NANOaers – Verbleib von aerosolgetragenen Nanopartikeln: der Einfluss von oberflächenaktiven Substanzen auf Lungendeposition und respiratorische Effekten
Der Einsatz industriell hergestellter Nanomaterialien steigt stetig. Dennoch ist bisher wenig über Verbleib und Effekte nach einer potentiellen Freisetzung in den luftgetragenen Zustand und anschließender Deposition in den Atemwegen bekannt. Vor allem der Einfluss von Matrixeffekten in flüssigen Formulierungen ist bislang ungeklärt: Beispielswiese können Nanomaterialien andere Substanzen binden und als Träger an Orte in der Lunge befördern, wo diese Stoffe unter anderen Umständen nicht hingelangen würden. Dieser Aspekt ist wichtig, da der Mensch und die Umwelt nur in seltenen Fällen gegenüber Nanomaterialien exponiert werden, die nicht bereits durch chemische Substanzen verändert wurden, entweder durch die Anwendung an sich oder durch Reaktionen in der Atmosphäre.Damit adressiert das ERA-Net SIINN Projekt NANOaers zum ersten Mal die offene Frage, wie eine Aerosolisierung und oberflächenaktiver Substanzen den Verbleib von Nanomaterialien, deren potentielle Aufnahme über die Atemwege und hieraus resultierende Effekte beeinflussen. Das Projekt verbindet physikochemische und Modellierungsansätze mit der Untersuchung toxikologischer Fragestellungen unter Anwendung von in vitro (Monolayer-Zellkulturen, 3D Zellmodelle, präzise Lungenschnitte) und in vivo Methoden.
Für den Ansatz werden zwei repräsentative Klassen von Nanomaterialien gewählt, die für die inhalative Aufnahme relevant sind. Um einen Nanoeffekt zu identifizieren, werden alle Experimente vergleichend mit Mikropartikeln durchgeführt.
- lösliche Partikel mit substanz-spezifischer Toxizität am Beispiel Silber Nanopartikel (Nano-Ag)
- granuläre biobeständige Stäube (GBS) am Beispiel Cerdioxid Nanopartikel (Nano-CeO2)
Es wird ein Experiment entwickelt, welches die Freisetzung von Nanomaterialien aus flüssiger Matrix in den luftgetragenen Zustand ermöglicht und eine kontrollierte Veränderung der die Aerosolbildung beeinflussenden Parameter erlaubt. Der Verbleib der Nanomaterialien wird sowohl in der Luft als auch nach ihrer Deposition auf Atemwegsepithelien und abiotischen Oberflächen untersucht. Der Alterungsprozess im Aerosol kann die Morphologie, die Dichte und die Größenverteilung verändern. Dieser Alterungsprozess wird vermutlich von physikochemischen Eigenschaften der Nanomaterialien, deren Interaktion mit anderen Substanzen wie z.B. Formulierungsbestandteilen und dem Freisetzungsprozess an sich bestimmt.
Des Weiteren werden in vitro und in vivo Tests mit respiratorischen Zelltypen durchgeführt, um toxikologische Endpunkte von Nanomaterialien nach ihrer Ablagerung auf Atemwegsepithelien zu untersuchen. Neben Endpunkte wie Zytotoxizität, pro-inflammatorische Zytokin-Expression, zeitabhängige Clearance der Lunge oder extrapulmonäre Retention soll auch die intrazellulare Dosis bestimmt werden.
Der Arbeitsplan wird mit der Entwicklung eines experimentellen Models zur Vorhersage des Verbleibs der Nanomaterialien während des Freisetzungsprozesses und des aerosolgetragenen Transports komplettiert. Das Modell soll als Standardmodell in der Risikobewertung für Nanomaterialien für praxisnahe Anwendungen eingesetzt werden.
Den Rahmen des Projektes bilden drei administrativen Arbeitspaketen, die sich mit der Koordination des Projektes aber auch mit der Verwertung der Ergebnisse und mit der Harmonisierung befassen. Letzteres befasst sich mit dem Vergleich unterschiedlicher analytischer Techniken sowie einem Toxizitätsassay und soll die Harmonisierung zwischen den Laboren vor allem auf einer interkontinentalen Ebene fördern.
Projekt Webseite: www.nanoaers.eu/index.html
