CarboTox

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CARBOTOX – Entwicklung von Screening-Verfahren zur Untersuchung eines möglichen kanzerogenen Potentials von Carbon Nanotubes

 

Im Rahmen des Verbundprojekts CarboTox wurden die vom Kooperationspartner (IFW, Dresden) maßgeschneidert hergestellten mehrwandigen Kohlenstoff Nanoröhrchen (engl. multi-walled carbon canotubes, MWCNT) mit unterschiedlichen Längen-Durchmesserverteilungen bzw. Krümmungsgraden in vivo wie auch in vitro auf toxische und kanzerogene Wirkung untersucht.

Es wurde eine Kanzerogenitäts-Studie durchgeführt, in der das krebserregende Potenzial der Kohlenstoff Nanoröhrchen über eine Versuchsdauer von 2 Jahren untersucht wurde. Dazu wurde den Ratten (2 Dosisgruppen zu je 50 Tieren: 1 x 109 WHO-Fasern*/Ratte und 5 x 109 WHO-Fasern*/Ratte, Amosit als Referenzfaser, Dosis: 0,1 x 109 WHO-Fasern*/Ratte) einmalig intraperitoneal (ins Bauchfell) das Testmaterial injiziert. Gleichzeitig wurde versucht, einen Screening-Test zu entwickeln, um Marker für chronische negative Wirkungen schon nach einer kürzeren Versuchszeit zu finden.

MWCNT

Länge
WHO-Fasern* (µm)

Durchmesser
WHO-Fasern* (µm)

Krümmungs-
Verhalten

Amosit 13,95 0,394 nadelförmig
MWCNT A 8,57 0,085 nadelförmig
MWCNT B 9,30 0,062 gebogen
MWCNT C 10,24 0,040 gebogen
MWCNT D 7,91 0,037 gerollt

*WHO-Fasern: Länge > 5 µm, Durchmesser < 3 µm, Verhältnis Länge/Durchmesser > 3/1

 

Es zeigte sich, dass allemehrwandigen Kohlenstoff Nanoröhrchen unabhängig von der Längen-Durchmesserverteilung nach einer Injektion in die Bauchhöhle zu fasertypischen Tumoren (Mesotheliome) führten, wobei die mehrwandigen CNT mit starrer Morphologie im Vergleich zu den Gewundenen deutlich stärker tumorigene Wirkung zeigten.

Für einen in vivo Screening-Test mit 3 bzw. 6 Monaten Versuchszeit scheint sich die Dickenmessung des Zwerchfells, welches das Peritoneum bedeckt, gut zu eignen. Ebenso geeignet ist der BrdU-Assay (chem. Bromdesoxyuridin), mit dem sich das Verhältnis der proliferierenden Zellen zu den nicht proliferierenden Zellen im Peritoneum (Bauchfell) bestimmen lässt. Hier deutet eine Zunahme der proliferierenden Zellen im Peritoneum auf eine mögliche beginnende unkontrollierte Zellteilung hin. In einem parallel verlaufenden subchronischen Inhalationstest mit denselben mehrwandigen Carbon Nanotubes soll die Migration der Kohlenstoff Nanoröhrchen zur Pleura (Rippenfell) nachgewiesen und quantifiziert werden. Allerdings lassen sich diese Fragen mit den derzeitigen Befunden noch nicht definitiv beantworten.

In vitro Untersuchungen mit primären Mesothel-Zellen haben gezeigt, dass die mehrwandigen Kohlenstoff Nanoröhrchen abhängig von ihrer Morphologie die Proliferation (Zellteilung) der Zellen hemmten, Membran-, Zytoskelett- und DNA-Schäden verursachten und die Zellen in einen Wachstums-arretierten Zustand versetzten, der auch als Seneszenz bezeichnet wird. Die stärksten biologischen Effekte wurden dabei von den eher geraden, starren mehrwandigen Carbon Nanotubes hervorgerufen.

Interessanterweise korrelierte das Ausmaß der Zellkultureffekte verschiedener mehrwandigen Carbon Nanotubes mit dem Ausmaß der Tumorbildung in den Ratten, sodass bestimmte Methoden aus der Zellkultur möglicherweise als Screening-Tests eingesetzt werden könnten, um das gesundheitsschädliche, kanzerogene Potenzial neuer mehrwandigen Kohlenstoff Nanoröhrchen abzuschätzen.


Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0109
Laufzeit: 01.09.2010 - 31.08.2013 (verlängert bis 31.12.2013)

Projektleitung

Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) Logo
Anja Hackbarth, Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM)

Projekt-Partner

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Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM),Hannover (DE)
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Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden, Dresden (DE)
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