Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) können über verschiedene Mechanismen von Zellen aufgenommen werden. Mit Ausnahme der extrem langen und steifen Kohlenstoff-Nanoröhrchen scheinen die aufgenommenen CNTs aber keine signifikanten Veränderungen in den Zellen zu bewirken.

 

Paradigma der frustrierten Phagozytose für Asbest-Fasern und Kohlenstoff-Nanoröhrchen.Paradigma der frustrierten Phagozytose für Asbest-Fasern und Kohlenstoff-Nanoröhrchen.Ohne Stabilisierung mit Hilfsstoffen verklumpen Nanomaterialien bzw. Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) sehr schnell. Da diese Verklumpungen (Agglomerate) größer als eine ganze Zelle sein können, ist es unter solchen Bedingungen eher unwahrscheinlich, dass die Zellen Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufnehmen oder sie "ersticken" daran (frustrierte Phagozytose).

Kleinere Agglomerate werden durch die Zellen via Pinozytose aufgenommen und können mittels Elektronenmikroskopie in Zelleinschlüssen (sogenannten Vesikeln) nachgewiesen werden. Die Vesikel-Membran schützt die restlichen Zellkomponenten vor den Kohlenstoff-Nanoröhrchen, d.h. diese befinden sich zwar in der Zelle, dort aber immer noch abgekapselt Eine Studie zeigt aber, dass durchaus die Möglichkeit besteht, dass CNTs aus solchen Einkapselungen entweichen können und in das Zytoplasma, also das flüssige Innere der Zelle gelangen können [1-4].

 

Für medizinische und biotechnologische Anwendungen sind modifizierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen von großem Interesse, da sie dank der veränderten Oberflächeneigenschaften normalerweise nicht überwindbare biologischen Barrieren jetzt durchdringen können. Im Vergleich zu nicht-modifizierten CNTs liegen die modifizierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer wässrigen Umgebung als einzelne Röhrchen vor und verklumpen nicht [5]. Aufgrund ihrer Form und Größe könnten diese CNTs jetzt einen bislang noch nicht bekannten alternativen Eintrittsweg in die Zellen benutzen, der Vesikel-unabhängig ist. Neueren Studien haben belegt dass in der Lunge spezielle Surfactant Bestandteile (Proteine und Lipide) eine solche „biologische Funktionalisierung" von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen bewirken. Die Zytotoxizität der mehrwandigen CNTs wird davon aber nicht beeinflusst [6-8].

 

Auf welchem Weg die Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Zellen wieder verlassen oder ob sie in den Zellen akkumuliert werden, ist bis heute nicht geklärt.

 

 

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  1. Monteiro-Riviere, NA et al. (2005), Toxicol Lett, 155(3): 377-384.
  2. Porter, AE et al. (2009), ACS Nano, 3(6): 1485-1492.
  3. Conner, SD et al. (2003), Nature, 422(6927): 37-44.
  4. Mu, Q et al. (2009), Nano Lett, 9(12): 4370-4375.
  5. Kostarelos, K et al. (2007), Nat Nanotechnol, 2(2): 108-113.
  6. Gasser, M et al. (2010), J Nanobiotechnology, 8 31.
  7. Gasser, M et al. (2012), Part Fibre Toxicol, 9 17.
  8. Schleh, C et al. (2013), Part Fibre Toxicol, 10 6.

 

 

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