In-vitro-Wirkung von Nanopartikeln auf Typ II-Zellen der Lunge

Hintergrund: In jüngerer Zeit hat die wirtschaftliche Bedeutung von Metalloxid-Nanopartikel (NP) stark zugenommen. Aufgrund ihrer geringen Größe (<100nm) und ihres großen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sind Nanopartikel möglicherweise biologisch reaktiver als größere Partikel mit gleicher chemischer Zusammensetzung. Außerdem können Nanopartikel über die Luft verbreitet werden und sich effektiv im Atemtrakt verteilen.

Zielstellung: Mit dieser Arbeit wurde untersucht, ob Zinkoxid-NP (ZnO) bzw. Anatas-NP (TiO2) in vitro eine zytotoxische Wirkung auf alveolare TypII Rattenepithelzellen (ATII) zeigen.

Methoden: Die Experimente wurden mit ATII-Zellen durchgeführt, welche aus Sprague Dawley Ratten isoliert wurden. Die Zellkulturen wurden in Medium mit und ohne Serum und mit verschiedenen Konzentrationen von Nanopartikeln (3–100µg/ml) bis zu 48h inkubiert. Zur Bestimmung der Zytotoxizität der Nanopartikel wurde die LDH-Aktivität im Kulturüberstand ermittelt. Zusätzlich wurde mithilfe des Annexin V-FITC Apoptosis Detection Kit am Flow Cytometer der Anteil von nekrotischen und apoptotischen Zellen in der Kultur ermittelt.

Resultate: In den Versuchen wirkten beide Nanopartikel zellschädigend. Bei Inkubation in serumfreiem Medium mit Zinkoxid-NP waren abhängig von der Konzentration der Partikeln nach spätestens 48h über 90% der Zellen abgestorben. Anatas-NP wirkten weniger stark zellschädigend. Allerdings waren nach 48h Inkubation mit Anatas-NP (30µg/ml) immerhin 30% der Zellen abgestorben. In Medium mit Serum waren die zytotoxischen Effekte beider Nanopartikelarten weniger stark ausgeprägt. In allen Versuchen trat die Nekrose als maßgeblicher Mechanismus des Zelltodes auf.

Schlussfolgerung: Es muss davon ausgegangen werden, dass sowohl Zinkoxid-NP als auch Anatas-NP Risiken für die Gesundheit bergen, weswegen bei ihrer Anwendung Schutzmaßnahmen ratsam sind.