Zwei Studien, ein Ergebnis: Nano-Teilchen können schädigen

9. November 2009, 14:13
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Nano-Teilchen aus Kobalt-Chrom können Zellen durch eine intakte Barriere hindurch schädigen - auch Auswirkungen auf Mikroorganismen in Gewässern untersucht

Bristol/Wien - Der Expertenstreit über Fluch oder Segen von "Nano" ist um einen beunruhigenden Aspekt reicher. Britische WissenschafterInnen unter der Federführung des Bristol Implant Research Centre am Southmead Hostpital in Bristol konnten experimentell nachweisen, dass jedenfalls Nano-Teilchen aus Kobalt-Chrom Zellen durch eine intakte Barriere hindurch schädigen können. Solche Partikel können als Abrieb von Implantaten entstehen.

Die ForscherInnen testeten Teilchen mit einer Größe von rund 30 Nanometern (ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters), also klassische Nano-Teilchen. Um die indirekten Wirkungen solcher winzigen Partikel überprüfen zu können, züchteten sie eine mehrlagige Schicht aus menschlichen Zellen, vergleichbar etwa mit der sogenannten Blut-Hirn-Schranke in einem Organismus. Diese diente dann als dichte Barriere zwischen den Nano-Teilchen und den eigentlichen Test-Zellen.

Grad der Erbgut-(DNA-)Schädigung

Es zeigte sich, dass der Grad der Erbgut-(DNA-)Schädigung der durch die nachweislich intakte Barriere geschützten Zellen ähnlich ausfiel, wie bei einem direkten Kontakt mit den Nano-Partikeln. Beim Vergleich zwischen einer porösen Membran und der Zell-Barriere zeigte sich, dass die Erbgut-Schädigungen hinter den Zell-Schichten sogar heftiger ausfielen.

Das brachte die WissenschafterInnen zu der Ansicht, dass die Nano-Teilchen zwar die Barriere nicht durchqueren konnten, sehr wohl aber Vorgänge in den Barriere-Zellen selbst auslösten und etwa Signalmoleküle freisetzten, welche dann zu den Auswirkungen dahinter führten. Alles in allem resümieren die WissenschafterInnen, dass derlei indirekte Wirkungen in die Beurteilungen von Nano-Risiken Eingang finden müssten.

Weitere Studie

Indessen präsentierten Umweltwissenschafter der Uni Wien eine weitere Studie, in der sie Hinweise auf zellschädigende Wirkungen von Nano-Partikeln fanden. Die Untersuchung wurde in der Fachzeitschrift "Environmental Science & Technology" veröffentlicht. Konkret untersuchten Teams um Thilo Hofmann vom Department für Umweltgeowissenschaften und Tom Battin vom Department für Limnologie der Universität Wien die Wirkung von künstlich hergestellten Nanopartikeln auf Mikroorganismen in Gewässern. Solche Teilchen sind definitionsgemäß kleiner als 100 Nanometer, wobei ein Nanometer der millionste Teil eines Millimeters ist.

In dieser Dimension bekommen Materialen teils völlig neue chemische, physikalische und optische Eigenschaften. In vielen Fällen ist das überhaupt erst der Grund, warum die Partikel technisch bereits im großen Stil eingesetzt werden. So wird Titandioxid, wie es als UV-Schutz in Sonnencremes verwendet wird, in Nano-Form durchsichtig. Der Schutz vor der ultravioletten Strahlung bleibt allerdings erhalten.

Versuch

Genau diese Titandioxid-Partikel haben die Wiener Forscher nun unter die Lupe genommen. In Laborversuchen fanden Wissenschafter bereits mehrfach Hinweise auf zellschädigende Wirkungen von Nano-Teilchen. Da solche Experimente im Reagenzglas mit den Verhältnissen in der Natur nicht immer vergleichbar sind, planten Hofmann und Battin Versuche unter möglichst natürlichen Verhältnissen an der WasserKluster Lunz GmbH in Niederösterreich. Auch wurden nur sehr geringe Konzentrationen von Titandioxid eingesetzt und die Auswirkungen studiert.

Um die Situation in Gewässern zu simulieren, wurden kleine Fließrinnen mit einer Länge von 130 Zentimetern mit gefiltertem Wasser aus dem Lunzer See durchströmt. Es zeigte sich, dass im Wasser fein verteilte Nanopartikel freischwimmende Organismen schädigen. Darüber hinaus wird das Titandioxid im sogenannten Biofilm angereichert, in jener schleimigen Schicht an der Oberfläche von Sediment und Steinen. Dabei erwies sich der Biofilm als schützend vor den Nanopartikeln für die eingebetteten Organismen.

Als Ursache für die schädigenden Wirkungen vermuten die Wissenschafter die photoreaktiven Eigenschaften der Nanopartikel. Dabei entstehen unter dem Einfluss von Sonnenlicht freie Sauerstoff-Radikale, also aggressiver Sauerstoff, der dann die Mikroorganismen schädigt.(APA, red)

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