Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Es werden immer größere Mengen an künstlich hergestellten Nanomaterialien (MNMs) für industrielle Zwecke produziert und durch die Verwendung oder Entsorgung der Produkte in die Umwelt freigesetzt. Da Stoffe je nach ihrer jährlichen Produktionsmenge einer PBT-Bewertung unterzogen werden, ist die Verfügbarkeit zuverlässiger Methoden zur Bewertung dieser Endpunkte für (entsprechende) Nanoformen/MNMs von Bedeutung.
Neues Testsystem für Bioakkumulationsstudien
Die klassische Methode zur Untersuchung des Bioakkumulationspotenzials von Chemikalien ist die Durchflussstudie mit Fischen, die jedoch hinsichtlich der Anforderungen an MNM Einschränkungen aufweist. Die meisten MNM neigen dazu, sich in der aquatischen Umwelt abzusetzen. Daher ist es bei der Verwendung von MNM nahezu unmöglich, stabile Expositionsbedingungen für Bioakkumulationstests mit Fischen aufrechtzuerhalten. Corbicula fluminea, eine weltweit verbreitete, im Süßwasser lebende, filterfressende Muschel, nimmt MNM aus der Wasserphase auf und reichert sie an. Um die Eignung von C. fluminea für Bioakkumulationsprüfungen zu untersuchen, haben wir ein neues Durchflusssystem entwickelt, mit dem Muscheln unter konstanten Expositionsbedingungen exponiert werden können (Abb. 1). Bioakkumulationsstudien mit der Süßwasser-Muschel C. fluminea zu zwei Nanopartikeln, AgNP NM 300K und TiO2NP NM 105, haben die Eignung des neuen Testsystems gezeigt. Die mit diesem Testsystem erzielten Ergebnisse können zur Ermittlung nützlicher Endpunkte für regulatorische Zwecke herangezogen und in eine mehrstufige Bioakkumulationsteststrategie für hergestellte Nanomaterialien aufgenommen werden (Kuehr et al., 2020, Ref. 1).
Nano-HYBIT
Ein weiterer vielversprechender Ansatz für Bioakkumulationstests von Nanomaterialien (NMs) könnte der Bioakkumulationstest mit dem benthischen Süßwasser-Amphipoden Hyalella azteca (HYBIT) sein, der von Schlechtriem et al., 2019 (Ref. 2) beschrieben wurde. H. azteca ist ein gut etablierter Testorganismus für ökotoxikologische Studien und reagiert empfindlich auf Umweltchemikalien und Metalle in der Umwelt. Der Amphipode lässt sich leicht im Labor züchten, ist ganzjährig verfügbar und weist eine hohe Reproduktionsrate und ein schnelles Wachstum auf. H. azteca wurde bereits erfolgreich in Studien zur Bioverfügbarkeit von NM in Wasser, Sedimenten oder Klärschlamm eingesetzt. Daher könnte die benthische Art auch ein geeigneter Testorganismus für die Bestimmung des Bioakkumulationspotenzials von NM sein.
Eine Studie am Fraunhofer IME hat gezeigt, dass Biokonzentrations- und Biomagnifikationsstudien mit H. azteca in einem angepassten Testsystem geeignet sind, um das Bioakkumulationspotenzial von Metall- und Metalloxid-Nanopartikeln (NPs) zu untersuchen. Das vorgestellte Testkonzept ermöglicht die Prüfung von Nanomaterialien unter kontrollierten Testbedingungen und liefert hochwertige Ergebnisse, die im Rahmen eines mehrstufigen Ansatzes zur Bewertung der Bioakkumulation von Nanopartikeln berücksichtigt werden können (Kuehr et al., 2020, Ref. 3).
Mehrstufiger Ansatz zur Prüfung von Nanomaterialien
Ein Bewertungsschema für die Bioakkumulation von MNMs wurde von Kuehr et al. 2021 (Ref. 4) vorgestellt. Die Ergebnisse aus Biokonzentrations- und Biomagnifikationstests an Amphipoden können in die mehrstufige Bewertung einbezogen werden, wodurch eine klare Einstufung der getesteten Nanomaterialien als „bioakkumulierbar“ oder „nicht bioakkumulierbar“ möglich ist. Aufgrund des Worst-Case-Szenarios des Amphipodentests kann dieser Ansatz eine Verzicht auf weitere Tests an Wirbeltieren ermöglichen.