Die meisten in vitro Studien zeigen eine relativ hohe Toxizität von Zinkoxid (ZnO) -Nanopartikel für Zellen von verschiedenen Geweben als auch von unterschiedlichen Organismen.

 

Dabei zeigen ZnO-Partikel eine sehr steile Dosis-Wirkungs-Kurve, d.h. die toxische Wirkung steigt ab einer gewissen Konzentration sehr rasch an. Für die meisten Zelltypen liegt dieser Wert im Bereich von 10-20 µg/ml.

Im Projekt NanoCare durchgeführte Studien mit elf verschiedenen Zelllinien unterschiedlicher Herkunft zeigten, dass die Zelllinien unterschiedlich sensibel auf ZnO-Partikel reagieren. Auch hier wurde bei einigen Zelllinien eine relativ hohe Toxizität schon bei geringen Konzentrationen festgestellt (LOEL ab 5 µg/cm2 oder ca. 16 µg/ml). Die Schwellenwerte für in vitro Tests auf Apoptose lagen bei einigen Zellen bei 7,5-10 µg/cm2[1].

 

Ergänzend zu einfachen Kultursystemen mit nur einer Zelllinie wurden im Projekt NanoCare auch komplexe Kokultursysteme verwendet. Mit Hilfe solcher Systeme kann die in vivo Situation im Körper besser dargestellt werden, weil das Zusammenspiel der Zellen simuliert wird. ZnO-Partikel verursachten in diesen Systemen die verstärkte Bildung von Entzündungsmarkern [1].

 

Der Mechanismus, der für die hohe Toxizität von ZnO-Partikeln verantwortlich ist, ist noch nicht vollständig geklärt. Es scheint aber, dass freigesetzte Zink-Ionen und reaktive Sauerstoffradikale eine wichtige Rolle spielen [2,3]. Auch der Einfluss der Form und der Größe der ZnO-Partikel auf die toxische Wirkung ist noch unklar. Mehrere Arbeiten konnten jedoch keine größenabhängigen Effekte nachweisen [3,4,5,6]. Durch die Beschichtung von ZnO-Nanopartikeln mit Gold oder Aluminium konnte deren Toxizität stark gesenkt werden [7,8,9]. Es wurde darum postuliert, dass wohl eher die elektronischen Eigenschaften oder die Löslichkeit als die Größe der Partikel wichtig für ihre zellulären Effekte sind.

 

Die Möglichkeit, die Toxizität von ZnO-Nanopartikel durch gezielte Modifikationen zu verändern, macht diese Nanoteilchen auch für medizinische Anwendungen interessant [10]. Außerdem scheinen ZnO-Partikel vor allem für Krebszellen (also auch für viele in Zellkultursystemen verwendete Zelllinien) nicht aber für normale Zellen sehr toxisch zu sein [11,12]. ZnO-Nanopartikel werden daher zur potentiellen Krebsbekämpfung oder als Vehikel für die Verabreichung von Medikamenten erforscht.

 

Literatur arrow down

  1. NanoCare 2009, Final Scientific Report, ISBN 978-3-89746-108-6. (PDF-Dokument, 19 MB).
  2. Xia, T et al. (2008), ACS Nano, 2(10): 2121-2134.
  3. Song, W et al. (2010), Toxicol Lett, 199(3): 389-397.
  4. Lin, WS et al. (2009), J Nanopart Res, 11(1): 25-39.
  5. Deng, X et al. (2009), Nanotechnology, 20(11): 115101.
  6. Yuan, JH et al. (2010), Colloids Surf B Biointerfaces, 76(1): 145-150.
  7. Xu, M et al. (2010), Biomaterials, 31(31): 8022-8031.
  8. George, S et al. (2009), ACS Nano, 4(1): 15-29.
  9. Yin, H et al. (2010), Langmuir, 26(19): 15399-15408.
  10. Rasmussen, JW et al. (2010), Expert Opin Drug Deliv, 7(9): 1063-1077.
  11. Hanley, C et al. (2008), Nanotechnology, 19(29): 295103.
  12. Wang, H et al. (2009), J Mater Sci Mater Med, 20(1): 11-22.

 

 

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