Messbare Wirkung

Studie: Nanopartikel lassen das Herz schneller schlagen

(Bild: Andreas Stampfl/ACSnano, American Chemical Society)

Man findet sie in Lebensmitteln, Medikamenten, Zahnpasta, Schuhsprays und Kosmetikprodukten – die Rede ist von sogenannten Nanopartikeln. Ob die zunehmend synthetisch hergestellten Teilchen die Gesundheit beeinträchtigen können, darüber streitet die Wissenschaft schon länger. Dass sie sich direkt negativ auf den Körper auswirken können, haben nun deutsche Forscher gezeigt. Ein Modellherz schlug deutlich schneller und unregelmäßiger, nachdem sie ihm Nanopartikel zugeführt hatten.

An einem sogenannten Langendorff-Herz (Bild), einem isolierten, mit Nährlösung durchspülten Herz eines Nagetiers, konnten Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der TU München jetzt erstmals nachweisen, dass viele künstliche Nanopartikel eine deutlich messbare Wirkung auf das Herz haben.

Mit dem neuen Modell-Herz können die Wissenschaftler zudem feststellen, über welchen Mechanismus die Nanopartikel die Herzfrequenz beeinflussen. Dazu hatten sie den Versuchsaufbau Langendorffs so erweitert, dass die Lösung, die das Herz einmal durchflossen hat, wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird. Auf diese Weise können die Forscher Botenstoffe, die das Herz ausschüttet, anreichern und so die genaue Reaktion des Herzens auf die Nanoteilchen nachvollziehen.

Herz schüttet Stresshormone aus
Die Forscher setzten das Herz einer Reihe gängiger künstlicher Nanopartikel aus und beobachteten, dass es bei einigen von ihnen mit einer erhöhten Frequenz, Rhythmusstörungen und veränderten EKG-Werten, wie sie für Herzerkrankungen typisch sind, reagierte. Verantwortlich dafür ist nach Ansicht von Andreas Stampfl, Erstautor der Studie, sehr wahrscheinlich der Botenstoff Noradrenalin, der von Nervenzellen-Endungen im Herzen ausgeschüttet wird. Er beschleunigt die Herzfrequenz und spielt auch im zentralen Nervensystem eine wesentliche Rolle - ein Hinweis darauf, dass Nanopartikel auch hier eine schädliche Wirkung haben könnten.

Das Herz eignet sich als Testobjekt besonders gut. "Es besitzt einen eigenen Taktgeber, den Sinusknoten, und kann daher als Organ außerhalb des Körpers über mehrere Stunden hinweg weiterarbeiten", erklärt Andreas Stampfl, Erstautor der Studie. "Zudem lassen sich Veränderungen der Herzfunktion deutlich an Herzfrequenz und EKG-Kurve erkennen."

Wichtig für die Forschung
Besonders hilfreich könnte das neue Messsystem vor allem für die Medizinforschung sein. Hier werden künstliche Nanopartikel immer öfter als Transportvehikel eingesetzt. Der Grund: ihre große Oberfläche. An ihr lassen sich gut Wirkstoffe anheften, die von den Teilchen dann zu einem Zielort im Körper, etwa zu einem Tumor, transportiert werden. Die ersten Prototypen solcher "Nanocontainer" bestehen meist aus Kohlenstoffen oder Silikaten - Substanzen über deren Wirkung im Körper bislang nichts bekannt ist. Das neue Herzmodell könnte als Testorgan dienen, um zukünftig diejenigen Partikeltypen auszuwählen, die das Herz nicht schädigen.