou látkou, ale společným působením celé směsi znečišťujících složek. Pro správné pochopení biologických mechanismů, kterými znečištěné ovzduší ovlivňuje lidský organismus, je proto nezbytné studovat účinky komplexní směsi polutantů přítomných v reálném okolním ovzduší, nikoli pouze jednotlivých izolovaných složek.

Jak znečištěné ovzduší působí na lidský organismus

Po vdechnutí pronikají jemné suspendované částice (PM₂.₅) až do plicních sklípků (alveolů), kde mohou narušovat výměnu plynů mezi vdechovaným vzduchem a krví [7]. Ještě menší ultrajemné částice (PM₀.₁) jsou schopny pronikat do jednotlivých buněk, včetně subcelulárních struktur, a prostřednictvím krevního oběhu se mohou dostávat i do vzdálených tkání a orgánů.

Závažnost biologických účinků znečištěného ovzduší závisí nejen na velikosti částic, ale také na chemickém složení celé směsi znečišťujících látek. Účinky suspendovaných částic jsou dány jak jejich fyzikálními vlastnostmi, tak chemickými látkami adsorbovanými na jejich povrchu.

Samotná přítomnost částic v organismu aktivuje imunitní systém, což může vést ke zvýšené produkci reaktivních forem kyslíku (ROS). Ty způsobují oxidační poškození důležitých buněčných makromolekul, včetně nukleových kyselin, a mohou vyvolávat mutace, které zvyšují riziko vzniku nádorových onemocnění [8]. Reaktivní formy kyslíku zároveň fungují jako signální molekuly ovlivňující expresi genů zapojených do regulace metabolismu a buněčné odpovědi na stres [9].

Významnou roli hrají také chemické látky navázané na suspendované částice. Zejména PAU patří mezi látky klasifikované jako karcinogenní nebo pravděpodobně karcinogenní pro člověka. Při jejich metabolismu vznikají reaktivní meziprodukty, které se mohou dále přeměňovat na o-chinony. Ty vstupují do redoxních cyklů a podporují vznik oxidačního stresu další tvorbou reaktivních forem kyslíku [10]. K tvorbě ROS a následnému oxidačnímu poškození buněčných makromolekul přispívají také přechodné kovy přítomné na povrchu suspendovaných částic [11].

Přestože samotné plynné složky znečištěného ovzduší mají obecně menší vliv na lidské zdraví než suspendované částice [12], významně zesilují prooxidační účinky celé směsi znečišťujících látek a přispívají k její celkové karcinogenitě.

Vliv znečištěného ovzduší na lidský organismus


Proč vznikl projekt AMBIEX?

Nejspolehlivější informace o zdravotních účincích znečištěného ovzduší poskytují epidemiologické studie sledující lidské populace. Jejich realizace je však časově i finančně náročná a často naráží na logistická i etická omezení [2].

Alternativou jsou experimentální studie využívající laboratorní zvířata exponovaná např. městskému ovzduší nebo emisím z dopravy [13–15]. Přestože jsou tyto experimenty lépe kontrolovatelné, vyžadují specifické podmínky a jejich výsledky nelze vždy přímo převést na člověka. Rozdíly mezi organismem laboratorních zvířat a lidským organismem totiž mohou významně ovlivnit biologickou odpověď na expozici znečištěnému ovzduší.

Také většina dosavadních in vitro studií měla svá omezení. Buněčné kultury byly obvykle vystaveny pouze organickým nebo vodným extraktům suspendovaných částic, případně částicím zachyceným na filtrech [16]. Takový přístup však neodpovídá skutečné expozici člověka, který vdechuje komplexní směs plynů a částic přítomných v okolním ovzduší. Chyběly také pokročilé buněčné modely, které by co nejvěrněji napodobovaly podmínky v lidských dýchacích cestách.

Projekt AMBIEX (The impact of real-world ambient air pollution exposure on human lung and olfactory cells grown at the air-liquid interface; Grantová agentura České republiky, č. 22-10279S) vznikl právě s cílem tato omezení překonat.

V projektu jsme zkoumali účinky reálného okolního ovzduší na modely lidské bronchiální tkáně a čichové sliznice získané z buněk zdravých dárců i pacientů s astmatem nebo Alzheimerovou chorobou. Buňky byly kultivovány na rozhraní vzduch–kapalina (air–liquid interface, ALI), tedy na membráně, kde jejich bazální část byla v kontaktu s kultivačním médiem, zatímco apikální povrch byl přímo vystaven okolnímu vzduchu. Tento způsob kultivace věrně napodobuje podmínky v lidských dýchacích cestách.

Expozice probíhaly přímo v terénu ve speciálně navrženém expozičním systému, a to ve čtyřech lokalitách s rozdílnou úrovní a charakterem znečištění ovzduší. Jednotlivé lokality se lišily koncentracemi PM, ozonu, oxidů dusíku, VOC a PAU:

  • Městská lokalita (Ostravsko) – dlouhodobě vysoké znečištění pocházející z více zdrojů.
  • Průmyslová lokalita (severovýchodní Čechy) – znečištění spojené především s automobilovým a dřevozpracujícím průmyslem.
  • Dopravní lokalita (Praha) – znečištění související se silniční dopravou.
  • Pozaďová lokalita (Českomoravská vrchovina) – oblast s nízkými koncentracemi znečišťujících látek sloužící jako referenční lokalita.

Výhody našeho přístupu

Ve srovnání s běžně používanými experimentálními modely nabízí projekt AMBIEX několik významných výhod:

  • Přímá expozice reálnému okolnímu ovzduší namísto jednotlivých chemických látek.
  • Působení komplexní směsi znečišťujících látek, která odpovídá skutečné expozici člověka.
  • Pokročilé modely lidské bronchiální tkáně a čichové sliznice kultivované na rozhraní vzduch–kapalina (ALI).
  • Komplexní tkáňové modely obsahující více typů buněk místo jednoduchých monokultur.
  • Výzkum bez využití laboratorních zvířat.
  • Bez izolace suspendovaných částic pomocí filtrů.
  • Bez použití organických nebo vodných extraktů suspendovaných částic.

Lokality, v nichž výzkum probíhal


Modely lidských tkání

Pro hodnocení účinků znečištěného ovzduší na dýchací systém jsme využili trojrozměrný model epitelu horních cest dýchacích MucilAir™ (Epithelix Sàrl, Ženeva, Švýcarsko), připravený z buněk zdravých dárců a pacientů s astmatem. Tento model představuje plně diferencovaný a funkční respirační epitel tvořený bazálními, pohárkovými a řasinkovými buňkami, který věrně napodobuje lidskou bronchiální tkáň in vivo [17].

Protože čichová sliznice představuje jednu z nejpravděpodobnějších cest, kterými mohou znečišťující látky pronikat z okolního prostředí do centrálního nervového systému [18], zaměřili jsme se také na studium jejich účinků na buňky lidské čichové sliznice (human olfactory mucosa, hOM). Tyto buněčné kultury byly připraveny ze vzorků zdravých dobrovolníků a pacientů s Alzheimerovou chorobou ve spolupráci s prof. K. Kanninen z University of Eastern Finland.

Model čichové sliznice obsahuje několik typů buněk, včetně stromálních (fibroblastům podobných) buněk, globózních bazálních buněk a buněk podobných myofibroblastům, které byly získány z biopsií nosního septa a následně kultivovány podle dříve publikovaného postupu [19].

Oba buněčné modely byly vystaveny působení reálného okolního ovzduší až 6 hodin denně po dobu pěti po sobě následujících dnů. Kontrolní vzorky byly za stejných podmínek exponovány syntetickému vzduchu, který neobsahoval znečišťující látky.

Kontejner, v němž byl expoziční system umístěn v pozaďové lokalitě


Vývoj expozičního systému

Expoziční systém použitý v projektu AMBIEX navazuje na zařízení vyvinuté v rámci našeho předchozího projektu MUCILTOX (Mechanisms of toxicity of gasoline engine emissions in 3D tissue cultures and a model bronchial epithelial cell line; Grantová agentura České republiky, č. 18-04719S) [20].

V projektu MUCILTOX jsme využili trojrozměrné modely lidského respiračního epitelu kultivované na ALI [17,21–23] a vyvinuli jsme zařízení umožňující jejich přímou expozici kompletním emisím zážehových motorů v reálném čase za laboratorních podmínek [20]. Pomocí tohoto systému jsme studovali biologické účinky emisí z motorů spalujících běžná i alternativní paliva na model MucilAir™ i na standardní buněčnou linii BEAS-2B [24,25].

Výsledky ukázaly, že expozice kompletním emisím z motorů spalujících standardní benzín vyvolává v trojrozměrném modelu významné změny markerů zánětlivé odpovědi [26]. Tyto poznatky potvrdily, že přímá expozice celé směsi znečišťujících látek poskytuje biologicky relevantnější informace než experimenty založené pouze na izolovaných složkách emisí.

Na základě zkušeností získaných v projektu MUCILTOX jsme expoziční systém dále upravili tak, aby jej bylo možné snadno přepravovat a používat přímo v terénu. Nové řešení umožňuje expozici buněčných modelů reálnému okolnímu ovzduší prakticky v jakékoli lokalitě a zachovává přitom všechny výhody kultivace buněk na rozhraní vzduch–kapalina.

Proč porovnáváme zdravé a nemocné dárce?

Řada studií ukazuje, že odpověď organismu na znečištěné ovzduší se může výrazně lišit mezi zdravými jedinci a pacienty s chronickými onemocněními [27]. Proto jsme do studie zařadili buněčné modely připravené jak ze zdravých dárců, tak z pacientů s astmatem nebo Alzheimerovou chorobou.

Současná analýza obou skupin nám umožňuje lépe porozumět biologickým mechanismům, které určují citlivost jednotlivých lidí ke znečištěnému ovzduší, a identifikovat změny související se zdravotním stavem dárců buněk.

Hypotézy

Projekt AMBIEX vychází z několika hlavních hypotéz:

  1. Odpověď buněk na znečištěné ovzduší závisí na jejich původu i zdravotním stavu dárce. Předpokládáme, že buněčné modely připravené od zdravých dárců budou reagovat odlišně než modely pocházející od pacientů s astmatem nebo Alzheimerovou chorobou. Rozdílnou citlivost očekáváme také mezi modelem bronchiálního epitelu a modelem čichové sliznice.
  2. Míra biologické odpovědi bude odpovídat úrovni znečištění ovzduší. Nejvýraznější změny očekáváme u buněk exponovaných v lokalitách s vyššími koncentracemi znečišťujících látek.
  3. Průmyslové znečištění bude vyvolávat nejsilnější známky oxidačního stresu a zánětlivé odpovědi. Předpokládáme vyšší úroveň peroxidace lipidů i produkce zánětlivých markerů.
  4. Různé typy znečištění ovzduší budou vyvolávat odlišné molekulární odpovědi. Směs znečišťujících látek pocházející z městského prostředí, průmyslových zdrojů nebo dopravy povede k rozdílným změnám exprese mRNA a miRNA.
  5. Citlivost ke znečištěnému ovzduší se bude mezi jednotlivci lišit. Tyto rozdíly očekáváme zejména u změn genové exprese a předpokládáme, že budou výraznější u buněk pocházejících od pacientů s chronickými onemocněními.

Hlavní cíle projektu

Cílem projektu AMBIEX bylo komplexně zhodnotit biologické účinky reálného okolního ovzduší pomocí širokého spektra toxikologických, molekulárně-biologických a biochemických metod. Hodnocení zahrnovalo parametry cytotoxicity, markery oxidačního stresu a zánětlivé odpovědi i analýzu globální exprese mRNA a miRNA.

Projekt se zaměřil na:

  • vývoj a optimalizaci systému pro přímou expozici buněčných modelů kultivovaných na rozhraní ALI reálnému okolnímu ovzduší,
  • studium biologické odpovědi modelů lidského bronchiálního epitelu a čichové sliznice exponovaných ovzduší s různou mírou znečištění,
  • porovnání odpovědi buněčných modelů připravených od zdravých dárců a pacientů s astmatem nebo Alzheimerovou chorobou.

Dílčí cíle

Pro naplnění hlavních cílů projektu jsme:

  • exponovali buněčné modely reálnému okolnímu ovzduší a syntetickému vzduchu ve čtyřech lokalitách s odlišnou úrovní znečištění,
  • hodnotili základní ukazatele toxicity, včetně cytotoxicity, transepiteliální elektrické rezistence (TEER), produkce mucinu, tvorby reaktivních forem kyslíku (ROS), peroxidace lipidů a produkce zánětlivých mediátorů,
  • provedli komplexní analýzu globální exprese mRNA a miRNA včetně studia jejich vzájemných interakcí s cílem objasnit vliv znečištěného ovzduší na genom,
  • porovnali biologickou odpověď buněčných modelů připravených od zdravých dárců a pacientů s astmatem nebo Alzheimerovou chorobou,
  • hodnotili individuální rozdíly v citlivosti ke znečištěnému ovzduší a vztah těchto rozdílů ke koncentracím znečišťujících látek v jednotlivých lokalitách.

Jak experiment probíhal

Expoziční systém

Buněčné modely byly exponovány ve speciálně vyvinutém expozičním systému, který umožňuje přímé působení reálného okolního ovzduší na buňky kultivované na rozhraní ALI. Aby byly zachovány optimální podmínky pro životaschopnost buněk, bylo ovzduší přiváděné k buňkám upraveno na fyziologickou teplotu (37 °C), relativní vlhkost 85–90 % a obsah 5 % oxidu uhličitého.

Proud vzduchu byl následně rovnoměrně rozdělen do jednotlivých expozičních komor, ve kterých byly umístěny buněčné kultury. Konstrukce systému byla navržena tak, aby byla zachována velikostní distribuce suspendovaných částic a aby expozice všech vzorků probíhala za srovnatelných podmínek. Součástí vývoje systému bylo také experimentální ověření ztrát částic během transportu i množství částic, které se skutečně ukládají na povrchu buněk.

Hodnocené biologické parametry

Po ukončení expozice byly odebrány kultivační média i buněčné lyzáty a uchovány při teplotě −80 °C pro následné laboratorní analýzy.

V průběhu projektu jsme hodnotili široké spektrum ukazatelů biologické odpovědi buněk:

  • Cytotoxicitu, tedy míru poškození buněk, pomocí stanovení aktivity laktátdehydrogenázy (LDH) a adenylátkinázy (AK).
  • Integritu bronchiálního epitelu měřením transepiteliální elektrické rezistence.
  • Produkci mucinu, která odráží funkční stav dýchacího epitelu.
  • Tvorbu reaktivních forem kyslíku jako ukazatel oxidačního stresu.
  • Peroxidaci lipidů prostřednictvím stanovení 15-F₂t-isoprostanu metodou ELISA.
  • Produkci zánětlivých mediátorů, včetně cytokinů, chemokinů a růstových faktorů (např. IL-1, IL-6, IL-8, TNFα, MCP-1, RANTES, GM-CSF, EGF nebo LIF) pomocí analýzy využívající protilátky proti stanovovaným molekulám.
  • Globální expresi mRNA a miRNA pomocí sekvenování nové generace na platformě Illumina.
Detailní pohled na Toxikologický inkubátor

Expoziční systém


Destička obsahující 24 jamek s inserty, na nichž rostou buňky v prostředí ALI


Schéma insertu, na němž jsou kultivované buňky v ALI


Modifikovaný buněčný kultivátor, v němž jsou expoziční systémy umístěné


Výstupy projektu

Publicita


Vědecké články

Real-world outdoor air exposure effects in a model of the human airway epithelium – A comparison of healthy and asthmatic individuals using a mobile laboratory setting [28]

Portable emissions toxicity system: Evaluating the toxicity of emissions or polluted air by exposure of cell cultures at air-liquid interface in a compact field-deployable setup [29]

Transcriptomic and epigenomic profiling reveals altered responses to diesel emissions in Alzheimer’s disease both in vitro and in population-based data [30]

Molecular alterations in human olfactory mucosal cells from healthy individuals and individuals with Alzheimer’s disease induced by real-world ambient air [31]

Real-world traffic-polluted air and its impact on a 3D model of the human airway epithelium [32]

Transcriptional responses to real-world ambient air pollution in healthy and asthmatic human 3D airway models grown at the air-liquid interface [33]

Hlavní výsledky projektu

Projekt AMBIEX přinesl několik významných poznatků o biologických účincích reálného okolního ovzduší.

Modifikovaný expoziční systém umožnil experimenty v terénu

Původní laboratorní zařízení bylo úspěšně upraveno pro použití v terénu a umožnilo přímou expozici buněčných modelů reálnému okolnímu ovzduší ve čtyřech lokalitách s rozdílnou úrovní znečištění.

Vysoké koncentrace znečišťujících látek mohou způsobit rychlé poškození buněk

V dopravní lokalitě vedly vysoké koncentrace znečišťujících látek k časnému odumírání buněk. Z tohoto důvodu bylo nutné část experimentů zopakovat s kratší dobou expozice [28,29].

Oxidační poškození lipidů nebylo prokázáno

Ani u jednoho z použitých buněčných modelů ani v žádné z lokalit nebylo pozorováno zvýšení peroxidace lipidů, která je běžně považována za marker oxidačního stresu [31,33].

Průmyslové znečištění významně ovlivnilo imunitní odpověď buněk

V modelech bronchiální tkáně exponovaných v průmyslové lokalitě byly zjištěny významné změny v produkci molekul souvisejících s imunitní a zánětlivou odpovědí. Tyto změny naznačují možné mechanismy, kterými může znečištěné ovzduší přispívat ke vzniku nebo rozvoji onemocnění dýchacího systému [33].

Expozice ovlivnila genovou expresi a procesy spojené s remodelací tkáně

V modelech bronchiálního epitelu od zdravých dárců exponovaných v průmyslové lokalitě byly ovlivněny biologické procesy související s buněčnou adhezí, organizací extracelulární matrix, fokální adhezí a signalizační dráhou PI3K–Akt. Tyto změny ukazují na remodelaci tkáně a změny v interakcích mezi buňkami a jejich okolím.

U modelů připravených od pacientů s astmatem byly naopak nejvíce ovlivněny procesy související s funkcí epitelu, jeho regenerací a buněčnou proliferací, což svědčí o zvýšené citlivosti těchto buněk ke znečištěnému ovzduší [33]. Podobné změny byly zaznamenány také u zdravých dárců exponovaných v dopravní lokalitě, pravděpodobně v důsledku velmi vysoké koncentrace znečišťujících látek [32].

Změny související s neurodegenerativními onemocněními

V buňkách lidské čichové sliznice získaných od zdravých dárců vedla expozice ovzduší v průmyslové lokalitě ke změnám biologických procesů spojovaných s neurodegenerativními onemocněními. U buněk pacientů s Alzheimerovou chorobou byly nejvýrazněji ovlivněny dráhy spojené se zánětlivou odpovědí. Výsledky naznačují, že dlouhodobá expozice znečištěnému ovzduší může přispívat k procesům souvisejícím se vznikem nebo rozvojem neurodegenerativních onemocnění [31].

Fotografie z expozičních kampaní

Průmyslová lokalita

+6

Dopravní lokalita

+3

Pozaďová lokalita

+9

Městská lokalita

Řešitelské instituce

Ústav experimentální medicíny AV ČR

Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i. zajišťoval biologickou část projektu zaměřenou na hodnocení účinků znečištěného ovzduší na buněčné modely lidských tkání.

Mezi hlavní činnosti patřily:

  • hodnocení cytotoxicity, integrity epitelu a produkce mucinu,
  • analýza markerů oxidačního stresu, včetně tvorby ROS a peroxidace lipidů,
  • stanovení produkce zánětlivých mediátorů (cytokinů, chemokinů a růstových faktorů),
  • analýza globální exprese mRNA a miRNA a vyhodnocení molekulární odpovědi buněk na expozici znečištěnému ovzduší.

Technická univerzita v Liberci

Technická univerzita v Liberci byla zodpovědná za vývoj a technické zabezpečení expozičního systému používaného při terénních experimentech.

Mezi hlavní úkoly patřily:

  • návrh a konstrukce kompaktní expoziční komory vhodné pro použití v terénu,
  • měření velikostní distribuce suspendovaných částic během expozic,
  • odběr vzorků suspendovaných částic pro následnou analýzu PAU,
  • měření koncentrací hlavních plynných znečišťujících látek, zejména O₃, NOₓ a VOC,
  • zajištění napájení a teplotní stability měřicích přístrojů,
  • monitoring meteorologických podmínek a koncentrací znečišťujících látek během jednotlivých expozičních experimentů.

Technical University of Liberec


Seznam literatury

  1. Z. An, Y. Jin, J. Li, W. Li, W. Wu, Impact of Particulate Air Pollution on Cardiovascular Health, Curr Allergy Asthma Rep 18 (2018) 15. https://doi.org/10.1007/s11882-018-0768-8.
  2. S.C. Faber, S.D. McCullough, Through the Looking Glass: In Vitro Models for Inhalation Toxicology and Interindividual Variability in the Airway, Applied In Vitro Toxicology 4 (2018) 115–128. https://doi.org/10.1089/aivt.2018.0002.
  3. A. Combes, G. Franchineau, Fine particle environmental pollution and cardiovascular diseases, Metabolism 100 (2019) 153944. https://doi.org/10.1016/j.metabol.2019.07.008.
  4. L. Calderón-Garcidueñas, R. Torres-Jardón, R.J. Kulesza, Y. Mansour, L.O. González-González, A. Gónzalez-Maciel, R. Reynoso-Robles, P.S. Mukherjee, Alzheimer disease starts in childhood in polluted Metropolitan Mexico City. A major health crisis in progress, Environmental Research 183 (2020) 109137. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109137.
  5. L.O.J. Killin, J.M. Starr, I.J. Shiue, T.C. Russ, Environmental risk factors for dementia: a systematic review, BMC Geriatr 16 (2016) 175. https://doi.org/10.1186/s12877-016-0342-y.
  6. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, International Agency for Research on Cancer, Outdoor air pollution, 2015. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK368024/ (accessed September 8, 2016).
  7. A.A. Almetwally, M. Bin-Jumah, A.A. Allam, Ambient air pollution and its influence on human health and welfare: an overview, Environ Sci Pollut Res 27 (2020) 24815–24830. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09042-2.
  8. J.E. Klaunig, Oxidative Stress and Cancer, CPD 24 (2019) 4771–4778. https://doi.org/10.2174/1381612825666190215121712.
  9. H. Sies, D.P. Jones, Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents, Nat Rev Mol Cell Biol 21 (2020) 363–383. https://doi.org/10.1038/s41580-020-0230-3.
  10. B. Moorthy, C. Chu, D.J. Carlin, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: From Metabolism to Lung Cancer, Toxicol. Sci. 145 (2015) 5–15. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfv040.
  11. P. Moller, P.H. Danielsen, D.G. Karottki, K. Jantzen, M. Roursgaard, H. Klingberg, D.M. Jensen, D.V. Christophersen, J.G. Hemmingsen, Y. Cao, S. Loft, Oxidative stress and inflammation generated DNA damage by exposure to air pollution particles, Mutat Res Rev Mutat Res 762 (2014) 133–66. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2014.09.001.
  12. R.B. Hamanaka, G.M. Mutlu, Particulate Matter Air Pollution: Effects on the Cardiovascular System, Front. Endocrinol. 9 (2018) 680. https://doi.org/10.3389/fendo.2018.00680.
  13. R. Villarreal-Calderon, R. Torres-Jardón, J. Palacios-Moreno, N. Osnaya, B. Pérez-Guillé, R.R. Maronpot, W. Reed, H. Zhu, L. Calderón-Garcidueñas, Urban Air Pollution Targets the Dorsal Vagal Complex and Dark Chocolate Offers Neuroprotection, Int J Toxicol 29 (2010) 604–615. https://doi.org/10.1177/1091581810383587.
  14. A. Rowan-Carroll, S. Halappanavar, A. Williams, C.M. Somers, C.L. Yauk, Mice exposed in situ to urban air pollution exhibit pulmonary alterations in gene expression in the lipid droplet synthesis pathways, Environmental and Molecular Mutagenesis 54 (2013) 240–9. https://doi.org/10.1002/em.21768.
  15. I. Bos, P. De Boever, J. Emmerechts, J. Buekers, J. Vanoirbeek, R. Meeusen, M. Van Poppel, B. Nemery, T. Nawrot, L.I. Panis, Changed gene expression in brains of mice exposed to traffic in a highway tunnel, Inhalation Toxicology 24 (2012) 676–86. https://doi.org/10.3109/08958378.2012.714004.
  16. J. Zavala, A.N. Freedman, J.T. Szilagyi, I. Jaspers, J.F. Wambaugh, M. Higuchi, J.E. Rager, New Approach Methods to Evaluate Health Risks of Air Pollutants: Critical Design Considerations for In Vitro Exposure Testing, IJERPH 17 (2020) 2124. https://doi.org/10.3390/ijerph17062124.
  17. T. Cervena, K. Vrbova, A. Rossnerova, J. Topinka, P. Rossner, Short-term and Long-term Exposure of the MucilAirTM Model to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Alternatives to Laboratory Animals 47 (2019) 9–18. https://doi.org/10.1177/0261192919841484.
  18. K.M. Kanninen, R. Lampinen, L.M. Rantanen, L. Odendaal, P. Jalava, S. Chew, A.R. White, Olfactory cell cultures to investigate health effects of air pollution exposure: Implications for neurodegeneration, Neurochemistry International 136 (2020) 104729. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2020.104729.
  19. F. Féron, C. Perry, J.J. McGrath, A. Mackay-Sim, New techniques for biopsy and culture of human olfactory epithelial neurons, Arch Otolaryngol Head Neck Surg 124 (1998) 861–866. https://doi.org/10.1001/archotol.124.8.861.
  20. M. Vojtisek-Lom, M. Pechout, D. Macoun, R. Rameswaran, K. Kumar Praharaj, T. Cervena, J. Topinka, P. Rossner, Assessing Exhaust Toxicity with Biological Detector: Configuration of Portable Air-Liquid Interface Human Lung Cell Model Exposure System, Sampling Train and Test Conditions, SAE Int. J. Adv. & Curr. Prac. in Mobility 2 (2020) 520–534.
  21. G. Hilton, H. Barosova, A. Petri-Fink, B. Rothen-Rutishauser, M. Bereman, Leveraging proteomics to compare submerged versus air-liquid interface carbon nanotube exposure to a 3D lung cell model, Toxicology in Vitro 54 (2019) 58–66. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.09.010.
  22. H. Barosova, B. Drasler, A. Petri-Fink, B. Rothen-Rutishauser, Multicellular Human Alveolar Model Composed of Epithelial Cells and Primary Immune Cells for Hazard Assessment, JoVE (2020) 61090. https://doi.org/10.3791/61090.
  23. H. Barosova, A.G. Maione, D. Septiadi, M. Sharma, L. Haeni, S. Balog, O. O’Connell, G.R. Jackson, D. Brown, A.J. Clippinger, P. Hayden, A. Petri-Fink, V. Stone, B. Rothen-Rutishauser, Use of EpiAlveolar Lung Model to Predict Fibrotic Potential of Multiwalled Carbon Nanotubes, ACS Nano 14 (2020) 3941–3956. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06860.
  24. P. Rossner, T. Cervena, M. Vojtisek-Lom, K. Vrbova, A. Ambroz, Z. Novakova, F. Elzeinova, H. Margaryan, V. Beranek, M. Pechout, D. Macoun, J. Klema, A. Rossnerova, M. Ciganek, J. Topinka, The Biological Effects of Complete Gasoline Engine Emissions Exposure in a 3D Human Airway Model (MucilAirTM) and in Human Bronchial Epithelial Cells (BEAS-2B), IJMS 20 (2019) 5710. https://doi.org/10.3390/ijms20225710.
  25. T. Cervena, M. Vojtisek-Lom, K. Vrbova, A. Ambroz, Z. Novakova, F. Elzeinova, M. Sima, V. Beranek, M. Pechout, D. Macoun, J. Klema, A. Rossnerova, M. Ciganek, J. Topinka, P. Rossner, Ordinary Gasoline Emissions Induce a Toxic Response in Bronchial Cells Grown at Air-Liquid Interface, IJMS 22 (2020) 79. https://doi.org/10.3390/ijms22010079.
  26. P. Rossner, T. Cervena, M. Vojtisek-Lom, J. Neca, M. Ciganek, K. Vrbova, A. Ambroz, Z. Novakova, F. Elzeinova, M. Sima, Z. Simova, V. Holan, V. Beranek, M. Pechout, D. Macoun, A. Rossnerova, J. Topinka, Markers of lipid oxidation and inflammation in bronchial cells exposed to complete gasoline emissions and their organic extracts, Chemosphere (2021) 130833. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130833.
  27. Y.-C.T. Huang, A.J. Ghio, Controlled human exposures to ambient pollutant particles in susceptible populations, Environ Health 8 (2009) 33. https://doi.org/10.1186/1476-069X-8-33.
  28. P. Rossner, H. Libalova, T. Cervena, M. Sima, Z. Simova, K. Vrbova, A. Ambroz, Z. Novakova, F. Elzeinova, A. Vimrova, L. Dittrich, M. Vojtisek, M. Pechout, M. Vojtisek-Lom, Real-world outdoor air exposure effects in a model of the human airway epithelium – A comparison of healthy and asthmatic individuals using a mobile laboratory setting, Ecotoxicology and Environmental Safety 289 (2025) 117495. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.117495.
  29. M. Vojtisek-Lom, L. Dittrich, M. Pechout, T. Cervena, A. Vimrova, J. Sikorova, T. Zavodna, J. Ondracek, P. Aakko-Saksa, J. Topinka, P. Rössner, Portable emissions toxicity system: Evaluating the toxicity of emissions or polluted air by exposure of cell cultures at air-liquid interface in a compact field-deployable setup, Science of The Total Environment 959 (2025) 178010. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.178010.
  30. L. Saveleva, T. Cervena, C. Mengoni, M. Sima, Z. Krejcik, K. Vrbova, J. Sikorova, L. Mussalo, T.O.E. De Crom, Z. Šímová, M. Ivanova, M.A. Shahbaz, E. Penttilä, H. Löppönen, A.M. Koivisto, M.A. Ikram, P.I. Jalava, T. Malm, S. Chew, M. Vojtisek‐Lom, J. Topinka, R. Giugno, P. Rössner, K.M. Kanninen, Transcriptomic and epigenomic profiling reveals altered responses to diesel emissions in Alzheimer’s disease both in vitro and in population‐based data, Alzheimer’s & Dementia (2024) alz.14347. https://doi.org/10.1002/alz.14347.
  31. P. Rossner, H. Libalova, M. Sima, T. Cervena, Z. Simova, K. Vrbova, A. Ambroz, A. Rossnerova, Z. Novakova, F. Elzeinova, A. Vimrova, J. Klema, A.M. Koivisto, E. Penttilä, L. Dittrich, M. Vojtisek, M. Pechout, K.M. Kanninen, M. Vojtisek-Lom, Molecular alterations in human olfactory mucosal cells from healthy individuals and individuals with Alzheimer’s disease induced by real-world ambient air, Environ. Toxicol. Pharmacol. 124 (2026) 105019. https://doi.org/10.1016/j.etap.2026.105019.
  32. M. Sima, H. Libalova, Z. Simova, K. Vrbova, A. Ambroz, J. Klema, L. Dittrich, M. Vojtisek-Lom, P. Rossner, Real-World Traffic-Polluted Air and Its Impact on a 3D Model of the Human Airway Epithelium, J. Xenobiotics 16 (2026) 91. https://doi.org/10.3390/jox16030091.
  33. Z. Simova, H. Libalova, M. Sima, K. Vrbova, T. Cervena, A. Vimrova, L. Dittrich, M. Vojtisek, M. Pechout, M. Vojtisek-Lom, J. Klema, A. Rossnerova, P. Rossner, Transcriptional responses to real-world ambient air pollution in healthy and asthmatic human 3D airway models grown at the air-liquid interface, Journal of Hazardous Materials Advances 23 (2026) 101404. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2026.101404.