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Do nanoparticles induce neurodegenerative diseases? Understanding the origin of reactive oxidative species and protein aggregation and mis-folding phenomena in the presence of nanoparticles

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Neurotoxizität neuartiger technisch entwickelter Materialien bewerten

Technisch entwickelte Nanopartikel (NP) sind Miniatureinheiten von Materialien, die auch in kompakterer Form hergestellt werden, dann aber mit völlig anderen Eigenschaften aufwarten. Da ihre allgemeine Verbreitung zunimmt, ist es wichtig, die möglichen Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit zu bewerten.

Industrielle Technologien

Technisch entwickelte Nanopartikel sind klein genug, um die das Gehirn vor fremden Eindringlingen schützende Blut-Hirn-Schranke (BHS) zu durchdringen. Es gibt Hinweise darauf, dass sie oxidativen Stress in lebenden Organismen auslösen können, der in Zellschäden einschließlich Auswirkungen auf die DNA resultiert. Außerdem kann ihre große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen die anomale Faltung von Amyloidproteinen (Fibrillation) verursachen. Diesen Prozess verbindet man mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson. Die zunehmende Häufigkeit technisch entwickelter Nanopartikel in Produkten und Geräten lässt uns immer stärker mit ihnen in Kontakt kommen. Deshalb ist eine sorgfältige Untersuchung des Verhaltens dieser Winzlinge ein dringliches Anliegen der öffentlichen Gesundheit. Das EU-finanzierte Projekt NEURONANO erforschte, auf welche Weise Nanopartikel die Blut-Hirn-Schranke überwinden, und bewertete oxidativen Stress und Fibrillationseffekte an primären Zell-Kokulturen und Tiermodellen. Die Wissenschaftler fanden keine Verbindung zwischen Nanopartikeleffekten und zellulärem oxidativen Stress. Lediglich ein getesteter Nanopartikel war zytotoxisch, löste die Lyse von Blutzellen und mitochondriale Schädigungen aus. Sämtliche Nanopartikel induzierten oder modulierten jedoch Proteinfibrillation, einen Effekt, der gehemmt werden könnte. Es sind allerdings weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die hemmenden Mechanismen zwecks Optimierung zu verstehen. Ob die Nanopartikel zum Gehirn gelangten, war stark von der Art der Exposition und den entsprechenden Mechanismen (Inhalation, periphere Injektion oder intravenöse Injektion) abhängig. Selbst bei effizientester Übertragung erreichte weniger als 1 % der applizierten Dosis das Gehirn. Die geringe Ansammlung im Hirn könnte durch die tendenzielle Akkumulation an den Endothel-Barrierezellen des Gehirns selbst bedingt sein, wie im In-vitro-Barrieremodell deutlich wurde. Außerdem gibt es Hinweise, dass die Akkumulation nicht toxischer Nanopartikel sekundäre Signalereignisse auslöst, die möglicherweise im Zusammenhang mit Pathologien und Neurodegeneration stehen. NEURONANO war eine bahnbrechende Studie zur Neurotoxizität technisch entwickelter Nanopartikel, die mehr als 50 Publikationen in von Experten begutachteten wissenschaftlichen Fachzeitschriften erbrachte. Sie legt nicht nur wichtige Grundlagen für Standardisierung und Rechtsvorschriften, sondern bahnt neue Zugänge zur Forschung und hat zahlreiche damit verbundene internationale Forschungsanstrengungen auf den Weg gebracht. Die Entwicklung einer großen Bibliothek radioaktiv markierter Nanopartikel, experimentelle Protokolle und Untersuchungen haben die Forschergemeinschaft darauf vorbereitet, Mittel zur Bereicherung der öffentlichen Gesundheit zu entdecken.

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