Spraydosen-Aerosole

Einfluss von Aerosolen auf Atemwege und Zellen

In dem Forschungsvorhaben "Nanoaers" untersuchte ein internationales Wissenschaftlerteam, wie Zellen der Atemwege auf winzige Schwebeteilchen aus Spräydosen-Aerosolen reagieren.

© Bernd Leitner/Fotolia

Was geschieht, wenn Imprägniersprays mit winzigen Teilchen (Nanopartikeln) in die Lunge gelangen? Lösen sie dort Entzündungen aus - oder schädigen sie gar das Lungengewebe? Das sind wichtige Fragen, die im internationalen Forschungsprojekt „Nanoaers“ von Fachleuten aus Deutschland, dem europäischen Ausland und den USA in den vergangenen drei Jahren unter der Leitung des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) bearbeitet wurden. Die Ergebnisse der Versuche mit Aerosolen, die aus Imprägniersprays freigesetzt werden, wurden auf dem Abschlussworkshop des Projektes vom 21. bis 22. Januar 2020 vorgestellt.

Kern des Forschungsprojektes Nanoaers war die Untersuchung von Wechselwirkungen der Bestandteile von Nanosprays, wie Lösungsmitteln und Zusatzstoffen, mit den enthaltenen Nanopartikeln sowie sich daraus ergebende biologische Folgen. Entwickelt wurde zudem eine Methode, um den Einfluss von aus Spraydosen versprühten Aerosolen auf Atemwege und Zellen möglichst realitätsnah abzubilden.

Air-Liquid-Interface bringt Lungenzellen und Aerosole zusammen

Bei ihren Experimenten kombinierten die Forscherinnen und Forscher eine eigens entwickelte Sprühkammer mit weiteren Geräten zur physikalischen Aerosolanalyse und Toxititätstests mit Zellkulturen. Die Anordnung umfasste einerseits physikalische Messinstrumente zum Untersuchen der Aerosole und andererseits ein Air-Liquid-Interface, ein Gerät, in dem menschliche Lungenzellen mit Aerosolen in Kontakt kommen. In der Sprühkammer wurden Aerosole in gewünschter Zusammensetzung aus Partikeln, Lösungsmitteln und Additiven erzeugt. Dadurch konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Einfluss der einzelnen Komponenten gezielt untersuchen. Und zwar so, als ob sie aus einer kommerziellen Spraydose kämen. Das so erzeugte Aerosol wurde dann zur Analyse in die Analysekammer geführt. Dort wurden Größe und Menge der Partikel gemessen. Ein Teil des Aerosolstromes schlug sich zugleich auf der Zellkultur nieder und reagierte mit den menschlichen Lungenzellen. Anschließend wurde untersucht, inwieweit die Zellen Partikel aufnahmen und welche Konsequenzen diese Aufnahme hatte. Dabei konnten etwa Entzündungszeichen in den Zellen ermittelt und deren Überlebensfähigkeit geprüft werden.

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Viele Faktoren beeinflussen die WIrkung

Bei den Versuchen mit Silber- und Cerdioxid-Nanopartikeln zeigte sich, dass sich nur ein Teil der Aerosole aus der Sprühkammer auf den Zellen niederschlägt. Wie groß dieser Anteil ist, hängt zum einen von der Zusammensetzung der Nanospraylösung ab, also vom jeweiligen Lösungsmittel und den zugefügten Additiven. Doch auch die Art des Sprühens spielt eine Rolle. Wenige und kurze Sprühstöße bedeuteten eine geringere Aufnahme durch die Zellen. Zudem sind der Abstand zur Sprühdüse und die Ventilation des Systems wichtige Faktoren, bei realer Anwendung also etwa die Raumgröße oder geöffnete Fenster. Weiterhin zeigten die Versuche, dass der durch das Aerosol an den Zellen verursachte Schaden wesentlich von den Lösungsmitteln und Additiven mitbestimmt wird.

Am Projekt Nanoaers waren neben dem BfR die Arbeitsgruppe Mechanische Verfahrenstechnik der Technischen Universität Dresden, das Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung der Technischen Universität Graz, das spanische Gaiker Technologiezentrum, die Harvard University mit der T.H. Chan School of Public Health in Cambridge, USA, und das rumänische Nationale Forschungs- & Entwicklungsinstitut für Textilien und Leder beteiligt.

Mit Nanoaers haben die sechs beteiligten Institutionen eine Versuchsanordnung geschaffen, die es erlaubt, Aerosole mit Nanopartikeln als Gemische realitätsnah hinsichtlich möglicher gesundheitlicher Risiken zu untersuchen, ohne auf Tierversuche zurückzugreifen.

Unter dem Framework Horizon 2020 erfolgte die Finanzierung des Nanoaers-Projekts für die deutschen Partner durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Die anderen europäischen und internationalen Partner wurden über das Forschungsprogramm ERA-NET SIINN und nationale Projektträger gefördert.

Quelle: BfR

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