Nanopartikel und Allergien

Ambrosia-Pollen auf Narbe
Ambrosia-Pollen auf Narbe (ZAUM/Schmidt-Weber/Weichenmeier)

Über welche Mechanismen Nanopartikel allergische Reaktionen beeinflussen, haben unter anderen auch Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München unter die Lupe genommen.

Mithilfe von Modellpartikeln aus Kohlenstoff konnten sie zeigen, dass ultrafeine Teilchen aus der Luft Allergenen den Weg in den Körper erleichtern, sie früher aus dem Inneren von Pollen freisetzen und auch selbständig das Immunsystem aktivieren. Die Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Entstehung von Allergien viele Ursachen haben kann. Auch menschgemachte Verbindungen aus Verbrennungsprodukten oder synthetisch hergestellte Nanopartikel stehen im Verdacht, das Risiko für Allergien zu erhöhen bzw. bestehende allergische Wirkungen zu verstärken.

Aktivierung des Immunsystems

Nanopartikel können das Gleichgewicht der Haut, die die Schnittstelle zwischen Organismus und Umwelt bildet, stören: Sie aktivieren, ebenso wie die Allergene, entzündungsfördernde Eiweiße und Zellen des Immunsystems. Diese hoch spezialisierten Zellen im Hautgewebe nehmen die Teilchen auf und rufen eine Immunantwort hervor, die eigentlich für allergische Entzündungen charakteristisch ist: Sie steigern die Produktion von IgE-Antikörpern.

Neben der zellulären Reaktion können durch Nanopartikel auch vermehrt Symptome allergischer Atemwegserkrankungen auftreten, wie etwa eine Hyperreaktivität der Atemwege, ein charakteristisches Zeichen von Asthma, sowie entzündliche Reaktionen. Letztere entstehen etwa, wenn die Partikel entzündungsfördernde Botenstoffe freisetzen und reaktive Sauerstoffspezies gebildet werden. Diese Substanzen schädigen die Schleimhäute der Atemwege, woraufhin Allergene leichter die Membran durchdringen können. Daraufhin werden erneut reaktive Sauerstoffspezies und Gewebe zersetzende Proteine mobilisiert, sodass es letztlich zu einer chronischen Entzündung kommt.

Es liegt nahe, dass auch synthetische Nanopartikel das Immunsystem durcheinander bringen könnten.

Allergien bei Kindern

Kinder sind hinsichtlich der Partikelbelastung eine besonders empfindliche Personengruppe: Wissenschaftler fanden heraus, dass in belasteten ehemaligen Industriegebieten Ostdeutschlands Kinder häufiger an Heuschnupfen sowie allergischen Symptomen leiden und mehr spezifische IgE-Antikörper gegen verbreitete Allergene haben. Es ist offen, ob ultrafeine Partikel aus der Umwelt oder synthetische Nanopartikel für die Allergieentstehung eine Rolle spielen.

Allergische Erkrankungen treten auch häufiger bei Kindern auf, die in der Nähe stark befahrener Straßen aufwachsen. Dies ist das Ergebnis einer Studie an mehreren tausend Münchner Kindern unter Federführung des Helmholtz Zentrums München. Mit steigender Feinstaub-Exposition steigt die Sensibilisierung gegenüber Pollen und anderen häufigen Allergenen. Besonders deutlich zeichneten sich die Zusammenhänge zwischen dem Wohnumfeld und dem Auftreten von Bronchitis, Heuschnupfen, Ekzemen sowie allergischer Sensibilisierung ab: Kinder, die weniger als 50 Meter von einer viel befahrenen Hauptstraße entfernt wohnten, hatten im Vergleich zu entfernter wohnenden Altersgenossen ein um bis zu 50 Prozent höheres Risiko für diese Erkrankungen. Die statistische Analyse der Daten zeigte ein mit steigendem Abstand zur Hauptstraße sinkendes Risiko.

Zusammenspiel von Allergenen und Partikeln

Noch stärker als auf ultrafeine Teilchen alleine reagiert das Immunsystem, wenn diese zusammen mit einem Allergen eingeatmet werden: In Kombination kann das Duo genetisch vorbelastete Personen gegen neue Allergene sensibilisieren. Ohne Partikel dagegen hätte der Körper seinen Entzündungsstatus nicht gesteigert. Auch in bereits sensibilisierten Probanden verstärkten sich Partikel und Allergen: Hier produziert das Immunsystem die über 16-fache Menge des allergenspezifischen IgE-Antikörpers.

Haften die Allergene nicht direkt am Partikel, macht es einen Unterschied, ob die Teilchen vor dem Allergen oder erst nach seiner Exposition inhaliert werden. Im Versuch reagierten Mäuse, die erst Kohlenstoffpartikel einatmeten und sich dann mit der Allergie auslösenden Substanz auseinandersetzen mussten, sehr viel stärker als diejenigen, die keinen Teilchen ausgesetzt waren. Andersherum trat die allergische Reaktion verzögert auf.

Zeichen der Entzündung sind eine erhöhte Konzentration an Proteinen und Entzündungsmarkern, wie IL-4, IL-5 und IL-13, in den Atemwegen sowie eine gesteigerte Schleimproduktion, Entzündungen im äußeren Bronchial- und Gefäßbereich sowie eine Hyperreaktivität der Atemwege. Neben der Dauer der Exposition entscheidet den Studien zufolge auch die Dosis von Partikeln und Allergenen über den Entzündungsgrad.
Antioxidantien, Medikamente, die den oxidativen Stress in den Zellen mindern, reduzierten im Tierversuch die entzündliche Reaktion - ein Ansatz, Laborwissen aus diesem Bereich zur klinischen Anwendung zu bringen.

IN KÜRZE:

Ein Duo aus Allergenen und Partikeln kann entzündliche Reaktionen verstärken. Eine Rolle spielen dabei die Dauer der Exposition sowie die Dosis.

Mögliche Wirkungen von synthetischen Nanopartikeln auf Allergiker

Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München untersuchen derzeit im Tiermodell, ob auch das Einatmen von synthetischen Nanopartikeln die allergische Reaktion bei Allergikern verstärken könnte. Besonderes Augenmerk legen sie dabei auf drei Arten von Partikeln:

  • Silberpartikel, die in Solaranlagen, elektronischen Geräten und wegen ihrer antibakteriellen Wirkung in Textilien und Cremes Verwendung finden.
  • Siliziumdioxidpartikel, die vor allem in Lackierungen zum Einsatz kommen
    und
  • Zirkonia-Partikel, die unter anderem in der Zahnmedizin verwendet werden.

Die Hersteller verändern zum Teil die Oberflächen dieser Partikel, um ihre Löslichkeit - zum Beispiel für die Anwendung als Medikamentenfähren - zu verbessern. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass es große Unterschiede in der Wirkung bei Allergikern gibt, je nachdem welche Größe und Oberfläche die Partikel aufweisen: Je größer die Partikel, desto schwächer die Allergieantwort – und umgekehrt; Partikel mit einer bestimmten Oberflächenmodifikation scheinen die allergische Wirkung eher abzuschwächen, wobei dieselben Partikel ohne diese Oberflächenmodifikation sie eher verstärken.

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Informationen zum Inhalt

Quellen:

Wissenschaftliche Beratung:

PD Dr. Francesca  Alessandrini

Quelle:

Alessandrini, F.: Effects of ultrafine carbon particle inhalation on allergic inflammation of the lung. In:
J. Allergy Clin. Immunol. 2006, Band 117, Seiten 824-830

Letzte Aktualisierung:

20.08.2013

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