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Nanopartikel Herausforderung für den
Gesundheitsschutz
Dr. Steffen Wengert BAG, Abteilung Chemikalien
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Nanotechnologie Chancen und Risiken
Fiction and Facts
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Nanometer - Welt der Atome und Moleküle
1 Nanometer 10-9 m 1 Milliardstel Meter
12756 km 10 8m
10-1m
10-10m
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Nanometer - Welt der Atome und Moleküle
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Nanotechnologien Zukunft oder Vision?
http//www.nanotechproject.org/index.php
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Nanotechnologie

• Bei der Nanotechnologie handelt es sich weniger
  um eine Technologie als vielmehr um einen
  Überbegriff für eine Vielzahl von neuen
  Anwendungen und Produkten in Bereichen wie z.B.
  Materialtechnik, Oberflächentechnik, Farben- und
  Lacke, Medizin, Lebensmittel- und
  Verpackungstechnik, Kosmetik, Elektronik,
  Solartechnologie, etc. In allen diesen Bereichen
  macht man sich auf verschiedene Weise die
  speziellen physikalischen und chemischen
  Eigenschaften von nanostrukturierten Materialien
  (Quanteneffekte, grosse spezifische Oberfläche)
  zu nutzen.

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Inhärente Risiken der verschiedenen NT-Felder
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Nanotechnologien - Nanopartikel

• Anlass zur Besorgnis gibt unseres Erachtens nicht
  die Nanotechnologie als solche, sondern jene
  Produkten und Anwendungen der Nanotechnologie,
  bei denen Nanopartikel verarbeitet oder im Laufe
  des Lebenszyklus eines Produktes (gezielt oder
  ungewollt) freigesetzt werden. Die
  Gesundheitsrisiken sind allerdings je nach
  Exposition (Ausmass, verschiedene Aufnahmewege
  wie inhalativ, dermal oder  oral) und der
  chemischen Natur der auftretenden Nanopartikel
  unterschiedlich zu beurteilen.

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PC-Eigenschaften von Nanopartikel Grösseneffekte
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PC-Eigenschaften von Nanopartikel Quanteneffekte
ab 100nm
CdTe - Quantendots
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Kohlenstoff Allotrope - Nanopartikel
Diamant
FullerenC60
C-Nanotube
Graphit
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Nanopartikel Ultrafeinstaub
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Synthetische Nanopartikel

• CNT, C60, Russ
• Silica (SiO2)
• Metalloxide (ZnO, TiO2, CeO2 , ..)
• Silber
• ..

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Mögliche toxikokinetische Pfade für NP
Nanopartikel
Nase
Gehirn
Magen/Darm
Haut
Lunge
Blut
Tran et al. IOM Report, 2005
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Eintrittsorgan Lunge Ablagerung von NP
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Lunge Clearance Biopersistenz von NP

• Clearance der Lungenalveolen
• Chemisch (Auflösung, Proteinbindung)
• Phagozytose durch Makrophagen
• Ephitel-Endocytose
• Translokation durch die Alveolarwand und via
  Blutkreislauf in andere Organe

• Schlechte Clearance/ Biopersistenz
• z.B. unlösliche Partikel (insbes. Fibern)
• Chronische Entzündungen
• Vernarbung und Zerstörung von Lungengewebe (z.B.
  Asbestose, Silikose)

4 Macrophagen beim Versuch eine Asbestfaser (ca.
80 ?m) aufzu-nehmen
(Ken Donaldson, University of Edinburg)
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Toxische Effekte von NP in der Lunge
Adverser Effekt (Entzündung , ausgedrückt durch
Anteil neutrophiler Leukozyten in der Lungen
Lavage von Ratten), 24h nach intratrachaler
Einträufelung von TiO2-Nanopartikel. Oberdörster
et al.,, Env. Health Persp. 113 823, 2005
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Toxische Effekte von NP in der Lunge
Cytotoxicität von TiO2-NP in alveo-laren
Makrophagen von Ratten
S. Hirano et. al (2000)
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Translokation inhalierter Partikel zu anderen
Organen?
Epidemiologische Befunde Korrelation zwischen
Feinstaubbelastung und Herz-Kreislauf
Erkrankungen (? UFP gelangen in den Blutkreislauf
nehmen Einfluss auf Herz und Blutgefässe ?)
Exposition von 5 Freiwilligen mit ultrafeinem
Tc-gelabelten Kohlenstoffpartikeln
(lt100nm) Nemmar et. Al. Circulation 2002
105(4)411
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Hinweise auf Translokation von NP via
olfaktorischen Nerven ins Gehirn
Inhalations-Experimente mit 13C-Carbon (lt 100nm)
an Ratten weisen auf eine Translokation ins
Gehirn hin, Signifikanz für Menschen muss noch
betätigt werden. Oberdörster et al.,
Translocation of inhaled particles to the brain,
Inhalation Toxicology 16437, 2004
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Vergiftungsfälle mit Magic-Nano

• Zwischen dem 27. und 30. März wurden den
  Giftinformationszentren in Deutschland 97 Fälle
  von zum Teil schwerwiegenden Atmungsstörungen bis
  hin zum Lungenödem nach der Anwendung von Magic
  Nano Bad- und WC-Versiegler und Magic Nano
  Glas- und Keramikversiegler des Herstellers
  Kleinmann gemeldet.

• Wirkungsweise Siloxan-Lacke, Nanolacke

Keine Nanopartikel!
Sprayproblematik alveolengängige Aerosole (vgl.
Imprägniersprays)
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Aufnahme von NP über die Haut?
Langzeit-Applikation von Sonnencreme mit
TiO2-Nanopartikel ? NP finden sich vornehmlich
in den oberen Bereich der Hornschicht, d.h. es
erfolgt keine Aufnahme (Lademann et al, Skin
Pharm. 12, 247, 1999)
Projekt Nanoderm (unterstützt durch EU) ?
Vorläufige Ergebnis scheinen zu bestätigen, dass
über die gesunde Haut keine Aufnahme von NP (d.h.
keine Translokation Haut Blut) erfolgt
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Aufnahme von NP via Magen-Darm-Trakt (oral)

• Es gibt deutliche Hinweise, dass Mikropartikel
  und in weit höherem Ausmass auch Nanopartikel die
  Darm-Barriere (über die sogenannten Peyerschen
  Platten) überwinden und via Lymphsystem in die
  Blutbahn gelangen können. (Desai et. al,
  Pharm.Res. 13, 1838, 1996)
• es existieren keine Studien zu möglichen
  Schädigungen des Darms durch NP.

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Toxische Effekte von NP in Zielorganen

• zu toxischen Effekten von NP auf Zielorgane
  liegen abgesehen von der Lunge wenig oder
  keine publizierten Daten vor.
• die wenigen vorhanden Tierstudien zeigen keine
  akuten adversen Effekte
• im Zentrum des wissenschaftlichen Interesses
  stehen momentan Untersuchungen zur Cytotoxizität
  von NP, die meist in-vitro an Zelllinien
  durchgeführt werden. Diese erlauben allerdings
  nur eingeschränkte Aussagen zur tatsächlichen
  Toxizität der untersuchten NP.

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Nanopartikel Entscheidende toxikologische
Parameter
W.J. Stark, Cytotoxicity of Nanoparticles, ETHZ
(2005)
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Exposition des Menschen gegenüber Nanopartikel
(NP)
Umgang mit freien/ unge-bunden synthetischen NP
(unbeabsichtigte Expo-sition des Menschen)
UFP/Feinstaub natürl. und antropogenen. Ursprungs
(z.B. aus Verbrennungsprozessen, Abrieb, etc.)
Umgang mit Produkten, die Nanopartikel enthal-en
(z.B. Verpackungs-, Funktionsmaterialien etc. ?
Lebenszyklus)
Freie synthetische NP mit Target Mensch
? Medikamente
Synthetische NP in Umwelt (direkt oder indirekt
eingebracht)
Synthetische NP mit Target Mensch ? Genuss- und
Lebens-mittel, Kosmetika
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Gesetzliche Grundlagen

• Lebensmittelgesetz, LMG
• Art. 13 Nahrungs- und Genussmittel
• 1Nahrungsmittel dürfen bei ihrem üblichen
  Gebrauch die Gesundheit nicht gefährden.
• 2Genussmittel dürfen bei ihrem üblichen Gebrauch
  und Genuss die Gesundheit nicht unmittelbar oder
  in unerwarteter Weise gefährden.
• Art. 14 Gebrauchsgegenstände
• 1Gebrauchsgegenstände dürfen bei
  bestimmungsgemässem oder üblicherweise zu
  erwartendem Gebrauch die Gesundheit nicht
  gefährden.
• Chemikaliengesetz, ChemG
• Art. 5 Selbstkontrolle
• 1Wer als Herstellerin Stoffe oder Zubereitungen
  in Verkehr bringt, muss dafür sorgen, dass diese
  das Leben und die Gesundheit nicht gefährden.

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Lücken in der Regulierung

• Dosis (Exposition) muss neu definiert werden
  Anzahl Partikel, total Oberfläche und
  Oberflächenbeschaffenheit scheinen wichtiger als
  die Menge/Masse
• Bestehende Teststrategien verlangen keine Analyse
  der systemischen Verteilung
• Bestehende Testmethoden decken mögliche
  nanospezifische, adverse Effekte ungenügend ab
  neue toxikologische Endpunkte?
• Die gesetzlichen Regelungen zu bestimmten
  chemischen Stoffen (z.B. Altstoffe im
  Chemikalienbereich oder Lebensmittelzusatzstoffe)
  machen keine Aussagen über deren Partikelgrösse.

Konkrete gesetzliche Änderungen, die einen Schutz
vor möglichen negativen Auswirkungen von
Nanopartikel gewährleisten könnten, benötigen
zunächst weitere Forschungsdaten!
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Wie weiter ?

• Vorsorgeprinzip?
• Sollte nicht dazu benutzt werden Forschung und
  Entwicklung im Bereich Nanotechnologie und
  Nanopartikel zu verlangsamen oder zu behindern.
• Aber !
• Anwendungsorientierte, technische
  Weiterentwicklung der Nanotechnologie muss mit
  entsprechender Forschung hinsichtlich möglicher
  Risiken ergänzt werden
• Spezifische ungebundene Nanopartikel und
  Prozesse, welche solche beinhalten, müssen
  (vorläufig) individuell betrachtet werden
• Ungebundene Nanopartikel und Produkte, die solche
  enthalten, sollen gekennzeichnet werden.
• Starke nationale und internationale
  Zusammenarbeit zwischen Industrie, Wissenschaft
  und regulatorischer Behörde ist unabdingbar
  (Aktionsplan CH, EU, USA, OECD).

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Aktivitäten BAG

• Forschung Risiken
• Labor W.J. Stark ETHZ, Cytotoxicity of
  Nanoparticles
• EMPA St. Gallen, Safety and Risks of Carbon
  Nanotubes
• IST Lausanne, Nanoinventar
• Kommunikation
• TA-Suisse, Publifocus Nanotechnologie
• Politik
• Aktionsplan CH, Nanoregulation Plattform
• OECD, internationale Interessengruppen (USA, EU)