StSP Chemikalienbewertung: Proteinbeschichtete Nanopartikel und ihre physikochemischen Eigenschaften als Modellsysteme zur Erschließung ihrer Toxizität in der Umwelt

Stipendiatin/Stipendiat: Jonas Schubert

Die Nanotechnologie verspricht Wissenschaft und Technik in nahezu allen Bereichen zu revolutionieren. Durch sie konnten bereits nicht nur viele interessante Phänomene, wie z.B. das Nichtverblassen des Maya-Blaus erklären, sondern es konnten auch neue Materialien mit vielversprechenden Eigenschaften entwickelt werden, wie z.B. das „Lab-on-a-Chip Verfahren“. Bei allen bekannten Vorteilen, die Nanopartikel mit sich bringen, bleibt zu klären, wie diese Stoffe auf unseren Körper, auf Zellen im Allgemeinen und in der Umwelt wirken. Zwar gibt es bereits eine große Anzahl an Einzelstudien zur Zelltoxizität verschiedener Nanopartikel, die Verknüpfung der Toxizität mit den physikochemischen Eigenschaften der Partikel aber verlief bisher ergebnislos.
Ursächlich ist hier das Problem, dass Proteine eine Korona um die Liganden der Nanopartikel bilden. Diese Korona verändert die Eigenschaften der Partikel grundlegend. Deshalb wird in dieser Arbeit der innovative Ansatz verfolgt werden, Nanopartikel mit bekannten Proteinen zu beschichten, um so einerseits eine Veränderung der Korona und andererseits eine eventuelle Toxizität eines freiwerdenden, nicht biokompatiblen Liganden ausschließen zu können. Eine derartige Vereinfachung des Systems bietet zusätzlich die Möglichkeit, ein verändertes Agglomerationsverhalten bei verändertem Salzgehalt oder pH-Wert im Vorfeld zu bestimmen.
Eine weitere Vereinfachung des Systems soll die Beschränkung auf sphärische Partikel verschiedener Größe darstellen. Es sollen dann toxische Silbernanopartikel mit nicht-toxischen Goldnanopartikeln verglichen werden. Diese Partikel zeigen eine Oberflächenplasmonenresonanz, d.h. u.a. eine charakteristische UV/Vis Absorption. Diese Absorption ist von dem Kernmaterial, der Größe, der Form, der Agglomeration sowie von den Liganden abhängig. Die physikochemischen Parameter der Nanopartikel lassen sich deshalb anhand der Farbänderungen mit bloßem Auge beobachten und durch UV/Vis-Spektroskopie quantifizieren. Anschließend kann die Interaktion der Nanopartikel mit der Zellwand, mit der sie bei der Einlagerung zuerst in Kontakt kommen, untersucht werden.
Dies soll durch die Simulation der Zellmembran erfolgen. Diese Untersuchungen sollen es ermöglichen, die physikochemischen Eigenschaften der Nanopartikel mit ihrer Interaktion mit der Zellwand zu verknüpfen.
Ist bekannt, wie die Nanopartikel bei physiologischen Bedingungen mit der Zellmembran interagieren, sollen unter denselben Bedingungen Zellversuche durchgeführt werden, um zu klären, ob sich das Membranverhalten (Auflösung, Interpenetrierung) auf die Toxizität übertragen lässt.
 

Förderzeitraum:
01.07.2014 - 30.06.2017

Institut:
Technische Universität Dresden
Physikalische Chemie Polymerer Materialien

Betreuer:
Prof. Dr. Andreas Fery

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Publikationen: