Gesundheits- und Umweltrisiken von Nanopartikeln und Nanomaterialien

Einführung

Nanotechnologien und -materialien verwenden winzige Partikel in Nanometergröße (Millionstel eines Millimeters), die viel für die Verbesserung unserer Lebensqualität beitragen können. Sie bringen aber - wie jede neuen Technologie oder Entwicklung - auch mögliche Nachteile mit sich.

Eine Herausforderung der Nanomaterialien besteht darin, zu bestimmen inwiefern ihre physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften sich von denen herkömmlicher Werkstoffe unterscheiden und wie dies mögliche schädliche Auswirkungen beeinflusst. In der Praxis bedarf es neuer wissenschaftliche Methoden, weil derzeitige Verfahren sich als nicht für das Testen von Nanomaterialien angepasst sein könnten.

Verfügen wir heute über die Werkzeuge für die Bewertung der möglichen Risiken von Nanomaterialien?

Es werden laufend neue Nanomaterialien für eine Reihe von Produkten entwickelt. Unser wissenschaftliches Verständnis und unsere Fähigkeit, die beobachteten Eigenschaften von Nanomaterialien zu erklären und zu beschreiben, wachsen, sind jedoch noch relativ begrenzt. Wichtiger noch: unser Wissen über die möglichen schädlichen Wirkungen von Nanomaterialien macht langsamere Fortschritte als die technologischen Entwicklungen.

Die wissenschaftlichen Kenntnisse nehmen zwar zu, aber sind noch nicht in der Lage, allgemeine Beschreibungsmodelle zu liefern; noch mehr praktische Daten und ein Verständnis der Mechanismen werden benötigt, um diesen Prozess zu fördern.

Können Nanomaterialien schädlich wirken und stellen sie ein Risiko dar?

Bei der Bewertung ob Nanomaterialien schädlich wirken können, ob sie eine Gefahr¹ darstellen, ist eine grundlegende, wichtige Betrachtung diejenige, dass die Größenordnung der Nanomaterialien und Nanopartikel der unserer biologischen Maschinerie entspricht. Deshalb sind Nanomaterialien eine Klasse von Substanzen, die toxikologisch „neu“ ist, weil sie mit biologischen Systemen in einer.

Weise interagieren können, die wir derzeit nur teils verstehen. Die Größe ist jedoch nicht der einzige ausschlaggebende Faktor für eine mögliche toxische Wirkung eines bestimmten Nanopartikels

Das Einatmen gewisser Nanopartikel kann zu lokaler Lungenentzündung, allergischen Reaktionen oder schädlichen Wirkungen auf die Gene führen. Manche spezifische Arten von Nanofasern können ähnliche Reaktionen wie Asbest bewirken, unter anderem chronische Entzündungen. Partikel, die in den Blutkreislauf gelangen und in Organen wie Leber und Milz angereichert werden könnten, verursachen zusätzlich Bedenken. Nano können in Zellen eindringen und somit direkt oder indirekt das genetische Material der Zelle beeinträchtigen.

Inzwischen werden neue Generationen von komplexen Nanomaterialien speziell für biologische Wechselwirkungen oder mit selbstorganisierenden Eigenschaften entwickelt. Diese Nanomaterialien können sich in komplexer, dynamischer Art und Weise verhalten, was den Vorgang der wissenschaftlichen Bewertung grundlegend kompliziert. Zu dieser neuartigen Klasse von Nanopartikeln zählen insbesondere Nanoverkapselungen, die für den Einsatz in Nahrungs- und Futtermitteln entwickelt wurden und bereits für medizinische Zwecke eingesetzt werden.

Um das Risiko einer Belastung durch Nanomaterialien unter realen Bedingungen zu bewerten, müssen die üblich angewandten Methoden wegen der spezifischen Eigenschaften einiger Nanomaterialien ebenfalls angepasst werden. Dies ist zeitaufwändig und erfordert noch beträchtliche Bemühungen. Für Belastungen am Arbeitsplatz wurden pragmatische Ansätze entwickelt, um die Bewertung und nachfolgende Überprüfung der Belastung durch Nanopartikel zu erleichtern.

Was sind die Umweltrisiken von Nanopartikeln?

Aufgrund der Vielfalt von Wirkungsdaten und Nanomaterialien ist es schwierig, Schlussfolgerungen über Umweltrisiken bestimmter Nanomaterialien zu ziehen.

Die meisten verfügbaren Informationen betreffen Gewässer und es mangelt weitgehend an Angaben zu Gefahren von Nanopartikeln in Böden und Sedimenten. Wenn ein Nanomaterial in die Umwelt gelangt kann es cich sich umwandeln. Zunehmende Aufmerksamkeit wird möglichen Schadwirkungen dieser Umwandlungsprodukten geschenkt.

Es mangelt noch an Beschreibungsmodellen für die Freisetzung von Nanopartikeln, ihre Verteilung in der Umwelt und wie Lebewesen ihnen ausgesetzt sind. Ebenso sind modellstützende Daten noch rar. Eine Weiterentwicklung der Analysewerkzeuge und der Methoden für die Bestimmung und Messung der Eigenschaften von Nanopartikeln in komplexen Umweltbedingungen werden benötigt, um ihre Verteilung und die Belastung von Lebewesen in der Umwelt besser zu verstehen.

Eine Umweltverträglichkeitsprüfung für Zink-Metallpartikel hat ergeben, dass der Spielraum zwischen Wirkungs- und Expositionshöhen relativ groß ist, sodass derzeit kein Risiko für Lebewesen in EU-Gewässern zu erwarten ist. Aber eine ähnliche Bewertung für Nanosilber schließt nicht aus, dass schädigende Auswirkungen für die Umwelt auftreten könnten.

Welches sind die wichtigsten Wissenslücken?

In vier Hauptbereichen müssen Fortschritte erzielt werden:

Erstens brauchen wir Daten – d.h. spezifische Daten zu Nanomaterialien und Nanopartikeln sowie Informationen zu ihrer Anwendung in und ihrer Freisetzung aus Produkten.

Zweitens müssen wir unser wissenschaftliches Verständnis des nano-toxikologischen Verhaltens verbessern, um den Schritt hin zur Verallgemeinerung und Abstraktion zu ermöglichen.

Drittens müssen wir nicht nur schon existierenden Nanomaterialien bewerten, sondern auch neue und aufkommende Generationen von Nanomaterialien überwachen und beurteilen.

Viertens müssen wir Aspekte des Risikomanagements in Betracht ziehen, wie den Umgang mit den Tempounterschied zwischen Nanomaterial-Innovationen und unserer wissenschaftlichen und rechtlichen Kapazität die Unsicherheiten und Risiken zu bewerten, sowie Wege um mit diesen potenziellen Risiken und Unsicherheiten umzugehen.

Die Regierung, die Gesellschaft im Allgemeinen, die Wissenschaftler und die Wirtschaftskreise müssen zusammenarbeiten, um Wege zu finden, um mit den grundlegend neuen und innovativen Entwicklungen sowohl der Materialien als auch der Risiken umzugehen. Dies würde eine solide Grundlage für mehr Datenverfügbarkeit und gegenseitiges Verständnis schaffen.

Im Allgemeinen schlussfolgerte die Europäische Kommission, dass der in der EU geltende rechtliche Rahmen potenzielle Risiken in Bezug auf Nanomaterialien weitgehend abdeckt. Nichtdestotrotz müssen die derzeitigen Rechtsvorschriften und Grenzwerte womöglich in der Zukunft Angesichts bestehender Lücken und neuer Erkenntnisse angepasst werden,...

¹ Zur Erklärung des wesentlichen Unterschieds zwischen einer „Gefahr“ und einem „Risiko“ in diesem Kontext können Sie das kurze GreenFacts-Video zu diesem Thema anschauen: www.youtube.com/watch?v=PZmNZi8bon8 

References:
Assessing health and environmental risks of nanoparticles: Current state of affairs in policy, science and areas of application   Assessing health & environmental risks of nanoparticles - An overview