Forschung

Neue Methode: Die Risiken von Nanomaterialien zu erforschen, geht auch ohne Tierversuche

Nanomaterialien wie Graphen haben ein grosses, vielfältiges Anwendungspotenzial. (Pressebild)

Nanomaterialien wie Graphen haben ein grosses, vielfältiges Anwendungspotenzial. (Pressebild)

Die Empa hat ein neues Modell entwickelt, um mit Algorithmen und vielen Vergleichsdaten die Risiken der Nanomaterialien abzuschätzen. So sollen Tierversuche in der Nanoforschung unnötig werden.

Der Stoff Graphen gilt als potenzielles Wundermittel. Er ist transparent, reissfest und leitet Strom. Ein Material, das Medizin, Elektronik, Energiewirtschaft und den Alltag umkrempeln soll wie Forscher versichern. Doch über dieses Wundermaterial Graphen gibt es noch kaum Risikoanalysen und Ökobilanzen. Erste Sicherheitsanalysen zu Graphen und Graphen-ähnlichen Materialien konnte die Forschungsanstalt Empa mit einer Methode aufzeigen, die in der Beurteilung der Risiken von Nanomaterial Schule machen soll. Denn diese Untersuchung der Gesundheitsrisiken kommt ohne Tierversuche aus.

Nanopartikel, die zwischen einem und 100 Nanometer klein sind, werden in Sonnencremes benutzt, Nanosilber bremst in Kleidungen Bakterien aus, sie kommen in Abgaskatalysatoren, Wandfarben wie auch in der Nanomedizin vor. Bei den neuartigen Nanomaterialien ist allerdings oft nicht klar, ob sie ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellen.

Nano-Risiken ohne Tierversuche abschätzen

Dafür werden Öko- und Risikobilanzen gemacht, die sich früher vor allem auf Tierversuche abstützten, wie die Empa schreibt. Die Forschung versucht schon seit Jahren die Zahl der Tierversuche zu reduzieren oder ganz auf sie zu verzichten. Gerade wenn es um die Giftigkeit von Materialien ging, konnte die Zahl der Versuche mit Tieren stark reduziert werden. Die Empa-Forscher haben nun einen Weg gefunden, um auch in der Nanomaterialforschung die Zahl der Tierversuche zu reduzieren und trotzdem die Risiken von Nanopartikeln beurteilen zu können.

Grundlage der Risikoanalysen sind die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Nanopartikeln. Deren biologische Auswirkungen werden mit Zellkulturen experimentell bestimmt. Damit sich die Ergebnisse aus dem Reagenzglas («in vitro») auf die Situation im menschlichen Körper («in vivo») übertragen lassen, nutzen die Forscher mathematische Modelle. Solche, die zum Beispiel auf die Schädlichkeit einer Vergleichssubstanz zurückgreifen. «Wirken zwei Substanzen, wie etwa Silber-Nanopartikel und Silber-Ionen auf die gleiche Weise, lässt sich die Gefährlichkeit der Nanopartikel aus jener der Ionen rechnerisch abschätzen», wird die Forscherin Beatrice Salieri von der Abteilung «Technologie und Gesellschaft» auf der Empa-Webseite zitiert.

Die richtigen Zellen verwenden

Je nach Gebrauch der Nanomaterialien muss ein eigenes, geeignetes Modellsystem entwickelt werden. Geht es darum die Verdauung im Körper zu simulieren, werden Darmzellen verwendet, Lungenzellen, wenn es um Substanzen mit Nanopartikeln geht, die inhaliert werden. Sämtliche Eigenschaften des Nanomaterials fliessen in die Berechnung ein, wie auch Form, Grösse, Transportgeschwindigkeit und Bindung an andere Moleküle.

Mit diesen Daten und komplexen Algorithmen lassen sich dann die zu erwartenden biologischen Phänomene abschätzen. «Anstatt ein Tierexperiment dazwischen zu schalten, können wir anhand von Parallelitäten zu bekannten Substanzen, neuen Daten aus Laboranalysen und mathematischen Modellen die möglichen Risiken von Nanopartikeln ermitteln», sagt Empa-Forscher Mathias Rösslein.

Künftig könnten so auch die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Nanopartikeln im menschlichen Körper sowie die Eigenschaften bestimmter Populationsgruppen, wie zum Beispiel ältere Menschen oder solche mit bestimmten Erkrankungen, realitätsnah dargestellt werden, erklärt Rösslein.

Autor

Bruno Knellwolf

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