Wie gefährlich sind Nanopartikel?
16.08.2022

Nanopartikel sind allgegenwärtig und werden meist ohne Probleme eingeatmet und im Körper unschädlich gemacht. Manchmal können sie jedoch auch Schaden anrichten.

Laut Definition sind Nanopartikel Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern. Ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Das Wort „nanos“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet Zwerg. Zu den Nanopartikeln gehören sowohl in der Umwelt vorkommende Teilchen aus natürlichen Quellen, etwa aus Verbrennungsprozessen wie bei Waldbränden, als auch Partikel aus dem Feinstaub von Verkehrsabgasen sowie synthetisch hergestellte Teilchen wie zum Beispiel Titandioxid-Teilchen als UV-Schutz in Wandfarbe oder Sonnencremes.1 

Mechanismen zur Abwehr 

Synthetisch hergestellte Nanopartikel werden in neuartigen Technologien, in der Wissenschaft und in der Medizin mehr und mehr genutzt. Gleichzeitig sind die gesundheitlichen Aspekte ein wichtiges Thema, denn aufgrund ihrer Größe können Nanopartikel auch in den menschlichen Organismus eindringen. Haupteintrittspfade sind mit abnehmender Relevanz die Lunge, der Magen-Darm-Trakt und die Haut. Das Einatmen von Nanopartikeln ist grundsätzlich nicht ungewöhnlich – auch Viren und Bakterien werden üblicherweise eingeatmet, aber durch das körpereigene Abwehr- und Reinigungssystem unschädlich gemacht.

Kleinere Teilchen, die in die Lunge eindringen, werden entweder durch die sogenannte mukoziliäre Clearance, bei der sich Partikel im Schleim ablagern, der dann abtransportiert wird, oder die phagozygotische Aufnahme durch Fresszellen (Makrophagen) aus der Lunge entfernt. In den tieferen Lungenbereichen (Bronchiolen, Alveolen) zersetzen Fresszellen Nanopartikel, indem sie sie umfließen und einschließen. Hier funktioniert der Abtransport nicht so gut wie mittels Schleims – Nanopartikel können sich ablagern. Eine permanent hohe Belastung mit Partikeln – zum Beispiel bei Raucher:innen – belastet zudem die Selbstreinigungsmechanismen in der Lunge.1 

Negative Wirkungen der abgelagerten Nanopartikel 

Der auf dem Lungengewebe deponierte Nanostaub kann sowohl zu akuten Wirkungen wie Herzrhythmusstörungen als auch durch langjährige Ansammlung im Gewebe zu chronischen Wirkungen in der Lunge führen. So führt beispielsweise die Inhalation einer genügend großen Dosis von Asbestfasern zur Asbestose, einer fibrotischen Veränderung des Lungengewebes. Sowohl kurz- als auch langfristige Exposition gegenüber feinen und ultrafeinen Partikeln aus der Umwelt kann Auswirkungen auf die Atemwege haben. Studien ergaben auch einen Zusammenhang zwischen Nanopartikeln und allergischen Reaktionen. So konnten Forschende beispielsweise zeigen, dass ultrafeine Teilchen die überschießende Aktivität des Immunsystems verstärken können.1 

Falls biobeständige Nanopartikel biologisch aktive Elemente enthalten, wie beispielsweise Übergangsmetalle und/oder deren Oxide – unter anderem Zink, Cadmium, Kupfer, Silber –, können die entsprechenden Metallionen freigesetzt werden, wodurch es zu einer toxischen (giftigen) Wirkung kommen kann. Darüber hinaus erhöht das hohe Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis von Nanopartikeln ihre Wirksamkeit. Kleinere Partikel treten mit höherer Wahrscheinlichkeit aus der Lunge in andere Organe über als größere.1 

Auch die Form der Nanopartikel ist entscheidend für ihre mögliche Wirkung. Faserartige Partikel wie Mineralfasern (zum Beispiel Asbest) oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben aerodynamische Eigenschaften, durch die sie tiefer in die Lunge eindringen und sich dort effektiver ablagern als kugelförmige Partikel mit derselben Masse. Für viele Faserpartikel und neuartige Nanofasern haben Forschende im Tierversuch neben lokalen Entzündungsreaktionen auch fibrosierende (vernarbende) Veränderungen in der Lunge beobachtet. Des Weiteren besteht der Verdacht, dass Nanofasern, ähnlich wie Mineral- oder Asbestfasern, Lungentumore hervorrufen können.1 

Größenvergleich1

Ein menschliches Haar hat einen 800-mal größeren Durchmesser als ein Nanopartikel. Mit einem Durchmesser von maximal 100 Nanometern sind Nanoteilchen sehr viel kleiner als körpereigene Zellen wie etwa rote Blutzellen mit 8 Mikrometer, also 8000 Nanometer, oder Makrophagen, das sind Fresszellen mit 20 Mikrometer, also 20.000 Nanometer. Ein DNA-Strang ist etwa 2 bis 12 Nanometer breit und bis zu 5 cm lang. Viren sind etwas größer, aber immer noch kleiner als 100 Nanometer. Proteine liegen bei einer Größe von 1 bis 10 Nanometer.

Bild
Durchschnitt