22.1.1 Überwindung von Zellbarrieren

Nanopartikel gelangen über drei grundsätzliche Aufnahmewege in den menschlichen Organismus:

• Inhalation,
• Aufnahme über die Haut oder
• orale Aufnahme.

Alle drei Mechanismen haben gemeinsam, dass die Nanopartikel letztendlich im Blut und damit potenziell in allen Organen und Zellen des Körpers gefunden werden können. Durch Inhalation gelangen Nanopartikel in alle Teile des Respirationstraktes und durch Endocytose und Transcytose auch über diesen hinaus in den Körper. Bei Hautkontakt gelangen sie über Penetration in die Dermis und dann weiter ins Lymphsystem (Translokation).

Über die orale Aufnahme gelangen Nanopartikel ebenfalls in den Körper; der größte Teil wird jedoch ausgeschieden: Deutlich weniger als 1 % der oral verabreichten Partikel gelangen ins Blut. (31–43) Zwei Studien mit Titandioxid (150-500 nm) zeigten die Aufnahme ins Blut und die Leber nach oraler Gabe in Ratten und menschlichen Probanden. (586,587) Eine andere Arbeitsgruppe konnte schon 1990 eine größenabhängige Aufnahme von Nanopartikeln (Polystyrene 50-3000 nm) über die Peyer'schen Plaques mit Translokation in die Darmlymphe und darauffolgender systemischer Verteilung in Leber, Milz, Nieren, Blut und Knochenmark nachweisen. (588) Nach intravenöser Gabe von Gold-Nanopartikeln konnte nachgewiesen werden, dass Partikel kleiner als 10 nm in alle Organe verteilt werden, während sich größere Teilchen (50-250 nm) vor allem in Leber, Milz und Blut konzentrieren. (589) Auch Geraets et al. untersuchten 2014 die Aufnahme und Verteilung von Titandioxid an Ratten. Die Bioverfügbarkeit war übereinstimmend mit den obigen Versuchen sehr gering. Nach intravenöser Gabe allerdings kam es zu einer raschen Verteilung in verschiedene Organe: Leber, Milz, Nieren, Lunge, Herz, Gehirn, Thymus und Fortpflanzungsorgane. Nach 90 Tagen wurde zudem eine Umverteilung von der Leber in die Milz festgestellt, was mit weiteren Untersuchungen übereinstimmt, die belegen, dass sich Titandioxid vor allem im Lymphsystem, welches Milz und Lymphknoten umfasst, ansammelt und hier im Tierversuch langfristig zu Schäden am Organ führt. (31,590)

Übereinstimmend sind diese Ergebnisse mit der Erkenntnis, dass einmal ins System gelangte Nanopartikel nur sehr schlecht ausgeschieden werden. Beispielsweise wurde in Tierversuchen mit Titandioxid gezeigt, dass die Ausscheidung der Partikel sehr gering ist. Abhängig vom Material und untersuchtem Organgewebe verringerte sich der Gehalt an Titandioxid erst nach 28 bzw. 650 Tagen um die Hälfte. (31) Einmal im Organismus angelangt, werden Nanopartikel also nur in geringem Maße wieder ausgeschieden, was vermuten lässt, dass Nanopartikel sich langfristig und vor allem bei chronischer Exposition in den Organen anreichern.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch eine Untersuchung von Lin et al., die zeigen konnte, dass Titandioxid die Plazenta passieren kann und im Gehirn der Nachkommen mindestens bis zum juvenilen Stadium nachweisbar ist. (591)