Gemeinsam mit Partnern aus dem EU-Projekt „SmartNanoTox” fanden die Forschenden nun heraus, dass für bestimmte Materialien die langfristige Entzündungsreaktion der Lunge auf eine einzige Nanopartikel-Exposition auf zwei bisher unbekannte zelluläre Schlüsselereignisse zurückgeführt werden kann: erstens, einen neuen Quarantäneprozess, d.h. die Ablagerung ausgeschiedener Partikel umhüllt von biologischen Molekülen auf der Zelloberfläche; zweitens, den so genannten Nanomaterialkreislauf, der Aufnahme und Ausscheiden der Nanopartikel zwischen verschiedenen alveolaren Lungenzelltypen bedingt.
Die Tatsache, dass sich der Ursprung dieser beiden zellulären Schlüsselereignisse nun genau lokalisieren und quantitativ beschreiben lässt, stellte den Durchbruch für die neue Methode zur Vorhersage toxischer Reaktionen dar.
Mithilfe von wenigen in-vitro-Messdaten in Kombination mit in-silico-Modellierung konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die akute bzw. chronische Toxizität von Nanopartikeln und damit den Verlauf von Entzündungsreaktionen in der Lunge für 15 verschiedene Materialien vorhersagen. Die Fähigkeit, solche Vorhersagen treffen zu können, bedeutet einen Schritt in Richtung „Safe-by-Design“ mit deutlichen Auswirkungen auf die
Sicherheit, Geschwindigkeit und Kosteneffizienz in der Materialentwicklung.
Diese Studie bietet eine alternative tierversuchsfreie Methode, die mit in-silico-Modellierung kombiniert für Hochdurchsatztests geeignet ist.
Originalpublikation
Kokot et al., 2020: Prediction of Chronic Inflammation for Inhaled Particles, the Impact of Material Cycling and Quarantining in the Lung Epithelium. Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.202070353
