Differentielle Untersuchungen zur Rolle der Oberflächeneigenschaften und der zellulären Aufnahme von Metalloxiden in ihrer Nanoform für ihre Zytokompatibilität mithilfe synthetisierter Mikro-Nanostrukturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Rainer Adelung; Privatdozentin Dr. Claudia Röhl
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235690182

Der steigende Einsatz von Nanomaterialien in verbrauchernahen Produkten, in der Medizin und der Umwelt bringt aufgrund besonderer Materialeigenschaften neue Chancen aber auch Risiken mit sich. So ermöglicht die geringe Partikelgröße zum einen die Aufnahme in Zellen und das Überschreiten von Körperbarrieren, zum anderen verstärkt die bezogen auf ihre Masse große aktive Oberfläche mögliche Wechselwirkungen mit Zell- und Gewebestrukturen, wodurch sich unerwünschte Wirkungen einstellen oder verstärken können. Erst ein detailliertes Verständnis dieser Wechselwirkungen wird es ermöglichen, das große Potential von Nanomaterialien bei gleichzeitiger Minimierung des gesundheitlichen Risikos auszuschöpfen.In dem beantragten Projekt sollen für die Gruppe der Metalloxide, die häufig in Nanomaterialien verwendet werden, da die Herstellung relativ schnell, einfach, günstig und für vielfältige Eigenschaften möglich ist, In vitro-Untersuchungen zur Bedeutung der Zellaufnahme und der Oberflächenstruktur für ihre Toxizität durchgeführt und Materialstrukturen mit geringem Toxizitätspotential identifiziert werden.Hierzu sollen Zellfunktionsänderungen, hervorgerufen durch konventionelle Metalloxid-Nanopartikel, die von Zellen aufgenommen werden, und durch speziell von uns synthetisierte Metalloxid-Mikro-Nanostrukturen, die nicht von den Zellen internalisiert werden, jedoch über eine gleiche Oberflächengröße verfügen, miteinander verglichen werden. Die mittels Flammentransportsynthese hergestellten Mikro-Nanostrukturen zeichnen sich durch eine Kerngröße im Mikrometerbereich und multiple Fortsätze in Nanometer-Dimension aus.In Zellkulturmodellen mit humanen Zelllinien aus Barriereorganen (Darm, Lunge, Haut) und immunkompetenten Zellen sollen in subzytoletalen Konzentrationen der Metalloxide pathogenetisch relevante Effekte, wie Vitalität, Entzündung, oxidativer Stress und verändertes Zellwachstum untersucht werden.Ein Vergleich der toxikologischen Effekte von in die Zellen aufgenommen Nanopartikeln und nicht aufgenommenen, aber in Zellkontakt stehenden Mikro-Nanostrukturen ermöglicht dann, die Bedeutung der zellulären Aufnahme für die Toxizität von Metalloxiden in ihrer Nanoform abzuleiten, da die Oberflächengröße durch den Versuchsaufbau in beiden Systemen konstant gehalten werden kann und so die sonst bei verschieden großen Nanopartikeln voneinander abhängigen Parameter Partikelaufnahme und Partikeloberfläche (über die Partikelgröße) entkoppelt werden können.Darüber hinaus soll die Bedeutung der Oberflächenbeschaffenheit, die wir bei den synthetisierten Mikro-Nanostrukturen vielfältig und systematisch variieren können, für die biologische Wirkung auf Zellen untersucht werden. Die gewonnen Erkenntnisse werden das Verständnis toxikologischer Mechanismen von Nanomaterialien verbessern und es Materialwissenschaftlern/innen erleichtern, bereits bei der Neuentwicklung von Nanomaterialien mögliche unerwünschte biologische Effekte zu berücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen