NanoUmwelt

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NanoUmwelt – Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte

Ziel des Verbundprojekts NanoUmwelt war es, den Eintrag synthetischer Nanomaterialien wie z.B. Silber, Titandioxid und Polystyrol in unterschiedlichen Umweltkompartimenten zu quantifizieren, deren Erscheinungsform zu charakterisieren und mittels neuer Technologien und aussagekräftiger Analysen fundierte Aussagen über die öko- und humantoxikologischen Wirkungen dieser Nanomaterialien zu gewinnen. Die generierten Daten sollen als Basis für eine realistische Risikoabschätzung der Nanomaterialien sowie für die Erarbeitung entsprechender Empfehlungen für neue Regulierungen zum Schutz von Menschen und Umwelt dienen.

NanoUmwelt Projektplan

NanoUmwelt Projektplan

Vor diesem Hintergrund befasste sich NanoUmwelt mit drei unterschiedlichen Aufgabenstellungen:

    1. Detektion und Quantifizierung kleinster Nanomaterial-Mengen in Umwelt- und Humanproben
    2. in vitro Untersuchung der Öko- und Humantoxizität im Niedrigdosis-Bereich
    3. standardisierten, reproduzierbaren Nanopartikel Synthese

Die wichtigsten Entwicklungen aus dem Projekt NanoUmwelt sind:

  • Entwicklung eines standardisierten Probenvorbereitungsprotokolls für die Analytik synthetischer Nanomaterialien in komplexen Human- und Umweltproben wie Humanblut, Fisch und Muscheln
  • Entwicklung leistungsfähiger Analysemethoden auf Basis der Transmissionselektronen-mikroskopie (TEM), Immunoassays (ABICAP) und Asymmetrischer Fluss-Feldflussfraktionierung (AF4) zur Quantifizierung und Charakterisierung synthetischer Nanomaterialien in komplexen Human- und Umweltproben bis in den Ultraspurenbereich (<µg/L)
  • Etablierung neuer In vitro– und Ex vivo-Modelle zur Untersuchung humantoxikologischer Effekte von Nanomaterialien. Hierbei wurden folgende Bewertungsparameter herangezogen: Kardiotoxizität, Immunreaktion, Differenzierungspotenzial, Transport über biologische Barrieren
  • Etablierung neuer Modellsysteme zur Untersuchung ökotoxikologischer Effekte von Nanomaterialien

Die wichtigsten, aus NanoUmwelt gewonnenen Erkenntnisse sind:

  • Die Konzentrationen an synthetischen Nanomaterialien in den untersuchten Realproben lagen unterhalb den Bestimmungsgrenzen der in NanoUmwelt entwickelten Analysemethoden
  • Eine langzeitige Exposition von Silber- (AgPure) und Polystyrol-Nanopartikeln im Boden hat signifikante Auswirkungen auf die Bodenmikrobiota und die Funktionsvielfalt der Bodenzönose (https://doi.org/10.1016/j.jes.2018.04.013; https://doi.org/10.1186/s12302-018-0140-6)
  • Die Aufnahme von Polystyrol-Nanopartikeln in humane Zellen konnte beobachtet werden, allerdings wird im Niedrigdosenbereich die Zellfunktionalität nicht beeinflusst
  • Eine abschließende Beurteilung der Barrieregängigkeit (Darm, Plazenta) von Nanomaterialien ist mit denen im Rahmen von NanoUmwelt gewonnenen Erkenntnissen noch nicht möglich
  • Modellsysteme der intestinalen Barriere oder der Plazentabarriere stellen sehr gute Modelle zur Untersuchung des Transports von Nanomaterialien in den Organismus dar. Die Wahl des Modells (2D-in vitro, 3D-in vitro oder ex vivo) ist entscheidend hinsichtlich der Studienergebnisse. Es konnte gezeigt werden, dass NP 2D-in vitro, 3D-in vitro oder ex vivo teilweise unterschiedliche Effekte auslösen. Somit ist die Wahl des geeigneten Modellsystems ein sehr entscheidender und kritischer Punkt in der Humantoxikologie
Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0150
Laufzeit: 01.10.2014 - 31.12.2017

Projektleitung

Postnova Analytics GmbH Logo
Dr. Florian Meier, Postnova Analytics GmbH, Landsberg am Lech

Projekt-Partner

Postnova Analytics GmbH Logo
Postnova Analytics GmbH, Landsberg am Lech (DE)
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) Logo
Fraunhofer Institut für Biomedizinische Technik (IBMT)
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME) Logo
Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME)
Senova Logo
Senova Gesellschaft für Biowissenschaft und Technik mbH, Weimar
Unuversität Frankfurt Logo Deutsch
Institut für Molekulare Biowissenschaften - Pflanzliche Zellbiologie, Goethe-Universität Frankfurt am Main

Fachbereich VI Raum- und Umweltwissenschaften - Fach Bodenkunde, Universität Trier, Trier
Umweltbundesamt (UBA) Logo
Umweltbundesamt (UBA), Berlin
PlasmaChem Logo
PlasmaChem GmbH, Berlin
Rheinguetestation Worms Logo
Rheingütestation Worms, Worms

Unterauftragnehmer

Empa Logo
Particles-Biology Interactions Lab Empa - Eidgenössische Materialprüfungs - & Forschungsanstalt, St. Gallen (CH)
Fzmb GmbH Logo
Forschungszentrum für Medizin und Biotechnologie (fzmb), Bad Langensalza

Veröffentlichungen

2018

  • Aengenheister L., Keevend K., Muoth C., Schonenberger R., Diener L., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2018). An advanced human in vitro co-culture model for translocation studies across the placental barrier. Sci Rep, 8(1): 5388.
  • Awet T.T., Kohl Y., Meier F., Straskraba S., Grun A.L., Ruf T., Jost C., Drexel R., Tunc E., Emmerling C. (2018). Effects of polystyrene nanoparticles on the microbiota and functional diversity of enzymes in soil. Environ Sci Eur, 30(1): 11.
  • Grun A.L., Straskraba S., Schulz S., Schloter M., Emmerling C. (2018). Long-term effects of environmentally relevant concentrations of silver nanoparticles on microbial biomass, enzyme activity, and functional genes involved in the nitrogen cycle of loamy soil. J Environ Sci (China), 69 12-22.

2016

Alle verfügbaren Abschlussberichte des NanoUmwelt Konsortiums finden Sie auf den Seiten der TIB Hannover https://www.tib.eu/de/  
  • Postnova Analytics GmbH (2018). NanoUmwelt - Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte : Teilprojekt : Veröffentlichung der Ergebnisse von Forschungsvorhaben im BMBF-Programm : Projektlaufzeit: 01.10.2014-31.12.2018. FKZ 03X0150A. TIB Hannover. (DOI)
  • Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
  • Universität Trier
  • Senova Gesellschaft für Biowissenschaft und Technik mbH (2018). NanoUmwelt - Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte : Teilprojekt: Anreicherung und Nachweis von Nanopartikeln mit 3-dimensionaler Immunofiltration : Veröffentlichung der Ergebnisse von Forschungsvorhaben im BMBF-Programm : Projektlaufzeit: 01.10.2014-30.09.2017. FKZ 03X0150E, TIB Hannover. (DOI)
  • Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften (2018). NanoUmwelt - Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte : Teilprojekt "Elektronenmikroskopische Analyse von Nanomaterialien in Umwelt- sowie humanen Proben" : Veröffentlichung der Ergebnisse von Forschungsvorhaben im BMBF-Programm : Projektlaufzeit: 01.10.2014-31.12.2017. FKZ 03X0150F, TIB Hannover. (DOI)
  • PlasmaChem GmbH (2018). NanoUmwelt - Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt: Identifizierung, Quantifizierung und Untersuchung der human- und ökotoxikologischen Effekte : Veröffentlichung der Ergebnisse von Forschungsvorhaben im BMBF-Programm : Teilprojekt PlasmaChem GmbH, Berlin : Projektlaufzeit: 01.10.2014-30.09.2017. FKZ 03X0150G, TIB Hannover. (DOI)

2018

  • Meier F., Axtner T., Drexel R., Klein T. (2018). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Trace Level Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in River Water, 19th International Symposium on Field- and Flow-Based Separations (FFF2018), 14.-17. Mai 2018, Columbia, South Carolina, USA. [Poster]
  • Meier F. (2018). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation hyphenated with ICP-MS – A promising Tool for Trace Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in Environmental Samples, ESAS & CANAS Konferenz 2018, 20.-23. März, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin, Deutschland. [Vortrag]
  • Buerki-Thurnherr T. (2018). Nanoparticles-biobarriers interactions: impact of particle properties on barrier penetration and functionality, Focus event 9th VERT Forum, 16. Februar 2018. Empa, Dübendorf, Schweiz. [Vortrag]
  • Meier F., Axtner T., Drexel R., Klein T. (2018). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Trace Level Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in River Water, WCPS 2018, 08.-13. Januar 2018, Amelia Island, Florida, USA. [Poster]

2017

  • Hesler M., Straskraba S., Meier F., Kohl Y. (2017). Are nanoparticles harmful to the intestinal barrier? Dose-, size- and functionalization-dependent effects in vitro and ex vivo, Nanosafety 2017, 11.-13. Oktober, Saarbrücken, Deutschland. [Poster]
  • Meier F. (2017). NanoUmwelt - Risk analysis of engineered nanomaterials in the environment: identification, quantification and analysis of the human- and ecotoxicological effects, Scientific Stakeholder Meeting on Nanomaterials in the Environment, 10.-11. Oktober 2017, Umweltbundesamt, Dessau, Deutschland. [Vortrag]
  • NanoUmwelt Konsortium (2017). Risk assessment of nanomaterials in the environment, 4th International Conference on Environmental Specimen Banks, 02. -04. Oktober 2017, Bilbao, Spain. [Poster]
  • Meier F., Axtner T., Drexel R., Klein T. (2017). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Trace Level Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in River Water, 4th FFF-ICP-MS Workshop 2017, 28.-29. September 2017, Wien, Österreich. [Poster]
  • Hesler M., Meier F., Straskraba S., Kohl Y. (2017). Do nanoparticles pass the intestinal barrier? Transport studies in vitro and ex vivo, Eurotox 2017 53rd Congress of the European Societies of Toxicology, 10.-13. September 2017, Bratislava, Slowakei. [Poster]
  • Komo P., Straskraba S., Kohl Y. (2017). Do nanoparticles affect the human stem cell differentiation?, Eurotox 2017 53rd Congress of the European Societies of Toxicology, 10.-13. September 2017, Bratislava, Slowakei. [Poster]
  • Clarke P., Meier F., Axtner T., Drexel R., Klein T. (2017). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Trace Level Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in River Water, ICEENN 2017, 03.-08. September 2017, Birmingham, UK. [Poster]
  • Grün, A.-L.;Straskraba, S.; Kohl, Y.; Meier, F.; Schloter, M.; Emmerling, C. (2017). Effekte von umweltrelevanten Konzentrationen von Silbernanomaterialien auf die Struktur und Funktion der mikrobiellen Bodengemeinschaft. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft 2017, 03.-07.September 2017, Göttingen, Deutschland. [Vortrag]
  • Meier F., Axtner T., Drexel R., Klein T. (2017). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Trace Level Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in River Water, Wasser 2017, 22.-24. Mai, Donaueschingen, Deutschland. [Poster]
  • Kohl Y., Meier F. (2017). NanoUmwelt: Risikoanalyse synthetischer Nanomaterialien in der Umwelt, Clustertreffen NanoCare, 04.-05. Mai 2017, KIT Karlsruhe, Deutschland. [Vortrag]
  • Komo P., Straskraba S., Kohl Y. (2017). Do nanoparticles affect the human stem cell differentiation?, Clustertreffen NanoCare, 04.-05. Mai 2017, KIT Karlsruhe, Deutschland. [Poster]
  • Hesler M., Meier F., Straskraba S., Kohl Y. (2017). Transport studies of polystyrene nanoparticles across the intestinal barrier in vitro and ex vivo, Clustertreffen NanoCare, 04.-05. Mai 2017, KIT Karlsruhe, Deutschland. [Poster]
  • Meier F., Axtner T., Drexel R., Klein T. (2017). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Trace Level Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in River Water, Clustertreffen NanoCare, 04.-05. Mai 2017, KIT Karlsruhe, Deutschland. [Poster]
  • Meier F. (2017). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation hyphenated with ICP-MS – A promising Tool for Trace Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in Environmental Samples, Anakon 2017, 03.-06. April 2017. Tübingen, Deutschland. [Vortrag]
  • Meier F. (2017). Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation hyphenated with ICP-MS – A promising Tool for Trace Analysis of Engineered Silver Nanomaterials in Environmental Samples, NanoImpact 2017, 12.-17. März 2017, Monte Verita, Schweiz. [Vortrag]

2016

  • Kohl Y. (2016). Nanomaterialien: Toxikologische Bewertung und medizinische Anwendung. Informations-und Netzwerkveranstaltung der Deutschen Plattform NanoBioMedizin, 12. Dezember 2016, Frankfurt, Deutschland. [Vortrag]
  • Aengenheister L., Schönenberger R., Manser P., Muoth C., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2016). Improving nanoparticle translocation studies at the placental barrier – an advanced in vitro model. Empa PhD-Symposium, 14. November 2016, Dübendorf, Schweiz. [Vortrag]
  • Buerki-Thurnherr T., Grafmueller S., Manser P., Muoth C., Aengenheister L., Wichser A., Jochum W., Diener P. A., von Mandach U., Wick P. (2016). Towards an improved understanding of nanoparticle-placenta interactions using human ex vivo and advanced in vitro models. TEDD meeting, 27. Oktober 2016 Wädenswil, Schweiz. [Poster]
  • Meier F., Drexel R., Pfaffe T., Moldenhauer E., Reed R. B., Tadjiki S., Klein T. (2016). Hyphenation of AF4 and ICP-MS for trace level analysis of engineered silver nanomaterials in environmental samples - How low can we go? 4th FFF-Workshop, 29.-30. September 2016, Wien, Österreich. [eingeladener Vortrag]
  • Meier F., Drexel R., Pfaffe T., Moldenhauer E., Klein T. (2016). Application of Field Flow Fractionation hyphenated with UV, DLS and ICP-MS for the determination of engineered silver nanoparticles in environmental samples down to trace levels. 25. ICP-MS Anwendertreffen, 12.-15. September 2016, Siegen, Deutschland. [Vortrag]
  • NanoUmwelt Konsortium (2016). NanoUmwelt: STATUS REPORT AFTER 18 MONTH: Risk analysis of engineered nanomaterials in the environment. Nano meets Future, 15.-16. September 2016, Saarbrücken, Deutschland. [Poster]
  • Buerki-Thurnherr T., Muoth C., Aengenheister L., Kucki M., Manser P., Diener L., Wichser A., Schönenberger R., Jochum W., Wick P. (2016). Establishment of novel advanced in vitro models of the human placental barrier for nanoparticle translocation and effect studies. 44th Annual Conference of the European Teratology Society, 11.-14. September 2016, Dublin, Irland. [Vortrag]
  • Kohl Y. (2016). On the track of nanomaterials: Risk assessment of nanomaterials in the environment. Biologisches Kolloquium der Universität Siegen, 13. Juli 2016, Siegen, Deutschland. [Vortrag]
  • Kohl Y. (2016). Nanomaterials: All-rounder or environmental hazard? GDCh-Vortrag an der Technischen Universität Kaiserslautern, 4. Juli 2016, Kaiserslautern, Deutschland. [Vortrag]
  • Buerki-Thurnherr T., Grafmueller S., Manser P., Muoth C. , Aengenheister L., Wichser A., Jochum W., Diener PA., U. von Mandach, Wick P. (2016). Study-ing nanoparticle translocation and effects at the human placental barrier using ex vivo and advanced in vitro model systems. Clinical Nanomedicine and Targeted Medicine (CLINAM), 26.-29. Juni 2016, Basel, Schweiz. [Poster]
  • Aengenheister L., Muoth C., Wichser A., Schönenberger R., Manser P., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2016). Establishment of an advanced in vitro model to study translocation of nanoparticles across the human placenta. 9th EPPW, 14.-15. Juni 2016, Graz, Österreich [Poster]
  • Meier F., Grün A.L., Emmerling C., Antipov A., Straskraba S., Schmidt M., Büchel C., Diehl P., Kohl Y., Klein T. (2016). Towards Trace Level Analysis of Silver Nanoparticles in Environmental Samples using Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation coupled with UV, DLS and ICP-MS. FFF Symposium, 22.-27. Mai 2016, Dresden, Deutschland. [Poster]
  • Grün A.L., Emmerling C. (2016). Effects of environmental relevant concentrations of silver nanomaterials on microorganisms in a loamy soil. Clustertreffen NanoCare, 03.-04. Mai 2016, Frankfurt am Main, Deutschland. [Poster]
  • NanoUmwelt Konsortium (2016). NanoUmwelt: STATUS REPORT AFTER 18 MONTH: Risk analysis of engineered nanomaterials in the environment. Clustertreffen NanoCare, 03. -04. Mai 2016, Frankfurt am Main, Deutschland. [Poster]
  • Aengenheister L., Schönenberger R., Manser P., Muoth C., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2016). Establishment of a perfused in vitro model of the placental barrier for nanoparticle translocation studies. BioBarriers, 07.-09. März 2016, Saarbrücken, Deutschland. [Vortrag]
  • Aengenheister L., Muoth C., Wichser A., Schönenberger R., Manser P., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2016). Establishment of an advanced in vitro model to study translocation of nanoparticles across the human placenta. BioBarriers, 07.-09. März 2016, Saarbrücken, Deutschland. [Poster]
  • Buerki-Thurnherr, T. (2016). Plazenta-Barriere: Mit neuen Technologien und Erkenntnissen zu aussagekräftigen humanen Modellen. 9.Tierversuchstagung des Schweizer Tierschutz STS, Ersatzmethoden – wo-hin?, 3. März 2016, Olten, Schweiz. [Vortrag]
  • Meier F., Grün A.L., Emmerling C., Antipov A., Straskraba S., Schmidt M., Büchel C., Diehl P., Kohl Y., Klein T. (2016). Towards Trace Level Analysis of AgNPs in Environmental Samples using AF4 coupled with UV, DLS and ICP-MS. HTC-14 - 14th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation Technology, 27.-29. Januar 2016, Gent, Belgien. [Poster]

2015

  • Aengenheister L., Muoth C., Wichser A., Schönenberger R., Manser P., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2015). Establishment of an advanced in vitro model to study translocation of nanoparticles across the human placenta. Empa PhD-Symposium, 07. Dezember 2015, Dübendorf, Schweiz. [Poster]
  • Buerki-Thurnherr T., Muoth C., Aengenheister L., Kucki M., Manser P., Diener L., Jochum W., Wick P. (2015). Nanoparticles at the human placental bar-rier: Advancing in vitro placenta models using co-cultures and mimicking the 3D and/or dynamic microenvironment. 16th Annual Congress of EUSAAT, 20.-23. September 2015, Linz, Österreich. [Poster]
  • Grün A.L., Meier F., Schloter M., Emmerling C. (2015). Effects of environmental relevant concentrations of nanomaterials on soil microorganisms. International Conference on the Environmental Effects of Nanoparticles and Nanomaterials, 6.-10. September 2015, Wien, Österreich. [Poster]
  • Grün A.L., Schloter M., Emmerling C. (2015). Effekte von umweltrelevanten Konzentrationen von Nanomaterialien auf Bodenmikroorganismen. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 05.-10. September 2015, München, Deutschland. [Vortrag]
  • Aengenheister L., Buerki-Thurnherr T., Grafmueller S., Manser P., Muoth C., Wick P. (2015). Studying translocation and effects of nanoparticles at the placental barrier. 8th EPPW, 23.-24. Juni 2015, Bern, Schweiz. [Vortrag]
  • Aengenheister L., Ellinger B., Fedutik Y., Gutenberg L.M., Boariu A., Wick P., Buerki-Thurnherr T. (2015). Studying translocation and effects of silver nanoparticles at the placental barrier. Clustertreffen NanoCare, 19. -20. Mai 2015, Frankfurt am Main, Deutschland. [Poster]
  • Grün A.L., Ruf T., Meier F., Boariu A., Schmidt M., Emmerling C. (2015). Percolation behaviour of silver nanomaterials in soils. Clustertreffen NanoCare, 19.-20. Mai 2015, Frankfurt am Main, Deutschland. [Poster]
  • NanoUmwelt Konsortium (2015). NanoUmwelt: RISK ANALYSIS OF ENGINEERED NANOMATERIALS IN THE ENVIRONMENT. Clustertreffen NanoCare, 19. -20. Mai 2015, Frankfurt am Main, Deutschland. [Poster]

2016

  • Projekt NanoUmwelt - »Nano«-Kleinstmengen in Umweltproben nachweisen. Pressemeldung Fraunhofer Forschung (www.ibmt.fraunhofer.de, 28.04.2016)
  • Nanomaterialien auf der Spur - Forscher ebnen neue Wege zur realistischen Risikobewertung von Nanomaterialien in der Umwelt, Pressemeldung des NanoUmwelt Konsortium, 18.08.2015 (PDF, 300 KB)
  • Präsentation : "Die Rheingütestation Worms - Aufgaben und Arbeitsweise", Dr. Peter Diehl, Rheingütestation Worms im Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht Rheinland-Pfalz. (PDF; 2.3 MB)
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