NanoUmwelt

NanoUmwelt – Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte

Ziel des Verbundprojekts NanoUmwelt war es, den Eintrag synthetischer Nanomaterialien wie z.B. Silber, Titandioxid und Polystyrol in unterschiedlichen Umweltkompartimenten zu quantifizieren, deren Erscheinungsform zu charakterisieren und mittels neuer Technologien und aussagekräftiger Analysen fundierte Aussagen über die öko- und humantoxikologischen Wirkungen dieser Nanomaterialien zu gewinnen. Die generierten Daten sollen als Basis für eine realistische Risikoabschätzung der Nanomaterialien sowie für die Erarbeitung entsprechender Empfehlungen für neue Regulierungen zum Schutz von Menschen und Umwelt dienen.

Vor diesem Hintergrund befasste sich NanoUmwelt mit drei unterschiedlichen Aufgabenstellungen:

1. 1. Detektion und Quantifizierung kleinster Nanomaterial-Mengen in Umwelt- und Humanproben
   2. in vitro Untersuchung der Öko- und Humantoxizität im Niedrigdosis-Bereich
   3. standardisierten, reproduzierbaren Nanopartikel Synthese

Die wichtigsten Entwicklungen aus dem Projekt NanoUmwelt sind:

• Entwicklung eines standardisierten Probenvorbereitungsprotokolls für die Analytik synthetischer Nanomaterialien in komplexen Human- und Umweltproben wie Humanblut, Fisch und Muscheln
• Entwicklung leistungsfähiger Analysemethoden auf Basis der Transmissionselektronen-mikroskopie (TEM), Immunoassays (ABICAP) und Asymmetrischer Fluss-Feldflussfraktionierung (AF4) zur Quantifizierung und Charakterisierung synthetischer Nanomaterialien in komplexen Human- und Umweltproben bis in den Ultraspurenbereich (<µg/L)
• Etablierung neuer In vitro– und Ex vivo-Modelle zur Untersuchung humantoxikologischer Effekte von Nanomaterialien. Hierbei wurden folgende Bewertungsparameter herangezogen: Kardiotoxizität, Immunreaktion, Differenzierungspotenzial, Transport über biologische Barrieren
• Etablierung neuer Modellsysteme zur Untersuchung ökotoxikologischer Effekte von Nanomaterialien

Die wichtigsten, aus NanoUmwelt gewonnenen Erkenntnisse sind:

• Die Konzentrationen an synthetischen Nanomaterialien in den untersuchten Realproben lagen unterhalb den Bestimmungsgrenzen der in NanoUmwelt entwickelten Analysemethoden
• Eine langzeitige Exposition von Silber- (AgPure) und Polystyrol-Nanopartikeln im Boden hat signifikante Auswirkungen auf die Bodenmikrobiota und die Funktionsvielfalt der Bodenzönose (https://doi.org/10.1016/j.jes.2018.04.013; https://doi.org/10.1186/s12302-018-0140-6)
• Die Aufnahme von Polystyrol-Nanopartikeln in humane Zellen konnte beobachtet werden, allerdings wird im Niedrigdosenbereich die Zellfunktionalität nicht beeinflusst
• Eine abschließende Beurteilung der Barrieregängigkeit (Darm, Plazenta) von Nanomaterialien ist mit denen im Rahmen von NanoUmwelt gewonnenen Erkenntnissen noch nicht möglich
• Modellsysteme der intestinalen Barriere oder der Plazentabarriere stellen sehr gute Modelle zur Untersuchung des Transports von Nanomaterialien in den Organismus dar. Die Wahl des Modells (2D-in vitro, 3D-in vitro oder ex vivo) ist entscheidend hinsichtlich der Studienergebnisse. Es konnte gezeigt werden, dass NP 2D-in vitro, 3D-in vitro oder ex vivo teilweise unterschiedliche Effekte auslösen. Somit ist die Wahl des geeigneten Modellsystems ein sehr entscheidender und kritischer Punkt in der Humantoxikologie