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Molekulare Medizin 2. Mai 2007

Neues aus Liliput

Die Technologie der kleinsten Teilchen gilt wegen ihrer universellen Einsetzbarkeit heute als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, als wirtschaftlicher Wachstumsmarkt und Jobmaschine. Über das gesundheitliche Schadenspotenzial der Anwendung der Mikropartikel herrscht auch unter Experten noch Unklarheit. In der Öffentlichkeit sind die Risiken kaum bekannt.

Norio Taniguchi von der Universität Tokio war der Erste, der 1974 den Begriff „Nanotechnologie“ verwendete. Einem größeren Kreis bekannt wurde die Bezeichnung freilich erst deutlich später. Wie Prof. Dr. Armin Grunwald, Leiter des Instituts für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des Forschungszentrums Karlruhe, erläutert, gibt es bislang keine Definition von Nanotechnologie, die allgemein anerkannt wird. „Es handelt sich hier um ein Feld mit unscharfen Rändern“, so Grunwald. Gemeinsam sei den verschiedenen Definitionen der Bezug auf die Nano-Dimension, den Bereich zwischen 1 und 100 Nanometer.

Mikrokosmos mit viel Platz

Als „Vater der Nanotechnologie“ gilt der amerikanische Physik-Nobelpreisträger Richard P. Feynman. 1959 hielt Feynman seinen legendär gewordenen Vortrag „Es ist sehr viel Platz am unteren Ende“ (There is plenty of room at the bottom) – gemeint war damit das untere Ende der Längenskala. In seinem Referat sprach Feynman von der neuen Entwicklung, welche auf der Messung und Herstellung von Materialen mit molekularen Dimensionen basiert, die dann zu sehr, sehr kleinen Strukturen zusammengefügt werden. Die Verkleinerung von Materialien in den Nanometerbereich führt häufig zu einer Veränderung ihrer Eigenschaften. So ist etwa das Weißpigment Titandioxid in Nanogröße transparent. Prinzipiell werden in der „Nanowelt“ folgende Strukturen unterschieden: punktförmige (Nanopartikel, Nanokapseln, Cluster oder Moleküle), linienförmige Strukturen (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanogräben), extrem dünne Schichten und inverse Strukturen (Poren). Derzeit sind bereits zahlreiche Produkte mit Nanokomponenten auf dem Markt. Etwa Autoreifen, Toner, Zahncremes, Hautpflegeprodukte, Socken und Bekleidungstextilien, die üble Gerüche neutralisieren, Sportgeräte, Farben, Lacke, Kleber, schmutzabweisende Oberflächen (z.B. bei Fassaden), Antireflex-Beschichtungen, Hochleistungslautsprecher, Diesel­einspritzpumpen, Abgaskatalysatoren, Solarzellen, Bauelemente in der Beleuchtungs- und Lasertechnik oder Leseköpfe für Festplatten. Weit verbreitet ist die Nanotechnologie bei Sonnenschutzcremes: Hier dienen ultrafeine Titandioxid- und Zinkoxid-Partikel als UV-Filter.

Zahnfüllungen und Krebstherapien

In der Medizin kommen bereits seit längerem Nano-Liposomenpräparate (Doxorubicin) in der Krebsbekämpfung zum Einsatz. Auch die Magnetflüssigkeits-Hyperthermie zur Therapie (in klinischen Phase II-Studien) des Prostatakarzinoms oder des Glioblastoms basiert auf Nanotechnologie. Eisenoxidhaltige Nanopartikel werden in den Tumor eingebracht, und ein magnetisches Wechselfeld wird angelegt. Dadurch erfolgt eine permanente Ummagnetisierung der Partikel, und es wird Energie in Form von Wärme an das umgebende Gewebe abgegeben. Weitere medizinische Nanoprodukte stellen Zahnfüllungen, Implantate mit nanostrukturierter Oberfläche, Biochips oder Silber-Wundauflagen dar. Zu nennen sind auch Nano-Halbleiterkristalle (Quantom Dots), die unter Laserlicht hell aufleuchten. Quantum Dots, als Marker an Gene oder Proteine angeheftet, erlauben es, die in Zellen ablaufenden Prozesse zu beobachten. Ein neues Kontrastmittel für die MRT-Untersuchung von Gefäßen entwickelt derzeit Prof. DDr. Bernhard Keppler, Vorstand des Wiener Instituts für Anorganische Chemie, gemeinsam mit seiner Arbeitsgruppe. „Wir haben Nanopartikel hergestellt, die sich an die Innenwand des Blutgefäßes anlagern und damit die Gefäßwand sichtbar machen“, erläutert Keppler.

Funktionelle Lebensmittel

Auch in der Lebensmittelindustrie kommen Nanomaterialien zur Anwendung, etwa bei Verpackungen. Nano-Kieselsäure und andere siliziumhaltige Verbindungen dienen u.a. als Rieselhilfe oder als Verdickungsmittel und sollen Ketchup bessere Fließeigenschaften verleihen. „Ob hier tatsächlich Nanopartikel eingesetzt werden und ob in den Lebensmitteln dann freie Nanopartikel vorkommen, ist bislang allerdings unklar“, so das deutsche Bundesinstitut für Risikobewertung. In einigen Ländern befinden sich bereits funktionelle Lebensmittel, in denen Vitamine, Phytosterole (zur Hemmung der Cholesterin-Aufnahme), Omega-3-Fettsäuren oder Aromen in Nanokapseln eingeschlossen sind, auf dem Markt. Da „Nano“ nicht selten als Chiffre für die Zukunft angesehen wird, tragen bisweilen selbst Produkte, die gar nichts mit Nanotechnologie zu tun haben, „Nano“ im Namen. Dies zeigte sich etwa im Fall des „Magic Nano“-Sprays, eines Oberflächen-Versiegelungssprays für Bad und WC, der Anfang 2006 in Deutschland zu mehr als 100 Vergiftungsfällen (mit Effekten bis hin zu Lungenödemen) führte.

Echt nano oder nicht?

Erst nach vielen Wochen stand fest, dass das Produkt keine Partikel in Nanogröße enthielt. „Es erscheint mir sehr bedenklich, wenn ein Hersteller zwei Monate braucht, um seine eigene Rezeptur in Erfahrung zu bringen“, so Dr. Hanns Moshammer, Institut für Umwelt­hygiene der Medizinischen Universität Wien. Weiters habe sich wieder einmal eindrücklich bestätigt, dass chemisch reaktive Aerosole nicht eingeatmet werden sollten. Dies gelte sicher auch für viele „echte“ Nanomaterialien. Generell ist für viele Umweltmediziner der eher bedenkenlose Einsatz von Nanotechnologie und Nanoteilchen schwer nachvollziehbar – schließlich existieren zahlreiche Studien über die negativen Auswirkungen der Inhalation von unbeabsichtigt vor allem bei Verbrennungsprozessen produzierten ultrafeinen Partikeln (Erhöhung des Risikos für Erkrankungen der Atemwege und des Herz-Kreislaufsystems). Beunruhigend ist auch, dass ultrafeine Partikel über die Lunge ins Blut und über die Riechnerven ins Gehirn gelangen können. Wie verschiedene Studien zeigen, sind Nanopartikel weiters in der Lage, bis in den Zellkern vorzudringen und dort Schäden zu verursachen. Arbeitsmediziner wiederum erinnern unter anderem daran, dass der krebserregende Asbest der Definition eines Nanoteilchens entspricht.
Möglicherweise krebserregend Titandioxid (TiO2) wurde von der Internationalen Krebsforschungsagentur IARC als „möglicherweise krebserzeugend beim Menschen“ eingestuft. Darüber hinaus ergaben Tierversuche, dass nanoskaliges TiO2 u.a. deutlich stärkere Entzündungsreaktionen in der Lunge hervorrief als größere Teilchen. Dass Nanopartikel – etwa TiO2 aus Sonnenschutzmitteln – die intakte Haut durchdringen können, wird als unwahrscheinlich angesehen. „Bei mechanischer Belastung und kleinen Verletzungen der Haut sieht die Sache freilich anders aus“, sagt Moshammer. Auch über ökotoxikologische Effekte von Nanopartikeln wurde berichtet: So bewirkten etwa Fullerene (fußballförmige Kohlenstoffpartikel = bucky balls) bei Forellenbarschen Gehirnschäden. Untersuchungen der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thilo Hofmann, Vorstand des Departments für Umweltgeowissenschaften der Universität Wien, ergaben, dass sich TiO2 in Gewässern je nach Größe der Partikel und je nach Umweltbedingungen anders verhielt. Hofmann: „In einer bestimmten Größe produziert Titandioxid freie Radikale, die Mikroorganismen abtöten können. Damit wird das Ökosystem des Gewässers beeinflusst.“ Insgesamt hat sich mittlerweile die Erkenntnis durchgesetzt, dass den Risiken der Nanotechnologie mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte. Wichtig erscheint auch eine verstärkte Einbindung der Bevölkerung in die Debatte über die Bewertung der neuen Technologie. In Deutschland wurde daher im letzten Jahr vom Bundesinstitut für Risikobewertung die „Verbraucherkonferenz: Nanotechnologie“ initiiert. Eine nach dem Zufallsprinzip ausgewählte Bürgergruppe erarbeitete dabei nach einer entsprechenden Vorbereitungszeit ein Verbrauchervotum, in dem u.a. gefordert wird, dass Firmen, die in Billiglohnländern Nanotechnologie einsetzen, dazu angehalten werden sollten, den Arbeitnehmern größtmöglichen Schutz zu bieten. In der Forschung sei deutlich mehr Gewicht auf die Risikoforschung zu legen, und der Anteil öffentlicher Gelder zur Risikoforschung sollte deutlich erhöht werden. „Weiters sollten die Verbraucher umfassend über die Vor- und Nachteile der neuen Technologie informiert werden“, heißt es in dem Votum.

Dr. Peter Wallner, Ärzte Woche 18/2007

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