Biowissenschaftler erforschen Auswirkungen von Nanopartikeln

Ein Forschungsteam der Philipps-Universität untersucht in einem deutschlandweiten Verbund, wie sich Kohlenstoff-Nanopartikel auf den Atmungsapparat auswirken. Das Bundesforschungsministerium gibt in den nächsten drei Jahren insgesamt zirka 2,4 Millionen Euro für das Konsortium mit dem Titel „Langzeitwirkung modifizierter Carbon Black Nanopartikel auf gesunde und vorgeschädigte Lungen (NanoCOLT)“, das der Leiter des Marburger Labors für Zellbiologie der Lunge aus der Abteilung für Pneumologie, Professor Dr. Bernd Müller koordiniert.

Professor Dr. Bernd Müller und seine Mitarbeiterinnen Elke Kotte und Nicole Schreiber.
(Foto: Wilfried Gladisch / Philipps-Universität Marburg)

„Kohlenstoff-Nanopartikel gehören zu den am weitesten verbreiteten künstlichen Nanopartikeln“, erklärt Müller. Nanoteilchen sind Strukturen in einem Größenbereich um ein Millionstel Millimeter, die aus wenigen Atomen bestehen. Im Nanometerbereich hat die Größe einen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften, das heißt, bei gleicher Zusammensetzung verhalten sich kleine Partikel anders als größere.

Es gibt bereits Nanopartikel für eine Vielzahl von Anwendungen, außerdem treten sie auch als Schadstoffe bei Verbrennungsprozessen auf. „Aufgrund ihrer sehr geringen Größe können sie leicht in unseren Körper aufgenommen werden“, führt Projektkoordinator Müller aus. „Dies wirft Fragen nach einer möglichen schädlichen Wirkung auf.“

Das gilt besonders für Kohlenstoff-Nanopartikel in Form von industriellem „Carbon Black“ (CBNP), die jährlich im Megatonnenbereich produziert werden: für Autoreifen, als Drucker-Toner und so weiter. Die Weltgesundheitsorganisation stuft CBNP als potenzielle Gefahr für den Menschen ein. „Dabei ist jedoch unklar, inwieweit das Gefährdungspotenzial von den verschiedenen Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanopartikel abhängt, zum Beispiel von ihrer Oberflächenbeschaffenheit“, gibt Müller zu bedenken.

Die Lunge ist sowohl mit einer eingeatmeten Luftmenge von mehr als zehn  Kubikmeter pro Tag die Haupteintrittspforte für Luftschadstoffe als auch ein höchst empfindliches Organ. „Ziel unseres Verbundvorhabens ist es, die Langzeitwirkungen von Kohlenstoff-Nanopartikeln unterschiedlicher Oberflächen zu prüfen“, erläutert Müller. „Die Besonderheit des Konsortiums besteht darin, dass es Experten für die verschiedenen funktionellen Lungenbereiche zusammenführt: Luftröhre, Bronchien, Lungenbläschen.“ Die Untersuchungsergebnisse der einzelnen Arbeitsgruppen sollen sich später wie Mosaiksteinchen zu einem Gesamtbild zusammenfügen.

Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt „Carbon Black“, geht es in dem neuen Forschungsvorhaben um gesundheitsrelevante Aspekte von künstlich hergestellten Nanopartikeln, die verschiedene Oberflächenfunktionen aufweisen. In einer Langzeitstudie sollen nicht nur die Auswirkungen auf Gesunde betrachtet werden, sondern auch auf Individuen mit vorgeschädigten Lungen. „Das so gewonnene Wissen dient neben der Risikobewertung der verschiedenen Partikel auch als Grundlage für die Materialforschung“, hebt Müller hervor: Das Gesundheitsrisiko durch CBNP lasse sich vermindern, ohne die technischen Anwendungsbereiche einzuschränken, indem man bei der industriellen Herstellung und Verwendung gezielt toxikologisch unbedenkliche Oberflächen-Modifikationen auswähle.

Der Verbund umfasst neben der Philipps-Universität das Karlsruher Institut für Technologie, die Universität zu Lübeck, das Leibniz-Forschungszentrum Borstel sowie das Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin in Hannover.

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: Professor Dr. Bernd Müller,
Labor für Zellbiologie der Lunge
Tel.: 06421 58-64969
E-Mail: bmueller@staff.uni-marburg.de