Je nach Zelltyp lösen Cerdioxid Nanopartikel bei in vitro Untersuchungen unterschiedliche Reaktionen aus. Nur wenige Studien zeigen eine toxische Wirkung der Nanopartikel, in den meisten Fällen schützen die Ceroxid Nanopartikel die Zellen durch das Abfangen gebildeter Sauerstoff Radikale.

 

Verschiedene in vitro-Studien der letzten Jahre mit nanoskaligen Cerdioxid Nanopartikeln zeigen, dass dieses Metalloxid je nach verwendeter Zelllinie unterschiedliche Reaktionen in den Zellen auslösen kann. In humanen Lungenepithelzellen (BEAS-2B), die in vitro mit verschiedenen Metalloxid-Nanopartikeln behandelt wurden, sind reine Metalloxide wahrscheinlich nicht in der Lage, Entzündungsfaktoren zu induzieren. In der humanen Lungenepithelzelllinie A549 nahm die Zellvitalität dagegen mit zunehmender Partikelkonzentration ab, wohingegen eine andere Studie keine zytotoxischen Reaktionen durch nano-CeO2 nachweisen konnte. In der menschlichen Immunzellinie Jurkat wirkt nanoskaliges Cerdioxid ebenfalls nicht-toxisch, sondern schützt die Zellen vor schädlichem UV-Licht. Den gleichen Schutzmechanismus zeigte auch eine Studie mit verschiedenen Lungenzellen der Ratte. Auch hier wirken Cerdioxid Nanopartikel als Antioxidans und reduzieren die ROS-Produktion [1-7].

Nur wenige Studien konnten bisher beobachten, dass CeO2 toxisch für Zellen ist. Meist ist dabei oxidativer Stress im Spiel, der dann zum Absterben der Zellen führen kann. Allerdings sind die Arbeiten, die genau das Gegenteil zeigen, in der Überzahl. So wird häufig beobachtet, dass Cerdioxid die Bildung von Sauerstoffradikalen hemmt und damit die Zellen schützt. Im Projekt NanoCare wurde mittels in vitro–Versuchen mit der humanen Lungenepithelzelllinie A549 eine relativ hohe Schwellenkonzentration bestimmt. Erst ab dieser Konzentration (der niedrigsten Konzentration, die einen Effekt erzeugt) wurde beobachtet, dass die Zellen in Stress versetzt werden und Entzündungsmarker und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) produziert wurden. Wurden niedrigere Dosen an CeO2 verwendet, konnten bei verschiedenen Zelllinien keine Effekte mehr ausgelöst werden [9]. Dies wurde auch in einer neueren Arbeit bestätigt, die eine Übersicht zu den aktuellen Studien zu verschiedenen Nanomaterialien gibt. Zu Cerdioxid wird hier angemerkt, dass die Größe nicht sehr entscheidend für einen Effekt ist. Außerdem ist die Toxizität sehr niedrig, was wohl auch durch die Schutzwirkung beeinflusst wird, die das Cerdioxid gegenüber Sauerstoffradikalen bietet [1,2,4,6-9].

Ergänzend zu einfachen Kultursystemen mit nur einer Zelllinie, wurden im Projekt NanoCare auch komplexe sog. Ko-Kultursysteme verwendet [9]. Mit Hilfe solcher Tests kann die in vivo Situation im Körper besser dargestellt werden, weil das Zusammenspiel der Zellen simuliert wird. In solchen Systemen konnte gezeigt werden, dass die Ko-Kultur sensitiver auf CeO2 reagiert als die Monokulturen an sich. Das zeigt, dass eine Kommunikation zwischen verschiedenen Zellen stattfindet, die u.U. solche Effekte verstärken kann.

 

 

Literatur arrow down

  1. Mittal, S. & Pandey, A.K.(2014), Biomed Res Int, 2014891934.
  2. Simko, M. et. al. (2015), Int J Mol Sci, 16(11): 25954.
  3. Veranth, J.M. et. al. (2007), Part Fibre Toxicol, 42.
  4. Lin, W. et. al. (2006), Int J Toxicol, 25(6): 451-457.
  5. Park, B et al. (2008), Inhal Toxicol, 20(6): 547-566.
  6. Caputo, F. et. al. (2015), Nanoscale, 7(38): 15643-15656.
  7. Dunnick, K.M. et. al. (2015), Biol Trace Elem Res, 166(1): 96-107.
  8. Hirst, S.M. et. al. (2013), Environ Toxicol, 28(2): 107-118.
  9. Nanocare (2009). Report:"Final Scientific Report", Dechema e.V., Frankfurt a.Main. ISBN:978-3-89746-108-6 (pdf, 19MB).

 

 

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