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Nanopartikelsicherheit: Zeit für eine Neubetrachtung?

Die bisherigen Fortschritte auf dem Gebiet des Nanopartikeldesigns haben eine Vielzahl neuer medizinischer Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, wie zum Beispiel zur Arzneimittelverabreichung und Diagnostik. Umso wichtiger ist es daher, genau zu verstehen, wie Nanopartikel (nicht nur beim Menschen, sondern auch bei anderen Lebewesen) die Immunantwort beeinflussen, und ihre Umweltsicherheit zu bestimmen.

Gesundheit

Bei Kontakt mit einem Fremdstoff, wie einem Virus oder auch einem Kunststoffpartikel, wird als erstes die angeborene Immunität aktiviert. Die Zellen und Faktoren des angeborenen Immunsystems fungieren als primäre Schutzbarriere zwischen dem Körper und der Umwelt. Ihre Mechanismen haben sich im Laufe der Evolution bei den meisten Arten erhalten.

Bewertung der angeborenen Immunantwort gegen Nanomaterialien

Mit Unterstützung durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen untersuchte das Projekt PANDORA die Auswirkungen von Nanopartikeln auf die angeborene Immunität. „Worum es uns ging, war eine Bewertung der Toxizität von Nanomaterialien für die Umwelt als ganzes, also einschließlich Pflanzen und wirbellosen Land- und Meerestieren, sowie natürlich für die menschliche Gesundheit“, so die Projektkoordinatorin Diana Boraschi. Das Forscherteam von PANDORA kombinierte traditionelle und innovative Methoden, um die angeborene Immunantwort bei Einwirkung von Nanomaterialien zu untersuchen. Dies umfasste die Wechselwirkung von Nanopartikeln mit angeborenen Zellen und dem symbiotischen Mikrobiom sowie deren Auswirkungen auf der subzellulären und mokelularen Ebene sowie auf der Ebene des Gesamtorganismus. Die Projektpartner untersuchten die Immunantworten gegen die Wirkung von Eisen-, Titan- und Ceriumoxid-Nanopartikeln bei zahlreichen Anwendungen. Interessanterweise stellten sie dabei fest, dass die Abwehrreaktionen bei jedem Organismus sowohl einzigartige Elemente als auch gemeinsame Eigenschaften aufwiesen. Die Immunantworten, die durch Exposition gegenüber Nanopartikeln ausgelöst wurden, führten beim jeweiligen Organismus zu einer vorübergehenden Veränderung der Homöostase, die jedoch rasch zurückging und keine toxischen Langzeitwirkungen hatte. Das lässt darauf schließen, dass die angeborenen Immunmechanismen in der Lage sind, effizient auf Fremdstoffe wie Nanopartikel zu reagieren. Bei hohen Konzentrationen und bestimmten chemischen Zusammensetzungen lösten die Nanopartikel allerdings toxische Wirkungen aus. Interessant war dabei, dass die Begegnung mit dem angeborenen Immunsystem auch bei ausbleibender initialer Immunantwort gegen Nanopartikel eine Art Immungedächtnis entstehen ließ, durch das spätere Antworten auf andere Herausforderungen beeinflusst wurden.

Tragweite für das künftige Nanopartikeldesign zur Anwendung beim Menschen

Die Ergebnisse von PANDORA legen nahe, dass es biologisch unmöglich ist, die Toxizität von Nanopartikeln allein anhand des Designs vorherzusagen. Mit dieser Erkenntnis legt das Projekt den Grundstein für das künftige Design von sichereren Nanopartikel zur Anwendung beim Menschen. „Die Sicherheit von Nanopartikeln kann je nach Organismus, Dosis, betroffenen Zellen bzw. Geweben und der jeweiligen Erkrankung der betreffenden Person unterschiedlich sein. Was für einen jungen Erwachsenen völlig sicher sein mag, kann für einen älteren Menschen mit chronischen Krankheiten vielleicht verheerende Auswirkungen haben“, betont Boraschi. Die Auswahl der geeigneten Verabreichungsweise, Dosis und chemischen Zusammensetzung nach dem jeweiligen Gesundheitszustand der erkrankten Person muss bei künftigen Anstrengungen im Bereich der biomedizinischen Anwendung von Nanopartikeln daher im Vordergrund stehen. Die laufende Arbeit zu den Mechanismen, die diesen Immunantworten zugrunde liegen, und ihrer Präsenz in lebenden Arten wird eine umfassendere Sichtweise auf die Sicherheit von Nanopartikeln ermöglichen. Nichtsdestotrotz können Nanopartikel dazu eingesetzt werden, eine Gedächtnisfunktion des angeborenen Immunsystems auszulösen und günstig zu beeinflussen. Da dieses Gedächtnis nicht spezifisch ist, kann es beim Menschen dazu eingesetzt werden, die Wirksamkeit von Impfstoffen und anderen immunmodulatorischen Therapieansätzen zur Behandlung diverser Erkrankungen zu erhöhen. Bei Pflanzen könnte das Induzieren einer Gedächtnisfunktion des angeborenen Immunsystems dazu dienen, die Schädlingsresistenz zu erhöhen. Gleiches gilt für Wirbellose mit kommerzieller Relevanz, wie zum Beispiel Honigbienen.

Schlüsselbegriffe

PANDORA, Nanopartikel, angeborene Immunität, Immunantwort, Toxizität, Gedächtnisfunktion des angeborenen Immunsystems, toxische Wirkungen, Nanomaterialien

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