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Februar 2017

• Pharmazeutische Rückstände in der Umwelt
• Überwachung von Nickel in Lebensmitteln
• PFC/PFAS
• Pharmacelsus GmbH ist neues Mitglied der 

  GBA Laborgruppe

 

Liebe Leserinnen & Leser,

unser Februar-Newsletter hat es in sich! Mit spannenden und aktuellen Fachthemen informieren wir Sie zu ver­schiedenen Bereichen der Lebensmittel- und Umweltanalytik. Sehr gerne stehen wir Ihnen dazu jederzeit mit Rat und Tat zur Verfügung. 

Viel Spaß beim Lesen!
Ihre GBA Laborgruppe

 
 

Pharmazeutische Rückstände in der Umwelt

von Dr. Dominik Deyerling, GBA Laborgruppe

Pharmazeutisch wirksame Substanzen in der aquatischen Umwelt rückten innerhalb der letzten Jahrzehnte immer mehr in den Fokus des nachhaltigen Umweltschutzes für Mensch, Tier und Pflanzen. Vor allem innerhalb der In­dustrieländer nahm die Anwendung von Pharmazeutika in Human- und Veterinärmedizin stetig zu.[1,2] Im Bereich der Forschung zählt man diese Verbindungen deshalb zu der Gruppe der „neu aufkommenden organischen Verunreinigungen“ (engl. emerging organic pollutants).

In Deutschland wurden bereits in den 1970er Jahren erste Untersuchungen von Einzelsubstanzen dieser Stoffgruppe vorgenommen. Allerdings machte erst der technische Fortschritt der letzten Jahre in der chemischen Analytik die rou­tinemäßige Detektion geringer Konzentrationen in diversen Umweltmatrices machbar. Insbesondere die Verbesserungen im Bereich der Flüssigchroma­tographie in Kopplung mit der massenspektrometrischen Detektion ermöglichen heute die Analyse einer hohen Probenanzahl sowie die Detektion von Rück­ständen unterschiedlichster chemischer Eigenschaften.[3,4]

Doch wie gelangen diese Substanzen überhaupt in die Umwelt? Der wichtigste Aspekt hierbei ist die Tatsache, dass ein Großteil der pharmazeutisch wirk­samen Bestandteile von verabreichten Medikamenten vom Körper unverändert wieder ausgeschieden werden.[5] Der Grad der Metabolisierung durch bioche­mische Prozesse innerhalb des Körpers ist abhängig vom jeweiligen Wirkstoff und schwankt in einem Bereich zwischen 10 und 100 %.[5] Über menschliche Ausscheidungen gelangen Pharmazeutika in das kommunale Ab­wasser und somit schließlich in Kläranlagen. Die klassischen Behandlungs­stufen einer Kläranlage – Ausflockung, Sedimentation und Belebtschlammbe­handlung – können die teils nur mäßig abbaubaren Substanzen aber nur unvoll­ständig umsetzen. Das hat zur Folge, dass es über den Kläranlagenablauf zum nen­nenswerten Eintrag von pharmazeutischen Rückständen in Oberflächenge­wässer und Fließgewässer kommt.[7] Über die Ausscheidungen aus der Tier­zucht, insbesondere der intensiven Tiermast, werden Medikamentenrückstände über Gülle, Mist und Gärreste als spezieller Dünger auf die Felder ausgetragen. Auf diesem Wege können die chemisch stark polaren und damit gut wasserlösli­chen Substanzen über Niederschläge ausgewaschen und so ebenfalls in das Oberflächenwasser eingetragen werden. Von kontaminierten Böden ist auch die Aufnahme in Nutzpflanzen dokumentiert.[6] Ein weit geringerer Eintrag ist durch unsachgemäße Entsorgung von Arzneimitteln verursacht.

Im Gegensatz zu persistenten organischen Schadstoffen wie Dioxinen (PCDD) oder polychlorierten Biphenylen (PCB), werden pharmazeutische Rückstände in der Umwelt sukzessive abgebaut. Durch den durchweg hohen und kontinuierli­chen Eintrag entstehen aber noch zum Teil unbekannte Umweltrisiken.[7] Zur Veranschaulichung möglicher Auswirkungen auf die Umwelt sollen hier Bei­spiele dienen:

Der hoch wirksame Inhaltsstoff der Antibabypille (Östrogen) führt bei chroni­scher Exposition der Fischart Pimephales promelas bereits ab Konzentrationen von 5-6 ng/L1 zu einer Feminisierung und damit zur Verringerung der Popula­tion.[8] Aber auch Wirkstoffe von gängigen Schmerzmitteln, Betablockern oder Cholesterinsenkern können sich negativ auf aquatische Organismen auswirken. In einem Laborversuch konnten ultrastrukturelle Effekte in Leber, Nieren und Kiemen von Regenbogenforellen und Karpfen nachgewiesen werden, die 28 Tage lang einer Konzentration dieser Stoffe zwischen 1 und 2 µg/L ausgesetzt waren.[9] Antibiotika aus der intensiven Tiermast wirken über ausgebrachte Gülle auf Böden und Pflanzen ein. Sulfonamidantibiotika stehen dabei im Verdacht die Bodenrespiration negativ zu beeinflussen (abtöten der Mikrobio­logie des Bodens).[10] Darüber hinaus verschlechtern sie das Wurzelwachstum und werden von diesen auch aufgenommen. Auch die Aufnahme in Feldfrüchte, wie beispielsweise in das Weizenkorn, konnte bereits nachvollzogen
werden.[11] Neben diesen Auswirkungen besteht bei antibiotisch wirksamen Substan­zen zudem die Gefahr einen Selektionsdruck auf die komplexen mik­robiellen Gemeinschaften in Böden auszuüben. So konnte beispielsweise ein signifikan­ter Anstieg an Antibiotikaresistenzgenen innerhalb eines Bodens nachgewiesen werden, der zwei Monate zuvor mit Antibiotika belasteter Gülle gedüngt wurde.[12]

Die GBA Laborgruppe hat vor einigen Jahren in einem BMBF-geförderten For­schungsprojekt die Methode zur Bestimmung einer Vielzahl von Arzneimittel­wirkstoffen und derer Metabolite in das Routineuntersuchungsprogramm auf­genommen. Die Liste der dazu gehörenden Substanzen hat sich aufgrund der wachsenden Bedeutung in den letzten Jahren erheblich vergrößert und wird auch weiterhin entsprechend der Anforderungen des Marktes weiter ausgebaut. Zu den wichtigsten Matrices zählen dabei die Untersuchungen in Abwasser, Grund- und Trinkwasser sowie Biotaproben.

Sollten Sie Fragen zu diesem oder anderen Themen der Umweltanalytik haben, dann kontaktieren Sie bitte Ihren Projektbearbeiter oder

GBA Gesellschaft für Bioanalytik mbH
Herrn Ralf Murzen
+49 (0)4101 79 46-0

 

Literatur:
[1] A. Müller, W. Schulz, W. K. L. Ruck, W. H. Weber, A new approach to data evaluation in the non-target screening of organic trace substances in water analysis, Chemosphere, 85 (8) (2011) 1211–1219
[2] F. Wode, C. Reilich, P. van Baar, U. Dünnbier, M. Jekel, T. Reemtsma, Multiresidue analytical method for the simultaneous determination of 72 micropollutants in aqueous samples with ultra high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry, Journal of Chromatography A 1270 (2012) 118–126
[3] K. Nödler, T. Licha, K. Bester, M. Sauter, Development of a multi-residue analytical method, based on liquid chromatography-tandem mass spectrometry, for the simultaneous determination of 46 micro-contaminants in aqueous samples, Journal Of Chromatography A 1217 (42) (2010) 6511–6521
[4] B. J. Vanderford, S. A. Snyder, Analysis of pharmaceuticals in water by isotope dilution liquid chromatography/tandem mass spectrometry, Environmental Science & Technology 40 (23) (2006) 7312–7320
[5] H.-J. Koch, C. v. Haaren, M. Faulstich, H. Foth, M. Jänicke, P. Michaelis, K. Ott, Arzneimittel in der Umwelt - Stellungnahme, SRU - Sachverständigenrat für Umweltfragen (2007)
[6] L. Michelini, R. Reichel,W.Werner, R. Ghisi, S. Thiele-Bruhn, Sulfadiazine Uptake and Effects on Salix fragilis L. and Zea mays L. Plants, Water, Air, & Soil Pollution 223 (8) (2012) 5243–5257
[7]Umweltbundesamt, Arzneimittel in der Umwelt - vermeiden, reduzieren, überwachen, www.umweltbundesamt.de/sites/ default/files/medien/378/publikationen/ 01.08.2014_hintergrundpapier_arzneimittel_ final_.pdf, Stand 04.2015
[8] R. Länge, T. H. Hutchinson, C. P. Croudace, F. Siegmund, H. Schweinfurth, P. Hampe, G. H. Panter, J. P. Sumpter, Effects of the synthetic estrogen 17b-ethinylestradiol on the life-cycle of the fathead minnow (Pimephales promelas), Environmental Toxicology and Chemistry 20 (6) (2001) 1216–1227
[9] R. Triebskorn, H. Casper, V. Scheil, J. Schwaiger, Ultrastructural effects of pharmaceuticals (carbamazepine, clofibric acid, metoprolol, diclofenac) in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) and common carp (Cyprinus carpio), Analytical and Bioanalytical Chemistry 387 (4) (2007) 1405–1416
[10] F. Liu, G.-G. Ying, R. Tao, J.-L. Zhao, J.-F. Yang, L.-F. Zhao, Effects of six selected antibiotics on plant growth and soil microbial and enzymatic activities, Environmental Pollution 157 (5) (2009) 1636 – 1642
[11] M. Grote, C. Schwake-Anduschus, H. Stevens, R. Michel, T. Betsche, M. Freitag, Antibiotika-Aufnahme von Nutzpflanzen aus Gülle-gedüngten Böden - Ergebnisse eines Modellversuchs, Journal für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit 1 (1) (2006) 38–50.
[12] H. Heuer, Q. Solehati, U. Zimmerling, K. Kleineidam, M. Schloter, T. Müller, A. Focks, S. Thiele-Bruhn, K. Smalla, Accumulation of Sulfonamide Resistance Genes in Arable Soils Due to Repeated Application of Manure Containing Sulfadiazine, Applied and Environmental Microbiology 77 (7) (2011) 2527 – 2530

 
 

Überwachung von Nickel in Lebensmitteln

von Julia Bartels, GBA Laborgruppe

Nickel ist ein in der Umwelt natürlich vorkommendes Element. Bei reinem Nickel handelt es sich um ein silberweißes geschmeidiges Schwermetall, welches häu­fig in Metalllegierungen bzw. bei der Stahlveredelung verwendet wird. So findet man Nickel in vielen alltäglichen Gegenständen wie z.B. Schmuck, Mün­zen, Bauteilen von Hausinstallationen sowie Gebrauchs- und Haushaltsgegen­ständen. Daneben ist Nickel durch natürliche und anthropogene Einträge in Lebensmitteln, Trinkwasser und in der Luft vorhanden. Der Mensch nimmt über diese Wege Nickel und Nickelverbindungen auf, wobei Lebensmittel die we­sentlichste und größte Nickelquelle darstellen. Pflanzliche Lebensmittel ent­halten dabei im Allgemeinen mehr Nickel als tierische Lebensmittel. Im Durch­schnitt liegt die täg­liche Nickelaufnahme zwischen 90 µg und 280 µg pro Per­son. Beim Verzehr von außerordentlich nickelhaltigen Nahrungsmitteln kann sich die tägliche Aufnahme sogar auf 1.000 µg erhöhen. Nickel ist für sein hohes Allergiepotential bekannt. Es ist der häufigste Auslöser von Kontakt­allergien und kann bei empfindlichen Menschen eine sogenannte Nickelder­matitis mit verschiedenen Symptomen, wie Entzündungen, Rötungen und Schwellungen an Fingern, Händen und Augenliedern zur Folge haben. Dies kann wiederum dazu führen, dass sich großflächige Hautekzeme am ganzen Körper ausbilden können. Darüber hinaus gelten Nickelverbindungen (aus­genommen metalli­sches Nickel) als krebserregend.[1]

Um das genaue von Nickel ausgehende Risiko auf die menschliche Gesundheit einschätzen zu können, hat die Europäische Lebensmittelbehörde für Lebens­mittelsicherheit (EFSA) eine Risikobewertung für Lebensmittel und Trinkwasser durchgeführt und legte 2015 ein wissenschaftliches Gutachten über die Ge­sundheitsrisiken durch Nickel vor. In diesem Gutachten hat die EFSA für die chronische Nickel-Exposition über die Nahrung eine tolerierbare tägliche Auf­nahmemenge (TDI) von 2,8 µg Ni/ kg Körpergewicht abgeleitet. Dieser Wert ist deutlich geringer als der Wert von der World Health Organisation (WHO) aus dem Jahr 2005 (12 µg Ni/ kg Körpergewicht und Tag), der bislang in der Praxis als toxikologischer Leitwert genutzt wurde. Da bei der Risikobewertung für be­stimmte Lebensmittel nur begrenzte und unzureichende Daten zur Verfügung standen, konnten keine konkreten Risikomanagementmaßnahmen abgeleitet werden. Um dies zu ermöglichen, sind weitere Untersuchungen zum Nickel­gehalt in Lebensmitteln notwendig.[2,3]

Vor diesem Hintergrund hat die Europäische Kommission am 6. Juli 2016 die Empfehlung (EU) 2016/1111 für die Überwachung von Nickel in Lebensmitteln veröffentlicht. Diese Empfehlung fordert die Mitgliedsstaaten und explizit auch die Lebensmittelunternehmer dazu auf, in den Jahren 2016 - 2018 das Vorkom­men von Nickel in Lebensmitteln zu überwachen. Die Überwachung sollte ein breites Spektrum an Lebensmitteln beinhalten, damit eine möglichst genaue Schätzung der Exposition möglich ist und darauf basierend für die Zukunft Risi­komanagementmaßnahmen empfohlen werden können.[4]

Die GBA Laborgruppe hat die Analytik des Nickelgehaltes bereits seit Jahren im Portfolio der Untersuchungsmethoden etabliert. Sollten Sie Fragen zu diesem oder einem anderen Thema der Lebensmittel- oder Umweltanalytik haben, dann kontaktieren Sie bitte Ihren Ansprechpartner bei der GBA Laborgruppe oder

GBA Gesellschaft für Bioanalytik mbH
Herr Dr. Frank Schütt
Tel.: +49 (0)40 797172-0

 

Literatur:
[1] http://www.lgl.bayern.de/gesundheit/arbeitsplatz_umwelt/projekte_a_z/ nickel_humanbiomonitoring.htm, Stand 30.01.2017
[2] EFSA Journal 2015; 13(2):4002,doi:10.2903/j.efsa.2015.4002, zu finden unter http://www.efsa.europa.eu/efsajournal, Stand 30.01.2017
[3] Bund für Lebensmittelrecht und Lebensmittelkunde e.V., BLL Rundschreiben BLL-141-2015 vom 13.05.2015
[4] eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=CELEX:32016H1111&from=DE, Stand 30.01.2017

 
 

PFC / PFAS - unterschätztes Schadstoffpotential durch Freisetzung aus Precursor?

von Dr. Sven Steinhauer, GBA Laborgruppe

Bei der Bestimmung von PFC (poly- bzw. perfluorierten Chemikalien) oder PFAS (perfluorierten Alkylsubstanzen) werden ausgewählte Einzelmoleküle bestimmt. Es gibt aber eine große Vielzahl an möglichen und unterschiedlichen PFAS und derer Isomere. Der Aufwand zur Identifizierung und Quantifizierung bei der Ana­lyse wird dadurch unverhältnismäßig groß. Zusätzlich ergibt sich der Umstand, dass sich im Zweifel der Anteil der detektierten und bewerteten Sub­stanzen erst aus anderen Molekülen (Precursor) bildet. So können Grundwäs­ser höhere Ge­halte an PFAS enthalten als aus den Untersuchungen der kon­taminierten Bo­denschichten zu erwarten sind.[1]

Der biologische Abbauprozess der Precursor erfolgt abhängig von den örtlichen Gegebenheiten (Bodenzusammensetzung, Temperatur, Sauerstoffzufuhr etc.) und kann nicht vorhergesagt werden. Eine Nichtberücksichtigung der Precusor kann dazu führen, dass das Schadstoffpotential und die Gefährdungsabschät­zung zu niedrig eingestuft wird. Um eine Abschätzung des Ausmaßes an Pre­cursor zu erlangen, kann der TOP-Assay (Total Oxidizable Precursor) Anwen­dung finden. Sowohl im Extrakt von Feststoffen als auch in flüssigen Proben können durch eine definierte Oxidation die Precursor abgebaut werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der TOP-Assay die Biotransformation zwar nach­stellt, nicht aber zwangsläufig exakt die gleichen Produkte hervorbringt. In der Summe der Abbauprodukte nähern sich jedoch der natürliche und der im Labor nachgestellte Abbauweg soweit an, dass eine halbquantitative Auswertung der Abbauprodukte möglich ist. Durch Vergleich der Ergebnisse mit und ohne TOP-Assay ergeben sich wertvolle Informationen zur Abschätzung des Schadstoffpo­tentials. Die Messung des Summenparameters sollte daher bei schwierigen Fra­gestellungen in Erwägung gezogen werden.

Die GBA Laborgruppe hat sich diesem Thema angenommen und bietet die Ana­lytik im Jahr 2017 zusätzlich zu der vorhandenen PFAS Analytik den Kun­den an. Sollten Sie Fragen zu diesem oder anderen Themen der Umwelt- oder Lebensmittelanalytik haben, dann kontaktieren Sie bitte Ihren Ansprechpartner bei der GBA Laborgruppe oder:

GBA Gesellschaft für Bioanalytik mbH
Herr Dr. Sven Steinhauer
Tel.: +49 (0)5151 9849-0

 
Literatur:
[1] Houtz, E.F.; Sedlak D.L.; Environ Sci Technol. 2012 Sep 4;46(17):9342-9; Oxidative  conversion as a means of detecting precursors to perfluoroalkyl acids in urban runoff.

 
 

Pharmacelsus GmbH, Saarbrücken, ist neues Mitglied der GBA Laborgruppe


Im Februar ist es uns gelungen, die Pharmacelsus GmbH mit Sitz in Saar­brücken, Deutschland, als Erweiterung unseres Dienst­leistungs­portfolios im Pharmabereich zu ge­winnen. Pharma­celsus ist eine inter­national agieren­de Contract Research Organisa­tion, die seit mehr als 15 Jahren prä­klinische Dienst­leistungen in den Be­reichen in vitro ADME/T, in vivo Phar­makokinetik und Pharmakologie sowie Bioanalytik (GLP und Non-GLP) anbietet.

Das Pharmacelsus Portfolio deckt für die Entwicklung neuer Wirkstoffe auf Basis niedermolekularer Verbindungen das gesamte präklinische Testpro­gramm sowie die GCLP Bioanalytik klinischer Proben ab. Der Kundenstamm besteht aus Pharma- und Biotech- Unternehmen sowie akademischen Insti­tuten.

Für die GBA Laborgruppe bedeutet diese Erweiterung neben dem Erwerb eines weiteren Standortes in Deutschland die Möglichkeit, weitere Synergien aus­schöp­fen zu können, um unseren Auftraggebern die Möglichkeit eines noch umfängli­cheren Dienstleistungsspektrums nach dem One-Stop-Shop Prinzip anbieten zu können.

Sollten Sie Fragen zu Pharmacelsus oder dem erweiterten Dienstleistungsan­gebot der GBA Laborgruppe im Bereich Pharma haben, dann kontaktieren Sie uns unter:

Pharmacelsus GmbH
Science Park 2
66123 Saarbrücken, Deutschland
Tel.: +49 (0)681 3946 7510
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