Das Immunsystem erkennt sowohl fremde als auch körpereigene Stoffe. Werden Fremdstoffe wie z.B. Nanopartikel erkannt, so entscheiden Zellen des Immunsystems, ob eine Gefahr vorliegt oder nicht. Schätzt der Körper den erkannten Fremdstoff als gefährlich ein, reagiert er darauf mit einer Entzündung. Im Falle von Krankheitserregern werden diese zunächst vom Abwehrprogramm eingegrenzt, dann beseitigt und falls eine Verletzung vorliegt, die Wundheilung ermöglicht. Einige technische Nanomaterialien stehen im Verdacht, entzündungsauslösend zu wirken. Allerdings kann die Eigenschaft der Nanomaterialien, das Immunsystem zu beeinflussen, auch für medizinische Zwecke verwendet werden. Somit kann auch aktuelle Sicherheitsforschung ihren Beitrag zur Entwicklung neuer medizinische Therapie-Ansätze beitragen.
Der Mensch hat zwei Abwehrsysteme, die eng zusammenarbeiten: ein angeborenes und ein anpassungsfähiges (adaptives) Immunsystem.
Das angeborene Immunsystem ist genetisch verankert und bei allen Menschen gleich. Es verfügt über eine breite Palette von Erkennungsstrukturen, die auf zwei Arten von Reizen ansprechen. Zur ersten Gruppe gehören bestimmte Teile von Bakterien, Viren, Pilzen oder Parasiten, also Anzeichen für eingedrungene Fremdorganismen. Ein Beispiel dafür ist das sogenannte Lipopolysaccharid (LPS), ein nur in Bakterien vorkommendes Molekül in der bakteriellen Zellmembran, das unserem Körper erlaubt, die Anwesenheit von Bakterien zu erkennen.
Es wäre für den Körper jedoch fatal, auf diesen Reiz jedes Mal mit einer Entzündung zu reagieren: Unsere Körperoberflächen sind ständig Bakterien ausgesetzt, die aber meist harmlos sind. Im Darm leben große Mengen an Bakterien, die wir sogar für die Verdauung dringend benötigen. Eine Immunreaktion erfolgt daher erst, wenn durch geeignete Erkennungsstrukturen auch Signale für Gefahren wahrgenommen werden, die den zweiten Typ von Reiz darstellen. Solche Gefahrensignale sind Botenstoffe aus dem Inneren körpereigener Zellen, die bei plötzlichem Zelltod (Nekrose) freigesetzt werden.
Nanomaterialien könnten unter Umständen die Erkennungsstrukturen der angeborenen Immunität direkt aktivieren, weil auch Partikel direkte Reizsignale darstellen können. Als Quelle einer möglichen Gefährdung erkennen unsere Zellen auch freigesetzte, giftig wirkende Ionen aus Metall- oder Metalloxid-Partikeln. Außerdem ist die Produktion von Reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) z.B. an der Oberfläche reaktiver Partikel, oder auch während chronischer Entzündungsprozesse ein Vorgang, der das Immunsystem alarmiert [1].
Die Forschung auf diesem Gebiet kämpft mit dem Problem, dass vor allem bakterielle Moleküle wie das oben genannte LPS praktisch überall vorkommen und häufig als Verunreinigungen von Nanomaterialien auftreten. So werden Beschreibungen entzündlicher Wirkungen in der älteren Literatur teils auf solche Verunreinigungen oder auf den Einsatz von unrealistisch hohen Mengen an Nanopartikeln zurückgeführt [2].
Es ist aber auch klar, dass manche Nanopartikel tatsächlich eine Entzündung fördern können, was bei Antibiotika oder in der Krebstherapie durchaus gewünscht ist, für die Verwendung in normalen Verbraucherprodukten aber ein Problem darstellt.
Neben dem angeborenen Programm der Entzündung verfügen wir auch über das anpassungsfähige, sogenannte adaptive Immunsystem. Zellen dieses System „lernen“ die Struktur von Eindringlingen und erinnern sich das ganze Leben daran – das ist der Grund warum Impfungen bei uns wirksam sind.
Eine direkte Erkennung von Nanopartikeln durch dieses System ist eher unwahrscheinlich. Dagegen ist die Bindung von Proteinen an Partikel möglicherweise ein Problem. Sobald Partikel in den Körper gelangen, werden diese von den vorhandenen Proteinen umhüllt, so dass wir in Wirklichkeit Nanopartikel/Protein-Komplexen ausgesetzt sind [3]. Da sich die Struktur der Proteine durch Bindung an Partikel verändern kann, können möglicherweise auch körpereigene Proteine als fremd angesehen und vom anpassungsfähigen Immunsystem angegriffen werden. Ob dies tatsächlich geschieht, ist bisher jedoch unklar und wird intensiv untersucht. Ein solcher Effekt müsste dann auch bei der Sicherheitsbewertung der untersuchten Materialien berücksichtigt werden.
Diese Eigenschaft der Nanomaterialien, das Immunsystem zu beeinflussen, kann auch für medizinische Zwecke verwendet werden. So ist es vorstellbar, dass in der richtigen Kombination mit Nanopartikeln (z.B. Gold) besonders wirksame Impfstoffe hergestellt werden können.
Literatur
- Fadeel, B (2012), Swiss Med Wkly 142: w13609.
- Oostingh, GJ et al. (2011), Part Fibre Toxicol, 8(1): 8.
- Saptarshi, SR et al. (2013), J Nanobiotechnology, 11, pp26.
