Eintritt von Nanopartikeln ins Gehirn und deren Wirkung
Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) dient dem effektiven Schutz des menschlichen Gehirns. Wie ein Schutzfeld für das Gehirn verhindert sie das Eindringen von potenziell toxischen Substanzen und Krankheitserregern, lässt aber lebenswichtige Nährstoffe passieren. Obwohl diese Barrierefunktion sehr effektiv ist, hat sie auch Schwachstellen. „In urbanen Räumen mit hoher Luftverschmutzung können Nanomaterialien aus Luftschadstoffen ins menschliche Gehirn gelangen, wie neuere Untersuchungen zeigen“, erklärt Éva Valsami-Jones, Professorin für Umweltnanowissenschaften an der Universität Birmingham. „Die wichtigste Frage ist daher, wie diese Nanomaterialien die Blut-Hirn-Schranke überwinden.“ Unter Leitung von Valsami-Jones und Zhiling Guo, die über ein Marie-Skłodowska-Curie-Einzelstipendium gefördert wurde, untersuchte das EU-finanzierte Projekt NanoBBB, wie Nanomaterialien über die BHS in das Gehirn gelangen, und welche Auswirkungen dies auf den menschlichen Körper hat.
Schutzschild mit Schwachstellen
Mit modernsten Scan- und Röntgentechniken testete die Arbeitsgruppe eine Reihe von Metall- und Metalloxidnanopartikeln unterschiedlichster Größe, Form und Zusammensetzung. „Da sich mit diesen Techniken hochkomplexe, detaillierte Prozesse hochaufgelöst darstellen lassen, kann das Verhalten von Nanomaterialien beim Überwinden der Blut-Hirn-Schranke genauestens beobachtet werden“, erläutert Guo. An einer künstlich im Labor erzeugten Blut-Hirn-Schranke enthüllte Guo das hohe Durchdringungsverhalten von Silber- und Zinkoxidpartikeln, zwei Nanomaterialien, die sich vor allem in Waren des täglichen Bedarfs und Pflegeprodukten finden. „Wegen ihrer speziellen physikochemischen Eigenschaften können diese Substanzen als Partikel oder gelöste Ionen die Barrierefunktion der künstlich erzeugten BHS aushebeln“, erklärt Guo. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen führte die Gruppe erstmals in einer Datenbank zum Transport von Nanomaterialien und deren chemischer Umwandlung zusammen. „Solche Informationen sind entscheidend für die Bewertung der Sicherheit von Produkten, die diese Art Nanopartikel enthalten“, ergänzt Valsami-Jones, „was auch die künftige Entwicklung biomedizinischer Anwendungen für Nanomaterialien maßgeblich beeinflussen wird.“ Den vollständigen Datensatz lädt Guo derzeit in eine Datenbank zur Sicherheit von Nanomaterialien hoch, die danach der Forschung vollumfänglich zur Verfügung steht.
Risiken und Möglichkeiten
Das Projekt NanoBBB lieferte wichtige neue Erkenntnisse darüber, wie Nanopartikel die BHS durchdringen können. „Auf Basis dieser Daten kann das Gehirn nicht nur vor möglicherweise gesundheitsschädlichen Nanomaterialien geschützt werden, sondern auch der Weg für neue therapeutische Nanopartikel geebnet werden, die gezielt Wirkstoffe ins Gehirn transportieren“, sagt Guo. „Zudem können mit unserer Arbeit neue Computermodelle entwickelt werden, welche die Aufnahme, Transformation und den Transport von Nanomaterialien durch die Blut-Hirn-Schranke simulieren“, erklärt Valsami-Jones. Die Forschenden wollen nun die weitere Finanzierung von In-vivo-Experimenten an einem breiteren Spektrum von Nanomaterialien anstreben und die Durchlässigkeit der BHS und anderer biologischer Barrieren vergleichen.
Schlüsselbegriffe
NanoBBB, Nanomaterialien, Gehirn, Blut-Hirn-Schranke, BHS, Luftschadstoffe, Röntgen, Biomedizin, therapeutische Wirkstoffe
