22.1.3 Zell- und DNA-Schäden

Zunehmendes Interesse gilt auch dem Zusammenhang von DNA-Schädigungen und oxidativem Stress. Als oxidativen Stress bezeichnet man eine Stoffwechsellage, bei der im Übermaß reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS – reactive oxygen species) gebildet werden. Diese reaktiven Sauerstoffverbindungen entstehen in der Zelle, genauer: in den Mitochondrien aus der mitochondrialen Elektronentransportkette und den Cytochrom-P450-Oxidasen. Wenn die Gegenmechanismen der Zelle wie zum Beispiel der Vorrat an Antioxidantien erschöpft sind, führen ROS zu Zell- und DNA-Schäden und man vermutet, dass oxidativer Stress an der Entstehung von Arteriosklerose, Krebs, Erkrankungen des Immunsystems und auch chronisch entzündlichen, rheumatischen und neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt ist.

In einigen Studien konnte gezeigt werden, dass Nanopartikel direkt mit der DNA oder den Mitochondrien interagieren oder über Entzündungsprozesse bzw. oxidativen Stress und die Produktion freier Radikale zu Genotoxizität führen. In einem Bericht des ANSES, der sich auch mit inhaliertem Titandioxid befasst, heißt es vorsichtig formuliert, dass mehrere Studien auf einen Zusammenhang zwischen Entzündungsprozessen und/oder oxidativem Stress und Genotoxizität hinweisen. Titandioxid-Nanopartikel werden demnach als schwach genotoxisch eingeschätzt. (559) Auch weitere Studien zeigten den Zusammenhang zwischen Titandioxid und oxidativem Stress bzw. Interaktionen mit der DNA. (34–36) Dass diese Effekte keineswegs nur Titandioxid spezifisch sind, zeigen Studien mit Siliciumdioxid. Auch dieses Material führt zu vermehrter Bildung reaktiver Sauerstoffspezies. (37)

In dem vom BfR geförderten Forschungsprojekt NanoToxClass konnten Nanomaterialien anhand ihres Gefährdungspotentials zusammengefasst werden. Die Untersuchungen fanden an Zellkulturen – Rattenzellen aus Lungenbläschen – statt und bezogen sich vor allem auf die Veränderungen in mehreren tausend Zellproteinen, Stoffwechselprodukten sowie Signalwegen der Zellen. Das Projekt zeigte auch, dass „giftigere“ Nanopartikel oxidativen Stress erzeugen. Diese auch als „aktive“ Gruppe zusammengefassten Nanopartikel umfassen u. a. auch Siliciumdioxid und Titandioxid. Die Versuche zeigen, dass die „aktive“ Gruppe nicht nur auf Endocytose, Detoxification und oxidativen Stress Einfluss nahm, sondern auch zu Veränderungen in Signalwegen der Apoptose (programmierter Zelltod), tRNA-Beladung und Aminosäuresynthese der Zellen führte, was für mögliche kanzerogene Aspekte bedeutsam ist. (572)