Fachgruppe Faser- und Nanotoxikologie

Die Fachgruppe ist verantwortlich für die Bewertung gesundheitlicher Risiken von (Nano-) Partikeln und Fasern in verbrauchernahen Produkten. Die Aufgaben schließen auch die Bewertung von Fasern und Stoffen in Nanoform im Rahmen der europäischen Chemikaliengesetzgebung REACH ein. Die Bewertungen erfolgen in enger Abstimmung mit anderen Fachgruppen der Abteilung Chemikalien- und Produktsicherheit und oft auch in enger Abstimmung mit Fachgruppen anderer Abteilungen. Wichtige Endpunkte bei der toxikologischen Bewertung sind vor allem potentiell krebserzeugende, erbgutverändernde, fortpflanzungsgefährdende und sensibilisierende Eigenschaften. Die inhalative Aufnahme von Fasern und (Nano-) Partikeln steht dabei besonders im Fokus.

Die Fachgruppe leitet außerdem die BfR-interne Arbeitsgruppe Nanomaterialien (AG Nano) und ist damit zuständig für die hausinterne Abstimmung zwischen verschiedenen Abteilungen im Hinblick auf gesundheitliche Risiken von Nanomaterialien, Fasern sowie anderen innovativen Materialien. Die Fachgruppe leitet auch eine behördenübergreifende deutsche Arbeitsgruppe „Innovative Materialien“ mit der Zielsetzung, sich behördenübergreifend über Materialentwicklungen auszutauschen, potentiell gesundheitlich bedenkliche Materialien frühzeitig zu erkennen und Handlungsbedarfe rechtzeitig zu adressieren.

Die Fachgruppe trägt zur Weiterentwicklung und Anpassung von gesetzlichen Verfahren sowie entsprechender technischer Leitfäden für Chemikalien in Nanoform auf europäischer Ebene bei und beteiligt sich auch an der Anpassung von OECD Testrichtlinien und Leitfäden. Zu diesem Zweck nimmt sie z. B. an Laborvergleichsuntersuchungen teil und wirkt in den entsprechenden Expertengremien wie der ECHA Nanomaterial Expert Group (NMEG), der EFSA cross-cutting Working Group on Nanotechnologies und der OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials (WPMN) auf europäischer und internationaler Ebene mit.

Die Fachgruppe ist darüber hinaus in der angewandten Sicherheitsforschung zu Nano- und anderen innovativen Materialien aktiv. Der diesbezügliche Forschungsbedarf wird kontinuierlich identifiziert und eigene Forschungsprojekte werden initiiert. Außerdem ist die Fachgruppe an zahlreichen Drittmittelprojekten beteiligt. Der übergeordnete Forschungsschwerpunkt der Fachgruppe ist die Etablierung von neuartigen Ansätzen (englisch „New Approach Methodologies“, NAMs) für die toxikologische Bewertung von Nano- und anderen innovativen Materialien sowie deren Anwendung in gestuften Teststrategien und/oder integrierten Ansätzen zur Testung und Bewertung (englisch „Integrated Approaches to Testing and Assessment, IATAs) für die Risikobewertung und für „Safe-and-Sustainable-by-Design“-Ansätze. Dies beinhaltet die Etablierung von Gruppierungsansätzen , die Entwicklung von Screeningverfahren - zum Beispiel auf Basis der (Oberflächen)-Reaktivität - sowie die Entwicklung von alternativen, insbesondere datengestützten (in silico)-Methoden, um die Vorhersagbarkeit des toxikologischen Potenzials von Nanomaterialien zu verbessern. Ein weiterer Fokus liegt auf der Untersuchung nanospezifischer Wirkungsmechanismen, u.a. unter Verwendung anspruchsvoller zellbiologischer (z.B. Durchflusszytometrie, Konfokalmikroskopie) und Omics-Techniken (z.B. Proteomics, Metabolomics).

Aufgabenschwerpunkte der Fachgruppe:

• Bewertung von Gesundheitsgefahren durch Fasern und Nanomaterialien in Verfahren des europäischen Chemikalienrechts (REACH-Verordnung, 1907/2006/EC)
• Einstufung und Kennzeichnung von Faser- und Nanomaterialien unter REACH nach der CLP-VO (1272/2008/EC)
• Wahrnehmung von Aufgaben der Mitgliedsstaaten, u.a. Unterstützung der deutschen Vertreter bei der ECHA im Ausschuss der Mitgliedsstaaten (MSC) sowie in den Komitees für Risikobewertung (RAC) und Sozioökonomische Analyse (SEAC)
• Fachliche Beratung und Unterstützung von Bundesregierung und Bundesbehörden zu Fragen der Faser- und Nanotoxikologie
• Mitarbeit in BfR-Kommissionen bei Fragen zur Faser- und Nanotoxikologie
• Leitung der BfR-Arbeitsgruppe Nanomaterialien (AG Nano)
• Leitung der deutschen behördenübergreifenden Arbeitsgruppe Innovative Materialien
• Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien (BMUV, BMAS/AGS, MAK, EU, ECHA, EFSA, WHO, OECD)
• Fortentwicklung der EU Chemikaliengesetzgebungen und unterstützenden Aktivitäten wie technische Leitfäden im Hinblick auf Fasern und Nanomaterialien
• Identifizierung von neuem Forschungsbedarf, Initiierung und Beteiligung an nationalen und internationalen Forschungsprojekten im Bereich der Faser- und Nanotoxikologie (inkl. Drittmittelforschung)

Ausgewählte aktuelle Forschungsprojekte der Fachgruppe:

• EFSA NAMS4NANO (04/2023- 03/2027)

• Lot 1: Review of Tools and Qualification System
• Lot 2: Risk Assessment Case Studies
• Lot 3: Methodologies Case Studies
• EU POLYRISK (04/2021- 03/2025), https://polyrisk.science/
• EU HARMLESS (01/2021- 01/2025), https://www.harmless-project.eu/
• EU NanoHarmony (04/2020- 09/2023), https://nanoharmony.eu/

Ausgewählte abgeschlossene Forschungsprojekte der Fachgruppe:

• EU NanoInformaTIX (01/2019- 02/2023)
• EU Gov4Nano (01/2019- 02/2023)
• BMBF InnoMat.Life (04/2019- 06/2022)
• EU nanoCommons (01/2018- 06/2022)
• EU GRACIOUS (01/2018- 09/2021)
• ERANET SIINN NanoToxClass (12/2015- 02/2019)
• EU NanoReg2 (09/2005- 02/2019)
• BMBF nanoGRAVUR (05/2015- 06/2018)   

Ausgewählte aktuelle Publikationen der Fachgruppe:

2023
Murphy F.A., Johnston H.J., Dekkers S., Bleeker E.A.J., Oomen A.G., Fernandes T.F., Rasmussen K., Jantunen P., Rauscher H., Hunt N., di Cristo L., Braakhuis H.M., Haase A., Hristozov D., Wohlleben W., Sabella S., and Stone V.
How to formulate hypotheses and IATAs to support grouping and read-across of nanoforms. ALTEX - Alternatives to animal experimentation 40 (1), 125-140.
https://doi.org/10.14573/altex.2203241

Bahl, A., Ibrahim C., Plate C., Haase A., Dengjel J., Nymark P., Dumit V.I.
PROTEOMAS: A workflow enabling harmonized proteomic meta-analysis and proteomic signature mapping. Journal of Cheminformatics 15 (1), 34.
https://doi.org/10.1186/s13321-023-00710-2

2022
Emecheta E.E., Borda D.B., Pfohl P.M., Wohlleben W., Hutzler C., Haase A., and Roloff A.
A comparative investigation of the sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to various polydisperse micro- and nanoplastics using a novel third-phase partition method. Microplastics and Nanoplastics 2 (1), 29.
https://doi.org/10.1186/s43591-022-00049-9

Boyles M., Murphy F., Mueller W., Wohlleben W., Jacobsen N.R., Braakhuis H., Giusti A., and Stone V.
Development of a standard operating procedure for the DCFH2-DA acellular assessment of reactive oxygen species produced by nanomaterials. Toxicology Mechanisms and Methods 32 (6), 439-452.
https://doi.org/10.1080/15376516.2022.2029656

Di Cristo L., Janer G., Dekkers S., Boyles M., Giusti A., Keller J.G., Wohlleben W., Braakhuis H., Ma-Hock L., Oomen A.G., Haase A., Stone V., Murphy F., Johnston H.J., and Sabella S.
Integrated approaches to testing and assessment for grouping nanomaterials following dermal exposure. Nanotoxicology 16 (3), 310-332.
https://doi.org/10.1080/17435390.2022.2085207

Verdon R., Stone V., Murphy F., Christopher E., Johnston H. J., Doak S. H., Vogel U., Haase A., and Kermanizadeh A.
The application of existing genotoxicity methodologies for grouping of nanomaterials: towards an integrated approach to testing and assessment. Particle and Fibre Toxicology 19 (1), 32.
https://doi.org/10.1186/s12989-022-00476-9

Ag Seleci D., Tsiliki G., Werle K., Elam D.A., Okpowe O., Seidel K., Bi X., Westerhoff P., Innes E., Boyles M., Miller M., Giusti A., Murphy F., Haase A., Stone V., and Wohlleben W.
Determining nanoform similarity via assessment of surface reactivity by abiotic and in vitro assays. NanoImpact 26, 100390.
https://doi.org/10.1016/j.impact.2022.100390

Jeliazkova N., Bleeker E., Cross R., Haase A., Janer G., Peijnenburg W., Pink M., Rauscher H., Svendsen C., Tsiliki G., Zabeo A., Hristozov D., Stone V., and Wohlleben W. How can we justify grouping of nanoforms for hazard assessment? Concepts and tools to quantify similarity. NanoImpact 25, 100366. https://doi.org/10.1016/j.impact.2021.100366

2021
Melanie Kah, Linda J. Johnston, Rai Kookana, Wendy Bruce, Andrea Haase, Vera Ritz, Jordan Dinglasan, Shareen Doak, Hemda Garelick, Vladimir Gubala
Comprehensive Framework for Human Health Risk Assessment of Nanopesticides
Nature Nanotechnology 16, 955
https://www.nature.com/articles/s41565-021-00964-7

Jeliazkova N., Apostolova M.D., Andreoli C., Barone F., Barrick A., Battistelli C., Bossa C., Botea-Petcu A., Châtel A., De Angelis I., Dusinska M., El Yamani N., Gheorghe D., Giusti A., Gómez-Fernández P., Grafström R., Gromelski M., Jacobsen N.R., Jeliazkov V., Jensen K.A., Kochev N., Kohonen P., Manier N., Mariussen E., Mech A., Navas J.M., Paskaleva V., Precupas A., Puzyn T., Rasmussen K., Ritchie P., Llopis I.R., Rundén-Pran E., Sandu R., Shandilya N., Tanasescu S., Haase A., and Nymark P. Towards
FAIR nanosafety data.
Nature Nanotechnology 16, 644
https://doi.org/10.1038/s41565-021-00911-6

Höper T., Siewert K., Dumit V.I., von Bergen M., Schubert K., and Haase A.
The Contact Allergen NiSO4 Triggers a Distinct Molecular Response in Primary Human Dendritic Cells Compared to Bacterial LPS. Frontiers in Immunology 12 (656).
https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.644700

2020
Stone V., Gottardo S., Bleeker E.A.J., Braakhuis H., Dekkers S., Fernandes T., Haase A., Hunt N., Hristozov D., Jantunen P., Jeliazkova N., Johnston H., Lamon L., Murphy F., Rasmussen K., Rauscher H., Jiménez A.S., Svendsen C., Spurgeon D., Vázquez-Campos S., Wohlleben W., and Oomen A.G.
A framework for grouping and read-across of nanomaterials- supporting innovation and risk assessment. Nano Today 35, 100941.
https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.100941

Bahl A., Hellack B., Wiemann M., Giusti A., Werle K., Haase A., and Wohlleben W. Nanomaterial categorization by surface reactivity: A case study comparing 35 materials with four different test methods. NanoImpact, 100234.
https://doi.org/10.1016/j.impact.2020.100234

Bannuscher A., Hellack B., Bahl A., Laloy J., Herman H., Stan M., Dinischiotu A., Giusti A., Krause B.-C., Tentschert J., Rosu M., Balta C., Hermenean A., Wiemann M., Luch A., and Haase A. Metabolomics profiling to investigate nanomaterial toxicity in vitro and in vivo. Nanotoxicology, 1-20.
https://doi.org/10.1080/17435390.2020.1764123

Bannuscher A., Karkossa I., Buhs S., Nollau P., Kettler K., Radu M., Dinischiotu A., Hellack B., Wiemann M., Luch A., Von Bergen M., Haase A., and Schubert K.
A multi-omics approach reveals mechanisms of nanomaterial toxicity and structure–activity relationships in alveolar macrophages. Nanotoxicology 14, 1-15.
https://doi.org/10.1080/17435390.2019.1684592

Bewersdorff T., Glitscher E., Bergueiro J., Eravci M., Miceli E., Haase A., and Calderon M. (2020): The influence of shape and charge on protein corona composition in common gold nanostructures. Materials Science and Engineering: C, 111270.
https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111270

2019
Bahl A., Hellack B., Radu M., Dinischiotu A., Wiemann M., Brinkmann, J., Luch A., Renard B., and Haase A. Recursive feature elimination in random forest classification supports nanomaterial grouping. NanoImpact 15, 100179.
https://doi.org/10.1016/j.impact.2019.100179

Bewersdorff T., Gruber A., Eravci M., Dumbani M., Klinger D., and Haase A. Amphiphilic nanogels: influence of surface hydrophobicity on protein corona, biocompatibility and cellular uptake. International Journal of Nanomedicine Volume 14, 7861-7878
https://doi.org/10.2147/IJN.S215935

Karkossa I., Bannuscher A., Hellack B., Bahl A., Buhs S., Nollau P., Luch A., Schubert K., Von Bergen M., and Haase A. An in-depth multi-omics analysis in RLE-6TN rat alveolar epithelial cells allows for nanomaterial categorization. Particle and Fibre Toxicology 16.
https://doi.org/10.1186/s12989-019-0321-5

Wohlleben W., Hellack B., Nickel C., Herrchen M., Kerstin H.-R., Kettler K., Riebeling C., Haase A., Funk B., Kühnel D., Göhler D., Stintz M., Schumacher C., Wiemann M., Keller J., Landsiedel R., Broßell D., Pitzko S., and Kuhlbusch T.A.J. The nanoGRAVUR grouping framework for nanomaterials concerning occupational, consumer, environmental risk: Conception, property harmonization strategy and proof of concept/suitability. Nanoscale 11.
https://doi.org/10.1039/c9nr03306h

2018
Riebeling C, Piret J-P, Trouiller B, Nelissen I, Saout C, Toussaint O, Haase A. A guide to nanosafety testing: Considerations on cytotoxicity testing in different cell models. NanoImpact, 10:1-10,
DOI: https://doi.org/10.1016/j.impact.2017.11.004

2017
Haase A, Dommershausen N, Schulz M, Landsiedel R, Reichardt P, Krause BC, Tentschert J, Luch A. Genotoxicity testing of different surface-functionalized SiO2, ZrO2 and silver nanomaterials in 3D human bronchial models. Arch Tox, 91:3991-4007
https://doi.org/10.1007/s00204-017-2015-9

2016
Wohlleben W*, Driessen MD*, Raesch S, Schaefer UF, Schulze C, Vacano Bv, Vennemann A, Wiemann M, Ruge CA, Platsch H, Mues S, Ossig R, Tomm JM, Schnekenburger J, Kuhlbusch TA, Luch A, Lehr CM*, Haase A.* Influence of agglomeration and specific lung lining lipid/protein interaction on short-term inhalation toxicity. Nanotox 10: 970-980
https://doi.org/10.3109/17435390.2016.115567

2015
Driessen MD, Mues S, Vennemann A, Hellack B. Bannuscher A, Vimalakanthan V, Riebeling C, Ossig R, Wiemann M, Schnekenburger J, Kuhlbusch TA, Renard B, Luch A, Haase A. Proteomic analysis of protein carbonylation: a useful tool to unravel nanoparticle toxicity Mechanisms. Part Fibre Tox 12: 36
https://doi.org/10.1186/s12989-015-0108-2