Forschung zum sicheren Umgang mit Nanopartikeln

Viele neue Nanomaterialien werden entwickelt, in größeren Mengen produziert und angewendet. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Exposition am Arbeitsplatz gegenüber Nanopartikeln immer größer und Risikoforschung immer wichtiger.

Europaweit laufen derzeit große Forschungsprojekte zu einigen wichtigen Fragen wie Expositionshöhe, inhalative und dermale Aufnahme, Wirkungsmechanismen und gesundheitliche Auswirkungen und Sicherheit von eingesetzten Schutzmaßnahmen. In Österreich gibt es auch einige Institutionen, die sich mit arbeitsplatzbezogener Forschung beschäftigen.

Arbeitsplatzbezogene Forschung in Österreich

Die AUVA hat in den letzten Jahren mehrere Studien betreffend Ultrafeinstaub und Nanopartikeln durchgeführt oder in Auftrag gegeben:

Ultrafeinstäube und Schießstände

Im Jahr 2004 wurden beruflich exponierte Personen an mehreren Schießständen auf gesundheitliche Effekte nach einer Belastung mit Ultrafeinpartikeln untersucht.
Nach einer Kurzzeitexposition (4 Stunden) mit Ultrafeinstaub (CDNP - combustion derivated nanoparticles) (300.000 bis 800.000 Partikel/cm3, Partikel Durchmesser von 60 - 100nm) zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen Exponierten- und Kontrollgruppe. 24 Stunden nach der Exposition zeigte sich nur ein minimaler, jedoch signifikanter Abfall in der Lungenfunktion (FEV1 (P = 0.010)) bei der exponierten Gruppe.
Zusammenfassend konnte nach diesen hohen Expositionen mit CDNP an fünf Schießständen keine Veränderung der gemessenen lokalen oder systemischen gesundheitlichen Effekte bei gesunden exponierten Probanden nachgewiesen werden. Die Studie wurde in der Zusammenarbeit mit dem Institut für Arbeitsmedizin an der Medizinischen Universität Wien durchgeführt.

Gleichzeitig wurden in vitro toxikologische Auswirkungen auf menschliche Lungenzellen untersucht. In einer mobilen in vitro Expositionseinrichtung wurden Lungenzellen mit der Arbeitsplatzatmosphäre an den untersuchten Schießständen belastet. Es konnte eine Vitalitätsbeeinträchtigung, ein Anstieg von oxidativem Stress sowie eine Erhöhung der proinflammatorischen Zytokine in vitro gefunden werden. Diese Studie wurde in der Zusammenarbeit mit ARC Seibersdorf durchgeführt.

Aufnahme von Nanopartikeln in die Zelle

Im Jahr 2005 wurde im Auftrag der AUVA eine Studie mit Nanopartikeln an einem menschlichen Zellmodell durchgeführt:
Es konnte in vitro gezeigt werden, dass die Nanopartikeln mit einem Durchmesser kleiner 100 nm eine schnelle unspezifische Aufnahme in die Zellen aufweisen, ohne einen aktiven Aufnahmeprozess zu benötigen. Dem gegenüber zeigten die Partikel zwischen 100 und 500 nm Durchmesser eine verzögerte Translokation in die Zelle, wobei aktive Prozesse wie Endozytose und Phagozytose beteiligt waren. Die Partikel über 500 nm Durchmesser zeigten eine sehr langsame Aufnahme in die phagozytierenden Zellen

Literaturstelle: Edetsberger et al.: Detection of nanometer-sized particles in living cells using modern fluorescence fluctuation methods. Biochem Biophys Res Commun. 2005 Jun 24;332(1):109-16. Max F. Perutz Laboratories, Department of Chemistry, Department Medical Biochemistry, University of Vienna, AUVA.

Zellschädigungen durch Carbonanoröhrchen

Im Jahr 2009 führte Seibersdorf Labor GmbH in Auftrag von AUVA eine Studie mit Carbonanoröhrchen (MWCNT = multi-walled carbon nanotubes):
Es wurden MWCNT  in zwei Phasen untersucht. In der ersten Phase wurden Lungenzellen gegenüber Carbonanoröhrchen in einer Modellexposition im Labor in vitro untersucht. Es zeigte sich eine Beeinträchtigung der Zellvitalität, ein Anstieg von oxidativem Stress, Anstieg von DNA-Schädigung, jedoch kein Anstieg der proinflammatorischen Zytokine. In der zweiten Phase wurden Lungenzellen in einem mobilen in vitro System mit der Arbeitsplatzatmosphäre bei einem Carbonanoröhrchen-Hersteller exponiert. Es zeigte sich dabei ein leichter Anstieg des oxidativen Stress beim Umgang mit dem offenem Produkt. Beim Arbeiten neben einem geschlossenen System (Trockenofen) waren keine Effekte an den Zellen nachweisbar. Dies wird dadurch erklärt, dass die Luftkonzentrationen von MWCNT in der Arbeitsplatzatmosphäre um den Faktor 1000 niedriger als im Labormodell waren. Die Exposition am Arbeitsplatz bewegte sich zwischen 2.000 - 7.000 Nanopartikel/m3, die Modellexposition im Labor lag zwischen 500.000 - 8.000.000 Nanopartikel/m3.