Netzwerk Nanopartikel und Gesundheit (NanoHealth)

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Kontakt

Dr. Wolfgang Kreyling
E-mail: kreyling@helmholtz-muenchen.de

Anschrift

Helmholtz Zentrum München
Institut für Inhalationsbiologie
Netzwerk Nanopartikel und Gesundheit
Ingolstädter Landstraße 1
D-85764 Neuherberg

Tel.: +49-(0)89/3187-2309
Fax: +49-(0)89/3187-3397

Viele antropogene Quellen bestimmen maßgeblich die Zusammensetzung urbaner Umweltaerosole (Verkehr, Energie, Industrie). Die meisten dieser Quellen erzeugen zeitlich variabel komplexe Gemische von Aerosolen, die tausende von organischen und zahlreiche anorganische Verbindungen (z.B. mit Schwermetallen) sowie biologisch aktive Komponenten tragen können. Diese Aerosole mischen sich mit natürlichen Aerosolen, reagieren chemisch und physikalisch miteinander unter den thermodynamischen Bedingungen der städtischen Atmosphäre, und bilden ein dynamisches System, das keineswegs räumlich oder zeitlich als konstant betrachtet werden darf.

Gemeinsam ist den antropogenen Bestandteilen, dass sie häufig aus Verbrennungsprozessen stammen und ihre partikelförmigen Fraktionen aufgrund der Maßnahmen zur Reinigung der Luft Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm enthalten. Damit sind diese Partikel „respirabel“, d.h. sie können bis in den fragilen Gasaustauschbereich der peripheren Lunge eingeatmet werden und wegen ihrer Vehikelfunktion potentiell toxische Komponenten auf dem gesamten Lungenepithel deponieren. Man darf davon ausgehen, dass im Umweltaerosol keine einzelne toxische Substanz so hoch konzentriert ist, dass sie als singuläre Noxe wirken kann, vielmehr ist von Synergismen verschiedener Substanzen und Substanzklassen und katalytischen Reaktionen auszugehen, die zu adversen Gesundheitseffekten führen können. Diese wiederum treten offensichtlich nicht im gesunden Organismus auf sondern in suszeptiblen Individuen, die entweder durch ihre genetische Disposition oder durch Krankheiten und andere Vorschädigungen zu einer Risikogruppe gehören.

Daher besteht auf der Expositionsseite dringender Bedarf, (a) die Vielzahl der Komponenten urbaner Umweltaerosole zu kategorisieren und einzelne Komponenten genauer zu untersuchen, (b) Methoden zur Charakterisierung von Aerosoleigenschaften zu entwickeln und anzuwenden, deren Bedeutung für das Umweltaerosol erst kürzlich erkannt wurde, und (c) die bereits existierende Datenfülle von Aerosolmessungen hinsichtlich ihrer Komplexität der Parameter und ihrer Gruppierung weiter zu analysieren.

Auf der Wirkungsseite werden die Initiierung inapparenter, entzündlicher Prozesse als grundlegende Reaktionen mit konsekutiver Bildung von Mediatoren und gewebsschädigenden Biomolekülen (z.B. Sauerstoffradikale) betrachtet, die im suszeptiblen Individuum u.U. eher als im gesunden Organismus ausgelöst werden bzw. bestehende Entzündungsprozesse verstärken (z.B. COPD) und zu pathogenen Veränderungen beitragen. Daher ist das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen essentiell nicht nur für schädigende Veränderungen im Atemtrakt sondern auch für systemische Reaktionen und Beeinträchtigungen im Herz-Kreislauf-System. Diese werden nach Exposition von ausgewählten Fraktionen des Umweltaerosols in vitro auf molekularer und zellulärer Ebene und in vivo an suszeptiblen Tiermodellen (z.B. Knockouts und funktionell defiziente Tiere ) mit zellbiologischen, molekularbiologischen und –genetischen Methoden (z.B. Gene Expression Array Analyse) untersucht.