Sind Nanopartikel gefährlich? Was bekannt ist und was nicht

„Sind Nanopartikel gefährlich?“ ist eine berechtigte Frage, auf die weder „ja“ noch „nein“ eine ehrliche Antwort wäre. Nanopartikel sind eine Größenklasse, kein einheitlicher Stoff: Dazu zählen Siliciumdioxid in Lebensmitteln, Titandioxid in Farben, Kohlenstoffnanoröhren und die magnetischen Nanopartikel aus Eisenoxid, um die es auf dieser Website geht.

Was „nano“ rechtlich bedeutet

Die EU-Kommission empfiehlt seit 2022 eine einheitliche Definition (2022/C 229/01). Danach ist ein Nanomaterial ein natürliches, zufällig entstandenes oder hergestelltes Material aus festen Partikeln, bei dem mindestens die Hälfte der Partikel – gezählt nach Anzahl – mindestens eine äußere Abmessung zwischen 1 nm und 100 nm hat. Zusätzlich zählen sehr dünne Stäbchen, Fasern oder Röhren (zwei Abmessungen unter 1 nm, die dritte über 100 nm) sowie Plättchen (eine Abmessung unter 1 nm, die anderen über 100 nm). Die Definition ist eine Empfehlung für Gesetzgebung und Forschung; einzelne Rechtsakte können eigene Definitionen enthalten, etwa die Kosmetikverordnung. Wie man Größenverteilungen misst, steht im Artikel zur Charakterisierung von Nanopartikeln.

Wichtig: Die Definition beschreibt nur die Größe, nicht die Gefährlichkeit. Sie legt fest, wann besondere Pflichten greifen.

Aufnahmewege in den Körper

Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) unterscheidet drei Wege:

• Einatmen (inhalativ): Dieser Weg gilt als das größte Risiko. Es kann zu Entzündungen in der Lunge kommen, die bei chronischer Belastung Organschäden und Tumore verursachen können. Biobeständige, asbestähnliche Fasern können nach Angaben des BfR Lungen- und Bauchfelltumore auslösen. Ein kleiner Teil der Partikel kann in andere Organe gelangen.
• Verschlucken (oral): Ob Nanomaterialien über den Magen-Darm-Trakt gesundheitlich relevant sind, ist nach BfR-Angaben noch nicht abschließend geklärt.
• Über die Haut (dermal): Die Aufnahme durch intakte Haut ist nach aktuellem Wissensstand sehr gering.

Bei Nanopartikeln im Körper kommt eine zweite Frage hinzu: Wohin wandern sie, und wie lange bleiben sie? Diese Verteilung nennt man Toxikokinetik; sie ist laut BfR eines der Verdachtsmomente, ebenso wie hohe Reaktionsfreudigkeit und Biobeständigkeit.

Wovon die Wirkung abhängt

Die Nanotoxikologie sucht nach Faktoren, die vorhersagen, wann ein Nanomaterial schädlich wirkt. Als wichtigste gelten:

Die Angaben stammen aus einer Übersichtsarbeit im International Journal of Molecular Sciences (2015) zu Eisenoxid-Nanopartikeln, die auch festhält: Die Ergebnisse sind uneinheitlich, weil Charakterisierung, Zelltypen, Medien und Testverfahren stark variieren.

Eisenoxid: Besonderheiten

Eisenoxid-Nanopartikel unterscheiden sich in einem Punkt von vielen anderen Nanomaterialien: Eisen ist ein körpereigener Stoff. Der Körper besitzt Speicherproteine (Ferritin, Hämosiderin) und Abbauwege.

Mechanismus. Die Übersichtsarbeit nennt reaktive Sauerstoffspezies (ROS) als den am häufigsten genannten Treiber für Zelltod. In Makrophagen von Leber und Milz werden Partikel in Lysosomen mit saurem Milieu abgebaut; freigesetztes Eisen kann Fenton-Reaktionen antreiben, bei denen Hydroxylradikale entstehen. Wenn die Speicherkapazität überschritten wird, kann es zu Eisenüberladung kommen. Magnetit kann sowohl Fe²⁺ als auch Fe³⁺ freisetzen, Maghemit nur Fe³⁺.

Dosis. Laut derselben Übersicht treten zytotoxische Wirkungen in Zellversuchen häufig erst oberhalb von etwa 300 µg/ml auf, also weit über den klinisch genutzten Konzentrationen. Das ist ein Hinweis, aber kein Beleg für Unbedenklichkeit, denn Zellkulturen bilden Ausscheidung, Langzeitwirkung und Organverteilung nur begrenzt nach.

Medizinische Praxis. Ein Beispiel für ein zugelassenes Eisenoxid-Nanopräparat ist Ferumoxytol (Feraheme), in den USA seit 2009 zugelassen und nach der aktuellen Fachinformation zur intravenösen Behandlung der Eisenmangelanämie bei Erwachsenen mit Unverträglichkeit oder unzureichendem Ansprechen auf orales Eisen sowie bei chronischer Nierenerkrankung bestimmt. Das Etikett trägt eine Warnung (Boxed Warning) vor schweren, auch tödlichen Überempfindlichkeitsreaktionen einschließlich Anaphylaxie; Patientinnen und Patienten müssen während und mindestens 30 Minuten nach der Infusion beobachtet werden. Das zeigt, dass auch ein gut untersuchtes Eisenpräparat Risiken hat, die ärztlich überwacht werden. Die Zulassungslage in anderen Ländern wurde hier nicht geprüft. Zu medizinischen Anwendungen siehe die Artikel zu MRT-Kontrastmitteln und Hyperthermie.

Arbeitsschutz

Am stärksten exponiert sind Menschen, die Nanomaterialien herstellen oder verarbeiten, vor allem wenn Pulver oder Aerosole entstehen. In Deutschland konkretisiert die Technische Regel für Gefahrstoffe TRGS 527 „Tätigkeiten mit Nanomaterialien“ (Ausgabe Januar 2020) die Gefahrstoffverordnung für Tätigkeiten mit Stoffen, Gemischen und Erzeugnissen aus Nanomaterialien oder mit solchen Bestandteilen; sie ergänzt die allgemeine Regel TRGS 400 zur Gefährdungsbeurteilung. Maßgeblich ist nach dieser Regel vor allem die Aufnahme über die Atemwege: Alle Aufnahmewege sind zu betrachten, die inhalative Exposition gilt jedoch als entscheidend. Als Anhaltspunkt für Biobeständigkeit dient die Wasserlöslichkeit; Materialien unter 100 mg/l werden als praktisch unlöslich und damit biobeständig eingestuft. Üblich ist die Rangfolge Substitution, technische, organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen. Diese Hinweise sind eine Orientierung, keine Arbeitsanweisung; verbindlich sind die jeweils aktuelle Fassung der Regel und die Gefährdungsbeurteilung im Betrieb.

Regulierung in der EU

• REACH: Die Verordnung (EU) 2018/1881 ergänzte die REACH-Anhänge um Anforderungen für Nanoformen; sie gilt seit dem 1. Januar 2020. Nanoformen eines Stoffes müssen gesondert charakterisiert und im Registrierungsdossier beschrieben werden. Mehrere ähnliche Nanoformen dürfen zu einem „Set“ zusammengefasst werden; die bloße Ähnlichkeit der Molekülstruktur genügt als Begründung nicht.
• Kosmetika: Die Kosmetikverordnung (EG) Nr. 1223/2009 definiert Nanomaterialien als unlösliche oder biobeständige, absichtlich hergestellte Materialien mit Abmessungen oder innerer Struktur im Bereich 1 nm bis 100 nm. Nanoskalige Bestandteile müssen in der Zutatenliste mit „(nano)“ nach dem Stoffnamen gekennzeichnet werden. Produkte mit nanoskaligen Inhaltsstoffen – außer Farbstoffen, Konservierungsmitteln und UV-Filtern, die ein eigenes Zulassungsverfahren der Kommission durchlaufen – sind nach Artikel 16 Absatz 3 sechs Monate vor dem Inverkehrbringen gesondert zu melden.
• Lebensmittel: Das BfR nennt Eisenhydroxid-Adipat-Tartrat in Nanoform als einzigen gezielt hergestellten Nanostoff, der in der EU nach dem Novel-Food-Recht zugelassen ist; die Zulassung als Nahrungsergänzungsmittel besteht seit 2022.

Was bekannt ist und was nicht

Gut belegt: Einatmen biobeständiger Fasern kann Lungenschäden und Tumore verursachen; die Aufnahme durch intakte Haut ist gering; Eisenoxid wird im Körper abgebaut, und freigesetztes Eisen kann oxidativen Stress verursachen.

Offen: Langzeitwirkungen niedriger Dosen; die Bedeutung der Aufnahme über den Darm; wie stabil Beschichtungen im Körper bleiben; die Rolle der Proteinkorona. Das BfR nennt zudem fehlende verlässliche Expositionsdaten für Verbraucherinnen und Verbraucher, aufwendige Charakterisierung und noch nicht vollständig angepasste OECD-Prüfrichtlinien als Lücken. Auch die Umweltseite ist nicht abschließend geklärt; siehe dazu den Artikel zur magnetischen Wasserreinigung, in dem Freisetzung und Rückgewinnung von Partikeln eine Rolle spielen.

Nächster Schritt

Mehr zu den Teilchen, um die es geht, finden Sie im Artikel zu Eisenoxid-Nanopartikeln. Wie sich Größe und Hülle messen lassen, erklärt der Beitrag zur Charakterisierung.