Silber- und Titan-Nanopartikel in Fischzelltoxizitätsstudien
Aufgrund ihrer Größe und physikalischen Eigenschaften können Nanopartikel über Endozytose ins Epithel eindringen. Da das Einsatzspektrum von Silber- und Titannanopartikeln vielfältig und die kommerzielle Bedeutung enorm ist, müssen Toxizitätsrisiken genauestens geprüft werden, Das Projekt NANOTRAFFIC (Do small things lead to big problems? Mechanism of uptake and toxicity of metal nanoparticles in intestinal cells) führte eine solche Toxizitätsstudie durch. Die Team-Mitglieder entwickelten ein polarisiertes Darmzellmodell auf Basis der RTgutGC-Zelllinie von Regenbogenforellen. In Kombination mit der hepatischen Zelllinie, RTL-W1, ermöglichte dieses Darm-Leber-Zellkultursystem die Beurteilung des Transports durch das Darmepithel und der Wirkung auf die darunter wachsenden Leberzellen. An dem Modell konnten in vitro auch Unterschiede bei der Aufnahme von NP in der apikalen und basolateralen Membran untersucht werden. NANOTRAFFIC setzte Citrat-beschichtete Ionen-produzierende Silber-Nanopartikel (19 nm) und ungelöste Titanoxid-Nanopartikel (21 und 25 nm) ein und prüfte die Lebensfähigkeit der Zellen anhand der Stoffwechselaktivität und Membran- sowie Lysosomintegrität. Die Zytotoxizität sowohl von Silber-NP als auch Ionen war in aminosäuren- und proteinfreien Medien stark erhöht. Zumeist beeinträchtigten die Nanopartikel die Integrität des Lysosoms, da sie direkt in die Lysosomen vordrangen, wie im Rasterelektronenmikroskop deutlich wurde. Bei einer 24-stündigen Exposition von 1 Mikrometer großen Silber-NP war keine toxische Wirkung auf die RTgutGC-Zellen feststellbar, 10 Mikrometer große NP senkten jedoch die Lebensfähigkeit um 15 %. Titanoxid-Nanopartikel wiederum wurden von Zellen aufgenommen und akkumulierten sich in den Endosomen ohne nachweisbare Toxizität. Die intrazelluläre Konzentration von Spurenelementen (Kupfer, Zink und Eisen) wurde zusammen mit Metallkonzentrationen (Silber) gemessen. Intrazelluläre Konzentration der Spurenelemente entlockten transkriptionelle und post-translationale Veränderungen, die auf eine Metall-NP-Exposition zurückgehen. Während Silber-Ionen von Kupfer-Transporterproteinen transportiert werden, zeigte das Projekt, dass Silber-Nanopartikel eine ähnliche, aber abgeschwächte Reaktion auslösen, einschließlich der Induktion des Metallchelatbildnerprotein Metallothionein, und von Ausscheidungsprozessen (copper pump trafficking). Damit können die im Projekt generierten Daten Umweltverträglichkeitsprüfungen zur Exposition von Metall-NP vereinfachen.
Schlüsselbegriffe
Silber, Titan, Nanopartikel, Toxizität, Darm, Metall
