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Ob in Farben, Kleidung, Baustoffen, Kosmetikartikeln oder Medikamenten: Nanopartikel sind in unzähligen Produkten enthalten. Neben Nanoteilchen, die in der Natur vorkommen, lassen sich viele heute synthetisch herstellen und so gezielt in der Industrie einsetzen. Aufgrund ihrer „Größe“ haben die winzigen Partikel andere physikalische oder chemische Eigenschaften als größere Teilchen aus dem gleichen Stoff. Sie reagieren schneller und stärker und haben vergrößerte Oberflächen, die mehr Platz für Wirkstoffe oder andere funktionelle Substanzen bieten. Mit der zunehmenden Präsenz von Nanopartikeln, werden Fragen nach den gesundheitlichen Risiken vor allem in der Medizin immer lauter.
Zusammenspiel Nanopartikeln und Zellen
Hier setzt der Forschungsverbund namens „MINAC“ an. Unter der Leitung der Universität Münster haben Partner aus Wissenschaft und Industrie in einer deutsch-chinesischen Kooperation untersucht, wie bestimmte Nanopartikel auf die Zellen im Körper und das Immunsystem wirken. „Wir wollten verstehen, wie die Nanostrukturen mit Zellen interagieren“, sagt Projektleiterin Kristina Riehemann. Das Vorhaben wurde von August 2011 bis Februar 2015 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 1,4 Mio. Euro unterstützt.
Im Fokus des Projektes standen medizinische Anwendungen von Nanopartikeln für Therapie und Diagnose sowie deren Nebenwirkungen. Trotz der Vielzahl von Nanoteilchen, die mittlerweile zum Einsatz kommen, ist noch wenig über das zelluläre Zusammenspiel der Fremdpartikel und deren Wirkung auf das Immunsystem bekannt. „Im Grunde muss jedes Teilchen darauf untersucht werden, in welcher Konzentration es schädlich sein könnte, wie es im Körper wirkt und wo es abgelagert wird und warum“, erklärt Riehemann.
Gesundheitsrisiken schneller erkennen
Perspektivisch sollen mithilfe eines neuen Testsystems die Risiken von Nanopartikeln auf Zellen schneller erkennbar sein. Doch bis dahin sind noch viele grundlegende Fragen zu klären. Vorherige Projekte der Münsteraner Forscher haben bereits gezeigt, dass die Effekte in Zelle und Körper vielschichtig sind und sich nicht nur auf die toxische Wirkung beschränken.
Whether it is dyes or clothing, construction materials, cosmetic products, medicines or beyond, nanoparticles are found in all manner of products. As well as naturally occurring nanoparticles, there are many others that can be synthetically and selectively produced for use in industry. Thanks to their miniature size, the particles have different physical or chemical properties than larger particles of the same substance. They react more quickly and more strongly, and have enlarged surfaces that offer more space for active or functional substances. However, the growing presence of nanoparticles in our environment is raising ever more questions about the potential health risks. Many of those voicing concern are in the field of medicine.
The interplay of nanoparticles and cells
This was the starting point for the research network ‘MINAC’. In a German-Chinese joint project under the direction of the University of Münster, partners from science and industry are investigating the effects of specific nanoparticles on cells and the immune system. “We wanted to gain an understanding of how the nanostructures interact with cells,” says project leader Kristina Riehemann. From August 2011 to February 2015, the initiative was funded with a total of €1.4 million by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF).
The focus of the project was on the medical applications of nanoparticles in therapy and diagnosis, as well as their adverse effects. Despite the broad variety of nanoparticles that are used today in a range of fields, little is known about the cellular interaction of these foreign particles, and their effects on the immune system. “What is essentially required is to analyse every particle in order to determine the potentially harmful concentrations, how they function in the body, and where and why they accumulate,” explains Riehemann.
Rapid identification of health risks
The long-term perspective is the development of a new test system that will enable the rapid identification of the risks to cells that are posed by nanoparticles. In the meantime, however, many basic questions remain unresolved. Previous projects undertaken by the researchers in Münster have already demonstrated the complexity of the effects on the body’s cells, which are not limited to toxic effects.