Cerdioxid-Nanopartikel induzieren Typ-II-Entzündungsreaktion der Atemwege

Nanopartikel mit seltenen Erden wie Cerdioxid werden industriell genutzt, interagieren allerdings unter anderem aufgrund ihrer hohen Redoxkapazität auch mit lebendem Gewebe. Im Mausmodell wurden jetzt Entzündungsreaktionen der Atemwege nach Cerdioxid-Exposition überprüft.

Cer ist ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden und wird in Form von Cerdioxid-Nanopartikeln (CeO₂NP) unter anderem in Präzisionspoliermaterial und Autokatalysatoren eingesetzt. Wie bei anderen chemisch reaktiven Nanopartikeln muss auch bei CeO₂NP von potenziell lungenschädlichen Eigenschaften ausgegangen werden. Eine toxikologische Untersuchung aus dem Jahr 2013 zeigte bei Ratten entzündliche Reaktionen unter anderem in Form einer Neutrophilenanreicherung im Lungengewebe nach CeO₂NP-Exposition. Eine neue Studie untersuchte die Auswirkungen einer CeO₂NP-Exposition speziell in einem hausstaubmilbeninduzierten Asthma-Mausmodell.

Auch in Anwesenheit von Hausstaubmilbenallergen löste die CeO₂NP-Exposition eine Atemwegsentzündung aus, diesmal charakterisiert durch eine erhöhte Zahl von Eosinophilen in der bronchoalveolären Lavage, erhöhtem Plama-IgE und einer Becherzell-Metaplasie. Zusätzlich wurde die Expression von verschiedenen Immungenen wie zum Beispiel des Interleukins IL-4, des Chemokins CCL11 und der Mastzellprotease MCPT1 sowie einiger Schleim- und Entzündungsmodulatoren hochreguliert. Dieses Aktivierungsmuster entspricht insgesamt dem Bild einer Typ-II-Entzündung, so die Autoren. Die Lymphozytenzahl in der bronchoalveolären Lavage erhöhte sich unter Hausstaubmilbenexposition, nicht aber unter CeO₂NP. Zusätzlich zeigten sich nach Hausstaubmilbenexposition eine ausgeprägte Typ-1-Interferon und IRF3-abhängige Genexpression, die unter einer Ko-Exposition von CeO₂NP inhibiert wurde. Die Veränderungen in der Genexpression von Zytokinen wie CCL20, CXCL10, sowie weiterer Immunregulatoren wie NLRC5, IRF7 und CLEC10A sind Indikatoren für eine CeO₂NP-gesteuerte Einwirkung auf dendritische Zellen und Makrophagen hin zu einer pulmonalen Typ-II-Entzündungsreaktion gegen Hausstaubmilbenallergen. Inwieweit die Reaktionen auf die hohe Redoxkapazität von Cerdioxid zurückzuführen ist, bleibt in dieser Studie offen.

Fazit: Die wiederholte nasale CeO₂NP-Exposition löst im Mausmodell in Gegenwart von Hausstaubmilbenallergenen eine Typ-II-Entzündungsreaktion aus. Das zelluläre beziehungsweise biochemische Muster dieser Entzündungsreaktion findet sich auch bei atopischem und nicht atopischem Asthma. Bei Cerdioxid-Nanopartikel-Exposition beispielsweise im Gewerbebereich ist daher bei entsprechend veranlagten Personen Vorsicht geboten, so das Fazit der Autoren.