Speere in der Zellmembran - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Speere in der Zellmembran

Warum Nanoröhrchen Zellen schädigen

Bei Asbest kennt man den Effekt schon lange: Die ultradünnen Fasern dringen mit der Atemluft tief in die Lungenbläschen ein und richten dort verheerende Zerstörungen an. Die Folge sind chronische Lungenkrankheiten und auch Lungenkrebs. Mikroskopaufnahmen zeigen, dass die Asbestfasern teilweise wie Speere in den toten Lungenzellen sitzen. Auch Nano-Röhrchen sind lang und extrem dünn – und auch sie können das Lungengewebe in hoher Dosierung schädigen.

REM-Aufnahme von Asbestfasern © Ravaka / CC-by-sa 3.0

Riesen-Lolli für die Zelle

Wie es zu diesem destruktiven Prozess kommt, und warum die Röhrchen die Zellen oft regelrecht aufzuspießen scheinen, haben 2011 Forscher um Huajian Gao von der Brown University in Providence aufgeklärt. Sie gaben in ihrem Experiment Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Gold-Nanodrähte zu Kulturen von Leber- und Brusthöhlenzellen. Mittels Spezialmikroskop verfolgten sie dann, was genau zwischen Zellen und Röhrchen passierte. Es zeigte sich Überraschendes: Egal in welchem Winkel die Röhrchen auf die Zelloberfläche trafen – die Zelle drehte sie immer so hin, dass sie genau senkrecht, runde Spitze voran, auf der Zellmembran standen. Und dann begann die Zelle prompt, das Röhrchen vom Ende her in sich aufzunehmen – mit fatalen Folgen.

„Das ist so, als wenn wir einen Lutscher schlucken wollten, der länger ist als wir selbst: Er würde feststecken“, sagt Gao. Tatsächlich merkt auch die Zelle innerhalb weniger Minuten, dass sie sich offenbar übernommen hat und löst eine Art zelluläres Notfallprogramm aus. Sie gibt Signalmoleküle ab, die die Immunabwehr zu Hilfe rufen. „Aber dann ist es schon zu spät“, sagt der Forscher. Denn einmal begonnen, lässt sich dieser Aufnahmeprozess nicht mehr umkehren – ausspucken geht nicht. Als Folge geht die Zelle letztlich zugrunde, mitsamt des in ihr steckenden Nanoröhrchens.

Nanoröhrchen in der Zelle steckend © Xinghua Shi et al. / Nature Nanotechnology

Rundes Ende täuscht Sensoren

Aber was bringt die Zelle überhaupt dazu, das viel zu große Röhrchen aufnehmen zu wollen? Der Grund ist offenbar die Form der Röhrchen-Enden: Ähnlich wie bei Asbestfasern ähneln sie einer abgerundeten Halbkugel. Sensoren auf der Zelloberfläche sind jedoch darauf programmiert, genau diese Form und Größe zu erkennen, denn sie gleicht denen von membranumhüllten Bläschen, wie sie im Zellmilieu häufiger vorkommen. Bei Kontakt mit dem Ende der Nanoröhrchen, werden die Sensoren daher getäuscht und glauben, nur ein kugeliges, leicht zu verschluckendes Gebilde vor sich zu haben. Dass noch ein langes Röhrchen daran hängt, erkennen sie nicht – und das Unheil nimmt seinen Lauf.

Nach Ansicht der Wissenschaftler könnten diese Erkenntnisse dazu beitragen, gesundheitliche Risiken durch Nanofasern zu verringern. „Wenn das runde Ende des Kohlenstoff-Nanoröhrchens abgeschnitten wird, bleibt das Röhrchen auf der Zellmembran liegen und wird nicht aufgenommen“, erklärt Gaos Kollege Xinghua Shi. Möglicherweise könne man zukünftig Nanopartikel herstellen, die solche irreführenden Strukturen nicht enthielten und so die Zellschäden vermeiden.

Anzeige

Gesundheitsfolgen dennoch umstritten

Sowohl bei diesem Effekt als auch bei anderen Folgen von Nanopartikel-Belastungen ist bisher noch umstritten, ob auch schon niedrige Dosen ausreichen, um unsere Gesundheit zu schädigen. Denn in den meisten Tierversuchen wurden Ratten oder Mäuse so hohen Nanoröhrchen-Dosierungen ausgesetzt, wie sie selbst in Zukunft vermutlich kaum in der Luft vorkommen werden.

Andererseits aber fehlt es noch an Langzeitstudien, die testen, wie sich eine über lange Zeit aufgenommene niedrige Dosis von Nanopartikeln im Körper auswirkt. Viele Forscher vermuten, dass sich solche Spätfolgen – wie bei vielen andere Umweltschadstoffen auch – erst im Laufe der Zeit zeigen werden.

  1. zurück
  2. |
  3. 1
  4. |
  5. 2
  6. |
  7. 3
  8. |
  9. 4
  10. |
  11. 5
  12. |
  13. 6
  14. |
  15. 7
  16. |
  17. 8
  18. |
  19. 9
  20. |
  21. weiter

Nadja Podbregar
Stand: 08.03.2013

Anzeige

In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Nanopartikel
Die unsichtbaren Helfer und ihre Schattenseiten

Klein und ungemein nützlich
Was können Nanopartikel und wo stecken sie drin?

Die Form macht's
Nano-Kugeln und -röhrchen und ihre Anwendungen

Ab ins Wasser
Was passiert, wenn Nanopartikel in Gewässer gelangen?

Generationsübergreifende Folgen
Nanobelastung von Kleinkrebsen macht ihre Nachkommen übersensibel

Über Müll und Boden…
…in die Nahrungskette

Entzündungen und DNA-Schäden
Wie schädlich sind Nanopartikel für unsere Gesundheit?

Speere in der Zellmembran
Warum Nanoröhrchen Zellen schädigen

Helfer für Krankheitserreger
Nanopartikel fördern die Bildung von resistenten Keimen

Diaschauen zum Thema

News zum Thema

Bessere Akkus dank Kohlenstoff-Nanoteilchen
Poröse Partikel machen Lithium-Schwefel-Akkus leistungsfähiger

Nanopartikel fördern Resistenzen bei Krankheitserregern
Abwasserbehandlung könnte Keime gegen Antibiotika immun machen

Nanoröhrchen „stehlen“ Grünalgen Licht
Forscher untersuchen Auswirkungen von Nanopartikeln auf Ökosysteme in Gewässern

Nanosilber keine Erfindung des 21. Jahrhunderts
Antimikrobielle Wirkung des „kolloidalen Silbers“ bereits vor 100 Jahren genutzt

Wo überall steckt Nano drin?
BUND veröffentlicht Datenbank mit über 200 Nano-Produkten

Nanopartikel als Taxi für Krebsmedikamente
Schutzhülle aus Lipiden lässt die Wirkstoffe erst im Zellinneren entweichen

Tiere durch Nanopartikel ferngesteuert
Forscher nutzen magnetische Partikel, um gezielt Zellfunktionen zu stören oder zu stimulieren

Dossiers zum Thema

Umweltgifte - Neue Gefahr für die Gesundheit des Menschen?

Anzeige
Anzeige