Feinstaub ist schädlich für den Menschen - wie schädlich, hängt von mehreren Faktoren ab. US-Forscher analysieren die unterschiedlichen Auswirkungen und bieten Lösungsansätze. Und sie zeigen, wie man Nanopartikel gezielt therapeutisch nutzen kann.

Die Wirkung von Feinstaub und anderen eingeatmeten Nanopartikeln hängt vor allem vom Durchmesser und der elektrischen Ladung der winzigen Teilchen ab. Partikel unterhalb einer Größe von etwa 34 Nanometern, die nicht positiv geladen sind, wandern schnell in die Lymphknoten und können sich von dort im Blut verbreiten, wie Forscher um John Frangioni vom Beth Israel Deaconess Medical Center in Boston beobachtet haben.

Die Ergebnisse haben nicht nur Bedeutung für die Beurteilung von Feinstaub, sondern auch für die Krebsentstehung sowie für die gezielte Verabreichung von Medikamenten über die Lunge. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter.

Positive Partikel bleiben in der Lunge

Die Forscher um Frangioni hatten Nanopartikel verschiedener Größe, Ladung und chemischer Zusammensetzung auf ihrem Weg durch eine Rattenlunge beobachtet. Dabei zeigte sich im Einklang mit früheren Studien, dass elektrisch positiv geladene Partikel zum großen Teil von Lungenzellen aufgenommen werden, vermutlich von sogenannten Fresszellen und Epithelzellen (Innenauskleidung der Lungenbläschen und Bronchien), wie die Forscher im Journal "Nature Biotechnology” berichten. "Da positiv geladene Nanopartikel für lange Zeit in Lungenzellen bleiben, können sie schwere Lungenschäden auslösen”, schreiben sie.

Die größten Bedenken haben sie jedoch bei nicht positiv geladenen Partikeln zwischen sechs und 34 Nanometern Durchmesser. Unterhalb der Schwelle von 34 Nanometern wandern die Partikel schnell aus dem Lungengewebe in die Lymphknoten und können sich von dort weiterverbreiten. So waren bei den Versuchstieren 27 Nanometer große Teilchen bereits zehn Minuten nach dem Einatmen in den Lymphknoten nachweisbar und nach 20 Minuten im Blut. Sobald sich die Partikel in den Lymphknoten eingenistet hätten, könnten sie zu chronischen Entzündungen führen und die Entstehung von Krebs begünstigen, erläutern die Autoren.

Partikel mit einem Durchmesser von weniger als sechs Nanometern verbreiten sich noch schneller und können theoretisch jedes Organ und Gewebe im Körper erreichen, schreiben die Mediziner. Allerdings werden sie auch effektiv von den Nieren ausgefiltert und schließlich über den Urin ausgeschieden. So waren fünf Nanometer kleine Teilchen bereits nach drei Minuten in den Lymphknoten der Ratten nachweisbar und nach 30 Minuten im Urin.

Zielgenaue Verabreichung von Medikamenten

Eine mögliche Strategie gegen Feinstaub könne lauten, die Partikelgröße chemisch auf mehr als 34 Nanometer zu bringen. Darüber hinaus lassen sich die Eigenschaften der verschieden großen Teilchen nach Angaben der Forscher auch gezielt therapeutisch nutzen. So könnten positiv geladene Fetttröpfchen mit mehr als 100 Nanometern Durchmesser die zielgenaue Verabreichung von Medikamenten in die Lunge verbessern, wie auch frühere Studien bereits gezeigt hätten.

Kleinste Partikel mit weniger als 6 Nanometern Durchmesser eröffneten dagegen eine neue Route, um über die Lunge Wirkstoffe ins Blut zu schleusen. Und therapeutische Nanopartikel mit Durchmessern zwischen sechs und 34 Nanometern könnten Antibiotika oder Krebsmittel effizient in die lungennahen Lymphknoten bringen.