Wie gefährlich sind Nanopartikel?

DÜSSELDORF. Kohlenstoff-Nanopartikel sind ja ein vielversprechendes Werkzeug für biomedizinische Anwendungen, etwa für den gezielten Wirkstofftransport in Zellen. Ein interdisziplinäres Forscherteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat nun untersucht, ob diese Partikel für den Organismus potenziell gefährlich sind und wie Zellen sich der Teilchen wieder zu entledigen versuchen (Sci Rep 2019; online 19. August).

Unter Nanopartikeln versteht man Teilchen, die kleiner als fünf Nanometer sind und damit die Größe von Makromolekülen haben, erinnert die HHU in ihrer Mitteilung. So kleine Teilchen werden sehr gut in Körperzellen aufgenommen und können damit gute Vehikel sein, um an sie geheftete Wirkstoffe gezielt in kranke Zellen zu transportieren. Doch sie können auch gesundheitliche Risiken bergen, die zum Beispiel im Kontext mit Feinstaub diskutiert werden.

Kohlenstoff-Nanopartikel werden in den Lysosomen eingekapselt

HHU-Forscher haben nun untersucht, was passiert, wenn Körperzellen solche Nanopartikel aufnehmen. Die Forscher nutzten Nanopartikel aus Graphen; dies ist eine spezielle Form des Kohlenstoffs, der aus zweidimensionalen Lagen von Kohlenstoff-Sechseckringen besteht. Diese brachten sie in Stammzellen des blutbildenden Systems ein, die CD34+-Stammzellen. Diese Zellen sind ja aufgrund ihrer lebenslangen Teilungsfähigkeit besonders empfänglich für schädigende Umwelteinflüsse. Man geht davon aus, dass bei diesen Zellen eine Schädigung durch Nanopartikel – wenn überhaupt – stärker ausfällt als bei den robusteren anderen Zelltypen.

Das Team konnte zeigen, dass die Kohlenstoff-Nanopartikel in die Zellen gelangen und dort in den Lysosomen eingekapselt werden. Die Lysosomen dienen im Körper bekanntlich als eine Art Entsorgungseinheit, in denen Fremdkörper angesammelt und normalerweise dann von Enzymen abgebaut werden. Einen solchen Abbauprozess beobachteten die Forscher allerdings über die Dauer der Experimente – einige Tage – nicht.

Langzeitaussagen sind aufgrund der Experimente nicht möglich

Beim Vergleich der aktiven Gene von Stammzellen mit und ohne Beigabe von Nanopartikeln ergab sich, dass lediglich eine von insgesamt 20.800 aufgezeichneten Genexpressionen verändert war; bei 1171 weiteren Genexpressionen konnten darüber hinaus leichte Effekte festgestellt werden.

„Die Einkapslung der Nanopartikel in den Lysosomen sorgt dafür, dass diese Teilchen zumindest für einige Tage – solange unsere Untersuchungen dauerten – sicher verwahrt sind und die Zelle nicht schädigen können. Damit ist die Lebensfähigkeit der Zelle ohne wesentliche Änderung der Genexpression erhalten“, wird Professor Thomas Heinzel vom Institut für Experimentelle Festkörperphysik der HHU in der Mitteilung zitiert. Diese Erkenntnis sei wichtig, wenn man Nanopartikel als Fähren für Medikamente in die Zelle nutzen will.

Langzeitaussagen, die etwa eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für eine Entartung der Zellen in Richtung Krebsentstehungen feststellen können, seien allerdings in dem hier gewählten experimentellen Rahmen nicht möglich. (eb)