Zu den gesundheitlichen Auswirkungen von Metall-Nanopartikeln
Vor allem die spezielle katalytische Aktivität, ausgelöst durch den Kontakt mit metallischen und Metalloxid-Nanopartikeln, lässt die Befürchtungen um gesundheitliche Risiken steigen. Der Abbau dieser Verbindungen könnte eine Zunahme der intrazellulären Ionenkonzentration bewirken und den zellulären Stoffwechsel beeinträchtigen. Besonders schwierig bei der toxikologischen Bewertung von Nanomaterialien, insbesondere von Metalloxid-Nanopartikeln, ist deren genaue Lokalisierung und Quantifizierung in Zellen und Organen. Mit diesem Ziel generierte das EU-finanzierte Projekt HINAMOX spezifisch markierte Nanopartikel und untersuchte mittels In-vitro-Zellassays deren biologische Verteilung. Die radioaktiv markierten Metalloxid- und Metall-Nanopartikel wurden mittels PET- und SPECT-Methode (Positronen- bzw. Einzelphotonen-Emissions-Tomographie) überwacht. Mit fluoreszenzmarkierten Partikeln wurde die zelluläre Aufnahme in vitro untersucht. Das intrazelluläre Verhalten dieser Partikel ist abhängig von deren Eigenschaften, Oberflächenchemie und Interaktion mit Proteinen und anderen biologisch relevanten Molekülen. Die intrazelluläre Aufnahme von Nanopartikeln wurde mittels konfokaler Raman-Mikroskopie, Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM), Ionenstrahlenmikroskopie (IBM) und konfokaler Laserscan-Mikroskopie untersucht. Die In-vitro-Kultivierung von Zellen und Nanopartikeln zeigte, dass die zelluläre Aufnahme mindestens 12 Stunden dauert. Behindert wird die Aufnahme durch Proteinkoronen auf der Nanopartikeloberfläche. Konfokalmikroskopische Untersuchungen fluoreszenzmarkierter Partikel zeigten ein Internalisierungsmuster, das mit der Aufnahme im Endosom/Lysosom korreliert. Untersucht wurden auch Zytotoxizität, immunologische Wirkung und oxidativer Stress, den Metall-Nanopartikel auf Makrophagen, alveoläre Typ II (ATII)-Zellen und Lungenepithelzellen ausüben. Die Analyse lieferte aufschlussreiche Informationen zur physiologischen Wirkung, da die Einatmung über die Lunge das größte Expositionsrisiko bei Nanopartikeln darstellt. Die biologische Verteilung in vivo wurde mittels PET-Analyse untersucht, indem intravenös Nanopartikel injiziert wurden. In allen Organen ist offenbar die Größe der Partikel für die Verteilung und Anreicherung entscheidend. Im Gehirn reicherten sich allerdings kaum Nanopartikel an, und zwar unabhängig von deren Größe. Die Ergebnisse von HINAMOX liefern zusammen mit Feldmessungen der Nanopartikelemission bei der Herstellung von Pulvern Aufschluss über die Risiken dieser neuen Materialien. Auf dieser Basis können neue Gesundheits- und Sicherheitsmaßnahmen entwickelt werden, um die Exposition zu minimieren.
