Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie metallhaltige Nanopartikel Zellen stressen können

31.03.2008
Jedes Jahr kürt die Fachzeitschrift "Environmental Science & Technology" aus mehr als 1200 Veröffentlichungen die besten wissenschaftlichen Arbeiten in den Bereichen Umweltwissenschaften, Umwelttechnologie und Umweltpolitik - also diejenigen, die "einen massgeblichen und lang anhaltenden Einfluss" auf das jeweilige Forschungsgebiet ausüben, wie die Herausgeber in der April-Ausgabe der Zeitschrift schreiben.

Dieses Jahr wurde eine Zusammenarbeit zwischen der Empa und der ETH Zürich als beste Arbeit im Bereich Umweltwissenschaften ausgezeichnet. Darin klärten die Forscher einen Mechanismus auf, durch den metallhaltige Nanopartikel in menschlichen Lungenzellen oxidativen Stress auslösen können.

Kaum eine Technologie hat in den letzten Jahren eine derart breite Anwendung gefunden und von sich reden gemacht wie die Nanotechnologie. Vom leistungsfähigeren, nicht löschbaren magnetischen Datenspeicher über ultraleichte und trotzdem robuste Sportgeräte bis zu funktionalisierten Textilien - Nano allenthalben. Doch wie sicher ist die neue Technologie? Welches sind unbedenkliche Anwendungen, wo sollten wir Vorsicht walten lassen?

Neben der Entwicklung neuartiger Materialien mit verbesserten Eigenschaften dank "Nano" untersuchen die Empa und die ETH Zürich mit verschiedenen Partnerinstitutionen auch mögliche Gefahren, die in erster Linie von freien und "langlebigen" Nanopartikeln ausgehen können. Dabei stehen Fragen im Vordergrund wie: Welche Auswirkungen haben Nanopartikel auf menschliche und tierische Zellen und Gewebe? Was geschieht, wenn die Teilchen von diesen aufgenommen werden?

... mehr zu:
»ETH »Nanopartikel

Je reaktiver die Nanopartikel, desto stärker reagieren Zellen auf die Partikel

Eines der gängigsten "Versuchskaninchen" für toxikologische Untersuchungen sind Zellkulturen, die verschiedenen Chemikalien - oder eben Nanopartikeln - ausgesetzt werden. In einem Zelltest mit menschlichen Lungenzellen kam das Forscherteam der ETH Zürich und der Empa dem Mechanismus auf die Spur, mit dem bestimmte metallhaltige Nanopartikel Zellen "stressen" können - und erhielten erste Anhaltspunkte, welche Eigenschaft bestimmte Nanopartikel für Zellen potenziell gefährlich macht.

Entzündungsreaktionen und andere Zellschäden beginnen häufig mit "oxidativem" Stress, einer Überproduktion von reaktiven Sauerstoffverbindungen - zum Beispiel so genannte freie Radikale oder Peroxid; diese Substanzen können zelluläre Proteine und die DNA schädigen. Daher untersuchten die Wissenschaftler verschiedene metallhaltige Nanopartikel, die als Katalysatoren bei verschiedenen chemischen Reaktionen eingesetzt werden und sich in ihrer katalytischen Aktivität zum Teil deutlich unterscheiden, etwa Titanoxid-, Kobaltoxid- und Manganoxid-Partikel.

Es zeigte sich, dass katalytisch aktive Nanopartikel wie Kobaltoxid- und Manganoxid-Partikel die Zellen deutlich mehr unter Stress setzen als inerte Titanoxid-Partikel, die die Zellen kaum beeinträchtigen. Es scheint also in erster Linie die chemische Zusammensetzung der Partikel zu sein - und somit ihre chemische Reaktivität -, die Nanopartikel für Zellen gefährlich macht. Sollte sich dieser Verdacht bestätigen, so Empa-Forscher Peter Wick, "könnte uns dies eine Art Dringlichkeitsliste liefern, welche Partikel als Erstes genauer unter die Lupe genommen werden sollten."

Ein "trojanisches Pferd" im Nanometermassstab

Erstaunlicherweise waren mangan- oder kobalthaltige Salzlösungen für die Zellen deutlich weniger schädlich; die Zellmembranen schützen die Zellen also vor gelösten Schwermetallionen. Werden die Zellen aber mit vergleichbaren Mengen von kobalt- oder manganhaltigen Nanopartikeln konfrontiert, dann bilden sie bis zu achtmal mehr von den reaktiven Sauerstoffverbindungen. Nanopartikel scheinen also die katalytisch aktiven Metalloxide in die Zellen zu "schmuggeln", wo sie dann oxidativen Stress verursachen können - weshalb die Forscher die Partikel mit einem "trojanischen Pferd" vergleichen.

Die Entwicklung von sicheren und nachhaltigen "Nano"-Anwendungen steht sowohl an der ETH Zürich als auch an der Empa im Zentrum der Grundlagen- und Anwendungsforschung. "Langfristig können wir die riesigen Vorteile der Nanotechnologie nur umsetzen, wenn wir parallel zur Technologieentwicklung immer auch eine Risiko- und Nachhaltigkeitsanalyse durchführen", so ETH-Forscher und Studienleiter Wendelin Stark. "Dabei nimmt interdisziplinäre Zusammenarbeit wie hier zwischen der ETH Zürich und der Empa eine Schlüsselstellung ein und erlaubt, Wissen aus verschiedenen Fachbereichen zu kombinieren."

Als Nächstes wollen die Empa-Forscher der Frage nachgehen, wie das menschliche Immunsystem auf Nanopartikel reagiert. In einem von der EU im 7. Rahmenprogramm geförderten Projekt, das Anfang 2008 anlief, untersuchen Forscher aus elf europäischen und US-amerikanischen Labors die Auswirkungen von Nanopartikeln auf T- und B-Zellen oder Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems. Aber auch komplexe Gewebesysteme wollen die Empa-Forscher etablieren, die eine realistischere Abschätzung der Gefährlichkeit von Nanomaterialien erlauben als reine Zellkulturen.

Fachliche Auskünfte:
Dr. Peter Wick, Empa, Materials Biology Interactions, Tel. +41 71 274 76 84, peter.wick@empa.ch
Dr. Arie Bruinink, Empa, Materials Biology Interactions, arie.bruinink@empa.ch, +41 71 274 76 95
Prof. Dr. Harald Krug, Empa, Materials Biology Interactions, harald.krug@empa.ch, +41 71 274 72 74

Prof. Dr. Wendelin J. Stark, ETH Zürich, Functional Materials Laboratory, wstark@ethz.ch, +41 44 632 09 80

Sabine Voser | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch
http://pubs.acs.org/cgi-bin/sample.cgi/esthag/2007/41/i11/pdf/es062629t.pdf

Weitere Berichte zu: ETH Nanopartikel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Infektiöse Proteine bei Alzheimer
17.01.2020 | Klinikum der Universität München

nachricht Medikamente aus dem 3D-Drucker
17.01.2020 | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

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: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Im Focus: Fraunhofer IAF establishes an application laboratory for quantum sensors

In order to advance the transfer of research developments from the field of quantum sensor technology into industrial applications, an application laboratory is being established at Fraunhofer IAF. This will enable interested companies and especially regional SMEs and start-ups to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements. Both the state of Baden-Württemberg and the Fraunhofer-Gesellschaft are supporting the four-year project with one million euros each.

The application laboratory is being set up as part of the Fraunhofer lighthouse project »QMag«, short for quantum magnetometry. In this project, researchers...

Im Focus: Wie Zellen ihr Skelett bilden

Wissenschaftler erforschen die Entstehung sogenannter Mikrotubuli

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Infektiöse Proteine bei Alzheimer

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

17.01.2020 | Materialwissenschaften

Medikamente aus dem 3D-Drucker

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics