Multi-Organ-Plattform zur Risikobewertung von Nanomaterialien

Multimodulare Mikrochip-Plattform zur Vorhersage des Verhaltens von Nanomaterialien im Körper

25.11.2016 - Deutschland

Nanomaterialien sind längst Bestandteil des Alltags unserer modernen Gesellschaft. Neue Einsatzmöglichkeiten bei stetig steigenden Produktionsmengen führen aber auch zu einer vermehrten Exposition von Mensch und Umwelt. Eine Vorhersage des Verhaltens der Nanomaterialien im Organismus sowie eine umfassende Risikobewertung gestalten sich aufgrund fehlender Vorhersagemodelle aktuell als schwierig.

Wie überwinden die nur wenige Millionstel Millimeter kleinen Partikel die Schutzschichten unseres Körpers? Wie verhalten sich die Partikel im Organismus? Werden die Partikel verstoffwechselt und sind sie gefährlich? Um diese Fragen besser beantworten zu können, entwickeln elf Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft in dem EU-Projekt »HISENTS: High level integrated Sensor for Nanotoxicity Screening« neue innovative Methoden, um das Verhalten der Nanopartikel im Körper detailliert zu erfassen und die hieraus resultierenden Risiken für den Menschen besser prognostizieren und sicher bewerten zu können.

Aufgrund ihrer geringen Größe und der dadurch veränderten physikalischen und chemischen Eigenschaften haben Nanopartikel besondere Funktionalitäten und werden heutzutage in eine Vielzahl an Alltagsprodukten integriert. Nanopartikel sind in Kosmetika, Textilien, Reinigungsmitteln, Sprays, Verpackungen sowie Lebens- und Nahrungsergänzungsmitteln enthalten und gelangen täglich in unseren Körper. Auch die Anwendung von nanoskaligen Partikeln im Pharma- und Medizinsektor ist keine Seltenheit mehr. Therapeutika (wie z. B. Chemo- oder Lichttherapiemedikamente) und Diagnostika (wie z. B. Kontrastmittel) sowie Implantatbeschichtungen basieren häufig auf Nanomaterialien.

Angesichts der zahlreichen Wissenslücken und fehlenden Modellsysteme kann man bislang nur unzureichende Vorhersagen zu Absorption, Verteilung, Metabolismus und Exkretion (Abkürzung ADME für englisch: absorption, distribution, metabolism and excretion) von synthetischen Nanomaterialien im menschlichen Organismus treffen. In der pharmazeutischen Forschung und Medikamentenentwicklung wird das PBPK-Modell (Abkürzung für englisch: physiologically based pharmacokinetic model) als etablierter Ansatz gewählt, um das kinetische Profil von Wirkstoffen mit Blick auf Dosis, Route und Spezies mathematisch vorherzusagen. Hierbei werden die Konzentration im Gewebe und toxikologische sowie pharmakologische Effekte einbezogen. »Bisher existieren nur erste Ansätze eines solchen Modells für Nanomaterialien«, so Dr. Yvonne Kohl, Leiterin der Arbeitsgruppe Nanotoxikologie am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT.

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