Methoden
Übersicht
Die Untersuchungen von Nanopartikeln (Primärpartikel, Aggregate und Agglomerate) sowie deren Verhalten in biologischen Medien und ihre Auswirkung auf biologische Systeme stehen im Zentrum des Erkenntnisinteresses. Zur Charakterisierung der Nanopartikel werden modernste analytische Methoden eingesetzt. Nach Auswahl geeigneter biologischer Endpunkte werden vergleichende Untersuchungen der biologischen Wirkungsstärke in Abhängigkeit von Partikeleigenschaften und der Partikelart neue Erkenntnisse zur Partikelwirkung liefern. Vorhandene Messtechniken werden weiterentwickelt, um ein Screening verschiedener Aerosole und Nanopartikel direkt am Arbeitsplatz zu ermöglichen. Neben der Herstellung und Charakterisierung synthetischer Nanopartikel aus dem Bereich der Metalloxide (z. B. Zirkondioxid oder Zinkoxid) sollen Referenzmaterialien (Titandioxid und Industrieruß) etabliert werden.
Festlegung von Standardarbeitsanweisungen (engl. Standard Operating Procedure, SOP)
Um den Vergleich der Ergebnisse aller Projektpartner sicherzustellen werden Standardarbeitsanweisungen erarbeitet, die häufig wiederkehrende oder immer gleiche Prozessabläufe innerhalb eines bestimmten Forschungszusammenhangs beschreiben. So wird sichergestellt, dass Nanopartikel oder die zu deren Untersuchung verwendeten biologischen Medien oder Zellen in allen beteiligten Laboratorien gleich behandelt werden. Hier finden die Standardanweisungen zur Vorbereitung von Nanopartikeln für biologische Tests, die im Rahmen des NanoCare-Projekts entwickelt und eingesetzt werden:
SOP zur Vorbereitung von Suspensionen für biologische Tests (PDF) 
Methodische Schwerpunkte
Herstellung standardisierter Partikel und deren Charakterisierung: Gezielte Herstellung, auch neuer Materialien, mit besonderen Eigenschaften sowohl das Material als auch die Oberfläche betreffend. Untersuchung des Verhaltens der erzeugten Partikel (auch in wässrigen Medien) hinsichtlich Partikelgröße und Größenverteilung (Aggregations- bzw. Agglomerationsgrad), pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Feststoffkonzentration, Oberflächenpotential.
Aufnahme von Nanopartikeln durch Körperzellen: Evaluierung der Aufnahme von Nanopartikeln in Zellen und der potentiellen Stimulation molekularer Marker von Krankheitsprozessen. Evaluatierung der Aufnahme von Nanopartikeln über epitheliale Barrieren (Darm, Lunge, Haut). Evaluierung und Prävalidierung von in-vitro-Testsystemen als mögliche Alternative zum Tierversuch.
Zelltypen und biologische Effekte: Exposition von Partikeln auf Epithelzelllinien (Lunge, Haut, Darm), Makrophagen, Endothelzellen. Untersuchung der Interaktionen von Nanopartikeln mit Zellsystemen, von zellulären Reaktionen auf Nanopartikel, wie z.B. Calzium-Einstrom, Freisetzung von Sauerstoffradikalen, Produktion von Stress- und Entzündungsmarkern, Induktion von Apoptose bzw. Nekrose, Barrierefunktion und Zellproliferation, Veränderung der Genexpression. Lokalisation der Partikel an und in Zellen. Etablierung und Standardisierung von in-vitro-Testverfahren.
Atmungsstudien: Vergleichende Kurzzeit-Inhalationsstudien an Ratten in verschiedenen Konzentrationen von mehreren Produkten sowie gegenüber Reinluft. Analyse von Proteinen, Enzymaktivitäten der Lungenspülflüssigkeit und des Lungengewebes. Histopathologische Untersuchungen des Respirationstrakts und elektronenmikroskopische Untersuchungen der Lungenveränderung. Ermittlung von Effektschwellen. Vergleich der in vivo Befunde mit Ergebnissen aus den in-vitro-Modellen.
SOP zur Durchführung von Inhalationstests (PDF)
Erfassung von Arbeitsplatzexpositionen: Agglomeratbildung, -stabilität und Ausbreitung: Modellierung des Verhaltens von Nanopartikeln unter Berücksichtigung der physikalischen Partikeldynamik im Nahbereich der Freisetzung. Messtechnik und Messmethodik zur Exposition. Messung der Raumexpositionen und Partikelcharakterisierung. Adaption des Karlsruher Expositionssystems für den Einsatz an Arbeitsplätzen und Standardisierung des Kokultur-Systems.
