Was mit Nanopartikeln in der Zelle geschieht

CD34+-Stammzellen mit Kohlenstoff-Nanopartikeln (magenta); in Blau sind die Zellkerne zu sehen. Die Forscher stellten fest, dass die Nanopartikel in den Lysosomen der Zelle eingeschlossen sind. /HHU / Stefan Fasbender

Düsseldorf – Kohlenstoff-Nanopartikel werden nach der Aufnahme in die Zelle in sogenannten Lysosomen gespeichert und verändern die Genexpression nicht nennenswert – zumindest nicht in den den ersten Tagen nach der Aufnahme der Partikel in die Zelle. Das berichtet ein Team aus Physikern, Medizinern und Chemikern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf im Fachmagazin Scientific Reports (doi 10.1038/s41598-019-48567-6).

Unter Nanopartikeln versteht man solche Teilchen, die kleiner als fünf Nanometer sind und damit die Größe von Makromolekülen haben. Die Teilchen werden sehr gut in Körperzellen aufgenommen. Kohlenstoff-Nanopartikel sind ein vielversprechendes Werkzeug für biomedizinische Anwendungen, etwa für den gezielten Wirkstofftransport in Zellen. Sie könnten aber auch gesundheitliche Risiken bergen.

Die Wissenschaftler vom Institut für Experimentelle Festkörperphysik um Thomas Heinzel und von der Klinik für Hämatologie, Onkologie und Klinische Immunologie um Rainer Haas haben zusammen mit Arbeitsgruppen aus der Chemie nun untersucht, was passiert, wenn Körperzellen solche Nanopartikel aufnehmen. Die Forscher nutzten Nanopartikel aus sogenannten Graphen, also aus einer speziellen Form des Kohlenstoffs.

Diese brachten sie in spezielle Stammzellen des blutbildenden Systems ein, in sogenannte CD34+-Stamm­zellen. Diese Zellen sind aufgrund ihrer lebenslangen Teilungsfähigkeit besonders empfänglich für schädigende Umwelteinflüsse.

Das interdisziplinäre Düsseldorfer Forschungsteam konnte zeigen, dass die Kohlenstoff-Nanopartikel in die Zellen gelangen und dort in speziellen Organellen, den Lysosomen, eingekapselt werden. Einen Abbauprozess der Partikel in den Lysosomen beobachteten die Forscher über die Dauer der Experimente – einige Tage – nicht.

Beim Vergleich der aktiven Gene von Stammzellen mit und ohne Beigabe von Nano­partikeln ergab sich, dass lediglich eine von insgesamt 20.800 aufgezeichneten Expressionen verändert war; bei 1.171 weiteren Genexpressionen konnten darüber hinaus leichte Effekte festgestellt werden.

„Die Einkapslung der Nanopartikel in den Lysosomen sorgt dafür, dass diese Teilchen zumindest für einige Tage – solange unsere Untersuchungen dauerten – sicher verwahrt sind und die Zelle nicht schädigen können. Damit ist die Lebensfähigkeit der Zelle ohne wesentliche Änderung der Genexpression erhalten“, so Heinzel.

Langzeitaussagen, die etwa eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für eine Entartung der Zellen in Richtung Krebsentstehungen feststellen könnten, seien in dem hier gewählten experimentellen Rahmen aber nicht möglich. © hil/aerzteblatt.de