Humantoxikologie

Statistisch gesehen werden ungebundene Nanopartikel häufiger freigesetzt als in Produkte gebundene Nanopartikel. Daher ergibt sich nach dem Bundesinstitut für Risikobewertung und dem Umweltbundesamt (2010) folgende Expositionsrelevanz:
luftgetragen > flüssig > auf einer festen Matrix > in einer festen Matrix.

Ferner gewichten das Bundesinstitut für Risikobewertung und das Umweltbundesamt die Expositionspfade wie folgt:
inhalativ > oral > dermal.

Durch die derzeitig niedrige Produktionsmenge von Nanopartikeln ist die Emission von Partikeln in die Luft und damit die Belastung der Bevölkerung durch Nanomaterialien in verbrauchernahen Produkten sehr gering. Durch größere Produktionsmengen besteht die Möglichkeit einer steigenden Belastung. Produkte, in denen die Nanomaterialien fest eingearbeitet sind (Autolacke, Tennisschläger, etc.), sind nach bisherigen Erkenntnissen gesundheitlich unbedenklich. Für Nanomaterialien, die in Produkte (z.B. Kosmetika, Textilien, Lebensmittelverpackungen) nicht fest eingebunden sind, ist eine inhalative, dermale und/oder orale Aufnahme wahrscheinlicher.

Die Exposition, die Verteilung im Körper, die Wirkung und die Toxizität von Nanomaterialien sind abhängig von

  • der Dosis
  • der chemischen Zusammensetzung
  • der Oberflächengröße
  • der Oberflächenstruktur
  • der Oberflächenfunktionalisierung
  • der Aggregationstendenz
  • der Partikelform (kleine, runde Partikel können besser aufgenommen werden und das Gewebe durchdringen als längliche Partikel)
  • der Oberflächenladung der Nanopartikel
  • der Verweildauer

In jedem Fall ist zwischen den verschiedenen Nanomaterialien zu differenzieren. Nahrungsmittelzusätze wie Vitamine und Farbstoffe werden schnell vom Körper abgebaut, so dass eine Belastung unwahrscheinlich ist. Nichtlösliche Nanopartikel, Kohlenstoffnanoröhrchen und Fullerene bleiben dagegen wahrscheinlich längerfristig im Körper. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich Nanopartikel akkumulieren und eine kritische Dosis erreichen.

Epidemiologische Studien sind noch nicht erfolgt, da Nanopartikel erst seit kurzem eingesetzt werden. Auch fehlen standardisierte Untersuchungs- und Messmethoden für Nanomaterialien. Daher werden für die Risikobewertung zumeist ultrafeine Stäube und Autoabgase herangezogen, die bereits besser untersucht sind. Generell sind nur stoffbezogene Aussagen zum Gefährdungspotential möglich, wodurch eine materialspezifische Betrachtung erforderlich ist.

Bis jetzt ist bei vielen Nanopartikeln noch zu klären, ob sie vom Körper aufgenommen werden können und wenn ja, wie sie sich verteilen, wie sie verändert, angereichert oder ausgeschieden werden.

Bisherige Ergebnisse toxikologischer Studien

Dermale Exposition

Eine dermale Exposition erfolgt durch kosmetische und pharmazeutische Produkte. Es besteht die Möglichkeit, dass die Partikel von der Hautoberfläche intrazellulär bzw. interzellulär durch das Stratum corneum transportiert werden. Haarfollikel, Drüsen und geschädigte Haut können weitere Translokationswege darstellen. Die anschließende Verteilung im Körper kann über Lymph- oder Blutgefäße erfolgen. Ob eine Verteilung über Sensorneuronen möglich ist, ist noch näher zu untersuchen (Oberdörster 2006). Eine Aufnahme über die gesunde Haut kann höchstwahrscheinlich ausgeschlossen werden.

Orale Exposition

Die meisten über den Magen-Darm-Trakt aufgenommenen Nanopartikel werden wieder mit der Fäzes ausgeschieden (Oberdörster 2006).

Inhalative Exposition

Nanopartikel können infolge ihrer geringen Größe bis in die Lungenbläschen gelangen. Ein geringer Teil kann über das sehr dünne Gewebe in den Blutkreislauf eindringen und in andere Organe transportiert werden. Eine mögliche Folge können Entzündungsreaktionen und Auswirkungen auf das kardiovaskuläre System sowie die Atemwege sein.

Leber und Nieren sind die am stärksten betroffenen Organe. Mit Hilfe von Adhäsions- und Diffusionsprozessen können Nanopartikel Lipid-Doppelmembranen überwinden und in Zellorganellen (z.B. Mitochondrien und Zellkern) eindringen. Die Folgen sind oxidativer Stress oder DNA-Schädigungen.

Überwindung physiologischer Barrieren

Krug et al. (2005) konnten eine Überwindung der Blut-Hirn-Schranke durch Nanopartikel nachweisen. Dies eröffnet die Möglichkeit, Medikamente, die z.B. mit Polysorbat beschichtet sind, über die Blut-Hirn-Schranke hinweg zu transportieren.

In mehreren Studien konnte auch die Überwindung der Plazenta durch Nanopartikel belegt werden.

Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT)

Kohlenstoffnanoröhrchen, die eine asbestähnliche Form besitzen, stehen in Verdacht bei Inhalation Tumore zu induzieren. Krug et al. (2006) führen die Toxizität von Kohlenstoffnanoröhrchen im Wesentlichen auf Kontaminanten aus der Produktion zurück.

In den bisher durchgeführten Studien wurden sehr unterschiedliche biologische Systeme sowie verschiedene Kohlenstoffnanoröhrchen mit unterschiedlicher biologischer Wirkung betrachtet. Daher ist ein Studienvergleich nicht möglich. Es sind weitere Studien notwendig, um das Gesundheitsrisiko durch Inhalation, mögliche längerfristige Folgen, das kanzerogene Potential und das Migrationsverhalten im Körper zu untersuchen.

Titandioxid (TiO2) und Zinkoxid (ZnO)

Mit Hilfe toxikologischer Studien konnte bestätigt werden, dass Titandioxid und Zinkoxid zwar für längere Zeit in Haarfollikeln und damit auf der Haut verbleiben können, aber nicht in oder gar durch die gesunde Haut in den Körper wandern. Durch Haarwachstum werden die Partikel wieder an die Hautoberfläche transportiert. Daher hält das Bundesinstitut für Risikobewertung Sonnencremes mit Zinkoxid bzw. Titandioxid für gesundheitlich unbedenklich. Ein Transport von Nanopartikeln durch Schweißdrüsen, Haarfollikeln oder sensorischen Nervenendigungen in das Blut bleibt nach bisherigen Erkenntnissen möglich. Dagegen liegen keine Hinweise vor, durch die auf eine Tumorbildung durch inhaliertes Titandioxid geschlossen werden kann.

Silber (Ag)

Verpackungen, die im Lebensmittelbereich verwendet werden und mit Nanosilber ausgerüstet sind, sind nach Ansicht von Experten hinsichtlich einer oralen Exposition unbedenklich. Eine dermale Exposition gegenüber Nanosilber aus anderen Gebrauchsgegenständen ist ihrer Ansicht nach wahrscheinlicher. Bezüglich einer inhalativen Exposition liegen nicht genügend Daten für eine Bewertung vor.

Es sind Bakterienstämme bekannt, die gegen Silber resistent sind. Aber ob eine großflächige Verwendung von Nanosilber in Alltagsprodukten die Entstehung silberresistenter Mikroroganismen begünstigt, wird derzeit in der Fachwelt diskutiert. Weiterhin ist belegt, dass eine Silberresistenz häufig zusammen mit einer Antibiotikaresistenz auftritt. Aufgrund dieser Erkenntnis und weil noch keine gesicherte Aussage hinsichtlich des Risikopotentials von Silber in Nanogröße möglich ist, empfiehlt das Bundesinstitut für Risikobewertung bis auf Weiteres auf Silbernanopartikel in Lebensmitteln und Produkten des täglichen Bedarfs zu verzichten.

Stand: 11. März 2016 - 9:56 Uhr

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