FATENANO – Translokation, biologisches Schicksal, Stabilität und effektive Dosis technisch hergestellter Nanomaterialien (MNM) für Nanosicherheitsstudien
Mangelhafte Kenntnisse der Beziehung zwischen den physikochemischen Eigenschaften der Oberfläche von Nanomaterialien (NM) und deren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt stellen eine große Herausforderung für die Risikobewertung von Nanomaterialien dar, da somit keine rationale Basis für die Vorhersage und die Bewertung potentieller von Nanomaterialien ausgehender Gefahren gegeben ist.
Der in diesem Projekt zu erwartende Wissenszuwachs über den Zusammenhang zwischen den physikochemischen Eigenschaften der Oberfläche von Nanomaterialien und deren toxischer Potenz wird dazu dienen, die Herstellung der Nanomaterialien, deren Auswahl und Eigenschaften so zu konzipieren, dass das negative Potential von Nanopartikeln bezüglich Gesundheit und Umwelt deutlich reduziert werden kann. Die Übertragung und Verwertung der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse sind eine wichtige Voraussetzung für die weitere Entwicklung der Nanotechnologie und deren Anwendungen in Deutschland und der EU.
Das Gesamtziel des FATENANO Projektes besteht darin, die Translokation, Aufnahme und Schicksal der Nanomaterialien auf zellulärer Ebene sowie auch auf Gewebe- und Organebene in Relation zu ihren physikochemischen Oberflächeneigenschaften und der Nanomaterial-induzierten physiologischen Antwort zu untersuchen. Das Schicksal der Nanomaterialien, wie Aggregation, Abbau, Auflösung, Wechselwirkung mit Biomolekülen etc., soll sowohl innerhalb der Zelle als auch extrazellulär in vivo und ex vivo untersucht werden.
Zu diesen Zweck werden Nanomaterialien mit gezielten Oberflächeneigenschaften hergestellt und Methoden-angepasst markiert, um Mechanismen der Nanotoxizität auf Basis der Eigenschaften der Nanomaterialien aufzuklären. Translokation und Schicksal der Nanomaterialien in vitro und in vivo werden ihren Eigenschaften und ihrer Wechselwirkung mit Biomolekülen in extra- und intrazellulärer Umgebung zugeordnet. Diese Korrelation wird in Bezug auf die biologische Wirkung interpretiert und mittels in silico Methoden modelliert. Weiterhin werden molekulardynamische und Monte-Carlo Simulationen der Translokation, Degradation und der Nanopartikel-Interaktionen mit Liganden und bestimmten Zellrezeptoren durchgeführt und auf der Basis experimentell vorhandener Daten validiert, mit dem Ziel Toxizitätsmechanismen aufzuklären.
Die einzigartige Kombination moderner raum- und zeitaufgelöster bildgebender und dosimetrisches Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten, die Translokation und das Schicksal von chemisch unterschiedlichen Nanomaterialien, wie Metallen, Metalloxiden, polymeren Partikeln, Graphenen und Hybrid- Nanomaterialien mit gezielt veränderten Oberflächeneigenschaften auf Organismus-, Gewebe- und Zellebene nachzuverfolgen sowie auch die Organbeladung und intrazelluläre Konzentration der Nanopartikeln in vitro und in vivo zu quantifizieren.
Zu den Verfahren, die im Rahmen des Vorhabens angewendet werden, gehören:
- Ion Beam Mikroskopie (µ-Rutherford Rückstreuung, µ-partikelinduzierte X-Ray Emission, Scanning Transmission Ion Mikroskopie)
- konfokale- und oberflächenverstärkte Raman Mikroskopie
- Positronen-Emissions-Tomographie
- Single- Photon- Emissionscomputer- Tomographie
- Computertomographie & Magnetresonanztomographie
Die gewonnenen Ergebnisse aus den in in silico, in vitro und in vivo Untersuchungen werden genutzt, um aus den Eigenschaften der Partikel prädiktiv deren toxisches Potential ableiten zu können und Strategien für ein sicheres Design von Nanomaterialien zu entwickeln.
Projekt Webseite: https://biophysik.medizin.uni-leipzig.de/de/forschungresearch/dr-irina-estrela-lopis/research-interests/translocation-biological-fate-stability-and-effective-dose-of-engineered-nms-for-nanosafety-studies-fatenano/
