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Werner Fr. Dreher

Grenzflächen- und Mikrostrukturanalytik

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Nanotox: Wie toxisch sind Nanopartikel aus der Biomasseverbrennung?

Nachgestellte Verbrennungsprozesse und tierversuchsfreie Zellkulturen erlauben authentische Toxizitätstests.

Projektname: Nanotox
Nanotox
Projektleiter: Werner Dreher, GMA
Geldgeber: BMELV
Projektträger: Fachagentur f. nachwachsende Rohstoffe e.V.
FKZ: 22015507
Laufzeit von: 01.06.2008
Laufzeit bis: 31.12.2009

Bei der Verbrennung nachwachsender Rohstoffe entstehen Nanopartikel. In diesem Projekt wurde untersucht, wie toxisch sie für den Menschen sind. Modellhaft wurde der Verbrennungsprozess nachgestellt, der bei üblicher Benutzung von Kleinfeuerungsanlagen im privaten Haushalt zu erwarten ist. Die toxische Wirkung inhalierter Nanopartikel wurde mit einem Modellsystem untersucht, bei dem die Nanopartikel auf in vitro kultivierte menschliche Lungenzellen geleitet wurden. Untersuchungskriterien waren das Ausmaß der Zellschädigung und das Auslösen von Entzündungsprozessen.

Beschreibung

Die bei der Verbrennung von nachwachsenden Rohstoffen entstehenden Nanopartikel wurden auf ihre Toxizität hin untersucht. Als Modell wurde der Verbrennungsprozess nachgestellt, der durch Benutzung von Kleinfeuerungsanlagen im privaten Haushalt durch den durchschnittlichen Verbraucher erwartet werden kann, also wurden sowohl optimale als auch suboptimale Verbrennungsabläufe simuliert.
Die toxische Wirkung nach Inhalation wurde anhand eines Modellsystems untersucht, in welchem die Nanopartikel auf in vitro kultivierte menschliche A549-Lungenzellen geleitet wurden. Für diese Exposition wurden die Zellen auf semipermeablen Membranen kultiviert, die von unten die Versorgung mit Nährstoffen ermöglichen, während an der Oberseite ein Gasstrom mit den Nanopartikeln appliziert wurde. Die Reaktion der Zellen wie z. B. das Auslösen von Entzündungsprozessen wurde sowohl auf der Ebene der Genexpression über quantitative Echtzeit-PCR (qRT-PCR) als auch auf der Proteinebene über die Freisetzung von inflammatorischen Zytokinen (Interleukin-6, Interleukin-8) untersucht. Die Schädigung der Zellen wurde anhand der Freisetzung eines natürlicherweise intrazellulären Enzyms, der Lactatdehydrogenase (LDH-Assay), untersucht, die eine Beeinträchtigung der Funktion der Zellmembran anzeigt.
Die im Rahmen des Projektes untersuchten, kommerziell erhältlichen Öfen waren anhand der Weißliste des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle ausgewählt worden. Sie zeichneten sich durch bereits voroptimierte Verbrennungsszustände aus, so dass bei kurzen Expositionszeiten von bis zu zwei Stunden keine toxischen Einflüsse von Nanopartikeln auf die Zellen beobachtet werden konnte. Für die Zukunft sind längere und/oder wiederholte Expositionen angedacht sowie die Verwendung von für den Markt repräsentativeren Öfen.

Projektpartner

  • Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (Universität Stuttgart)
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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