17.03.2009
Sind Nanopartikel aus Wolframcarbid-Cobalt gesundheitsschädlich?
Nanopartikel aus Wolframcarbid und Wolframcarbid-Cobalt können in kultivierte Zellen von Säugetieren eindringen
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Dresden/Leipzig – Nanopartikel aus Wolframcarbid und Wolframcarbid-Cobalt können in kultivierte Zellen von Säugetieren eindringen. Das geht aus einer Studie hervor, die Wissenschaftler der Universität Dresden, des Leipziger Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme Dresden durchgeführt haben. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass Nanopartikel aus reinem Wolframcarbid keine zellschädigenden Effekte verursachen. Erst durch das Mischen von Nanopartikeln mit toxischen Stoffen wie Cobalt werden zellschädigende Effekte hervorgerufen. Bei der in vitro-Studie, die im renomierten Fachblatt Environmental Health Perspectives erschienen ist, wurde die Wirkung von Wolframcarbid- und Wolframcarbid-Cobalt-Nanopartikeln mit einer Aggregatgröße von 150 Nanometern sowohl auf Zellkulturen aus menschlichen Lungen-, Haut- und Darmzellen als auch aus den Gehirnzellen von Ratten untersucht.
Das harte Wolframcarbid wird vor allem zur Werkzeugfertigung eingesetzt. Die Beimischung von Cobalt erhöht Zähigkeit und Festigkeit. Bei der Herstellung der Werkzeuge könnte es gegebenenfalls zu einer Belastung am Arbeitsplatz kommen. Jedoch lagen zu den Wirkungen des Stoffes in der Größe von Nanopartikeln bisher noch keine Erkenntnisse vor. Um nanoskalige Rohstoffe zu einer breiten Anwendung zu bringen, sollten Risiken für Mensch und Umwelt jedoch im Vorfeld untersucht und berücksichtigt werden.
Die chemisch-physikalischen Untersuchungen bestätigten, dass sowohl Wolframcarbid als auch Wolframcarbid-Cobalt-Partikel durch Albumin oder Serum in Nährlösungen stabilisiert werden. Das ist ein wichtiger Befund, da mögliche gesundheitsschädliche Wirkungen durch die geringe Größe der Partikel hervorgerufen werden könnten. Der Zusatz von Albumin zu den Nährlösungen ermöglicht so eine Prüfung, die den natürlichen Verhältnissen sehr nahe kommt. Mit Hilfe elektronenmikroskopischer Verfahren konnte zunächst die Aufnahme der Partikel in die untersuchten Zellen nachgewiesen werden. Bei den nachfolgenden biologischen Tests zeigte sich, dass Wolframcarbid-Nanopartikel allein nicht akut toxisch sind, während Mischungen dieser Partikel mit Cobalt bei höheren Partikelkonzentrationen toxisch wirkten. Die Toxizität der WC-Co-Mischung war dabei höher als die von Cobaltionen der vergleichbaren Konzentration. Warum die Kombination aus Wolframcarbid und Cobalt toxischer reagiert, ist noch nicht endgültig geklärt. Möglicherweise fungieren Nanopartikel auch als "trojanisches Pferd", das heißt, sie erhöhen die Aufnahme giftiger Cobaltionen in die Zellen. Aus Sicht der Forscher kommt es darauf an, den Einfluss von Partikelgröße und Mischungseffekten weiter zu untersuchen und daraus mögliche Konsequenzen für die Beurteilung von Gesundheitsgefährdungen abzuleiten.
Diese und andere Ergebnisse werden am 18./19. März 2009 auf einem Symposium am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig über Nanotechnologie und Toxizität in Umwelt und Gesundheit mit etwa 80 Wissenschaftern sowie Vertretern von Behörden und Industrie diskutiert. Die Tagung ist gleichzeitig der Abschluss des Forschungsprojektes INOS. Mit insgesamt 7.6 Millionen Euro hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) drei große Konsortien (NanoCare, INOS und TRACER) gefördert, die erstmals in Deutschland gesundheitsrelevante Aspekte von synthetischen Nanopartikeln in großem Umfang untersucht haben. Im Fokus von INOS stand dabei die Entwicklung von Methoden zur Bewertung des Gefährdungspotenzials von technischen Nanopartikeln mit Hilfe von in vitro-Methoden. Diese Arbeiten konzentrieren sich auf keramische und metallische Partikel wie Diamant, Wolframcarbid, Titandioxid, Titannitrid, Cobalt, Platin, Keramik-Metall-Mischungen sowie Kohlenstoffnanoröhren und Ruß.
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Weitere Infos:
Dresden/Leipzig – Nanopartikel aus Wolframcarbid und Wolframcarbid-Cobalt können in kultivierte Zellen von Säugetieren eindringen. Das geht aus einer Studie hervor, die Wissenschaftler der Universität Dresden, des Leipziger Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme Dresden durchgeführt haben. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass Nanopartikel aus reinem Wolframcarbid keine zellschädigenden Effekte verursachen. Erst durch das Mischen von Nanopartikeln mit toxischen Stoffen wie Cobalt werden zellschädigende Effekte hervorgerufen. Bei der in vitro-Studie, die im renomierten Fachblatt Environmental Health Perspectives erschienen ist, wurde die Wirkung von Wolframcarbid- und Wolframcarbid-Cobalt-Nanopartikeln mit einer Aggregatgröße von 150 Nanometern sowohl auf Zellkulturen aus menschlichen Lungen-, Haut- und Darmzellen als auch aus den Gehirnzellen von Ratten untersucht.
Das harte Wolframcarbid wird vor allem zur Werkzeugfertigung eingesetzt. Die Beimischung von Cobalt erhöht Zähigkeit und Festigkeit. Bei der Herstellung der Werkzeuge könnte es gegebenenfalls zu einer Belastung am Arbeitsplatz kommen. Jedoch lagen zu den Wirkungen des Stoffes in der Größe von Nanopartikeln bisher noch keine Erkenntnisse vor. Um nanoskalige Rohstoffe zu einer breiten Anwendung zu bringen, sollten Risiken für Mensch und Umwelt jedoch im Vorfeld untersucht und berücksichtigt werden.
Die chemisch-physikalischen Untersuchungen bestätigten, dass sowohl Wolframcarbid als auch Wolframcarbid-Cobalt-Partikel durch Albumin oder Serum in Nährlösungen stabilisiert werden. Das ist ein wichtiger Befund, da mögliche gesundheitsschädliche Wirkungen durch die geringe Größe der Partikel hervorgerufen werden könnten. Der Zusatz von Albumin zu den Nährlösungen ermöglicht so eine Prüfung, die den natürlichen Verhältnissen sehr nahe kommt. Mit Hilfe elektronenmikroskopischer Verfahren konnte zunächst die Aufnahme der Partikel in die untersuchten Zellen nachgewiesen werden. Bei den nachfolgenden biologischen Tests zeigte sich, dass Wolframcarbid-Nanopartikel allein nicht akut toxisch sind, während Mischungen dieser Partikel mit Cobalt bei höheren Partikelkonzentrationen toxisch wirkten. Die Toxizität der WC-Co-Mischung war dabei höher als die von Cobaltionen der vergleichbaren Konzentration. Warum die Kombination aus Wolframcarbid und Cobalt toxischer reagiert, ist noch nicht endgültig geklärt. Möglicherweise fungieren Nanopartikel auch als "trojanisches Pferd", das heißt, sie erhöhen die Aufnahme giftiger Cobaltionen in die Zellen. Aus Sicht der Forscher kommt es darauf an, den Einfluss von Partikelgröße und Mischungseffekten weiter zu untersuchen und daraus mögliche Konsequenzen für die Beurteilung von Gesundheitsgefährdungen abzuleiten.
Diese und andere Ergebnisse werden am 18./19. März 2009 auf einem Symposium am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig über Nanotechnologie und Toxizität in Umwelt und Gesundheit mit etwa 80 Wissenschaftern sowie Vertretern von Behörden und Industrie diskutiert. Die Tagung ist gleichzeitig der Abschluss des Forschungsprojektes INOS. Mit insgesamt 7.6 Millionen Euro hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) drei große Konsortien (NanoCare, INOS und TRACER) gefördert, die erstmals in Deutschland gesundheitsrelevante Aspekte von synthetischen Nanopartikeln in großem Umfang untersucht haben. Im Fokus von INOS stand dabei die Entwicklung von Methoden zur Bewertung des Gefährdungspotenzials von technischen Nanopartikeln mit Hilfe von in vitro-Methoden. Diese Arbeiten konzentrieren sich auf keramische und metallische Partikel wie Diamant, Wolframcarbid, Titandioxid, Titannitrid, Cobalt, Platin, Keramik-Metall-Mischungen sowie Kohlenstoffnanoröhren und Ruß.
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Weitere Infos:
- Bastian, S., Busch, W., Kühnel, D., Springer, A., Meißner, T., Holke, R., Scholz, S., Iwe, M., Pompe, W., Gelinsky, M., Potthoff, A., Richter, V., Ikonomidou, H., Schirmer, K.: Toxicity of tungsten carbide and cobalt-doped tungsten carbide nanoparticles in mammalian cells in vitro. Environ.Health Perspect. in press (2009)
http://dx.doi.org/10.1289/ehp.0800121 - 3. Symposium "Nanotechnology and Toxicology in Environment and Health" am 18. - 19. März 2009 in Leipzig:
http://www.ufz.de/index.php?de=17303 - INOS-Projekt:
http://www.nanotox.de - BMBF-Förderschwerpunkt Nanotechnologie:
http://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php
AL
