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Modelling nanoparticle toxicity: principles, methods, novel approaches

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Modelle zum Schutz von Gesundheit und Umwelt

Synthetische Nanopartikel stellen heute die Grundlage für unzählige Produkte und Geräte in den verschiedensten Bereichen dar. Eine EU-finanzierte Studie hat dazu die Basis geschaffen und den Weg hin zu beschreibenden Modellen zur Vorhersage der Toxizität geebnet.

Klimawandel und Umwelt

Da synthetische Nanopartikel auch im Alltag immer häufiger auftauchen, ist es wichtig sich damit zu befassen, wie diese in die Umwelt gelangen, von lebenden Organismen aufgenommen werden und was dies zur Folge haben kann. Obwohl die Nanotechnologie ein relativ unausgereiftes Feld ist, stellt die Vielzahl an Datensätzen zu den physiochemischen Eigenschaften und der Giftigkeit der Nanopartikel einen Ausgangspunkt für die Entwicklung von Modellen zur Reaktivität und Toxizität dar. Mit EU-Unterstützung des Projekts "Modelling nanoparticle toxicity: Principles, methods, novel approaches" (MODNANOTOX) , haben Partner aus der EU und den USA basierend auf Lücken in den Daten und Techniken Modelle entwickelt und Empfehlungen herausgegeben. Die Wissenschaftler begannen damit, die bereits existierenden Daten aufzunehmen, zu evaluieren und Prioritäten zu vergeben. Modelle zur Bioakkumulation deckten alle Ebenen beginnend vom einfachen Organismus über Gewebe bis hin zur Zelle ab und beschrieben unterschiedliche Expositionsbedingungen. Es stellte sich heraus, dass Bioakkumulation und Mortalität mehr von den Charakteristiken des Organismus als von den Eigenschaften der synthetischen Nanopartikel abhängen. Die Arbeit an quantitativen Modellen der Beziehung zwischen Struktur und Wirkung zeigte die Einschränkungen auf, die durch den Mangel an verwendbaren Daten und durch uneinheitliche Dateiformate entstehen. Die Wissenschaftler konvertierten die umfangreiche MODNANOTOX-Datenbank in ein Format, das mit den aufkommenden Standards kompatibel ist, um Zugänglichkeit, Nutzbarkeit und Nachhaltigkeit zu verbessern. Mit der steigenden Anzahl an verfügbaren Daten wird auch die Anwendbarkeit von Modellen in diesem Feld signifikant ansteigen. Die MODNANOTOX-Mitglieder entwickelten auch bereits bestehende Modelle zu Exposition und Auswirkungen weiter. Die Forschung zeigte wiederum das Fehlen eines Parameters (Alpha-Parameter) in der Literatur auf, der für realistische Modelle notwendig ist, wodurch Szenarios nur modelliert, aber nicht validiert werden können. Als Ergebnis dieser Erkenntnisse wurden zwei Publikationen veröffentlicht. Die Forscher stellten Worst-Case-Szenarien für die Umweltbelastung und die gefährdetsten Speziesgruppen auf, wodurch ein Populations-Risikomodell sowie ein Rahmen für die Risikobewertung geschaffen wurden. Das Projektteam leistete einen wichtigen Beitrag zur Standardisierung von Nanotoxizitäts-Daten. Die Wissenschaftler schufen Kriterien zur Qualitätssicherung und zur Klassifikation von Nanopartikel-Charakterisierung sowie Modifikationen an Protokollen zur Bewertung in Bezug auf Wasserorganismen. Des Weiteren wurden Änderungen an den Risikobewertungsprotokollen vorgeschlagen. Modellierung auf Grundlage experimenteller Daten ist in jedem Bereich ein mächtiges Werkzeug, um die Auswirkungen verschiedenster Szenarien vorauszusagen, und Nanotoxizität stellt keine Ausnahme dar. MODNANOTOX legte den Grundstein für bessere, einheitlichere Datenbanken in Bezug auf synthetische Nanopartikel und Toxizität. Diese Datenbanken wiederum werden verbesserte Modelle ermöglichen, mit deren Hilfe Bevölkerung und Umwelt besser geschützt werden können.

Schlüsselbegriffe

Synthetische Nanopartikel, Toxizität, Risikobewertung, Bioakkumulation, Umweltbelastung

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27 Juni 2022