09.06.2017 - Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR)

Nanopartikel: Wo bleiben sie, und wie verändern sie sich?

Forschungsprojekt untersucht luftgetragene Partikelgemische sowie ihre möglichen Effekte auf die Gesundheit

Trotz der stetig steigenden Anwendung industriell hergestellter Nanomaterialien (NM) ist bisher wenig darüber bekannt, wo sie nach einer potenziellen Freisetzung in die Luft und nach einer Aufnahme über die Atmung im Körper verbleiben. Unbekannt ist auch, welche gesundheitlichen Effekte sie im Bronchialtrakt und den Alveolen der Lunge verursachen. Mit dem internationalen Forschungsprojekt NANOaers (NANOaers =fate of aerosolized Nanoparticles: The influence of surface active substanced on lung deposition and respiratory effects) soll der Verbleib luftgetragener, lungengängiger Partikel erforscht werden. Die Finanzierung erfolgt in Deutschland durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). „Uns interessiert dabei insbesondere auch die Frage einer möglichen Ko-Exposition gegenüber Partikeln und weiteren im Aerosol vorliegenden Stoffen“, sagt der Präsident des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR), Professor Dr. Dr. Andreas Hensel, „Nanopartikel sind in der Luft nicht in Reinform vorhanden. Sie unterliegen bei der Freisetzung Veränderungsprozessen und werden in der Regel zusammen mit anderen Partikeln und Stoffen als Gemisch eingeatmet.“ Dieser Aspekt ist von Bedeutung, da Mensch und Umwelt nur in seltenen Fällen gegenüber Nanomaterialien exponiert bzw. belastet werden, die nicht bereits durch chemische Substanzen verändert wurden, entweder durch die Anwendung an sich oder durch Reaktionen in der Atmosphäre. In dem internationalen Forschungsvorhaben, welches für drei Jahre innerhalb des Rahmenprogramms ERA-NET SIINN gefördert wird, sind neben den EU-Ländern Deutschland, Österreich, Spanien und Rumänien auch die USA beteiligt. Das Projekt hat ein Gesamtvolumen von ca. 1,7 Millionen Euro.

Eine große Zahl an Nanomaterialien wird zur Verarbeitung in Flüssigkeiten eingebracht und dann versprüht. Bekannte Beispiele solcher Kleinstteilchen-Flüssigkeitsgemische aus dem Alltag sind unter anderem Reinigungs- und Imprägnier-Sprays, beispielsweise beim Lackieren oder Versiegeln. Diese luftgetragenen Nanomaterialien werden als „aerosolisiert“ bezeichnet. Bisher ist wenig über den Verbleib und die Effekte solcher Gemische bekannt. Vor allem der Einfluss sogenannter Matrixeffekte in flüssigen Formulierungen ist bislang ungeklärt: So können beispielswiese Nanomaterialien andere Substanzen binden und als Träger an Orte in der Lunge befördern, wo diese Stoffe unter anderen Umständen nicht hingelangen würden.

Im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens NANOaers steht deshalb die Frage, wie sich die Nanomaterialien in Gegenwart anderer Chemikalien verhalten und welche Auswirkungen sie auf den Menschen, insbesondere seinen Atemtrakt, haben. Dabei sollen die potentielle Aufnahme dieser Gemische über die Atemwege und ihr Verbleib in der Lunge aufgeklärt werden. Im Projekt wird auch untersucht, in welcher Weise sich Nanopartikel eventuell bereits auf ihrem Weg durch die Luft in ihrer chemischen und physikalischen Komposition verändern und ob und in welchem Umfang sich andere Stoffe an sie anlagern. Weiterhin sollen mögliche, daraus resultierende gesundheitliche Effekte untersucht werden.

Zur Klärung dieser Fragen werden realitätsnahe Formulierungen mit unterschiedlichen Nanomaterialien hergestellt. Diese Proben werden hinsichtlich ihres Verbleibs in der Raumluft und in den Atemwegen nach Aerosolisierung unter Anwendung verschiedener Messtechniken wie der Einzelpartikelgrößenbestimmung oder der bildgebenden Massenspektrometrie charakterisiert. Zur Klärung möglicher Effekte werden toxikologische Untersuchungen in vitro unter Anwendung unterschiedlicher Zellsysteme und auch in vivo Studien (mit Mäusen) durchgeführt. Weiterhin soll die Ablagerung der Nanoteilchen im Lungengewebe modellhaft beschrieben werden.

Die so gewonnenen Ergebnisse der einzelnen Untersuchungen werden in ein weiteres Modell einfließen, mit dessen Hilfe man den Verbleib von Nanomaterialien aus Aerosolgemischen in der Luft prädiktiv berechnen kann. Diese Art der Modellierung bildet ein wichtiges Instrument, um langfristig die Anzahl an sicherheitsrelevanten Untersuchungen der zahlreichen Variationen von Nanomaterialien zu reduzieren.

ERA-NET SIINN steht für European Research Area Network - Safe Implementation of Innovative Nanoscience and Nanotechnology. Mit diesem-Programm wird der sichere und schnelle Transfer von europäischen Forschungsergebnissen der Nanowissenschaften und Nanotechnologien in die praktische Anwendung gefördert.

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    Dr. Lothar Beutin

    Lothar Beutin, Jg. 1951, studierte Biologie an der Freien Universität (FU) Berlin. Seine ­Diplom- und Promotionsarbeit fertigte er am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (Berlin) zur Genetik der Konjugation bei Escherichia coli an. Die Promotion erfolgte 1979 an der FU Berlin. Nach e ... mehr

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