Computer sagen Toxizität von Nanopartikeln voraus
Die Nanotechnologie ist weltweit eine der wachstumsstärksten Technologien. Durch Manipulieren der Materialien auf atomarer Ebene können Nanotechnologen Lebensmittel, Textilien, Oberflächenbeschichtungen, elektronische Bauelemente und viele weitere Werkstoffe mit einzigartigen Eigenschaften erschaffen. Es ist jedoch nicht viel über die Auswirkungen von Nanopartikeln auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt bekannt. Die von der EU finanzierte Initiative MOD-ENP-TOX (Modeling assays platform "MAP" for hazard ranking of engineered nanoparticles (ENPs)) erstellte ein Computerprogramm, das die Toxizität oder das Gefahrenniveau von metallbasierten Nanopartikeln (MeNP) vorhersagt. Diese technisch entwickelten Nanopartikel (Engineered Nanoparticle, ENP), die aus Silizium, Titan, Silber, Zink und deren Oxiden bestehen, zählen zu den am häufigsten in der Industrie verwendeten Nanopartikeln. MOD-ENP-TOX baute zuerst eine Datenbank der bereits veröffentlichten experimentellen Daten zu den anerkannten technisch entwickelten Nanopartikel aus Siliziumdioxid und Zinkoxid auf. Anhand der Untersuchung von deren Wechselwirkung mit biologischen Systemen stuften die Forscher die potenzielle Toxizität der ENPs auf Grundlage ihrer strukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften ein. Nach der Entwicklung von Algorithmen, die MeNPs mit ähnlichen Toxizitätsmuster ermittelten, erstellten sie im Folgenden computergestützte Simulationswerkzeuge, um die Giftigkeit eines breiten Spektrums von MeNPs zu modellieren. Die Forscher entwickelten außerdem Modelle, die vorhersagen, welche zellulären Prozesse von toxischen MeNPs beeinträchtigt werden. Dazu zählten ihre Auswirkungen auf Mitochondrien und deren Potenzial zur Schädigung der DNA oder andere Störungen in genetischen Prozessen. Unter Einsatz des Mitochondrienmodells erprobten die Forscher ihre Toxizitätvorhersageinstrumente anhand von verifizierten experimentellen Daten. Im Folgenden entwickelten sie ihre Modelle weiter, um den Effekt zu prognostizieren, den verschieden große MeNPs im Laufe der Zeit auf zelluläre Prozesse haben. Diese Entwicklung wird es den Forschern gestatten, abzuschätzen, wann und wo sich MeNPs in Zielgeweben ansammeln. Mit der Beschleunigung wie auch Vereinfachung der Vorhersage der Risiken von technisch entwickelten Nanopartikeln stellen die MOD-ENP-TOX-Modellierungsinstrumente einen wichtigen Schritt in Richtung der Gestaltung einer neuen Generation sicherer Nanomaterialien dar. Obgleich die Untergruppe der metallbasierten Nanopartikel zur Entwicklung der Modelle herangezogen wurde, können diese ohne Weiteres auf andere ENPs abgestimmt werden. Noch wichtiger ist, dass die Vorhersage von toxikologischen Wirkungen auf Grundlage der Nanomaterialstruktur die Abhängigkeit von Tierversuche verringern wird.
Schlüsselbegriffe
Nanopartikeltoxizität, Nanomaterialien, MOD-ENP-TOX, technisch entwickelte Nanopartikel, zelluläre Prozesse
