Prisma

Wovon hängt ihre Toxizität ab?

cae | Ein Feststoff besitzt neue, oft interessante Eigenschaften, wenn er als Nanopartikel vorliegt. Wesentlich für seine Anwendungsmöglichkeiten ist die Toxizität.
Foto: Harald F. Krug, St. Gallen
Eisenoxid-Nanopartikel (schwarz, Durchmesser 22 nm) an der Plasmamembran einer Immunzelle.

Nanowissenschaftler in den USA testeten die Toxizität der Nanopartikel bestimmter Metalloxide an Lungenzellen. Es handelte sich um Metalle der 4. Periode im Periodensystem der Elemente mit den Ordnungszahlen 22 bis 30: Titan, Chrom, Mangan, Eisen, Nickel, Kupfer, Zink. Die Nanopartikel hatten eine Größe von 16 bis 80 Nanometern und waren damit weniger als ein Hundertstel so groß wie die Zellen. Die Tests wurden an in vitro kultivierten menschlichen Lungenzellen von zwei Zelllinien durchgeführt: unveränderte Lungenzellen (BEAS-2B) und Zellen des Bronchioloalveolarkarzinoms (A549).

Tendenziell korrelierte die Toxizität der Nanopartikel mit der Ordnungszahl der Metalle: Je höher die Ordnungszahl desto toxischer das Metalloxid. Eisen(III)oxid beispielsweise erwies sich als geringgradig toxisch, Kupferoxid hingegen als hochgradig toxisch. Dies ist im Prinzip nicht neu und z.B. der Grund, weshalb „Nano-Kupfer“ jetzt schon als Biozid eingesetzt wird.

Unmittelbare Todesursache der Zellen war meistens das Eindringen der Nanopartikel selbst oder der von ihnen gebildeten Metallionen in die Zellen, das zur Apoptose der Zellen führte. Ferner verursachten die Nanopartikel durch die Abgabe von Elektronen einen mehr oder weniger heftigen oxidativen Stress, der für die Zellen tödlich enden konnte.

In Deutschland fördert das Bundesforschungsministerium Projekte zur Erforschung von Nanopartikeln, wie die Website http://nanopartikel.info dokumentiert. Demnach braucht sich die Grundlagenforschung der Nanopartikel hierzulande nicht vor den Amerikanern zu „verstecken“. 

Quelle: Chusuei CC, et al. Cytotoxicity in the age of nano: The role of fourth period transition metal oxide nanoparticle physicochemical properties. Chemico-Biological Interactions 2013; 206:319–326. – Siehe auch: Krug HF, et al. Nanomaterialien – in aller Munde? Dtsch Apoth Ztg 2011;151(27):3180–3183.

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