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Organisationseinheit der BAM
Mit einer langfristigen Forschungsstrategie begleiten die für die Sicherheit von Mensch und Umwelt zuständigen Bundesoberbehörden (Umweltbundesamt, Bundesinstitut für Risikobe-wertung, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Bundesanstalt für Materialfor-schung und -prüfung und Physikalisch-Technische Bundesanstalt) die rasch voranschreiten-de Entwicklung neuer Materialien unter den Gesichtspunkten des Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutzes. Die Strategie steht daher in enger Verbindung zu den öffentlichen Förder-programmen für Nanomaterialien und andere innovative Werkstoffe, z. B. des BMBF („Vom Material zur Innovation“) und der EU („Horizon 2020“).
Die Forschungsstrategie baut auf den bisherigen Ergebnissen der 2008 begonnenen und 2013 erstmals bilanzierten gemeinsamen Forschungsstrategie der Bundesoberbehörden „Nanotechnologie - Gesundheits- und Umweltrisiken von Nanomaterialien"1 auf und erweitert den Blickwinkel auch auf andere Materialinnovationen, bei denen vergleichbare Risiken für Mensch und Umwelt bestehen oder abgeklärt werden müssen. Darüber hinaus greift sie die Idee „anwendungssichere chemische Produkte“2 aus der Initiative „Neue Qualität der Arbeit“ (INQA) des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS) und das Konzept der nach-haltigen Chemie3 auf, das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reak-torsicherheit (BMUB) unterstützt wird. Durch eine anwendungssichere und umweltverträgli-che Gestaltung innovativer Materialien und ihrer Folgeprodukte sollen nicht akzeptable Risi-ken für Mensch und Umwelt von Anfang an weitgehend ausgeschlossen werden. Dies kann erreicht werden durch
1.
die Verwendung sicherer Materialien ohne Gefahreneigenschaften für Mensch und Umwelt (direkte Anwendungssicherheit) oder
2.
eine Produktgestaltung, die über den gesamten Lebenszyklus emissionsarm und umweltverträglich ist (integrierte Anwendungssicherheit) oder
3.
eine Unterstützung des Anwenders (product stewardship) durch den Hersteller bei technischen, organisatorischen und persönlichen Schutzmaßnahmen zur sicheren Verwendung und Entsorgung des Produktes (unterstützte Anwendungssicherheit).
Die Fortschreibung der Forschungsstrategie soll als Bestandteil des Nanoaktionsplans 2020 der Bundesregierung Beiträge der Ressortforschung zu folgenden Schwerpunkten leisten:
•
Charakterisierung und Bewertung der Risiken von Materialinnovationen
•
Unterstützung von Forschungseinrichtungen und Unternehmen
•
Fortschreiben von Rechtsvorschriften und Praxisempfehlungen
1
http://www.baua.de/nn_47716/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nanotechnologie/pdf/Forschungsstrategie.pdf
2 http://www.baua.de/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nachhaltige-Chemie/Nachhaltige-Chemie.html
3
http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/chemikalien-management/nachhaltige-chemie
2
•
Gesellschaftliche Akzeptanz
Die Forschungsstrategie soll mit Projekten und anderen forschungsnahen Aktivitäten umge-setzt werden. Dies umfasst die eigene Forschung der Häuser, die extramurale Ausschrei-bung und Vergabe von Forschungsdienstleistungen sowie die Beteiligung an vorwiegend öffentlich geförderten Drittmittelprojekten. Hinzu kommen Aktivitäten im Rahmen der Politik-beratung und der hoheitlichen Aufgaben. Mit inter- und transdisziplinären Ansätzen soll die Risiko- und Sicherheitsforschung enger mit der Innovationsforschung und Materialentwick-lung verknüpft werden. Die Forschungsstrategie ist aufgrund der raschen Entwicklungen auf diesem Gebiet für den Zeitraum bis 2020 angelegt. Die Forschungsziele adressieren die in diesem Zeitraum voraussichtlich umsetzbaren Forschungsansätze. Die Forschungsstrategie wird durch einen Arbeitskreis begleitet und spätestens mit Ablauf des Nanoaktionsplans 2020 evaluiert und angepasst.
The presence of nano-scaled particles in food and food-related products has drawn attention to the oral uptake of nanoparticles and their interactions with biological systems. In the present study, we used a toxicoproteomics approach to allow for the untargeted experimental identification and comparative analysis of cellular Responses in rat liver after repeated-dose treatment with silver nanoparticles, ions, and the coating matrix used for particle stabilization.
The proteomic analysis revealed treatment-related effects caused by exposure to silver in particulate and ionic form. Both silver species induced similar patterns of signaling and metabolic alterations. Silver-induced cellular alterations comprised, amongst others, proteins involved in metal homeostasis, oxidative stress response, and energy metabolism. However, we discovered that secondary nano-scaled structures were formed from ionic silver. Furthermore, also the coating matrix alone gave rise to the formation of nano-scaled particles.
The present data confirm, complement, and extend previous knowledge on silver toxicity in rodent liver by providing a comprehensive proteomic data set. The observation of secondary particle formation from nonparticle controls underlines the difficulties in separating particle-, ion-, and matrix coating-related effects in biological systems. Awareness of this issue will support proper evaluation of nanotoxicology-related data in the future.
Even although quite a number of studies have been performed so far to demonstrate nanoparticle-specific effects of substances in living systems, clear evidence of these effects is still under debate. The present study was designed as a comparative proteomic analysis of human intestinal cells exposed to a commercial silver nanoparticle reference material and ions from AgNO3. A two-dimensional gel electrophoresis/MALDI mass spectrometry (MS)-based proteomic analysis was conducted after 24-h incubation of differentiated Caco-2 cells with non-cytotoxic and low cytotoxic silver concentrations (2.5 and 25 µg ml−1 nanosilver, 0.5 and 5 µg ml−1 AgNO3). Out of an overall number of 316 protein spots differentially expressed at a fold change of ≥ 1.4 or ≤ −1.4 in all treatments, 169 proteins could be identified. In total, 231 spots were specifically deregulated in particle-treated groups compared with 41 spots, which were limited to AgNO3-treatments. Forty-four spots (14 %) were commonly deregulated by both types of treatment. A considerable fraction of the proteins differentially expressed after treatment with nanoparticles is related to protein folding, synthesis or modification of proteins as well as cellular assembly and organization. Overlays of networks obtained for particulate and ionic treatments showed matches, indicating common mechanisms of combined particle and ionic silver exposure and exclusive ionic silver treatment. However, proteomic responses of Caco-2 cells treated with higher concentrations of silver species also showed some differences, for example regarding proteins related to fatty acid and energy metabolism, suggesting an induction of also some different molecular mechanisms for particle exposure and ionic treatment.