Sicherheit und Toxizität

Screening System

Screening-System von Nanopartikeln

Der Anwendungsbereich der Nanotechnologie hat sich in den letzten Jahren deutlich vergrößert, wobei das Gefährdungspotential für Mensch und Umwelt derzeit nicht hinreichend geklärt wurde und einheitliche Richtlinien für das Testverfahren fehlen. Da sich beim Umgang mit Nanomaterialien Nanopartikel von den Oberflächen lösen können, sind Aufnahme- und Transportvorgänge sowie die Wirkung der Nanopartikel auf zellulärer Ebene im menschlichen Organismus zu analysieren.

Die in-vitro-Kultur von Säugerzellen stellt ein geeignetes Testsystem zur Toxizitätstestung dar, da es mit relativ wenig Aufwand durchführbar, schnell und kostengünstig ist. Toxizitätstests in Zellkulturen können als Basisprüfung eingesetzt werden und erste Anhaltspunkte zur Toxizität diverser Nanopartikel liefern, jeweils sowohl einzeln oder als Gemisch. Im Hinblick auf die Möglichkeit der Aufnahme von Nanopartikeln über die Haut und die Lunge werden ihre zytotoxischen Wirkungen auf relevante Tumor-Zelllinien sowie auch auf unterschiedliche Säugerzellen inklusive humane Stammzellen untersucht.

Um möglichst viele Wirkungsparameter erfassen zu können, werden verschiedene zelluläre Screening Assays iterativ genutzt. Über die Messung der Zellproliferation, Genexpression, Proteinbiosynthese oder DNA-Synthese können toxische Effekte der Nanopartikel aufgezeigt werden.

In der Arbeitsgruppe Sicherheit und Toxizität wird ein zellbasiertes Screening-System für die neu entwickelten Materialien aufgebaut und validiert, das eine Materialtestung unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen ermöglicht. Um nicht alle Materialien mit allen Methoden zu untersuchen, ist das Screening-System hierarisch aufgebaut, dessen einzelne Stufen nacheinander durchlaufen werden und das in Pre-, Fine- und Komplex-Screening untergliedert ist. Zur Etablierung des geeigneten zellbasierten Screening-Systems sind sorgfältige Analysen und Optimierungsschritte erforderlich.

Entscheidend für die Durchführung des erfolgreichen Screenings ist, dass die Nanopartikel in einer physiologischen Suspension stabil vorliegen. Zunächst erfolgt das Pre-Screening, welches mit allen Materialien durchgeführt wird. Es wird über die metabolische Aktivität die Viabilität von Nanopartikel behandelten Zellen mittels des MTT- oder des WST 1-Tests ermittelt. Zudem werden morphologische Veränderungen der behandelten Zellen mikroskopisch detektiert. Liegt ein signifikanter Unterschied im Vergleich zu nichtbehandelten Zellen vor, werden diese Materialien nicht weiter untersucht und aussortiert. Mit den verbleibenden Substanzen werden ergänzende Analysen durchgeführt. In den nachfolgenden Schritten wird ein Fine-Screening mit Genexpressions-Analysen sowie ein Komplexes Screening mit humanen Stammzellen und Zellsystemen, wie z.B. der Simulation einer Blut-Hirn-Schranke, durchgeführt, die detailliertere Informationen bezüglich der etwaigen Toxizität der Nanopartikel liefern.

Nanopartikel, die das Screening-System ohne signifikante Auffälligkeiten durchlaufen, können in die Anwendung gelangen.


Ansprechpartner: Prof. Dr. Thomas Scheper
Leibniz Universität Hannover - Institut für Technische Chemie (TCI)