Wie Nanomaterialien für die effektive Gefahren- und Risikobewertung kategorisiert werden können
Nanotechnologien und technisch hergestellte Nanomaterialien gelten weitläufig als revolutionär und bieten verschiedene Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Medizin, Verkehr, Energie, Lebensmittelsicherheit, Sicherheit, IKT und Umweltwissenschaft. Dank erweiterter Eigenschaften wie einer größeren Festigkeit, einem geringeren Gewicht, einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit und chemischen Reaktivität werden technisch hergestellte Nanomaterialien immer öfter in einer Vielzahl von Produkten verwendet, darunter Mobiltelefone, Computerchips, Batterien, Kosmetika, Farben und Sportbekleidung. Ungeachtet ihrer Vorteile stellen technisch hergestellte Nanomaterialien auch neue Herausforderungen hinsichtlich der Gesundheit und Umweltsicherheit dar. Organismen könnten Nanomaterialien (NM) über die Lunge ausgesetzt sein, sodass deren Risikobewertung entscheidend ist. In der sich rasant verändernden MNM-Landschaft müssen die regulatorischen Systeme robust genug sein, um vielfältige Materialien über längere Zeit handhaben zu können – hierbei könnten sich Safe-by-Design-Prinzipien (SbD) als hilfreich erweisen. Das EU-finanzierte Projekt NanoREG II (Development and implementation of Grouping and Safe-by-Design approaches within regulatory frameworks) hat große Fortschritte dabei erzielt, dieses Thema anzugehen und Prinzipien erstellt, um die Modifikation bestehender Vorschriften zur Nanosicherheit zu unterstützen. Durch Gruppierungs- und Prüfstrategien, welche das SbD-Konzept beinhalten, wurde ein effizienterer Risikobewertungsprozess entwickelt, der auf drei Säulen basiert: sichere Bauweise, sichere Produktion und sichere Verwendung. „Es ist geradezu unmöglich, die theoretisch unbegrenzte Anzahl an Nanomaterial-Varianten im Hinblick auf alle relevanten toxikologischen Endpunkte zu prüfen. Daher ist die Entwicklung von Nanomaterial-Gruppierungsansätzen für eine effizientere Bewertung unabdingbar“, bemerkte ein Team von Wissenschaftlern, das unter anderem auch aus Forschenden vom Projektpartner Bundesinstitut für Risikobewertung bestand und vor Kurzem eine Studie in der Fachzeitschrift „Particle and Fibre Toxicology“ veröffentlichte.
Gruppierung von Nanomaterialien
In demselben Fachartikel argumentierten die Forschenden, dass die Gruppierung von Nanomaterialien schwieriger ist als die Gruppierung herkömmlicher chemischer Stoffe. „Eine chemische Kategorie besteht aus einer Gruppe chemischer Stoffe, deren physikochemische und (öko-)toxikologische und/oder Eigenschaften hinsichtlich des Verhaltens in der Umwelt wahrscheinlich ähnlich sind oder einem regelmäßigen Muster infolge einer strukturellen Ähnlichkeit folgen“, sagt das Team. „Die Gruppierung von Nanomaterialien ist weitaus herausfordernder, da die Demonstration einer strukturellen Ähnlichkeit beispielsweise mehr Parameter erfordert. Außerdem verändern sich mehrere physikochemische Nanomaterial-Eigenschaften während des Lebenszyklus aufgrund von Agglomeration, Auflösung, Alterungsprozessen oder Wechselwirkungen mit Biomolekülen.“ Laut den Forschenden „sollten wissenschaftlich fundierte Nanomaterial-Gruppierungsansätze den Wirkmechanismus [MoA] von Nanomaterialien berücksichtigen“, sofern integrierte Multi-Omik-Ansätze vorteilhaft sein könnten. Im Rahmen der Studie haben die Forschenden unter Verwendung eines Multi-Omik-Ansatzes Nanomaterialien mit ähnlichen Wirkmechanismen ermittelt. Der Begriff Omik bezieht sich auf die Technologien zur Messung bestimmter Charakteristika einer großen Familie zellulärer Moleküle wie Gene, Proteine oder kleine Metaboliten. „Die Proteomik ist die Methode der Wahl für die Analyse auf Proteinebene“, heißt es in der Studie. „Die Metabolomik ist die Omik-Methode, die dem Phänotypen eines biologischen Systems am nächsten ist. Dessen ungeachtet ist die Verwendung der Metabolomik in der Nanotoxikologie relativ selten“, heißt es weiter. „Während eine Omik-Methode alleine einen einzelnen Abschnitt zum Zustand von Zelle oder Gewebe vermittelt, führt eine Kombination dieser Techniken zu einer globaleren Übersicht über die zellulären Reaktionen. Daher resultiert die Integration von Ergebnissen über mehrere zelluläre Reaktionsebenen durch verschiedene Omik-Ansätze zu einer höheren Zuverlässigkeit und ermöglicht die Enthüllung von Nanomaterial-Wirkmechanismen, um Toxizitätswege zu etablieren und wichtige Ereignisse zu identifizieren.“ Die Multi-Omik-Studie beinhaltet zwölf industriell relevante Nanomaterialien, einschließlich Silizium und Titandioxid. Das Team verwendete zudem das Zellmodell einer Ratte, „um das Ergebnis dieser Studie mit verfügbaren von Ratten gewonnenen In-vivo-Daten zu vergleichen.“ Das Projekt NanoREG II endete im Februar 2019. Weitere Informationen: NanoREG II Projektwebsite
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