GSF-Forschungszentrum, Abteilung für Inhalationsbiologie. Im Versuchsraum stapeln sich Rattenkäfige. Wolfgang Kreyling hantiert mit einem weißen Pulver. Der Stoff sieht aus wie Mehl. Es sind aber winzige Nanopartikel aus Iridium, wie sie mittlerweile in rauen Mengen von der Industrie verarbeitet werden. Was passiert, wenn diese Nanoteilchen eingeatmet werden? Das ist die Frage. Dabei ist gar nicht so entscheidend, aus welchem Stoff genau die Teilchen sind. Für die Wirkung auf die Lunge zählt vor allem die Größe der Partikel, das weiß der Biologe bereits. Je kleiner, desto reaktiver, lautet die Regel. Der Versuch beginnt, wenn die Ratten anfangen, die mit Nanostaub angereicherte Luft einzuatmen. Die einzelnen Staubpartikel sind dabei radioaktiv markiert.
"Dann schauen wir nach verschiedenen Zeiträumen – nach ein paar Stunden oder nach sechs oder 24 Stunden oder nach einigen Tagen nach, wie sich das Material, das ursprünglich nur in die Lunge gekommen ist, im Organismus verteilt hat. Dazu haben wir hier diese hochempfindlichen Messgeräte stehen, mit denen wir Radioaktivität in Proben von Organen, die wir den Tieren entnommen haben, messen."
Wolfgang Kreyling fahndet mit einer Art High-Tech-Geigerzähler nach dem Verbleib der Partikel.
"Hier ist gerade eine Hirnprobe von einem Tier drin und wenn Sie genau hinschauen, dann sehen Sie hier über dem Hintergrundsignal eine kleine Spitze, die klar zeigt, dass wir eine kleine Menge von Radioaktivität – dieses hier sind jetzt Iridium-Nanopartikel, die wir hier als Testsysteme verwenden – dass wir also eine kleine Menge Iridium im Hirn nachweisen können. Das war eine Inhalation, die wir durchgeführt haben, das heißt, die Partikel sind nur in die Lunge gekommen, trotzdem können wir nach 24 Stunden nachweisen, dass ein paar Partikel im Hirn angekommen sind."
Was für eine Reise: Eingeatmet und im Gehirn gelandet. Normalerweise ist das Gehirn durch die so genannte Blut-Hirn-Schranke extrem gut gegen Eindringlinge geschützt, seien es Bakterien oder Chemikalien. Selbst Medikamente können diese Barriere kaum überspringen. Anders die Nanopartikel. Sie dringen nicht nur ins Gehirn, sondern auch in andere Bereiche des Körpers vor, teilweise in beträchtlicher Zahl. Von 1000 eingeatmeten Nanopartikeln kommen immerhin zehn in der Leber an und einer im Gehirn. Doch Wolfgang Kreyling geht noch einen Schritt weiter: Als besonders gut abgeschirmt gilt der Fötus in der Gebärmutter.
"Das war die nächste Frage: Kann es überhaupt sein, dass diese Partikel durch die Plazenta der Mutter in ein Fötus durchdringen? Wir haben dann Untersuchungen gemacht an Ratten, an schwangeren Tieren, entweder über das Blutsystem oder direkt über Einspülen in die Lunge hinein und da war tatsächlich die Aufnahme in die Plazenta überraschend hoch. Und wenn in der Plazenta relativ viel Material gespeichert wurde, dann dringt auch wieder ein gewisser Anteil bis zu den Föten vor. Und das bedeutet eben, dass der Fötus nicht komplett geschützt ist, wie wir ursprünglich angenommen haben."
Die Versuche zeigen, dass Nanopartikel einzigartige Eigenschaften haben: Sie können Barrieren und Abwehrmechanismen des Körpers nahezu problemlos durchdringen. Aber was heißt das nun für Menschen? Wolfgang Kreyling geht davon aus, dass die Ergebnisse von den Rattenversuchen durchaus auf den Menschen übertragbar sind. Und das verheißt für seine Gesundheit nichts Gutes:
"Dann passieren in diesen Epithelzellen, wie wir sagen, in diesen Wandzellen und in anderen Zellen, nachgeschaltete hinter dem Epithel, Reaktionen, die zu einem Stress führen, der mit Oxidation verbunden ist, wir nennen das oxidativen Stress, der wiederum der Initiator von Abwehrreaktionen ist und zwar von entzündlichen Abwehrreaktionen. Dann kommt es eben zu diesen Entzündungsprozessen, von denen wir vermuten, dass sie langfristig gesehen zu einer erheblichen Gefährdung führen."
Wie genau diese Gefährdung aussieht, weiß derzeit niemand. Es gibt Hinweise, dass diese Entzündungen Herzinfarkte auslösen können, möglicherweise auch Krebs. Unklar ist aber, ob das alles nur für eingeatmete Partikel gilt. Was passiert, wenn Nanoteilchen gegessen werden oder auf die Haut gelangen: Niemand weiß es derzeit so genau.
Das Institut für Risikobewertung in Berlin hat im Dezember 2007 eine Forschungsstrategie "Nanomaterialien" vorgelegt. Vor der Sendung sprach "Forschung aktuell"-Redakteur Uli Blumenthal mit Rolf Hertel vom Institut für Risikobewertung in Berlin über die Eckpunkte dieser Strategie.
Rolf Hertel: In unserer Forschungsstrategie zwar einmal fest, dass bestimmte Voraussetzungen noch geprüft werden müssen, die bisher bei den ganz normalen Sicherheitsprüfung, die wir vornehmen, eigentlich nicht erfasst sind. Und das ist die Identifikation der Nanomaterialien und ihre spezifische physikochemische Charakterisierung. Ganz wichtig für eine Risikobewertung sind natürlich auch Fragen der tatsächlichen Exposition - mit welchen Partikeln kommen denn Verbraucher tatsächlich in Kontakt? In unserem täglichen Leben aber ist durchaus zu hinterfragen, ob wir über die Nahrung überhaupt mit Nanoteilchen in Berührung kommen können. Denn ein Nanoteilchen ist, wie wir ja wissen, sehr reaktionsfähig. Und diese Nanoteilchen lagern sich zusammen und bilden Agglomerate und so kommt es, dass wir eigentlich dann es mit Gebilden zu tun haben, die im Mikrometer-Bereich vorliegen. Wenn Sie zum Beispiel an Rieselhilfen denken, die vielleicht in Gewürzen oder im Salz sind.
Uli Blumenthal: Das heißt also, die Gefahr ist gar nicht so groß? Oder ist einfach mehr Untersuchungsbedarf notwendig?
Hertel: Es ist von den Substanzen, die heute im Umlauf sind, anzunehmen, dass die Gefahr nicht so groß erscheint, wie sie häufig dargestellt wird. Eine andere Frage ist, wie sieht es mit neuen Substanzen aus, die also nicht unbedingt schon im Einsatz sind oder in der Natur selber vorkommen.
Blumenthal: Und unabhängig von dem, was man über die toxische Wirkung von Nanopartikeln oder ihren Produkten dann weiß, würde sich eine Kennzeichnungspflicht dann nicht anbieten in jedem Fall?
Hertel: Eine Kennzeichnungspflicht setzt voraus, dass ich genau weiß, was ich kennzeichnen muss. Da wird die Frage der Definition ganz wichtig. An dieser Frage wird derzeit sehr stark gearbeitet. Eine zweite Frage betrifft die Überwachung. Wenn ich etwas gekennzeichnet habe, möchte ich ja sicherstellen, dass das auch eingehalten wird und dass ich sicher sein kann, damit einen besseren Schutz des Verbrauchers zu erreichen. Das ist aber sehr kompliziert. Denken Sie, dass zum Beispiel geräucherter Fisch oder Geräuchertes oder Gegrilltes ja ihre Eigenschaften und besonderen Geschmack wohl durch Nanopartikel erreichen, die mit dem Rauch die Nahrung von außen beaufschlagt haben. Soll ich das auch kennzeichnen? Und wie soll ich es kennzeichnen? Homogenisierte Milch, das Verfahren der Homogenisierung bewirkt, dass die Anzahl der Nanoteilchen in der Milch, Milch ist ja eine Emulsion und diese Emulsion liegt im Nanobereich vor, beträchtlich ansteigt. Soll ich das kennzeichnen, ja oder nein?
Blumenthal: Könnte man sich denn vorstellen, dass die Lebensmittel-Hersteller oder die Firmen, die solche Nanopartikel einsetzen, ein Moratorium mit unterschreiben und einhalten, dass sie Stoffe und Substanzen, Substanzklassen, die nicht untersucht worden sind, in Lebensmitteln nicht verwenden?
Hertel: Das ist eine Frage der derzeitigen gesetzlichen Lage. Man darf in Deutschland Lebensmittel nur in Umlauf und Verkehr bringen, wenn sie sicher sind, das heißt, den Konsumenten nicht schaden. Und nach unserer Erkenntnis wird dieses von verantwortlichen Herstellern eingehalten. Es gibt zumindest keinen Grund, daran zu zweifeln, dass diese gesetzliche Lage nicht befolgt wird. Sollte sich herausstellen, dass irgendeiner Nanoteilchen verwendet in einem Lebensmittel und es würde dann auch ein Schaden auftreten, müsste er natürlich mit einer erheblichen Strafe rechnen.
"Dann schauen wir nach verschiedenen Zeiträumen – nach ein paar Stunden oder nach sechs oder 24 Stunden oder nach einigen Tagen nach, wie sich das Material, das ursprünglich nur in die Lunge gekommen ist, im Organismus verteilt hat. Dazu haben wir hier diese hochempfindlichen Messgeräte stehen, mit denen wir Radioaktivität in Proben von Organen, die wir den Tieren entnommen haben, messen."
Wolfgang Kreyling fahndet mit einer Art High-Tech-Geigerzähler nach dem Verbleib der Partikel.
"Hier ist gerade eine Hirnprobe von einem Tier drin und wenn Sie genau hinschauen, dann sehen Sie hier über dem Hintergrundsignal eine kleine Spitze, die klar zeigt, dass wir eine kleine Menge von Radioaktivität – dieses hier sind jetzt Iridium-Nanopartikel, die wir hier als Testsysteme verwenden – dass wir also eine kleine Menge Iridium im Hirn nachweisen können. Das war eine Inhalation, die wir durchgeführt haben, das heißt, die Partikel sind nur in die Lunge gekommen, trotzdem können wir nach 24 Stunden nachweisen, dass ein paar Partikel im Hirn angekommen sind."
Was für eine Reise: Eingeatmet und im Gehirn gelandet. Normalerweise ist das Gehirn durch die so genannte Blut-Hirn-Schranke extrem gut gegen Eindringlinge geschützt, seien es Bakterien oder Chemikalien. Selbst Medikamente können diese Barriere kaum überspringen. Anders die Nanopartikel. Sie dringen nicht nur ins Gehirn, sondern auch in andere Bereiche des Körpers vor, teilweise in beträchtlicher Zahl. Von 1000 eingeatmeten Nanopartikeln kommen immerhin zehn in der Leber an und einer im Gehirn. Doch Wolfgang Kreyling geht noch einen Schritt weiter: Als besonders gut abgeschirmt gilt der Fötus in der Gebärmutter.
"Das war die nächste Frage: Kann es überhaupt sein, dass diese Partikel durch die Plazenta der Mutter in ein Fötus durchdringen? Wir haben dann Untersuchungen gemacht an Ratten, an schwangeren Tieren, entweder über das Blutsystem oder direkt über Einspülen in die Lunge hinein und da war tatsächlich die Aufnahme in die Plazenta überraschend hoch. Und wenn in der Plazenta relativ viel Material gespeichert wurde, dann dringt auch wieder ein gewisser Anteil bis zu den Föten vor. Und das bedeutet eben, dass der Fötus nicht komplett geschützt ist, wie wir ursprünglich angenommen haben."
Die Versuche zeigen, dass Nanopartikel einzigartige Eigenschaften haben: Sie können Barrieren und Abwehrmechanismen des Körpers nahezu problemlos durchdringen. Aber was heißt das nun für Menschen? Wolfgang Kreyling geht davon aus, dass die Ergebnisse von den Rattenversuchen durchaus auf den Menschen übertragbar sind. Und das verheißt für seine Gesundheit nichts Gutes:
"Dann passieren in diesen Epithelzellen, wie wir sagen, in diesen Wandzellen und in anderen Zellen, nachgeschaltete hinter dem Epithel, Reaktionen, die zu einem Stress führen, der mit Oxidation verbunden ist, wir nennen das oxidativen Stress, der wiederum der Initiator von Abwehrreaktionen ist und zwar von entzündlichen Abwehrreaktionen. Dann kommt es eben zu diesen Entzündungsprozessen, von denen wir vermuten, dass sie langfristig gesehen zu einer erheblichen Gefährdung führen."
Wie genau diese Gefährdung aussieht, weiß derzeit niemand. Es gibt Hinweise, dass diese Entzündungen Herzinfarkte auslösen können, möglicherweise auch Krebs. Unklar ist aber, ob das alles nur für eingeatmete Partikel gilt. Was passiert, wenn Nanoteilchen gegessen werden oder auf die Haut gelangen: Niemand weiß es derzeit so genau.
Das Institut für Risikobewertung in Berlin hat im Dezember 2007 eine Forschungsstrategie "Nanomaterialien" vorgelegt. Vor der Sendung sprach "Forschung aktuell"-Redakteur Uli Blumenthal mit Rolf Hertel vom Institut für Risikobewertung in Berlin über die Eckpunkte dieser Strategie.
Rolf Hertel: In unserer Forschungsstrategie zwar einmal fest, dass bestimmte Voraussetzungen noch geprüft werden müssen, die bisher bei den ganz normalen Sicherheitsprüfung, die wir vornehmen, eigentlich nicht erfasst sind. Und das ist die Identifikation der Nanomaterialien und ihre spezifische physikochemische Charakterisierung. Ganz wichtig für eine Risikobewertung sind natürlich auch Fragen der tatsächlichen Exposition - mit welchen Partikeln kommen denn Verbraucher tatsächlich in Kontakt? In unserem täglichen Leben aber ist durchaus zu hinterfragen, ob wir über die Nahrung überhaupt mit Nanoteilchen in Berührung kommen können. Denn ein Nanoteilchen ist, wie wir ja wissen, sehr reaktionsfähig. Und diese Nanoteilchen lagern sich zusammen und bilden Agglomerate und so kommt es, dass wir eigentlich dann es mit Gebilden zu tun haben, die im Mikrometer-Bereich vorliegen. Wenn Sie zum Beispiel an Rieselhilfen denken, die vielleicht in Gewürzen oder im Salz sind.
Uli Blumenthal: Das heißt also, die Gefahr ist gar nicht so groß? Oder ist einfach mehr Untersuchungsbedarf notwendig?
Hertel: Es ist von den Substanzen, die heute im Umlauf sind, anzunehmen, dass die Gefahr nicht so groß erscheint, wie sie häufig dargestellt wird. Eine andere Frage ist, wie sieht es mit neuen Substanzen aus, die also nicht unbedingt schon im Einsatz sind oder in der Natur selber vorkommen.
Blumenthal: Und unabhängig von dem, was man über die toxische Wirkung von Nanopartikeln oder ihren Produkten dann weiß, würde sich eine Kennzeichnungspflicht dann nicht anbieten in jedem Fall?
Hertel: Eine Kennzeichnungspflicht setzt voraus, dass ich genau weiß, was ich kennzeichnen muss. Da wird die Frage der Definition ganz wichtig. An dieser Frage wird derzeit sehr stark gearbeitet. Eine zweite Frage betrifft die Überwachung. Wenn ich etwas gekennzeichnet habe, möchte ich ja sicherstellen, dass das auch eingehalten wird und dass ich sicher sein kann, damit einen besseren Schutz des Verbrauchers zu erreichen. Das ist aber sehr kompliziert. Denken Sie, dass zum Beispiel geräucherter Fisch oder Geräuchertes oder Gegrilltes ja ihre Eigenschaften und besonderen Geschmack wohl durch Nanopartikel erreichen, die mit dem Rauch die Nahrung von außen beaufschlagt haben. Soll ich das auch kennzeichnen? Und wie soll ich es kennzeichnen? Homogenisierte Milch, das Verfahren der Homogenisierung bewirkt, dass die Anzahl der Nanoteilchen in der Milch, Milch ist ja eine Emulsion und diese Emulsion liegt im Nanobereich vor, beträchtlich ansteigt. Soll ich das kennzeichnen, ja oder nein?
Blumenthal: Könnte man sich denn vorstellen, dass die Lebensmittel-Hersteller oder die Firmen, die solche Nanopartikel einsetzen, ein Moratorium mit unterschreiben und einhalten, dass sie Stoffe und Substanzen, Substanzklassen, die nicht untersucht worden sind, in Lebensmitteln nicht verwenden?
Hertel: Das ist eine Frage der derzeitigen gesetzlichen Lage. Man darf in Deutschland Lebensmittel nur in Umlauf und Verkehr bringen, wenn sie sicher sind, das heißt, den Konsumenten nicht schaden. Und nach unserer Erkenntnis wird dieses von verantwortlichen Herstellern eingehalten. Es gibt zumindest keinen Grund, daran zu zweifeln, dass diese gesetzliche Lage nicht befolgt wird. Sollte sich herausstellen, dass irgendeiner Nanoteilchen verwendet in einem Lebensmittel und es würde dann auch ein Schaden auftreten, müsste er natürlich mit einer erheblichen Strafe rechnen.