NanoINHAL

NanoINHAL - In-vitro Testverfahren für luftgetragene Nanomaterialien zur Untersuchung des toxischen Potentials und der Aufnahme nach inhalativer Exposition mittels innovativer organ-on-a-chip Technologie

© TissUse GmbH

Ihre besonderen Materialeigenschaften machen Nanomaterialien einerseits besonders interessant für verschiedene industrielle Anwendungen, werfen aber gleichzeitig auch Fragen nach möglichen Risiken für den Menschen auf. Insbesondere zur Langzeitwirkung und zur Aufnahme und Verteilung im Organismus fehlen häufig Daten. Die Lunge ist nicht nur ein wichtiges Zielorgan für akute toxische Effekte nach Inhalation luftgetragener Substanzen, sondern entscheidet gleichzeitig durch ihre Barrierefunktion über die Aufnahme der Materialien in das Blut- und/oder Lymphsystem und daraus resultierende Effekte auf weitere Organe. Speziell für die Aufnahme durch Inhalation ist eine Abschätzung des gesundheitlichen Risikos durch (Nano)materialien basierend auf der derzeitigen Datenlage kaum möglich.

Ziel des Verbundprojektes NanoINHAL ist die Entwicklung eines innovativen Prüfsystems zur Untersuchung der toxischen Effekte luftgetragene Nanomaterialien. Ein am Fraunhofer-Institut ITEM entwickeltes Zellexpositionssystem ermöglicht es, Zellkulturen und Gewebeschnitte gegenüber luftgetragenen Substanzen und (Nano‑)Partikeln auszusetzen, um die Wechselwirkung der Zellen mit den Substanzen zu untersuchen. Die Entwicklung des Expositionssystems wurde von Fraunhofer SCAI durch numerische Strömungssimulationen (CFD) unterstützt. Im Projekt NanoINHAL wird SCAI Simulationsmethoden zur Charakterisierung und Optimierung der Strömungsverhältnisse einsetzen, hier speziell mit dem Fokus auf den Transport von Nanopartikeln in luftgeführten Strömungen. Die Technische Universität Berlin und die Firma TissUse GmbH entwickeln sogenannte Organ-on-a-Chip-Systeme, die es erlauben, gleichzeitig verschiedene Organmodelle auf einem Chip in einem Kreislauf miteinander zu verbinden und diese Zell- und Gewebemodelle mit Medium zu durchströmen. Derartige Multi-Organ-Systeme erhalten die Funktion der Organe über Wochen hinweg stabil. Sie sind deshalb für den Einsatz in Langzeitstudien mit wiederholter Exposition gegenüber Stoffen geeignet.

Durch die Kombination beider Technologien soll im beantragten Projekt ein Testsystem entwickelt werden, das neben der Untersuchung direkter Effekte luftgetragener Nanomaterialien auf menschliche Atemwegsmodelle auch die Untersuchung von Effekten auf weitere Organe ermöglicht. Zudem soll das Testsystem beispielhaft zur Bewertung des Gefährdungspotentials von (Nano-)materialien, die in additiven Herstellprozessen wie dem 3D-Druck entstehen, erprobt werden.

Laufzeit

Juni 2019 bis Mai 2022