Die Nanotoxikologie befasst sich mit der Toxizität von Nanomaterialien. Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses können Nanopartikel eine unerwartete Toxizität aufweisen, die bei ihren Massengegenstücken nicht auftritt. Sie können möglicherweise biologische Barrieren wie die Blut-Hirn-Schranke überwinden, in Zellen eindringen und auf neuartige Weise mit biologischen Systemen interagieren, was Bedenken hinsichtlich der Gesundheit und Umweltsicherheit aufwirft.
Die einzigartigen physikochemischen Eigenschaften, die Nanomaterialien für verschiedene Anwendungen attraktiv machen, begründen auch ihr Potenzial für schädliche biologische Wirkungen. Die Nanotoxikologie untersucht, wie diese Eigenschaften – darunter Größe, Form, Oberflächenchemie, Ladung und Löslichkeit – die Wechselwirkung mit lebenden Organismen beeinflussen. Ein zentrales Anliegen ist die Fähigkeit von Nanopartikeln, sich nach Kontakt mit ihnen durch Einatmen, Verschlucken oder Hautkontakt im Körper zu verteilen. Ihre geringe Größe ermöglicht es ihnen, normale physiologische Abbaumechanismen wie die Phagozytose durch Makrophagen in der Lunge zu umgehen und empfindliche Organe und Gewebe zu erreichen, die vor größeren Partikeln geschützt sind.
Im Körper können Nanopartikel über verschiedene Mechanismen Toxizität hervorrufen. Einer der am besten erforschten Mechanismen ist die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die zu oxidativem Stress führen. Die große Oberfläche von Nanopartikeln bietet eine große Schnittstelle für katalytische Reaktionen, die freie Radikale produzieren können, die wiederum Zellen durch Oxidation von Proteinen, Lipiden und DNA schädigen können. Ein weiterer Mechanismus ist eine Entzündung, bei der das Immunsystem die Nanopartikel als Fremdkörper erkennt und eine anhaltende Entzündungsreaktion auslöst, die zu chronischen Erkrankungen führen kann. Darüber hinaus wurden einige Nanomaterialien, insbesondere faserige wie bestimmte Arten von Kohlenstoffnanoröhren, aufgrund ihres hohen Aspektverhältnisses mit Asbest verglichen, was Bedenken hinsichtlich ihrer Karzinogenität aufkommen ließ. Ziel dieses Fachgebiets ist es, diese Mechanismen zu verstehen, um Dosis-Wirkungs-Beziehungen herzustellen, gefährliche Materialien zu identifizieren und die Entwicklung sichererer Nanomaterialien und Handhabungsprotokolle zu fördern, um die Risiken für Arbeiter, Verbraucher und die Umwelt zu minimieren.
