Die Gabe von sehr hohen Dosen an nanoskaligem Titandioxid (TiO2) verursacht Zellschäden. Im Alltag sind jedoch keine so hohen Konzentrationen an TiO2 zu erwarten.

 

Zahlreiche in vitro Studien mit unterschiedlichen Zellen zeigen, dass Zellen je nach Typ und Herkunft verschieden stark auf eine Exposition mit TiO2 reagieren. In Abhängigkeit von der Dosis können TiO2 Nanopartikel die Sekretion von Entzündungsmarkern, die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), Zytotoxizität und Apoptose hervorrufen [z.B.1,2,3].
Es sind jedoch sehr hohe Konzentrationen an nanoskaligem TiO2 (15nm Primärpartikelgröße) notwendig, um die Zellen unwiederbringlich zu schädigen [z.B.4,5,6].

In Studien mit menschlichen Nasenschleimhautzellen bzw. Lymphozyten wurden jedoch keine Zell- bzw. DNA-Schädigungen nachgewiesen, obschon vereinzelt Partikel und vermehrt auch Agglomerate in den Zellen vorhanden waren [7,8].

 

Im Projekt NanoCare diente Titandioxid als sog. Referenzmaterial, d.h. es wurde in allen Versuchen mitgeführt. Untersuchungen mit unterschiedlichen Zelllinien zeigten, dass verschiedene Varianten von TiO2 nur nach Gabe sehr hoher Dosen (50 µg/cm2) die Vitalität der Zellen reduzierte. Diese Dosis liegt nicht nur weit über der Konzentration an natürlich vorhandenem TiO2 , sondern auch über derjenigen, die durch sachgemäßen Gebrauch von industriell hergestelltem TiO2 entsteht. Zudem neigt TiO2 zu starker Verklumpung, was die Konzentration an freien Nanopartikeln stark reduziert [9].

 

Mit Hilfe des sogenannten Vektor-Modells, das einige der elementaren Zellfunktionen abbildet [10], konnte gezeigt werden, dass eine Konzentration von ca. 60 µg Partikeln pro 106 Fresszellen zu einer Schädigung der Zellen führt. Auch die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) wurde erst bei dieser hohen Dosis in den Zellen detektiert [9].

 

Im Rahmen des Projekts NanoCare wurden in vitro Tests auch mittels eines am KIT entwickelten Expositionssystems für Bioassays zur Bestimmung der Toxizität gasgetragener Nanopartikel durchgeführt. Das Aerosol strömt hierbei über die Oberfläche von Zellen und kann durch die deponierten Partikel eine dosisabhängige Reaktion in den Zellen, wie zum Beispiel Entzündung, hervorrufen. Gleichzeitig wird die deponierte Partikeldosis pro Fläche mit einer Schwingquarzmikrowaage aufgezeichnet [11,12].

 

Karlsruher Exposiotionssystem Video. © KIT (ehemals Forschungszentrum Karlsruhe).

 

Humane Lungenzellen wurden für zwei bzw. für vier Stunden mit TiO2 exponiert. Dabei zeigten diese Zellen in allen verwendeten Konzentrationen keine Vitalitätsverluste und es gab keine Anzeichen akuter Zytotoxizität [9].

Im BMBF geförderten Verbundprojekt INOS wurde TiO2 (P25, Evonik/Degussa) ebenfalls als Referenzmaterial eingesetzt. In den in vitro Tests zeigte sich übereinstimmend, dass TiO2 auf die humanen Zelllinien A549, HaCaT, CaCo2 und auch auf Zellen der Regenbogenforelle keine zytotoxische Wirkung zeigte (eingesetzte Konzentrationen bis 50 µg/ml über 3 Stunden und 3 Tage) [13].

 

Literatur arrow down

  1. Val, S et al. (2009), Inhal Toxicol, 21 Suppl 1 115-122.
  2. Liu, S et al. (2010), Toxicology, 267(1-3): 172-177.
  3. Hussain, S et al. (2010), Part Fibre Toxicol, 7 10.
  4. Gerloff, K et al. (2009), Nanotoxicology, 3(4): 355-364.
  5. L'Azou, B et al. (2008), Part Fibre Toxicol, 5 22.
  6. Shukla, RK et al. (2011), Toxicol In Vitro, 25(1): 231-241.
  7. Hackenberg, S et al. (2010), Toxicol Lett, 195(1): 9-14.
  8. Hackenberg, S et al. (2011), Environ Mol Mutagen, 52(4): 264-268.
  9. NanoCare 2009, Final Scientific Report, ISBN 978-3-89746-108-6. (PDF-Dokument, 19 MB).
  10. Bruch, J et al. (2004), Int J Hyg Environ Health, 207(3): 203-216.
  11. Muelhopt, S et al (2007). In vitro Testing of inhalable fly ash at the air liquid interface, p.402-414. Advanced Environmental Monitoring, Kim Y J and Platt U (eds.), Springer Verlag Netherlands. ISBN 9048114632.
  12. KIT-Flyer Karlsruher Expositionssystem für Bioassays (PDF-Dokument)
  13. INOS Forschungsberichte (siehe Veröffentlichungen des Projekts INOS)

 

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