Metallothionein-Antworten auf den Einfluss von metallbasierten Nanomaterialien für den biomedizinischen Gebrauch

Die Entwicklung und Anwendung von Nanomaterialien, insbesondere von Metall enthaltenden Nanopartikeln (Me-NPs), nimmt in verschiedenen Technologie- und Industriebereichen, insbesondere in der Medizin, rasch zu. Am häufigsten enthalten diese Me-NPs Zink (Zn), Titan (Ti), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Cadmium (Cd) sowie einige andere Metalle oder deren Kationen, wie in der Einleitung erwähnt. Daher scheint die Bewertung der Bioverfügbarkeit dieser Partikel für das Verständnis der Mechanismen ihrer Aktivität und allgemeinen Toxizität von entscheidender Bedeutung zu sein. Die Ausweitung ihrer Nutzung führt auch zur Umweltverschmutzung. Wassertiere sind nicht nur geeignete experimentelle Modelle zur Aufklärung der Auswirkungen der Me-NPs auf biologische Systeme, sondern auch häufig offensichtliche Ziele ihrer toxischen Wirkung. Die biologischen Effekte der Me-NPs können durch die Nanopartikel per se oder durch ihre Bestandteile, die nach der Biodestruktion freigesetzt werden, realisiert werden. Metallothioneine (MTs) sind niedermolekulare Proteine, die einzigartig aus ~30 % Cystein bestehen und in allen Tierarten weit verbreitet sind. Sie binden Kationen von Übergangs-/Nachübergangsmetallen, hauptsächlich Zn, Cd und Cu, und beteiligen sich an deren Verteilung innerhalb der Zelle. Darüber hinaus wirken sie als stark induzierbare Stressproteine. Daher könnte die Bewertung des Ausdrucks und der Metallbindungsfunktion von MTs für die Analyse der Biodestruktion der Me-NPs wichtig sein. MTs als hochreaktive Thiole können auch an der Beseitigung der durch Me-NPs induzierten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) beteiligt sein. Im Gegensatz dazu gab es Versuche, die MTs-Reaktion auf die Anwendung von Me-NPs zu definieren. In diesem Kapitel wurde die Rolle der MTs-Reaktionen auf die Me-NPs in Wasser- und anderen Organismen unter Berücksichtigung der bisherigen Erfahrungen der Autoren und der in der Literatur überprüften Daten bewertet. Besondere Aufmerksamkeit wurde der Analyse solcher Reaktionen bei Wirbellosen, Fischen und Amphibien gewidmet. Die Auswirkungen der Me-NPs bei kombinierten Expositionen wurden ebenfalls charakterisiert. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Fähigkeit der MTs, Metalle aus den Nanopartikeln freizusetzen, spezifisch für verschiedene Nanopartikel (n-ZnO, n-TiO2, Zn- oder Co-haltige nanonisierte vinylpyrrolidonabgeleitete polymere Substanzen) ist und von der Tierart abhängt: Muschel, Karpfenfisch und Frosch. Daher sollte die Rolle des MTs-Systems der Wasser- und anderen Organismen bei der Überwachung der Umweltauswirkungen der Wasserverschmutzung durch die Me-NPs berücksichtigt werden.