In Tierversuchen konnte gezeigt werden, dass hohe Dosen von Kupfer- (Cu) und Kupferoxid- (CuO) Nanopartikeln verschiedene Störungen in Leber, Niere oder neuronalen Funktionen aufgrund der freigesetzten Kupfer-Ionen verursachen können.

 

Nach oraler Verabreichung von Kupferpartikeln an Mäuse konnten größenabhängige Effekte beschrieben werden. Dabei wurden Mikropartikel als nicht-toxisch klassifiziert (LD50 > 5000 mg/kg). Im Gegensatz dazu wurde der nanoskaligen Form eine gemässigte Toxizität (LD50 von ca. 400 mg/kg) nach der Hodge und Sterner Skala zugeordnet [1]. Mäuse, welchen mittels Sondenfütterung 70 mg Kupfer Nano- oder Mikropartikel pro kg Körpergewicht verabreicht wurden, zeigten nur nach Einnahme von nanoskaligen Kupferpartikeln eine Akkumulation von Blut-pH erhöhenden Stoffen und Kupfer-Ionen, welche sogar eine Alkalose auslösten, vergleichbar nach der Fütterung der entsprechenden Menge Kupferchlorid-Salz (147,6 mg/kg) [1].

An einem weiteren Versuch an Ratten konnte via Urin, Blutserum, Leber- und Nierenextrakten gezeigt werden, dass bei der höchsten Menge von 200 mg Kupfer Nanopartikeln pro kg Körpergewicht täglich über 5 Tage verabreicht, diese schwere Leber- und Nierenschäden auslösen können, ähnlich wie eine Kupfer-Ionen Überdosis [2]. Es wird spekuliert, dass die Nierenschädigung bei hohen Dosen von Kupfer Nanopartikeln (bis zu 600 mg/kg Körpergewicht) mit oxidativen Stress und damit einhergehendem Zelltod (Apoptose) verbunden ist [3].

Bei der Inhalation (4 Stunden/Tag, 5 Tage die Woche für 2 Wochen mit 3.5 mg/m3) und Instillation (24 Stunden post - Exposition von 3 µg, 35µg  und 100 µg pro Maus) an Mäusen, wurden Entzündungsreaktionen und Einwandern von Neutrophilen beobachtet. Nach gleichzeitiger Exposition der Lunge mit Klebsiella pneumoniae, einem Bakterium der Mundflora und des Magen-Darm-Traktes, und Kupfer Nanopartikeln konnte beobachtet werden, dass die Anwesenheit von Kupfer Nanopartikeln den natürlichen Reinigungsmechanismus der Lunge behindert [4].

Nach intranasaler Instillation von Kupfer Nanopartikeln in Mäusen konnten neben der Schädigung der direkt exponierten Gewebe auch systemische Effekte beobachtet werden. Eine Dosis von 40 mg Kupfer Nanopartikeln pro kg Körpergewicht löste signifikante Veränderungen in der Menge von Botenstoffen in verschiedenen Gehirnregionen aus, ohne dass Partikel oder erhöhte Konzentration von Kupfer-Ionen vor Ort gefunden werden konnten. Dies ist ein Hinweis auf eine systemische Wirkung [5].

 

Alle beobachteten Effekte ausgelöst durch Kupfer und Kupferoxid Nanopartikel können wie folgt zusammengefasst werden: Die Partikelgrösse bestimmt die Verteilung im Körper und die Freisetzung der Kupfer-Ionen, wobei die Wirkung allerdings direkt vergleichbar mit der von gelösten Kupfer-Ionen ist.

 

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  1. Meng, H et al. (2007), Toxicol Lett, 175(1-3): 102-110.
  2. Lei, R et al. (2008), Toxicol Appl Pharmacol, 232(2): 292-301.
  3. Sarkar, A et al. (2011), Toxicology, 290(2-3): 208-217.
  4. Kim, JS et al. (2011), Part Fibre Toxicol, 8(1): 29.
  5. Zhang, L et al. (2012), Nanotoxicology, 6(5): 562-575.

 

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