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Bestimmung der Lungenbelastung durch Feinstaub ist jetzt schneller und auch günstiger

Wissenschaftler des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) haben eine Maschine entwickelt, mit der sich gleich vor Ort die schädigende Wirkung von Feinstaub in der Lunge feststellen lässt. Die Maschine, ein komplexes System, ahmt alle Vorgänge des Atmens – von der Nase bis in die Lunge - nach und setzt Lungenzellen feinstaubbelasteten Luftströmen aus. So lassen sich Messdaten – ohne Tierversuche – und dazu noch schnell und günstig über die Schadwirkung von Feinstäuben aus verschiedensten Quellen sammeln.

„Feinstäube können Ruß aus Dieselmotoren, Seesalz an der Küste, natürliche Stäube oder auch Zwischenprodukte in der chemischen Industrie sein“, erklären Dr. Hanns-Rudolf Paur und Sonja Mülhopt vom Karlsruher Institut für Technologie. Alle Staubkörner kleiner als 10 Mikrometer, also einem hundertstel Millimeter, zählen zum Feinstaub, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung. Unterhalb dieser Größenordnung passieren die Partikel leicht die oberen Atemwege des Menschen. „Sie lagern sich in den Lungenbläschen (Alveolen) ein und können dort die Zellen infolge ihrer chemischen oder physikalischen Eigenschaften schädigen.“

In der Lungenmaschine wird die feinstaubbelastete Luft auf Körpertemperatur gebracht, mit etwa 85 Prozent Luftfeuchtigkeit versetzt und auf die Strömungsgeschwindigkeit in der Lunge herabgesetzt. Zuletzt strömt diese über Lungenzellen-Kulturen, die in einem Nährmedium kultiviert werden. Für langanhaltende Messreihen gilt es, diese Bedingungen exakt und reproduzierbar einzuhalten. Je nach Art des Feinstaubes zeigen die Lungenzellen anschließend Symptome von Entzündung, Oxidationsstress oder Membranschäden. Gleichzeitig wird auch die Menge der abgelagerten Partikeln aufgezeichnet.

„Die Forschung am Karlsruher Institut für Technologie hat die Grundlagen gelegt für ein Verfahren mit hohem Industriepotential“, erklärt Tobias Krebs von der Firma Vitrocell Systems. „Gemeinsam wollen wir nun dieses Produkt vermarkten.“
Die Wirkung von Feinstäuben spielt in der Grundlagenforschung, aber auch in vielen Anwendungsfeldern eine Rolle. So muss die chemische Industrie etwa im Rahmen der EU-Chemikalienverordnung REACH ihre Stoffe/Produkte in Gefahrenklassen einordnen und dementsprechend begründen. (Presseinformation des KIT, 153/2014)

Bild: Vitrocell Systems GmbH. Das Karlsruher Expositionssystem ist kompakt und kann Feinstaubbelastungen auch gleich am Ort der Entstehung oder Belastung messen.