Strategies for health protection, pollution Control and Elimination of Next generAtion RefractIve Organic chemicals from Soil, vadose zone and water. (SCENARIOS)

11/2021-10/2025

Förderprogramm / Mittelgeber: Europäische Union

Förderkennzeichen: 101037509

Internetseite des Drittmittelprojektes: -

Beschreibung des Projektes:

Poly- und perfluorierte Verbindungen (PFAS) sind Industriechemikalien, die für eine Vielzahl von Produkten mit wasser- und schmutzabweisenden Eigenschaften verwendet werden. Die Gruppe der PFAS umfasst aktuell mehr als 5000 verschiedene Verbindungen, von denen bei den meisten kaum oder keine Daten zu ihrer Verbreitung, Verwendung und zu ihren toxikologischen Eigenschaften vorliegen. PFAS sind außerordentlich stabile Verbindungen und gelten aufgrund ihrer Persistenz inzwischen als globale Umweltkontaminanten in Böden, Gewässern und der Luft. Im Rahmen ihres Green Deal Programms fördert die EU das SCENARIOS-Projekt, in dem 19 Projektpartner an innovativen Lösungen für die globalen Probleme im Zusammenhang mit der Herstellung und Verwendung von PFAS arbeiten. Ziele des Verbundprojektes sind (i) die Entwicklung von schnellen und kostengünstigen Methoden zur Detektion und Quantifizierung von PFAS in Umweltproben und in biologischen Proben, (ii) die Entwicklung von integrierten Verfahren bei der Bestimmung von Bewertung von PFAS insbesondere hinsichtlich ihrer Humantoxizität und Ökotoxizität, und (iii) die Entwicklung von innovativen technischen Lösungen zur Reinigung von PFAS-kontaminierten Böden und Gewässern, die bis zur Anwendungsreife vorangetrieben werden sollen.

Im SCENARIOS-Projekt leitet das BfR das Arbeitspaket, das sich mit der Bewertung der Risiken von PFAS sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit beschäftigt. Gemeinsam mit verschiedenen Projektpartnern im SCENARIOS-Konsortium sollen folgende Aufgaben angegangen werden:

  1. Da nicht alle der derzeit mehr als 5000 verschiedenen PFAS-Verbindungen umfassend charakterisiert werden können, sollen Strategien für eine Priorisierung der PFAS entwickelt werden. In die Priorisierung sollen veröffentlichte Daten zu PFAS-Gehalten in Böden, Gewässern und der Luft (Umweltbereich), in Lebensmitteln und Trinkwasser (externe Exposition des Menschen) sowie in humanen Blutproben (interne Exposition) einfließen. Hinsichtlich der Toxizität von PFAS wird ebenso auf Literaturdaten zurückgegriffen, und darüber hinaus werden Computermodelle (QSAR, read across) für eine Vorhersage der Toxizität genutzt. Ziel ist die Identifizierung derjenigen PFAS, die aufgrund ihrer Verbreitung und aufgrund ihrer toxikologischen Eigenschaften vorrangig (hochprioritär) untersucht und bewertet werden müssen. Das Augenmerk liegt hierbei auf Verbindungen, für die bisher keine oder nur wenige Daten vorliegen (poor-data PFAS).
  2. Auf Basis dieser Priorisierung sollen hochprioritäre PFAS eingehend experimentell untersucht werden. Dies soll unter Verwendung von gut etablierten, einfachen und schnellen in vitro-Testsystemen erfolgen, die auch Untersuchungen im Hochdurchsatz erlauben. Es sollen zahlreiche Endpunkte untersucht werden, die mit einer Vielzahl von Erkrankungen der Leber, der Lunge, der Schilddrüse, des Hormonsystems und des Immunsystems assoziiert sind, wobei auch der Darm und die Haut als weitere Organe berücksichtigt werden. Ziel ist die Generierung von in vitro-Daten zu Dosis-Wirkungs-Beziehungen für verschiedene Endpunkte, die für die Modellierung (Punkt 5) und letztendlich für die Ableitung von toxikologischen Referenzpunkten (z.B. in vitro point of departure) genutzt werden sollen. Neben Einzelverbindungen sollen auch Mischungen von verschiedenen relevanten PFAS untersucht werden, um die reale Exposition des Verbrauchers gegenüber PFAS-Gemischen abzubilden.
  3. Im SCENARIOS-Konsortium sind verschiedene dreidimensionale (3D)-Zellkultursysteme als Modelle für die Organe Lunge, Darm und Haut etabliert. Diese Systeme sollen genutzt werden, um unter Verwendung verschiedener Omics-Verfahren die Veränderungen, die PFAS in diesen Zellen auslösen, umfassend zu untersuchen. Im Fokus stehen Untersuchungen zu Veränderungen auf der Ebene der Genexpression (Transkriptomics), der Methylierung von DNA (Methylomics), der Proteinexpression (Proteomics) und der Synthese von Lipiden (Lipidomics). Nachfolgende Netzwerkanalysen werden die Ergebnisse dieser Omics-Ansätze integrieren und ggf. neue, bisher unbekannte Effekte von PFAS auf molekularer Ebene identifizieren. Für diese neuen molekularen Ziele werden – soweit möglich – zusätzliche in vitro Tests etabliert werden, die in die unter Punkt 2 genannte in vitro-Testbatterie integriert werden.
  4. Der Zebrabärbling (Danio rerio) ist ein etablierter Modellorganismus für Toxizitätsuntersuchungen. Es wird untersucht werden, in wieweit PFAS zu Organschädigungen in adulten Fischen und zu Entwicklungsstörungen bei Fischembryonen führen. Darüber hinaus werden Ergebnisse, die in vitro (Punkt 2) oder im Rahmen der Omics-Untersuchungen (Punkt 3) erzielt wurden, in vivo überprüft, indem beispielsweise Genexpressionsänderungen in verschiedenen Organen der Zebrabärblinge untersucht werden. Über Dosis-Wirkungs-Beziehungen sollen wiederum Daten für die PBPK Modellierung (Punkt 5) und für die Ableitung von toxikologischen Referenzpunkten (z.B. in vivo point of departure) generiert werden.
  5. Physiologisch-basierte pharmakokinetische (PBPK) Modellierung ist ein mathematisches Verfahren, mit dem man basierend auf Dosis-Wirkungsbeziehungen die interne Exposition aus externen Expositionsszenarien berechnen kann. Hinsichtlich toxikologischer Referenzwerte (z.B. point of departure; POD) können in vitro-Daten auf die in vivo-Situation übertragen werden (in vitro to in vivo extrapolation; IVIVE). PBPK-Modelle werden zunächst für PFAS entwickelt und validiert, die gut charakterisiert sind und für die eine breite Datenbasis vorhanden ist (z.B. PFOS, PFOA). Diese Modelle werden in einem zweiten Schritt genutzt, um für PFAS, für die nur wenige Daten vorliegen, entweder die interne Exposition aus Daten zur externen Exposition (z.B. über PFAS-Konzentrationen in Lebensmitteln) zu berechnen (forward dosimetry) oder aus vorhandenen Biomonitoring-Daten die externe Exposition zu ermitteln (reverse dosimetry).
  6. Das Konzept der „Adverse Outcome Pathways“ (AOP) ist ein relativ neues Konzept der Risikobewertung, in dem Effekte von Substanzen auf molekularer Ebene (z.B. aus in vitro-Studien oder Ergebnisse aus Omics-Untersuchungen) mit toxikologisch relevanten Effekte auf Gewebe, Organe und letztendlich auf den gesamten Organismus korreliert werden. Die in den Punkten 2 bis 5 generierten Daten werden mit bereits existierenden AOPs abgeglichen, um abzuklären, ob die molekularen Effekte von PFAS möglicherweise mit einem oder mehreren Krankheitsbildern (adverse outcome) assoziiert sein könnten. Darüber hinaus können die Daten auch genutzt werden, um neue AOPs zu generieren oder existierende oder im Aufbau befindliche AOPs zu verfeinern.
  7. Als finales Ziel sollen die in den Punkten 2 bis 6 generierten Ergebnisse genutzt werden für die Entwicklung von integrierten Verfahren bei der Bestimmung von Bewertung von PFAS (integrated approaches to testing and assessment; IATA). Risikobewertungen wurden bisher nur für wenige gut charakterisierte PFAS durchgeführt - die meisten der etwa 5000 PFAS-Verbindungen konnten aufgrund der limitierten Datenlage zur Exposition und zur Toxizität bisher nicht bewertet werden. Der IATA-Ansatz für PFAS soll Strategien aufzeigen, mit denen einzelne PFAS oder Gruppen von PFAS mit ähnlichen Eigenschaften trotz limitierter Datenlage bewertet werden können, sowohl hinsichtlich der Ökotoxizität als auch hinsichtlich der Humantoxizität. Letztendlich soll das in SCENARIOS zu entwickelnde IATA-Konzept Risikobewertungsbehörden in die Lage versetzen, die Bewertung der großen und komplexen Gruppe der PFAS in Angriff zu nehmen.
  8. Für einige gut charakterisierte PFAS (PFOS, PFOA, PFNA, PFHxS) konnte gezeigt werden, dass diese Verbindungen das Immunsystem dahingehend beeinflussen, dass die Immunantwort bei Kindern nach bestimmten Impfungen geringer ausfällt. Es wurde eine negative Assoziation zwischen den Blutserumkonzentrationen dieser PFAS und den Antikörpertitern bei den Kindern nach den Impfungen beobachtet. Das SCENARIOS-Konsortium hat Zugang zu einer Kohorte von ca. 300 Personen in Norditalien, die durch einen unbeabsichtigten industriebedingten Eintrag von PFOA in die Umwelt über einen längeren Zeitraum PFOA-kontaminiertes Trinkwasser zu sich genommen haben und nunmehr im Vergleich zur Normalbevölkerung deutlich höhere PFOA-Blutspiegel aufweisen. Im Zuge der Impfkampagne gegen Covid-19 soll anhand dieser Kohorte überprüft werden, ob die beobachtete negative Assoziation zwischen PFOA-Blutspiegeln und Antikörpertitern nach Impfungen auch für die Impfungen gegen Covid-19 zutrifft. Neben den Antikörpertitern gegen Covid-19 sollen eine Vielzahl weiterer Immunparameter untersucht werden und damit der Einfluss von PFOA auf diese Parameter charakterisiert werden.

Projektpartner

  • Università Piemonte Orientale
  • Università del Salento
  • Ben-Gurion University of the Negev
  • ?δρυμα Τεχνολογ?ας και ?ρευνας (ΙΤΕ)
  • Universidad de Castilla-La Mancha
  • Sensoil Innovations Ltd
  • LOMARTOV SL
  • Luxembourg Institute of Science and Technology
  • National Technical University of Athens
  • Novamechanics LTD
  • Tampere University of Applied Sciences
  • University of Birmingham
  • Envytech Solution AB
  • Azienda Ospedaliera Nazionale SS. Antonio e Biagio e C. Arrigo di Alessandria
  • GEO
  • IDP Ingenieria Y Arquitectura Iberia SL
  • COMET Global Innovation and Commercialization
  • Polo d'innovazione di Genomica, Genetica e Biologia

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