Zusammenfassung
Die Nanotechnologie gilt als eine wichtige Zukunftstechnologie. Sie wird in vielen Bereichen und Produkten des täglichen Lebens gezielt eingesetzt, ohne dass dies für den Verbraucher ersichtlich ist. Eine Kennzeichnungspflicht für Nanoprodukte gibt es aktuell noch nicht. Die toxikologischen und ökotoxikologischen Risiken können dabei aktuell noch nicht ausreichend bewertet werden. Neben der Exposition „beabsichtigt hergestellter” Nanopartikel ist der Mensch „unbeabsichtigt produzierten” Nanoobjekten ausgesetzt. Es existieren nur wenige Untersuchungen zu Auswirkungen der Exposition von Nanopartikeln auf die Schleimhäute von Mundhöhle, Nasenhaupt- und Nasennebenhöhlen. Dabei passieren Nanopartikel den oberen Aerodigestivtrakt bevor sie die Lunge oder den Magen-, Darmtrakt erreichen. Die Auswirkungen dieser Passage und des damit verbundenen Schleimhautkontaktes ist abhängig von der Größe, der Konzentration und der Art des Partikels. Hinweise für die Auslösung entzündlicher Erkrankungen und Allergien konnten in vitro für einige nanopartikuläre Stoffe an humanen nasalen Schleimhautzellen gefunden werden. Weitere Erkenntnisse existieren aus Tierversuchen und Untersuchungen z. B. an humanen Mesotheliom-Zelllinien, bei denen zytotoxische und gentoxische Wirkungen von nanoskaligen Objekten (Carbon-Nanotubes) gezeigt werden konnten. Da Nanomaterialien keine homogene Gruppe darstellen, sondern es sich um physikalisch, chemisch und strukturell sehr unterschiedliche Stoffe handelt, müssen Risikobeurteilungen immer fallbezogen erfolgen. Der Artikel gibt eine Übersicht über Anwendung, Exposition und Risiken von nanopartikulären Objekten.
Abstract
Nanotechnology is an “emerging industry” and becomes more widely used. As a result human exposure to nanoparticles is inevitable. Exposure to nanoparticles can affect the upper aerodigestive tract, before particles reach lung, stomach and intestine. The effects of this passage depend on particle size, particle concentration, the kind of the particle and the duration of contact. Only few in-vitro -investigations about effects of the exposition of nanoparticles on the mucous cells of oral cavity, nose and nasal sinuses exist. In-vitro -analysis with cells of nasal mucous membrane exposed to nanoparticles showed a release of mediators involved in inflammation and allergy development. Cytotoxic and genotoxic effects could be found for several nanoparticles (e.g. carbon nanotubes) in vitro. Due to different size, structure, chemical and physical properties nanoparticles can not be summarized in a homogenous group; quite the contrary risk evaluation of nanoparticles must be carried out case-related. Today toxicological risks can not be evaluated sufficiently. Biological interactions and tissue permeability of manufactured nanoparticles is a major issue for further investigations. In this report the use and health effects of nanoparticles are overviewed.
Schlüsselwörter
Nanopartikel - oberer Aerodigestivtrakt - Toxikologie - Gesundheitsrisiko
Key words
nanoparticle - upper aerodigestive tract - toxicology - health risks
Literatur
1
Auger F, Gendron MC, Chamot C, Marano F, Dazy AC.
Responses of well-differentiated nasal epithelial cells exposed to particles. role of the epithelium in airway inflammation.
Toxicol Appl Pharmacol.
2006;
215
285-294
2
Borm PJA, Robbins D, Haubold S, Kuhlbusch T, Fissan H, Donaldson K, Schins R, Stone V, Kreyling W, Lademann J, Krutmann J, Warheit D, Oberdörster E.
The potential risks of nanomaterials: a review carried out for ECETOC.
Part Fibre Toxicol.
2006;
3
1-35
3
Brunner TJ, Wick P, Manser P, Spohn P, Grass RN, Limbach LK, Bruinink A, Stark WJ.
In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility.
Environ Sci Technol.
2006;
40
4374-4381
4
Bundesamt für Umwelt (BAFU)
.
Bundesamt für Gesundheit (BAG) der Schweiz Hrsg. Synthetische Nanomaterialien: Risikobeurteilung und Risikomanagement.
2007;
http://www.umwelt-schweiz.ch
5
Campbell A, Oldham M, Becaria A, Bondy SC, Meacher D, Sioutas C, Misra C, Mendez LB, Kleinman M.
Particulate matter in polluted air may increase biomarkers of inflammation in mouse brain.
Neurotoxicology.
2005;
26
133-140
6
Diaz-Sanchez D, Dotson AR, Takenaka H, Saxon A.
Diesel exhaust particles induce local IgE production in vivo and alter the pattern of IgE messenger RNA isoforms.
J Clin Invest.
1994;
94
1417-1425
7
Diaz-Sanchez D, Jyrala M, Ng D, Nel A, Saxon A.
In vivo nasal challenge with diesel exhaust particles enhances expression of the CC chemokines rantes, MIP1-alpha, and MCP-3 in humans.
Clin Immunol.
2000;
97
140-145
8
Donaldson K, Tran L, Jimenez L, Duffin R, Newby DE, Mills N, MacNee W, Stone V.
Combustion-derived nanoparticles: A review of their toxicology following inhalation exposure.
Part Fibre Toxicol.
2005;
2
10
9
Groß J.
Luftverschmutzung durch Partikel.
Umwelt-Medizin-Gesellschaft.
2003;
16
241-244
10
Hunt A, Abraham JL, Judson B, Berry CL.
Toxicologic and epidemiologic clues from the characterization of the 1952 London smog fine particulate matter in archival autopsy lung tissues.
Environ Health Perspect.
2003;
111
1209-1214
11
Johnston CJ, Finkelstein JN, Mercer P, Corson N, Gelein R, Oberdörster G.
Pulmonary effects induced by ultrafine PTFE particles.
Toxicol Appl Pharmacol.
2000;
168
208-215
12
Krämer U, Ranft U, Seitner-Sorge G, Behrendt H, Ring J.
Einfluss von Luftverunreinigungen auf die Atemwegsgesundheit von Kindern.
Umwelt-Medizin-Gesellschaft.
2003;
16
245-249
13
Lindberg HK, Falck GC, Suhonen S, Vippola M, Vanhala E, Catalán J, Savolainen K, Norppa H.
Genotoxicity of nanomaterials: DNA damage and micronuclei induced by carbon nanotubes and graphite nanofibres in human bronchial epithelial cells in vitro.
Toxicol Lett..
2008;
, [Epub ahead of print]
14
Nemmar A, Hoylaerts MF, Hoet PH, Nemery B.
Possible mechanisms of the cardiovascular effects of inhaled particles: systemic translocation and prothrombotic effects.
Toxicol Lett.
2004;
149
243-253
15
Nemmar A, Vanbilloen H, Hoylaerts MF, Hoet PH, Verbruggen A, Nemery B.
Passage of intratracheally instilled ultrafine particles from the lung into the systemic circulation in hamster.
Am J Respir Crit Care Med.
2001;
164
1665-1668
16
Nemmar A, Delaunois A, Nemery B, Dessy-Doizé C, Beckers JF, Sulon J, Gustin P.
Inflammatory effect of intratracheal instillation of ultrafine particles in the rabbit: role of C-fibers and mast cells.
Toxicol Appl Phramacol.
1999;
160
250-261
17
Nemmar A.
Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans.
Circulation.
2002;
105
411-414
18
Oberdörster G.
Biokinetik von Nanopartikeln: Grund zur Besorgnis?.
http://dialog-nanopartikel.de/05%20oberdoerster.pdf
19
Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J.
Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles.
Environmental Health Perspectives.
2005;
7
823-839
20
Oberdörster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Kreyling W, Cox C.
Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain.
Inhal Toxicol.
2004;
16
437-445
21
Peters A, Dockery DW, Muller JE, Mittleman MA.
Increased particulate air pollution and the triggering of myocardial infarction.
Circulation.
2001;
103
2810-2815
22
Peters A, Wichmann HE, Tuch T, Heinrich J, Heyder J.
Respiratory effects are associated with the number of ultrafine particles.
Am J Respir Crit Care Med.
1997;
155
1376-1383
23 Pope CA III, Dockery DW. Epidemiology of particle effects. In: Air pollution and health. Holgate ST, Samet JM, Koren HS, Maynard RL, Hrsg. San Diego, Academic Press 1999: 673-705
24 Pott F, Roller M. Untersuchung zur Kanzerogenität granulärer Stäube an Ratten . 2003 http://www.baua.de/fors/f1843htm
25
Salvi S, Blomberg A, Rudell B, Kelly F, Sandstrom T, Holgate ST, Frew A.
Acute inflammatory responses in the airways and peripheral blood after short-term exposure to diesel exhaust in healthy human volunteers.
Am J Respir Crit Care Med.
1999;
159
702-709
26
Samet JM, Dominici F, Cuuriero FC, Coursac I, Zeger SL.
Fine particulate air pollution and mortality in 20 US cities.
N Eng J Med.
2000;
343
1742-1749
27
Suwa T, Hogg JC, Quinlan KB, Ohgami A, Vincent R, Eeden SF van.
Particulate air pollution indices progression of atherosclerosis.
J M Coll Cardiol.
2002;
39
935-942
28
Klot S von, Wolke G, Tuch T, Heinrich J, Dockery DW, Schwartz J, Kreyling WG, Wichmann HE, Peters A.
Increased asthma medication use in association with ambient fine und ultrafine particles.
Eur Respir J.
2002;
20
691-702
29
Wang J, Liu Y, Jiao F, Lao F, Li W, Gu Y, Li Y, Ge C, Zhou G, Li B, Zhao Y, Chai Z, Chen C.
Time-dependent translocation and potential impairment on central nervous system by intranasally instilled TiO(2) nanoparticles.
Toxicology.
2008;
254
82-90
30
Wichmann G, Franck U, Herbarth O, Rehwagen M, Dietz A, Massolo L, Ronco L, Müller A.
Different immunomodulatory effects associated with sub-micrometer particles in ambient air from rural, urban and industrial areas.
Toxicology.
2008;
, doi:10.1016/j.tox.2008.12.024
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