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Einleitung: Die Interaktionen von humanen Zellen und Zinkoxid- (ZnO-) Nanopartikeln (NP) sind trotz Einsatz dieser Stoffe in Konsumgütern nur wenig bekannt. Eine ZnO NP-Exposition von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) ist vor allen an geschädigter Haut und den Schleimhäuten des Aerodigestivtraktes zu erwarten. Diese Studie untersucht die Toxizität von ZnO NP in hMSC nach repetitiver Exposition und im Langzeitversuch.

Methoden: Es erfolgten Untersuchungen zur Geno- und Zytotoxizität mit dem Comet Assay und dem MTT-Test sowie eine elektronenmikroskopische Analyse der intrazellulären NP-distribution im Langzeitverlauf. Zudem wurden repetitive Expositionen mit subtoxischen Dosen durchgeführt zur Evaluation eines additiven Schadens. Zudem wurde die Abhängigkeit der Toxizität vom Differenzierungsgrad der Zellen charakterisiert.

Ergebnisse: Genotoxische Effekte wurden ab einer ZnO-Konzentration von 10 µg/ml induziert, zytotoxische Schäden waren ab 20 µg/ml nachweisbar. Die Elektronenmikroskopie erbrachte eine Partikelakkumulation im Zytoplasma und den Zellorganellen über einen Zeitraum von 6 Wochen nach Exposition. Eine repetitive Exposition mit subtoxischen Dosen induzierte im Verlauf DNA-Schäden. Differenzierte Stammzellen zeigten höhere Toxizitätsschwellen.

Schlussfolgerungen: ZnO NP zeigen geno- und zytotoxisches Potenzial in hMSC. Nach schneller initialer Zellaufnahme werden die NP nur insuffizient aus den Zellen ausgeschleust. Die hieraus resultierende Partikelakkumulation führt zu additiven toxischen Effekten. Dies ist hinsichtlich einer wiederholten Exposition mit eigentlich subtoxischen Dosen zu bedenken. Vor allen rasch proliferierende Zellen scheinen vulnerabel für NP-induzierte Schäden zu sein.

Der Erstautor gibt keinen Interessenkonflikt an.