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Dispersion and retention of dusts consisting of ultrafine primary particles in lungs


Deckblatt des Berichtes "Dispersion and retention of dusts consisting of ultrafine primary particles in lungs"

In dieser Studie wurden die Dispersion und das Retentionsverhalten von Stäuben untersucht, die aus nanoskaligen Primärpartikeln bestehen. Toxikologische Studien haben gezeigt, dass die durch nanoskalige Partikel induzierten Effekte besser mit der Partikeloberfläche oder -anzahl korrelieren als mit der applizierten Partikelmasse. Das toxikokinetische Verhalten nanoskaliger Partikel und die nach Deposition in der Lunge induzierten Effekte werden in erster Linie durch den Agglomerationsstatus bestimmt. Systemische Partikeleffekte, d. h. Effekte auf andere Organe oder Gewebe als den Respirationstrakt, sind nur für nanoskalige Partikel vorstellbar. In dieser Studie wurden verschiedene Typen nanoskaliger Partikel, d. h. Titandioxid, Testruß, Konstantan und Zinkoxid unter gut definierten Bedingungen in physiologisch kompatiblen Medien dispergiert oder als Aerosole generiert. Bei wässrigen Nanopartikelsuspensionen wurden der hydrodynamische mittlere Durchmesser und das ζ-Potential bestimmt, bei Aerosolen die Partikelanzahl oder -massenkonzentration und der Partikelmassenmedian des aerodynamischen Durchmessers (MMAD). Für wässrige Formulierungen von Nanopartikeln wurde Phosphatpuffer, manchmal in Verbindung mit Hilfsstoffen wie Rinderserumalbumin (BSA) oder Tween® 80 (nicht-ionischer Surfactant) eingesetzt.

In einem In-vitro-Ansatz wurden ausgewählte humane Bronchial- und Alveolarepithelialzellinien wie auch Fibroblasten (gewachsen auf Membranen) von der apikalen Seite her verschiedenen Partikeltypen exponiert. Nach 1 Stunde wurden die Partikel mit dem TEM besonders auf der Zelloberfläche detektiert, während sie nach 24 Stunden vor allem im Zytoplasma lokalisiert waren.

In einem In-vivo-Ansatz wurden Ratten gegenüber wässrigen Dispersionen (appliziert durch intratracheale Instillation) oder Nanopartikelaerosolen (Inhalation) exponiert und die Veränderungen in der Partikelgrößenverteilung mit dem TEM sowie mit der bronchoalveolären Lavage (BAL) untersucht. Beispielsweise zeigte TiO2 P25 in der BAL-Flüssigkeit nach instillativer Applikation einen Anstieg der Agglomeratgröße während TiO2 T805 diese Veränderung im Vergleich zur Stammsuspension nicht zeigte. Als zusätzlicher Endpunkt erfolgte eine chemische Analyse zur Toxikokinetik, um das Verhalten von Eu2O3-Partikel nach Deposition in der Lunge zu verfolgen. Nur geringe Eu2O3-Mengen wurden in anderen Organen als der Lunge gefunden. Auf der Basis der Ergebnisse verschiedener Versuchsansätze wurde gefunden, dass nanoskalige Partikel nach Deposition und Wechselwirkung mit Zellen (in vitro) oder dem Respirationstrakt (in vivo) vorherrschend eine Tendenz zur Bildung größerer Agglomerate zeigen. Die gegensätzliche Tendenz, d. h. ein Anstieg der Partikelanzahl durch Agglomeratzerfall, scheint von geringerer Relevanz zu sein.

Aufgrund der Gesamtgröße des Volltextes (PDF-Datei, 20 MB) bieten wir Ihnen den Bericht in folgenden Teilen zum Download an:

Contents and Abstract / Kurzreferat, S. 1 - 6 (PDF-Datei, 672 KB)

Chapter 1 Introduction / Chapter 2 Literature Search / Chapter 3 Materials and Methods, S. 7 - 34 (PDF-Datei, 377 KB)

Chapter 4 Results / 4.1 In vitro Experiments, S. 35 - 62 (PDF-Datei, 12 MB)
Chapter 4 Results / 4.2 In vivo Experiments, S. 63 - 101 (PDF-Datei, 6 MB)

Chapter 5 Discussion and conclusions / Appendices, S. 102 - 141 (PDF-Datei, 1 MB)

 
D. Schaudien, J. W. Knebel, I. Mangelsdorf, J.-U. Voss, W. Koch, O. Creutzenberg:
Dispersion and retention of dusts consisting of ultrafine primary particles in lungs. 
1. Auflage. Dortmund: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin 2011. S. 141, Projektnummer: F 2133, PDF-Datei
Link zum Volltext (PDF-Datei, 20 MB)