Universeller Sicherheitsrahmen für Nanomaterialien

Wie sich herausstellte, verhalten sich nanoskalige Materialien oft sehr anders als dieselben Materialien in größeren Mengen. Sie befinden sich auf einer neuen Ebene, die eher von den Quantenmechanik als von der klassischen Mechanik beherrscht wird, und weisen fremdartige elektrische, optische und magnetische Eigenschaften auf. Diese exotischen Eigenschaften, die bei vielen neuartigen Geräten von Vorteil sind, könnten sich in biologischem Gewebe nachteilhaft auswirken.

Durch beinahe ein Jahrzehnt der Erforschung der potentiellen Risiken technisch hergestellter Nanomaterialien wurde die Komplexität und gleichzeitig auch die Erforderlichkeit einer standardisierten Risikobewertung hervorgehoben. Ein beeindruckendes Konsortium aus 28 Partnern aus weltführenden Einrichtungen zu Nanosicherheit aus Europa und den USA rief das EU-finanziere Projekt NANOMILE (Engineered nanomaterial mechanisms of interactions with living systems and the environment: a universal framework for safe nanotechnology) ins Leben, um einen universellen Rahmen für sichere Nanotechnologie auszuarbeiten.

Mit dem Klassifizierungsschema wird dokumentiert, ob biologische oder umweltbezogene Auswirkungen feststellbar sind, und die Wechselwirkungen zwischen Nanomaterial und Biomolekülen auf allen Ebenen vom subzellulären bis hin zum Ökosystem-Level beleuchtet. Auch die spezifischen biochemischen Mechanismen der Giftigkeit werden mit einem Fokus auf konservierte Signalwege über verschiedene Organismen hinweg ermittelt. Die Entwicklung alternativer In-vitro-Testverfahren und Hochdurchsatzmethodiken wird diese und zukünftige Prüfungen und Klassifizierungen unterstützen.

Die Forscher von NANOMILE entwickeln Nanopartikel-Datenbanken, welche die Strategie zur Gruppierung und Klassifizierung technisch hergestellter Nanopartikel unterstützen werden. Mit der Arbeit an der Hypothese, dass Giftigkeit das Ergebnis einer Reihe physiochemischer Eigenschaften ist, die zu variabler Intensität und relativer Signifikanz beitragen, werden die Datenbanken zusammengestellt, um das zugrundeliegende Klassifizierungskonzept zu unterstützen.

Ein zentrales Ziel ist eine frei verfügbare Modellierungs- und Vorhersageplattform. Während der ersten Projektphase validierte das Team ein quantitatives Modell zur Beziehung zwischen Nanostruktur und Aktivität, um die Aufnahme von Nanopartikeln durch Bauchspeicheldrüsen-Krebszellen vorherzusagen. Dieses ist auf der Enalos InSilicoNano-Plattform als Entscheidungshilfetool für die Entwicklung von und Suche nach Nanopartikeln verfügbar.

Die Wissenschaftler beschäftigen sich zudem mit der Entwicklung von hochdurchsatzfähigen Screening-Verfahren für einzelne Zellen und erstellten die VITROCELL Automated Exposure Station, um die biologischen Testsysteme über die Luft Substanzen auszusetzen.

Die Ergebnisse wurden über expertengeprüfte Artikel, Buchkapitel und Präsentationen auf internationalen Konferenzen verbreitet, und das Konsortium konnte bereits einige mögliche Stoffe zur Standardisierung auswählen. Mit dem Sicherheitsrahmen für Nanotechnologie aus dem NANOMILE-Projekt wird sichergestellt, dass technologische Fortschritte mit Konzepten erreicht wird, bei denen Sicherheit Priorität hat.