Nanostrukturierte Materialien - Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften (NanoGEM)
08/2010-10/2013
Das Drittmittelprojekt wurde im Rahmen der BfR-Nanotechnologieforschung durchgeführt.
Förderkennzeichen der BMBF: FKZ 03X0105F
Internetseite des Drittmittelprojektes: www.nanogem.de
Im Projekt nanoGEM arbeiteten insgesamt 19 verschiedene Partner unter Koordination der IUTA e.V. gemeinsam an der Untersuchung von Nanomaterialien, um potentielle toxische Wirkungen für den Menschen qualitativ und quantitativ zu erfassen. Der Fokus von nanoGEM lag auf der Erforschung von Struktur-Wirkungs-Zusammenhängen, wobei gezielt unterschiedliche Oberflächenmodifikationen von Nanomaterialien untersucht wurden. Insgesamt kamen 16 verschiedene Nanomaterialien zum Einsatz, darunter verschiedene Varianten von SiO2, ZrO2 und Nanosilber.
Alle im Projekt verwendeten Nanomaterialien wurden zunächst umfassend charakterisiert. Es wurden Dispersionsprotokolle entwickelt sowie die Protein- und Lipidbelegung und der Agglomerisationsgrad in verschiedenen biologischen Medien analysiert. Ziel war die Untersuchung der umgebungsabhängigen und dynamischen Veränderungen der Testmaterialien. Darüber hinaus wurden die Nanomaterialien von den verschiedenen Partnern umfassend in zahlreichen in vitro und in vivo Studien hinsichtlich ihrer Toxizität untersucht.
Teilprojekte des BfR
Darüber hinaus befasste sich erstmals ein Arbeitspaket mit der übergeordneten Bewertung der Daten, mit dem Ziel Risikobewertungsstrategien zu entwickeln und auch eine erste Risikoabschätzung vorzunehmen.
Das BfR, Abteilung Chemikalien- und Produktsicherheit, übernahm die Co-Arbeitspaketleitung zur in situ Charakterisierung der Nanomaterialien (APQ) und war für die Analyse der Belegung der Nanomaterialien mit Proteinen (der sogenannten Proteinkorona) verantwortlich. Die Proteinkorona kann für die möglichen toxischen Wirkungen der Materialien eine entscheidende Rolle spielen. Es wurden zunächst geeignete Protokolle für die Dispersion der Nanomaterialien in den verschiedenen biologischen Testmedien sowie für die Ablösung und Bestimmung der Proteinkorona entwickelt. Die Charakterisierung der Proteinhüllen erfolgte über ein- und zweidimensionale Proteingele in Kombination mit einer massenspektrometrischen Identifizierung. Die Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Proteinkorona von 16 verschiedenen Nanomaterialien wurden analysiert und mit den spezifischen Partikeleigenschaften der verschiedenen Materialien korreliert.
Zudem beteiligte sich das BfR an der toxikologischen Charakterisierung der Nanomaterialien in vitro. In AP4 untersuchte das BfR die Genotoxizität der Materialien mit dem Comet Assay an dreidimensionalen Lungenmodellen. In AP5 wurden Wirkmechanismen im Bezug auf oxidativen Stress, ausgelöst durch Nanomaterialien, untersucht. Der Fokus am BfR lag auf der Analyse von oxidativen Proteinmodifikationen. Des Weiteren analysierte das BfR gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Hamburg- Eppendorf auch Veränderungen von Phosphotyrosin-basierten Signaltransduktionswegen nach Nanomaterialbehandlung.
Das BfR war zudem Co-Arbeitspaketleiter von AP6 und befasste sich dort mit Bewertungsstrategien und mit einer Risikoabschätzung. Dazu wurden am BfR in computergestützten Modellen verschiedene Expositionsszenarien zur Einatmung von Nanomaterialien berechnet.
Zusammenfassend wurde in nanoGEM ein systematisches Verständnis für die Auswirkung von Oberflächenfunktionalisierung einiger ausgewählter Nanomaterialien erarbeitet. Es zeigte sich, dass die Oberfläche von Nanomaterialien die Toxizität modulieren kann. Damit spielen für die Aufnahme und die Toxizität nicht nur die Materialzusammensetzung und die Größe der Nanomaterialien eine entscheidende Rolle.