Kohlenstofffasermaterialien: Einfluss von Faserrigidität und Durchmesser auf die Toxizität

Die toxikologische Charakterisierung neuer Materialien ist ein zentrales Instrument zur Bewertung ihres Gefahrenpotenzials. In einer zweijährigen intraperitonealen Studie wurde die kanzerogene Potenz verschiedener faserförmiger Kohlenstoffmaterialien bis zu einer Dosis von 1 × 10⁹ WHO-Fasern untersucht. Geprüft wurden:

• vier Typen von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (Multiwalled Carbon Nanotubes, MWCNT) mit Durchmessern zwischen 10 und 30 nm,
• einwandige Kohlenstoffnanoröhren (Singlewalled Carbon Nanotubes, SWCNT) mit Durchmessern <10 nm,
• sowie einatembare Fragmente einer pechbasierten Carbonfaser.

Ziel der Studie war die Bewertung eines potenziell asbestähnlichen Wirkprofils, insbesondere in Abhängigkeit von Faserrigidität sowie Durchmesser- und Längenverteilung. Faserrigidität beschreibt die Steifigkeit einer Faser, also wie leicht oder schwer sie sich verbiegen lässt. Stabile, starre Fasern (hohe Rigidität) können Gewebe mechanisch stärker schädigen, während flexible Fasern (niedrige Rigidität) eher verdrillen oder sich bündeln, was ihre pathogene Wirkung abschwächt.

In allen Prüfgruppen traten Mesotheliome auf, die Inzidenz war jedoch überwiegend niedrig bis sehr niedrig. Die höchste Inzidenz wurde bei den rigiden, pechbasierten Carbonfaserfragmenten mit mikroskaligem Durchmesser beobachtet. Bei den nanoskaligen MWCNT deuten die Daten darauf hin, dass es eine kritische Durchmessergrenze zwischen 20 und 30 nm geben könnte, unterhalb derer keine kanzerogene Wirkung zu erwarten ist. SWCNT zeigten trotz ihrer äußerst geringen Einzelfaserdurchmesser und der dadurch hohen Flexibilität ein niedriges, aber prinzipiell relevantes Gefährdungspotenzial, das auf die Bildung von Faserbündeln zurückzuführen sein könnte.

Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass die Faserrigidität – maßgeblich bestimmt durch den Durchmesser – ein zentraler Prädiktor für die Pathogenität faserförmiger Kohlenstoffmaterialien ist.