Einfluss der Morphologie Kohlenstoff-basierter Fasern auf ihre kanzerogene Wirkung

Einleitung Kohlenstoffnanoröhren (Carbon nanotubes, CNT) stellen faserförmige Stoffe dar, die aufgrund herausragender Materialeigenschaften für die Entwicklung neuer Produkte eingesetzt werden. Da es sich bei ihnen um nanoskalige, alveolengängige Materialien handelt, kann es beim Umgang zu einer inhalativen Exposition kommen. Auch bei der Bearbeitung von Carbonfasern (CF) kann es zur Freisetzung von alveolengängigen Fasern kommen. In einer Kanzerogenitätsstudie wurden die toxikologischen Wirkungen von 4 CNTs mit eng definiertem Faserdurchmesser und unterschiedlicher Rigidität sowie einer pechbasierten CF nach intraperitonealer (i.p.) Applikation untersucht.

Material und Methoden Die CNTs und CF wurden morphologisch charakterisiert und jeweils 50 Ratten in einer Dosis von 0,1x10⁹ bzw. 1x10⁹ WHO-Fasern i.p. injiziert. Als Positivkontrolle diente langer Amosit und als Negativkontrolle das Suspensionsmedium. Nach 2 Jahren erfolgte die Sektion und histopathologische Aufarbeitung der Tiere. Im Vordergrund stand dabei die Untersuchung auf eine mögliche Entstehung von Mesotheliomen und deren immunhistochemische Charakterisierung.

Befunde In allen behandelten Gruppen, nicht aber in allen Dosierungen traten Mesotheliome auf. In der Amosit-Gruppe wurden 17 (34%), meist sarkomatoide Mesotheliome gefunden. Die Hochdosisgruppe der CF-behandelten Tiere wies 5 (10%) meist epitheloide Mesotheliome auf. In den Tieren, die mit einer einwandigen, 7nm dünnen CNT behandelt wurden, lagen 1 (2%) bzw. 4 (8%) epitheloide Mesotheliome in der niedrigen bzw. hohen Dosisgruppe vor. Eine CNT-Faser (30nm Durchmesser) induzierte ein biphasisches Mesotheliom in der hohen Dosisguppe, in der niedrigen Dosisgruppe wurden 2 epitheloide Mesotheliome gefunden. Gruppen, die CNTs mit einem Durchmesser zwischen 10 und 20nm bekommen hatten, zeigten nur einzelne, wahrscheinlich spontan entstandene, epitheloide Mesotheliome. Die Negativkontrollgruppe zeigte keine Mesotheliome.

Schlussfolgerungen In diesem Rattenmodell mit i.p. Applikation zeigten Fasern mit einem Durchmesser von 10-20nm keine eindeutige kanzerogene Wirkung. Die Mesotheliomrate in den anderen Gruppen (CNT >30nm Durchmesser, einwandige, sehr dünne, wenig rigide CNT und CF) weicht hingegen von den aufgrund historischer Kontrolldaten zu erwartenden Werten ab. Eine Gefährdung durch die Exposition mit diesen Fasern kann somit nicht ausgeschlossen werden und sollte weiterführend untersucht werden.

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Article published online:
13 June 2025