Bislang sind die Eigenschaften und die Reaktionen von in den Körper eingebrachten Nanomaterialien weitgehend unbekannt. Doch der biomedizinische Einsatz von Nano-Partikeln eröffnet auch neue Anwendungsmöglichkeiten und Chancen in der Behandlung von beispielsweise Krebs oder Alzheimer.
Wissenschaftler der Mainzer Universitäts-HNO-Klinik belegten im Rahmen einer Studie (veröffentlicht in „American Chemical Society - Nano“, Tenzer et al., 2011), dass sich aus der Umwelt aufgenommene oder für medizinische Zwecke bewusst in den Körper eingeschleuste Nanomaterialien beim Kontakt mit Organen wie Lunge und Magen-Darm oder dem Blutsystem schlagartig verändern.
Viele Biomoleküle binden nämlich an die Oberflächen von Nanomaterialien. Biomoleküle sind chemische Substanzen, die von Organismen gebildet werden. Hierzu zählen neben Eisweißstoffen (auch Proteine genannt) auch verschiedene Fette und Zucker. Durch die Verbindung von Biomolekülen mit Nano-Partikeln verändern die Nanomaterialien ihr chemisches Aussehen; sie verkleiden sich quasi. Völlig unklar ist bislang jedoch, welche Biomoleküle an Nanopartikel binden und wie hierdurch ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften beeinflusst werden. Das Wissenschaftlerteam konnte zeigen, dass Nanoteilchen gleichen Materials, aber unterschiedlicher Größe in der Lage sind sich mit einem spezifischen Eiweißmantel zu umhüllen. Bereits minimale Größenunterschiede in Größenordnungen von 10 Nanometern verändern jedoch die Oberflächenbeschaffenheit des Eiweißmantels. Außerdem stellten die Wissenschaftler fest, dass sich bestimmte Blutplasma-Eiweiße an den untersuchten Silika-Nanopartikeln besonders stark anreicherten. Da viele der gebundenen Eiweiße wie Antikörper, Gerinnungs- oder Entzündungsfaktoren eine wichtige physiologische Rolle im menschlichen Körper spielen, werfen die Ergebnisse dieser Studie neue Fragen nach Anwendungsmöglichkeiten aber auch Risikobewertungen auf. So könnte eine bessere Kenntnis um die Vorgänge an den Nano-Bio-Grenzflächen neben einem medizinischen Vorschub auch zu einer Entwicklung von nano-basierten Anwendungen in der Industrie sowie deren Risikoabschätzung entscheidend beitragen.
Metaanalyse zu gesundheitlichen Risiken von Nanomaterialien
Eine umfangreiche Literaturauswertung zur Aussagekraft von In-vitro-Methoden Nanomaterialien der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin kommt zu dem Ergebnis, dass sich im „Reagenzglas“ durchgeführte Untersuchungen nicht zur Bewertung der krebserzeugenden Wirkung von Nanomaterialien, Feinstäuben und Fasern beim Menschen eignen. So hängt die Beurteilung der Sensitivität und Spezifität der In-vitro-Methoden stark davon ab, wie die Daten anschließend bewertet und auf welche Referenzinformation sie bezogen werden. Für fast alle untersuchten Staubarten gab es darüber hinaus Zweifel an der Relevanz für heutige Arbeitsplatzbedingungen.
Blut-Hirn-Schranke und Arzneimittel-Taxis
Einige Eiweiße spielen als Import- oder Exportprotein beim Transport von Nährstoffmolekülen, Hormonen und Botenstoffe über die Blut-Hirn-Schranke eine tragende Rolle. Die Blut-Hirn-Schranke schottet den Blutkreislauf vom zentralen Nervensystem (ZNS) ab. So wird verhindert, dass Fremdstoffe, Krankheitserreger oder gar Giftstoffe in Gehirn und Rückenmark eindringen. Außerdem schützt sie die Zellen des Gehirns vor schankenden Konzentrationen an Hormonen und Neurotransmittern (biochemische Botenstoffe) sowie vor ph-Wert-Schwankungen des Blutes. So bleibt das empfindliche chemische Gleichgewicht im Gehirn erhalten und ermöglicht eine problemlose Reizweiterleitung an den Neuronen (Nervenzellen des Gehirns).
Doch in Wahrheit ist die Blut-Hirn-Schranke nicht vollkommen undurchdringbar. Denn Giftstoffe wie Alkohol, Nikotin, Heroin oder Ecstasy gelangen hindurch. Das Schranken-System lässt sich überlisten indem die Transportproteine getäuscht werden. 10 bis 15 Prozent aller Proteine im Bereich der Blut-Hirn-Schranke sind solche Transportmoleküle. Tatsächlich scheitern auch einige Arzneimittel zur Krebs- oder Alzheimertherapie an der Barriere zum Gehirn. Hier arbeiten Forscher an der Entwicklung von „Arzneimittel-Taxis“, die ähnlich einem trojanischen Pferd, durch die Blut-Hirn-Schranke geschleust werden.
Quellen:
- IDW: Kleine Unterschiede mit großer Wirkung – Wenn Nanopartikel auf lebende Systeme treffen, 8.9.2011
- IDW: Aussagekraft von In-vitro-Tests bei Nanomaterialien untersucht, 19.9.2011
- G&G 10/2011: Per U-Boot ins Sperrgebiet, S. 54-60
Studie der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: „Bedeutung von In-vitro-Methoden zur Beurteilung der chronischen Toxizität und Karzinogenität von Nanomaterialien, Feinstäuben und Fasern - Umweltbundesamt: Nanomaterial, 16.09.2014