Risikoanalyse-Werzeugkasten für Nanopartikel
Im Lauf der letzten 50 Jahren hat sich die Nanotechnologie und die Manipulation von Materialien auf atomarer Ebene zu einem bedeutenden europäischen und global agierendem Industriezweig entwickelt. Nanotechnologie gibt es in Luft- und Raumfahrtprodukten und Satellitenbauteilen ebenso wie in Konsumartikeln und medizinischen Instrumenten. Die Risikobewertung zur Gewährleistung von Arbeitssicherheit, Verbraucher- und Umweltschutz ist überaus wichtig, da es sich auf die Gesundheit negativ auswirken kann, bestimmten technisch entwickelten Nanopartikeln (engineered nanoparticle, ENP) ausgesetzt zu sein. Vor diesem Hintergrund initiierte ein großes europäisches Konsortium aus Nanotoxikologieexperten das EU-finanzierte Projekt "Risk assessment of engineered nanoparticles" (ENPRA). Die Wissenschaftler untersuchen die Auswirkungen von vier technisch entwickelten Nanopartikeln: Titandioxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO), Silber (Ag) und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (multi-wall carbon nanotubes, MWCNT). Während der dritten Projektphase gewannen die Forscher bedeutende Einsichten in die Reaktivität und Haltbarkeit der technisch entwickelten Nanopartikel in Ersatz-Körperflüssigkeiten und anderen Medien, die für In-vitro-Tests verwendet werden. Es wurden In-vitro-Toxikologietests abgeschlossen, darunter auch wichtige Zytotoxizitätsassays in Epithelzellen. Eine gewisse Variabilität in den Resultaten der Laboratorien und Zellchargen wies auf die Notwendigkeit einer Standardisierung von Ausrüstung, Prozeduren und Bedingungen hin. In-vivo-Studien an Tiermodellen bewertete man Toxizitätsmessungen an fünf Zielgeweben: Lunge, Leber, Nieren, Herzkranzgefäße und Entwicklungsgewebe. ENPRA entwickelte ein mathematisches Modell der Exposition am Arbeitsplatz gegenüber sich in der Luft befindenden technisch entwickelten Nanopartikeln auf Basis von Daten aus der Zusammenarbeit mit Kollegen aus den USA. Die Wissenschaftler nutzten ein pharmakokinetisches Modell, das im Vorlauf zur Vorhersage der Verteilung der technisch entwickelten Nanopartikel in verschiedenen Organen und zur Bestimmung sicherer Luftkonzentrationswerte entwickelt wurde. Daten über physikalisch-chemische Eigenschaften technisch entwickelter Nanopartikel und Dosis-Wirkungs-Daten wurden in ein quantitatives Struktur-Wirkungs-Beziehungen-Modell (quantitative structure–activity relationship, QSAR) einbezogen. Dieses Modell wurde dann auf experimentelle Daten angewandt, welche die Projektpartner ermittelt hatten. Der ENPRA-Werkzeugkasten vereinte die vorhergehend genannten Expositions-Dosis-Wirkungs-Daten und Modelle, um ein Gesamtrisikobewertungs-Toolkit zu entwickeln. ENPRA konnte eine Datenbank, standardisierte Werkzeuge und kritische mathematische Modelle für eine genaue Beurteilung der Risiken der Exposition gegenüber ausgewählten technisch entwickelten Nanopartikeln zur Verfügung stellen. Der Risikobewertungsrahmen wird wichtigen Einfluss auf die Sicherheit am Arbeitsplatz, den Verbraucher- und Umweltschutz sowie die Entwicklung zukünftiger Standards und regulatorischer Richtlinien haben.
