NeuroBox – Bewertung neurotoxischer Effekte im Wasserkreislauf

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Neuro Box

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Quelle: Kuckelkorn/Umweltbundesamt

NeuroBox wird neurotoxische Effekte von anthropogenen Spurenstoffen im Wasserkreislauf erforschen. Die Entwicklung einer mehrstufigen Testbatterie zur toxikologischen und ökotoxikologischen Bewertung steht im Fokus von sechs Teilprojekten, die über das Umweltbundesamt (UBA) koordiniert werden.

Inhaltsverzeichnis

 

Am 01.03.2017 ist das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt NeuroBox gestartet. In sechs Teilprojekten wird bis Anfang 2020 eine praxisorientierte Testbatterie zur Erfassung anthropogener Spurenstoffe und deren Bewertung hinsichtlich neurotoxischer Effekte entwickelt. Ein solcher Lösungsansatz ist im Hinblick auf die Zunahme von neurodegenerativen Erkrankungen und der eingeschränkten Therapiemöglichkeiten von großer Bedeutung. Die NeuroBox ist damit eine Weiterentwicklung des Verbundprojekts Tox-Box (02WRS1271).

 

Risikomanagement von Spurenstoffen

Mit Blick auf die Aufbereitung des Abwassers, also die Erkennung, Bewertung und Eliminierung bzw. Minimierung von Schadstoffen spielt der Eintrag anthropogener Spurenstoffe wie Arzneimittel, Kosmetika oder Flammschutzmittel eine wesentliche Rolle. Angesichts der Vielzahl an Chemikalien, die im Wasserkreislauf mittlerweile auch in geringsten Mengen chemisch nachgewiesen werden können, gibt es immer mehr Stoffe, die derzeit toxikologisch noch nicht vollständig bewertet sind. Bei diesen Stoffen greift ein Vorsorgewert des Umweltbundesamtes, der Gesundheitliche Orientierungswert (GOW). Der GOW orientiert sich an Wirkmechanismen und Strukturmerkmalen bekannter Substanzen hinsichtlich Gentoxizität, Neurotoxizität und endokriner Effekte. Erst wenn neue toxikologische Daten verfügbar sind, kann eine umfassendere Bewertung vorgenommen werden. Dieser Ansatz wurde in der Fördermaßnahme RiSKWa des BMBF im Verbundprojekt „Tox-Box“ (02WRS1271) im Hinblick auf eine Batterie von geeigneten Testverfahren untersucht und weiterentwickelt. Im Fokus stand die Erstellung eines Leitfadens für das gefährdungsbasierte Risikomanagement von Spurenstoffen in Trinkwasser. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass speziell für den Endpunkt Neurotoxizität noch umfassende Entwicklungsarbeit zu leisten ist.

 

Neuro-Toxikologische Bewertung von Spurenstoffen – Humantoxikologie

Durch die Einbeziehung neuer zentraler toxikologischer Endpunkte und die Kombination von öko- und humantoxikologischen Endpunkten kann der gesamte Wasserkreislauf berücksichtigt, komplexe Wirkmechanismen identifiziert und wissenschaftlich sichere Gesundheitliche Orientierungswerte abgeleitet werden. Zur Untersuchung und sicheren Bewertung des Einflusses chemischer Substanzen auf die komplexen Funktionen des Nervensystems müssen möglichst viele unterschiedliche Zellarten aus dem Nervensystem berücksichtigt werden. Dies erfordert die Weiterentwicklung der aktuellen Teststrategien.

 

Neuro-Toxikologische Bewertung von Spurenstoffen – Ökotoxikologie

Neuroaktive Substanzen sind infolge ihres ubiquitären Vorkommens auch von ökologischer Relevanz. Sie beeinflussen beispielsweise die Reproduktion von Fischen und Wirbellosen. Die Eier und Jungstadien des Zebrabärblings (Danio rerio) dienen seit über 20 Jahren als Modellorganismus für die Beurteilung des toxischen und teratogenen Potenzials von Chemikalien bei Wirbeltieren. Dies bietet die Möglichkeit, Entwicklungs- und Neurotoxizität in einem einzigen Testverfahren zu untersuchen und zu bewerten. Die Betrachtung von Mischungen potentiell neurotoxischer Substanzen gestattet eine Verbesserung der bisherigen Einzelstoffbewertung, da die toxische Wirkung einzelner Substanzen in Mischungen maskiert sein kann. Neben dem Zebrabärbling werden auch Stammzellen von Mensch und Maus für den Nachweis neuroentwicklungstoxischer Endpunkte eingesetzt.

 

Zielstellung in NeuroBox

Die Erweiterung der bisherigen Teststrategie zur Erkennung und Bewertung relevanter neurotoxischer Substanzen im Wasserkreislauf ist damit das erklärte Ziel des Verbundprojektes NeuroBox. Auf dieser Grundlage können Wasserversorger und Behörden zukünftig schneller und wissenschaftlich basiert Maßnahmen zur nachhaltigen Verbesserung der Trinkwasserversorgung ergreifen.

 

Die Arbeitspakete im Überblick

Die Koordination des neuen BMBF-Projekts NeuroBox obliegt dem Umweltbundesamt in Bad Elster, das zudem spezifische Endpunkte für das Nervensystem, die Kultivierung und Vernetzung verschiedener humaner Zelllinien etablieren und eine modellhafte Simulation zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke durchführen wird. In Teilprojekt 2 beschäftigt sich die Universität Heidelberg mit der Übertragbarkeit des Fischembryomodells auf Säugetiere sowie mit der Klärung der ökotoxikologischen Bedeutung neurotoxischer Effekte. An der RWTH Aachen (TP3) wird eine mechanistische Untersuchung des Fischembryomodells mit zusätzlichen wirkungsspezifischen und verhaltensbasierten Experimenten an Fischen und Mäusen zur möglichen Erkennung von neuen neurologischen und neuropathologischen Biomarkern durchgeführt. Die Hochschule Darmstadt (TP4) identifiziert hormonelle und neuroembryotoxische Wechselwirkungen. Das Betriebs- und Forschungslabor des Zweckverbands Landeswasserversorgung in Langenau (TP5) entwickelt eine neue Methode zur Erkennung neuroaktiver Substanzen in Roh- und Trinkwasser mithilfe von wirkungsbezogener chemischer Analytik. Aus Umweltproben und Mischungen wird das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig (TP6) eine Identifizierung und toxikologische Charakterisierung neurotoxischer Substanzen mithilfe des Zebrabärblings und wirkungsbezogener Analytik vornehmen.