Die meisten in vitro Studien zu Kupfer (Cu) und Kupferoxid (CuO) Partikeln zeigen eine toxische Reaktion aufgrund der Freigabe von Kupfer-Ionen.

 

Untersuchungen von Kupfer- und Kupferoxid-Partikeln haben gezeigt, dass diese Partikel wie andere auch, in Zellkulturmedium die Tendenz haben, schnell zu agglomerieren. Diese Agglomerate werden in Vesikel -ähnlichen Strukturen von verschiedenen Zelltypen aufgenommen. Freie, in der Zelle (Zytosol) vorkommende Partikel wurden nicht beschrieben.

Nicht-beschichtete Cu- und CuO-Nanopartikel sind in einer wässrigen Umgebung löslich und setzen Kupfer-Ionen frei [1,2]. Eine Dosis -abhängige Toxizität, welche zwischen 1–80 µg/ml beobachtet wurde, konnte in verschiedenen unabhängigen Studien bestätigt werden [1,2,3,4]. Zusätzlich ergab eine Genexpressionstudie, durchgeführt mit 25 µg/ml CuO-NP (Agglomerate von 300 nm mit primärer Partikelgrösse von 50 nm) an der menschlichen Lungenkrebszelllinie A549, eine Aktivierung von Stressantwortgenen und des Stoffwechsels aber auch eine Hemmung von zellulären Prozessen, inklusive spezifischen Genen, die den Zellzyklus kontrollieren [5]. Zur Kontrolle wurde der Überstand des Zellkulturmediums, aus dem die CuO-Nanopartikel entfernt wurden, mitanalysiert. Die meisten beschriebenen Effekte konnten damit auch erzielt werden, was darauf hinweist, dass die gelösten Kupfer-Ionen für die biologischen Effekte verantwortlich sind und weniger die partikuläre Form [1,2,3,4,5,6].

 

Im Vergleich zu anderen nanoskaligen Metalloxiden wie TiO2, ZnO, Fe3O4, Fe2O3 oder Kohlenstoff-basierten Materialien z.B. Kohlenstoff-Nanoröhrchen, lösen nicht-beschichtete Kupfer- und Kupferoxid-Partikel bei gleicher Konzentration immer schwerwiegendere toxische Effekte in den getesteten Zellen aus [3,4].

Einige Studien haben speziell große (im Mikrometer Bereich) und nanoskalige CuO Partikel in verschiedenen zellulären Systemen wie A549 (Lungenkrebszelllinie), HeLa (Gebärmutterhals-Krebszelllinie) oder CHO (unreife Chinesische Hamster Eizellen) [1], CaCo-2 (Darmkrebs-Zelllinie) [6] verglichen und kamen zum Schluss, dass die nanoskalige Form von CuO aufgrund der höheren Freisetzung von Kupfer-Ionen im Vergleich zu den Mikropartikeln immer eine höhere Toxizität ausgelöst hat.

 

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  1. Studer, AM et al. (2010), Toxicol Lett, 197(3): 169-174.
  2. Midander, K et al. (2009), Small, 5(3): 389-399.
  3. Karlsson, HL et al. (2009), Toxicol Lett, 188(2): 112-118.
  4. Karlsson, HL et al. (2008), Chem Res Toxicol, 21(9): 1726-1732.
  5. Hanagata, N et al. (2011), ACS Nano, 5(12): 9326-9338.
  6. Piret, JP et al. (2012), Nanotoxicology, 6(7): 789-803.

 

 

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