Wie gefährlich sind Kohlenstoff-Nanopartikel?

Hier werden in den kommenden drei Jahren die toxikologischen Wirkungen dieser Kohlenstoff-Nanopartikel getestet – an menschlichen Lungenzelllinien und Lungenschnitten sowie im Tierversuch. Carbon Black (Industrieruß) wird in großen Mengen in der Produktion von Autoreifen verwendet.

Carbon Black ist die englische Bezeichnung für Industrie-Ruß, ein Material, das weltweit in großen Mengen hergestellt wird. Es besteht aus kleinsten Nanopartikeln und wird beispielsweise in der Produktion von Autoreifen und anderen Kunststoffen verwendet. Ein Gesundheitsrisiko dieser Kohlenstoff-Nanopartikel (CBNP) kann bisher nicht ausgeschlossen werden, die Weltgesundheitsorganisation stuft die Partikel als potenziell krebsauslösend ein. Mit insgesamt 2,5 Millionen Euro fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) nun den Forschungsverbund „Prädiktion humantoxikologischer Wirkung synthetischer Carbon Black Nanopartikel“, um zu klären, inwieweit das Gefährdungspotenzial von den verschiedenen Eigenschaften der unterschiedlichen Carbon-Black-Sorten abhängt. Am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und experimentelle Medizin (ITEM) in Hannover werden insbesondere die toxikologischen Wirkungen auf menschliche Lungenzelllinien und Lungenschnitte getestet und im Tiermodell überprüft. An dem Verbund beteiligt sind außerdem Arbeitsgruppen der Universität Lübeck, der technischen Universität Karlsruhe, der Uni Marburg sowie das Forschungszentrum Borstel, das die Aktivitäten koordiniert.

Die Wissenschaftler im Verbund wollen in den kommenden drei Jahren ein mehrstufiges Prüfsystem entwickeln, mit dem die toxischen Wirkungen von verschiedenen Carbon-Black-Nanopartikeln auf Lunge und Atemwege des Menschen bestimmt werden können. Denn die Lunge ist der wichtigste Weg, über den die Nanopartikel aus der Luft in den Körper des Menschen gelangen: Rund 10.000 Liter Luft atmet der Mensch täglich ein. Das Prüfsystem soll das mögliche Risiko in verschiedenen Testsystemen quantifizieren: In Lungenzellkulturen, Lungenschnitten (Precision Cut Lung Slices, PCLS), Gewebekulturen sowie im Tiermodell im Rahmen von Inhalationsstudien. Da die Oberfläche der oberen Atemwege – Luftröhre und Bronchien – morphologisch und funktionell anders ausgestattet ist als die unteren Atemwege, werden im Projekt Zellen und Gewebe aus verschiedenen Bereichen untersucht und bewertet.

Am Fraunhofer ITEM bieten die Lungenschnitte (PCLS) entscheidende Vorteile im Vergleich zu anderen In-vitro-Methoden. Dieses in den vergangenen Jahren entwickelte Modell ermöglicht Tests an einem Gewebe, das verschiedene Zelltypen, Zell/Zell-Interaktionen sowie Polarität von Zellen aufweist. Das PCLS-System hat damit eine hohe biologische Relevanz und wird derzeit in einem anderen BMBF-Projekt als Ersatzmethode für die Prüfung der Toxizität von inhalierbaren Chemikalien prävalidiert.

Das Ziel der Forscher im Forschungsverbund Carbon Black ist es letztlich, Modifikationen der Carbon Black-Nanopartikel zu finden, die gesundheitlich unbedenklich sind und somit eine wirtschaftliche Nutzung ohne Risiken zulassen.

Ihre Ansprechpartnerin am Fraunhofer ITEM
Dr. Tanja Hansen
Klinische Chemie und Toxikokinetik
Telefon: 0511 5350 226
E-Mail: tanja.hansen@item.fraunhofer.de
Pressekontakt
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Forschungsverbund CarbonBlack
Projektpartner: Forschungszentrum Borstel, Philipps Universität Marburg, Karlsruher Institut für Technologie, Universität Lübeck, Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin. Koordinator: Prof. Dr. Heinz G. Fehrenbach, Forschungszentrum Borstel; E-Mail: hfehrenbach@fz-borstel.de