Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanosicherheitsforschung - vieles läuft schief

29.10.2014

Der Empa-Toxikologe Harald Krug geht im Fachjournal «Angewandte Chemie» hart mit seinen Kollegen ins Gericht. Mehrere Tausend Studien zum Thema Gefährlichkeit von Nanopartikeln hat er ausgewertet und fand viel Unbrauchbares: schlampig vorbereitete Versuche und Ergebnisse, die mitunter keinerlei Aussagekraft besassen. Doch die Empa übt nicht nur Kritik, sie erarbeitet in einem internationalen Verbund neue, brauchbare Standards für derartige Untersuchungen.

Forschung an der Sicherheit von Nanopartikeln liegt im Trend. Tausende Wissenschaftler weltweit forschen an diesem Thema. So geht es etwa um die Frage, ob Titandioxid-Nanopartikel aus Sonnencremes über die Haut in den Körper gelangen, ob Kohlenstoff-Nanoröhrchen aus Elektronikprodukten so lungengefährlich sind wie einst Asbest oder ob Nanopartikel in Lebensmittel durch die Darmflora ins Blut gelangen können.


Eisenoxid-Nanopartikel auf der Oberfläche einer Zelle.

Empa

Das öffentliche Interesse ist gross, die Forschungsgelder fliessen – und die Zahl der wissenschaftlichen Arbeiten schnellt in die Höhe: Zwischen 1980 und 2010 wurden insgesamt 5000 Arbeiten publiziert, in den letzten drei Jahren kamen 5000 weitere dazu. Doch der Erkenntnisgewinn steige nur marginal – denn der Grossteil der Arbeiten sei schlecht durchgeführt und für die Risikoabschätzung unbrauchbar, sagt Krug.

Wie kommen Nanopartikel in den Körper?

Künstlich hergestellte Nanopartikel – mit Abmessungen zwischen 1 und 100 Nanometern – können prinzipiell auf drei Arten in den Körper gelangen: durch die Haut, über die Lunge und über den Verdauungstrakt. Übereinstimmend kommen fast alle Arbeiten zum Ergebnis, dass gesunde, unverletzte Haut keine Nano-partikel bis in lebende Zellschichten durchlässt. Beim Weg über Magen und Darm sind sich die Forscher uneins.

Doch bei genauerer Betrachtung sind viele alarmistische Meldungen von zweifelhaftem Wert – etwa dann, wenn Nanopartikel aus löslichen Stoffen wie Zinkoxid oder Silber untersucht wurden. Die Partikel lösen sich auf; die in den Körper wandernden Ionen wirken als Zellgift. Doch dieser Effekt hat mit dem Thema Nanopartikel nichts zu tun, er hängt nur noch mit der Giftigkeit der (gelösten) Substanz und der aufgenommenen Dosis zusammen.

Versuchstiere sterben sinnlos – drastische Überdosen und andere Fehler

Auch fand Krug heraus, dass manche Experimentatoren ihre Versuchstiere mit absurd hohen Mengen an Nanopartikeln traktieren. So fütterten chinesische Wissenschaftler Mäuse mit fünf Gramm Titanoxid pro Kilogramm Körpergewicht, ohne Effekte festzustellen. Zum Vergleich: Die halbe Menge Kochsalz hätte die Tiere bereits getötet.

Auch bei der Untersuchung der Lungengängigkeit von Nanopartikeln wird geschlampt und geschludert: Inhalationsversuche sind teuer und aufwändig, weil dafür eine definierte Menge Partikel in der Luft verwirbelt werden muss. Einfacher ist es, die Partikel direkt in die Luftröhre des Tiers zu platzieren («Instillation»). Dabei übertreiben manche Forscherinnen und Forscher derart, dass die Tiere an der schieren Masse der Nanopartikel ersticken.

Andere verzichten zwar auf Tierversuche und unternehmen in vitro-Versuche an Zellen. Doch auch hier werden Zellkulturen unter 500 Nanometer dicken Schichten Nanopartikeln so zugedeckt, dass sie allein an Nährstoff- und Sauerstoffmangel sterben – nicht etwa am Nano-Effekt. Und – selbst die sorgfältigste Untersuchung bleibt wertlos, wenn die eingesetzten Partikel zuvor nicht genauestens charakterisiert wurden. Manche Forscher haben sich diese Vorarbeit schlicht erspart und nehmen die Partikel «wie vom Hersteller geliefert». Wissenschaftlich nachprüfbar sind solche Versuche nicht, mahnt Krug an.

Die Lösung: Ringversuche mit Standardmaterialien

Die Empa arbeitet daher gemeinsam mit Forschern des «Powder Technology Laboratory» der EPFL, mit Industriepartnern und mit dem Bundesamt für Gesundheit (BAG) an einer Lösung des Problems: Am 9. Oktober startete das vom Kompetenzzentrum des ETH-Bereiches CCMX unterstützte «NanoScreen»-Programm, ein Projekt im Rahmen der «CCMX Materials Challenges», welches in den nächsten Jahren unter anderem ein Set prä-validierter Methoden für Laborversuche hervorbringen soll.

Dazu werden Testmaterialien verwendet, die eine eng definierte Grössen-verteilung besitzen, gut dokumentierte biologische und chemische Eigenschaften haben und in bestimmten Parametern veränderbar sind – etwa in der Oberflächenladung. «Mit Hilfe dieser Methoden und Test-substanzen können internationale Labors ihre Versuche dann gegenseitig vergleichen, verifizieren und wenn nötig verbessern», erläutert Peter Wick, Leiter der Empa-Abteilung «Materials-Biology Interactions».

Statt des bisherigen «Stocherns im Nebel» gebe es dann die Chance auf international abgestimmte Forschungsstrategien, um das Gefahrenpotential neuer Nanopartikel nicht nur nachträglich abzuklären, sondern sogar voraussagen zu können. Die Schweizer Teams koordinieren ihre Forschungsaktivitäten daher auf internationaler Ebene mit dem «National Institute of Standards and Technology» (NIST) in den USA, dem «Joint Research Center» (JRC) der Europäischen Kommission und dem «Korean Institute of Standards and Science» (KRISS).

Literaturhinweis
HF Krug (2014), Nanosicherheitsforschung – sind wir auf dem richtigen Weg? Angew. Chem. DOI: 10.1002/ange.201403367


Weitere Informationen:

http://www.empa.ch/plugin/template/empa/3/152390/---/l=1

Rainer Klose | EMPA

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Buche in die Gene schauen - Vollständiges Genom der Rotbuche entschlüsselt
11.12.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Mit den Augen der Biene: Zoologe der Uni Graz entwickelt Verfahren zur Verbesserung dunkler Bilder
11.12.2017 | Karl-Franzens-Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Goldmedaille für die praktischen Ergebnisse der Forschungsarbeit bei Nutricard

11.12.2017 | Unternehmensmeldung

Nachwuchs knackt Nüsse - Azubis der Friedhelm Loh Group für Projekte prämiert

11.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit 3D-Zellkulturen gegen Krebsresistenzen

11.12.2017 | Medizin Gesundheit