Ziel dieses Projekts war ein Vergleich der toxischen Wirkungen von TiO₂ UV TITAN M262, TiO₂ UV TITAN M212 und TiO₂ P25 (Kodierung im EU-Nanomaterial-Repositorium: NM-103, NM-104 und NM-105). Sie unterscheiden sich in ihrer Kristallstruktur (Rutil; Rutil; 80 % Anatas/20 % Rutil) und ihren Oberflächenmodifikationen (mit Silikon -> hydrophob; mit Glyzerin -> hydrophil; unbehandelt -> hydrophil), die ein unterschiedliches toxisches Potenzial nach inhalativer Aufnahme vermuten ließen. Wistar-Ratten wurden gegenüber Aerosolkonzentrationen von 3, 12 und 48 mg/m³ exponiert (6 h/Tag, 5 Tage/Woche über 28 Tage; Expositionsszenarium Arbeitsplatz). Diese Dosierungen führten jeweils zu keiner, teilweiser und vollständiger Überladung der Lunge.

Nach einer Recovery-Periode von 3 Tagen, 1,5 und 3 Monaten wurden untersucht: i.) Analyse der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF); ii.) Histopathologie; iii.) transmissionselektronenmikroskopische Untersuchung (TEM); und iv.) chemische Analyse von Rückständen der Testsubstanzen in Lunge, Leber und Gehirn.

Ergebnisse: Dosisabhängige Zunahme des Lungenfeuchtgewichts bei allen drei TiO₂. PMN in der BALF als Entzündungsmarker ergab bei niedriger Dosierung ähnliche Werte für NM-105 wie für Reinluft, während NM-103 und NM-104 leichte Entzündungen hervorriefen (bis ca. 10 % PMN). Nach 45 und 94 Tagen Regeneration lag der Wert auch bei NM-103 wieder im Normalbereich, in der NM-104-Gruppe dagegen noch immer im signifikanten 5-8 %-Bereich.

Die Rückstandsanalyse spiegelte gut die Unterschiede in der Clearance-Dauer infolge der unterschiedlichen Überladung der Lunge wider und stimmte mit den Vorhersagewerten des MPPD-Modells überein. Der lösliche Anteil der Testsubstanzen (5,5 %, 2,2 % bzw. 0,9 % in den Gruppen mit niedriger, mittlerer und hoher Dosis) weist darauf hin, dass die Löslichkeit der Substanzen durch ein gegebenes Maximum im Lungenmilieu begrenzt ist. Das Translokationspotenzial war sehr gering.

Die Histopathologie zeigte eine ähnliche Dosisabhängigkeit der Veränderungen für NM-103, NM-104 und NM-105. Außerdem wurde in allen drei Behandlungsgruppen ein ähnliches Partikeldepositions- und -translokationsverhalten in den Atemwegen beobachtet.

Die TEM-Analyse identifizierte intraalveoläre Makrophagen als häufigstes Kompartiment, in dem Partikel nachweisbar waren. In den Gruppen mit niedriger und mittlerer Dosierung lagen an zweiter Stelle Typ-I-Pneumozyten, in der Gruppe mit hoher Behandlungsdosis hingegen waren dies intraalveoläre freie Partikel.

Der experimentell ermittelte und der vorhergesagte NOAEL (nach Pauluhn, 2011) lag bei 3 bzw. 5 mg/m³. Basierend auf dem ausgelösten Einstrom von PMN und an-deren Endpunkten lautet die vorläufige Rangfolge: NM-104 > NM-103 > NM-105.