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Klassifizierung von Nanomaterialen nach oxidativem Stresspotential auf der Ebene von oxidativen Proteinmodifikationen (Nano Carbonyl)

04/2012-06/2014

Das Drittmittelprojekt wurde im Rahmen der BfR-Nanotechnologieforschung durchgeführt.

Drittmittelgeber: Land Rheinland-Pfalz

Obwohl Nanomaterialien (NM) bereits in zahlreichen Produkten eingesetzt werden, existieren dennoch viele Datenlücken, sowohl hinsichtlich möglicher toxischer Wirkungen als auch hinsichtlich der Exposition. Zusätzlich existieren von jedem Nanopartikel unterschiedliche Varianten, d.h. unterschiedliche Partikeldurchmesser, unterschiedliche Formen (z.B. Stäbchen, Kugeln, Dreiecke) sowie Oberflächen (durch verschiedene sogenannte Coatings). Zurzeit liegen kaum Erkenntnisse darüber vor, in wie weit sich Daten von einem bestimmten Nanomaterial auf andere übertragen lassen. Es fehlen insbesondere geeignete Screeningverfahren, welche aus der sehr großen Anzahl von Nanomaterialien diejenigen identifizieren, bei denen berechtige Anzeichen für mögliche toxische Wirkungen bestehen ("nanomaterials of concern").

Häufig verursachen Nanomaterialien oxidativen Stress und führen zur Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies, die wiederum oxidative Proteinmodifikationen wie beispielsweise Proteincarbonyle verursachen können. Die Bildung von Proteincarbonylen ist ein irreversibler Schritt, wobei die Carbonyle nicht willkürlich oder zufällig entstehen. Dieses Projekt befasste sich mit der Entwicklung eines Screeningverfahrens für Nanomaterialien auf Basis von oxidativen Stress, im speziellen der Untersuchung von Proteincarbonylen.

Im BfR, Abteilung Produkt- und Chemikaliensicherheit, wurden dazu zunächst verschiedene Zellsysteme hinsichtlich ihrer Eignung für ein solches Screeningverfahren untersucht. Nachdem drei gut geeignete Zelllinien identifiziert wurden, wurden in diesen drei Zelllinien insgesamt 10 verschiedene Nanomaterialien in Bezug auf Aufnahme, Zytotoxizität, oxidativen Stress und auf Carbonylbildung getestet. Die Bildung von Proteincarbonylen wurde zunächst semiquantitativ im eindimensionalen Gelsystem untersucht. Die weitergehende Charakterisierung der Proteincarbonyle erfolgte dann im 2D-Gelsysteme mit anschließender massenspektrometrischer Analyse der modifizierten Proteine.

Zusammenfassend erscheint die Untersuchung von Proteincrabonylen sehr vielversprechend und als Screening Prinzip gut geeignet. Eine abschließende Datenauswertung ist noch in Arbeit.

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