Die Toxizität von Metallionen Metall-Nanopartikeln bewerten
Nanopartikel haben in fast jedem Wirtschaftssektor die Funktionalität von Produkten und Geräten revolutioniert. Da sie bei der Herstellung, Nutzung und Entsorgung jedoch in die Umwelt gelangen können, müssen Risiken und Toxizität engmaschig kontrolliert werden. Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts NADETOX (Nanomics in vitro developmental toxcology) waren Kobalt- und Gold-Nanopartikel (Au), die in der Krebstherapie eingesetzt werden. Die Anwendung einer vielversprechenden und attraktiven alternativen in-vitro-Testmethode, die auf dem 3R-Ansatz (Reduction, Refinement, Replacement) für Versuche an Tieren basiert, war ein Grundpfeiler des Forschungsprogramms. Wissenschaftler griffen auf den bewährten Bioassay FETAX (Frog Embryo Teratogenesis Assay-Xenopus) zurück, der in den 1980er Jahren entwickelt worden ist. Bei FETAX handelt es sich um einen leistungsstarken, flexiblen und kostengünstigen Assay, der (innerhalb von wenigen Tagen) eine schnelle Evaluation der Auswirkungen von Chemikalien auf das Embryonenwachstum bei Xenopus laevis ermöglicht. Zunächst ermittelte das Team Verunreinigungen in den Metall-Nanopartikeln, die eine Interpretation der Ergebnisse verfälschen könnten, um die wissenschaftliche Gültigkeit nicht zu beeinträchtigen. Es wurde eine instrumentale und radiochemische Neutronenaktivierungsanalyse (Instrumental Radiochemical Neutron Activation Analysis, INAA bzw. Radiochemical Neutron Activation Analysis, RNAA) sowie eine Massenspektronomieanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICPMS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) durchgeführt. Da bei Co-NP im Gegensatz zu Au-NP kaum Verunreinigungen festgestellt wurden, wurden für die nachfolgenden Tests nur Co-NP verwendet. Die Beteiligten führten des Weiteren eine Transmissionselektronenmikroskopieanalyse (TEM, Transmission Electron Microscopy) durch, um die potenziellen Auswirkungen von Neutronenstrahlung auf die NP-Struktur zu evaluieren. Die TEM-Analyse legte nahe, dass weder die Oberfläche noch die Größe der Metall-NP betroffen waren. Forscher wandten daraufhin INAA-, RNAA- und ICPMS-Verfahren an, um ebenfalls die elementare Zusammensetzung von Xenopus larvae zu untersuchen. Die CO2+-Aufnahme und Co-NP wurden entsprechend dem FETAX-Protokoll untersucht. Kobalt wurde von den Embryos in beiden verwendeten Formen aufgenommen. Des Weiteren zeigte sich, dass Kobalt DNS bindet; dies könnte, wie es vorläufige DD-PCR-Experimente (Differential Display-Polymerase Chain Reaction) nahelegen, Auswirkungen auf die Genexpression haben. NADETOX klärte den wichtigen Aspekt, inwieweit metallische Nanopartikel, die häufig in Konsumgütern zu finden sind, toxisch wirken können. Weitere Arbeiten werden die Sicherheit der Handhabung und Herstellung sowohl von NP als auch von Produkten gewährleisten, deren Funktion sie verbessern sollen.
Schlüsselbegriffe
Toxizität, Metall-Nanopartikeln, Nanopartikel, Kobalt, Genexpression
