Derzeit wird daran geforscht, ob und unter welchen Bedingungen Nanomaterialien gesundheitliche Risiken darstellen können.

Die Toxikologie beschäftigt sich allgemein mit schädlichen oder unerwünschten Wirkungen chemischer Stoffe auf Lebewesen. Der Bereich der "Nanotoxikologie" untersucht die unerwünschten Wirkungen von Materialien, die aufgrund ihrer Größe ("nano-Größe") besondere Eigenschaften entfalten.

Da Substanzen in Nanogröße andere Eigenschaften haben können,  können mögliche Wirkungen in der Regel nicht aus den Informationen des gleichen Stoffes in größerer Form abgeleitet werden. Für die meisten Nanomaterialien gibt es bisher nur wenig toxikologische Daten, weshalb derzeit eine abschließende Aussage zur Sicherheit oder Gefährlichkeit von Nanomaterialien nicht möglich ist.

Allein das Vorhandensein eines Nanomaterials sagt noch nichts darüber aus, ob es Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann. Nanomaterialien müssen zuerst vom menschlichen Körper aufgenommen werden.

Die Lunge, Haut und Schleimhäute, Magen-Darm-Trakt, Blutkreislauf und der Riechnerv stellen mögliche Aufnahmewege für den Menschen dar. Die Art der Aufnahme ist für die gesundheitliche Wirkung mitentscheidend.

Für die Aufnahme in den menschlichen Körper ist die Unterscheidung zwischen freien und gebundenen Nanopartikeln wichtig. Um abzuschätzen, ob von Nanoprodukten spezifische gesundheitliche Risiken ausgehen, ist es wichtig zu wissen, ob die eingesetzten Nanomaterialien in einer Matrix fest gebunden oder ungebunden im Produkt vorliegen. Bei gebundenen Nanomaterialien, die fest in der Anwendung oder im Produkt verankert sind, ist eine Freisetzung und in weiterer Folge eine Aufnahme daher eher unwahrscheinlich. Freie Nanopartikel hingegen können aufgrund ihrer hohen Beweglichkeit vom menschlichen Körper leichter aufgenommen werden. Natürliche Barrierefunktionen (wie z.B. die gesunde Haut als Barriere) bieten aber auch Schutz.

Da Nanomaterialien sehr unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften haben, kann nicht generell gesagt werden, ob und welche gesundheitliche Auswirkungen sie auslösen können.  Alleine die geometrische Form desselben Stoffes oder die Beschichtung von Nanopartikeln (wie z.B. bei einer Verkapselung) kann dessen Eigenschaften verändern. Mit den veränderten Eigenschaften kann es auch zu anderen gesundheitlichen Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt kommen.

Auch die äußeren Bedingungen, Produkte oder Lösungen, in denen sich die Nanomaterialien befinden, beeinflussen die Auswirkung der Nanomaterialien auf den menschlichen Körper. Aus diesen Gründen ist es wichtig, bei Versuchen genau zu beschreiben, mit welchem Nanomaterial gearbeitet wird und welche Eigenschaften es aufweist. Derzeit werden weltweit große Anstrengungen unternommen, um verlässliche Tests für die Beschreibung und Identifizierung der Nanopartikel zu entwickeln.

Nanopartikel besitzen im Vergleich zu ihrer Größe eine sehr große Oberfläche. Die wesentlichen Eigenschaften eines Materials hängen stark von dessen Oberfläche ab, da die Oberfläche mit der Umgebung in Wechselwirkung tritt. Das hohe Verhältnis von Oberfläche zur Masse kann zu neuen chemischen, optischen und mechanischen Eigenschaften führen.
Lösliche und abbaubare Stoffe verhalten sich anders als unlösliche. Lösliche Nanopartikel verbleiben nicht in ihrer Nanoform, deshalb gibt es bei diesen Substanzen derzeit weniger Bedenken für die Gesundheit.

Generell kann nicht gesagt werden, ob und welche gesundheitlichen Wirkungen Nanomaterialien auslösen können. Hinweise kommen aus Versuchen, die mit bestimmten Materialien unter bestimmten Bedingungen durchgeführt wurden.

Demnach können Nanomaterialien, wenn sie vom Körper aufgenommen werden, über das Blut und das Lymphsystem verteilt werden. Sie können dann entweder abgebaut und ausgeschieden werden oder möglicherweise auch in verschiedene Organe (z.B. Leber, Milz, Niere, Knochenmark) gelangen und dort angereichert werden.

Versuche haben gezeigt, dass Nanopartikel auf Grund ihrer geringen Größe auch natürliche "Schranken" des Körpers überwinden können: Beispielsweise die Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn besonders gut gegen Fremdstoffe schützt (durch diese Eigenschaft ergibt sich aber in der Medizin auch die Möglichkeit der Behandlung von neurologischen Krankheiten).

 
Hinweise auf gesundheitliche Auswirkungen von Nanopartikeln, die über die Lunge in den menschlichen Körper gelangen, geben Erkenntnisse aus Studien von ultrafeinen Staubpartikeln.

Diskutiert werden derzeit Auswirkungen auf die Atemorgane, aber auch eine zellschädigende, entzündungsfördernde und auch krebserzeugende Wirkung von bestimmten Nanomaterialien. Bei Tierversuchen konnten Entzündungsreaktionen im Bereich der Lunge gezeigt werden.
Ob es zu einer Anreicherung von Nanomaterialien im Körper kommt, daran wird derzeit geforscht. Es liegen noch keine aussagekräftigen Daten vor, welche Langzeitwirkungen durch Nanomaterialien im menschlichen Körper zu erwarten sind.

Alle Lebewesen bestehen aus Zellen, die die kleinste lebensfähige Einheit des Lebens ist. Eine Zelle ist mit allen lebenswichtigen Funktionen für das Wachstum und die Vermehrung ausgestattet, sie ist also wie ein kleiner Organismus. Deshalb werden oftmals Zellen herangezogen um Auswirkungen von chemischen Substanzen zu testen und erste Erkenntnisse und Informationen über die Substanz und deren Eigenschaften zu gewinnen.

In Experimenten, die mit verschiedenen Nanomaterialien in Zellkulturen durchgeführt wurden, konnten bei manchen Nanomaterialien negative Auswirkungen auf Zellen festgestellt werden.

Ob dieselben Wirkungen auch im menschlichen Organismus zutreffen, ist mit solchen Versuchen nur bedingt zu klären. Rückschlüsse von Zellversuchen auf den Menschen sind nur eingeschränkt möglich, da in solchen Versuchen mit sehr hohen Konzentrationen des Nanomaterials geforscht wird. Derartig hohe Konzentrationen an Nanomaterialien kommen aber in Produkten, in der Arbeitswelt und in der Umwelt im Allgemeinen nicht vor. Dasselbe gilt auch für Rückschlüsse aus Ergebnissen von Tierversuchen, die meist mit sehr hohen Partikelkonzentrationen durchgeführt werden.

Trotzdem ist es wichtig, solche Tests durchzuführen, denn sie liefern erste Hinweise und wertvolle Daten für die behördliche Regulierung der Handhabung von Nanomaterialien. Außerdem können auf Grund solcher Daten weniger toxische und bedenkliche Varianten von Nanopartikeln entwickelt werden, wie etwa durch die Veränderung der Oberfläche.

Für die Bestimmung, ob ein Stoff unerwünschte Wirkungen beispielsweise auf das menschliche Erbgut hat oder etwa Krebs auslösen könnte, gibt es verschiedene Testmethoden. Ob alle diese Testmethoden, die für herkömmliche Stoffe angewendet werden, aber auch bei Nanomaterialien angewendet werden können, ist noch nicht vollständig klar: Einige müssen hier für die Testung von Nanomaterialien angepasst werden, andere Testmethoden müssen erst entwickelt werden. Für einige wenige ist bereits bekannt, dass sie nicht zur Testung von Nanomaterialien geeignet sind.

Wie Nanopartikeln in den menschlichen Körper gelangen können und was sie dort verursachen können, wird im NanoTrust Dossier Nr. 3 (Mai 2008) beschrieben.
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