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Wechselwirkungen zwischen Chemie und Biologie von (kanzerogenen) Metallverbindungen

Umweltchemie, Umweltanalytik und biologische Wirkungen (Wechselbeziehungen zwischen Chemie und Biologie) von (karzinogenen und/oder mutagenen) Metallverbindungen; neuerdings auch von Aluminium-, Silicium-, Zinn- und Titanverbindungen. Besonderes Gewicht haben Speziations-, Kreislauf-, Bioverfuegbarkeits-, Wechselwirkungs- und biochemische Untersuchungen (auch Biomonitoring und Kurzzeittests).

Machbarkeitsstudie über die Durchführung einer epidemiologischen Studie zur Ermittlung der Dosis‐Wirkungs‐Beziehung zwischen natürlicher UV-Exposition und Hautkrebs

UV-Strahlung ist kanzerogen und Hauptursache für Hautkrebs. Hautkrebserkrankungen haben in der hellhäutigen Bevölkerung weltweit stärkere Zuwachsraten als alle anderen Krebserkrankungen. Im Hinblick auf den demographischen Wandel und die sich abzeichnende Zunahme der UV-Belastung als Folge des Klimawandels ist ein weiterer Anstieg der Erkrankungszahlen zu erwarten. Eine Dosis-Wirkungsbeziehung für die deutsche Bevölkerung zwischen natürlicher UV-Strahlung und dem Hautkrebsrisiko konnte aber bis dato nicht beschrieben werden. Diese ist jedoch für die Optimierung von Strahlenschutzmaßnahmen und für wirkungsvolle Strategien zur Hautkrebsprävention von großer Bedeutung. In einer vom BfS in Auftrag gegebenen Studie sollte exemplarisch die Machbarkeit einer epidemiologischen Studie zur Ermittlung einer Dosis-Wirkungsbeziehung zwischen natürlicher UV-Strahlung und dem Plattenepithelkarzinom in Deutschland untersucht werden. Die Machbarkeitsstudie kommt zu dem Schluss, dass eine solche Studie sowohl durchführbar, als auch aussagekräftig bezüglich der Fragestellung wäre und gibt eine Empfehlung für den Aufbau einer solchen Studie.

Metabolismus von 3,4-Benzpyren in der Saeugerlunge und dessen Beeinflussung durch andere luftverunreinigende Schadstoffe

Beeinflussung der Abbauwege von Kanzerogenen durch andere Schadstoffe der Aussenluft.

Bestimmung partikelgebundener PAK, NPAK und 3-Nitrobenzanthron sowie ihre Verteilung auf verschiedene Ultrafeinstaubfraktionen von Emissionsquellen

Als ultrafeine Partikel werden Teilchen mit Durchmessern kleiner als 100 nm bezeichnet. Die ultrafeinen Partikel entstehen in Verbrennungsprozessen, die unter Sauerstoffmangel stattfinden. Hierbei sind u.a. der Straßenverkehr mit seinen unzähligen instationären Verbrennungen, Industrieprozesse und Hausbrand zu nennen. Partikel dieses Größenbereichs können sehr spezielle chemische oder physikalische Wechselbeziehungen mit der Umgebung eingehen. Man beobachtet bei ultrafeinen Partikeln vorwiegend Diffusion, wogegen sich größere Teilchen eher durch Anlagerung bzw. Sedimentation auszeichnen (Limbach, 2005). In der Europäischen Union gilt seit Januar 2005 ein Grenzwert für Feinstaub, d.h. für Partikel kleiner als 10ìm (PM10), vorgeschrieben. Für ultrafeine Partikel gibt es in Europa bisher keine eigenen Grenzwerte. In einem bis dahin einmaligen Projekt wurde die Entwicklung der Belastung mit ultrafeinen Partikeln in Erfurt über zehn Jahre quantitativ bestimmt. Dabei wurde ein deutlicher Anstieg festgestellt (Krug, 2005). Die Korngrößen des Ultrafeinstaubs können das menschliche Respirationssystem erreichen. Man spricht daher vom inhalierbaren Anteil des Feinstaubs. Partikel kleiner als 100 nm werden als noch gefährlicher eingestuft, da sie lungengängig sind. Wegen ihrer geringen Größe können einzelne ultrafeine Partikel ein Lungenepithel durchqueren. Ein Weitertransport zu Leber, Knochenmark oder Herz ist möglich. Die Ultrafeinpartikel können sich in der Lunge bis zu mehreren Monaten ablagern bzw. verbleiben (WHO,1997). Es sind einige Verfahren entwickelt worden, um die PAK-Belastung auf Menschen zu erfassen und ihre Auswirkungen zu beschreiben. Dabei wurde Benzo(a)Pyren oft als Indikator für die Präsenz von karzinogenen PAK in der Umwelt genutzt. Verbreitet ist zum Beispiel die Bestimmung von PAK in Blut oder Urin und die Untersuchung der Auswirkungen von PAK auf den Metabolismus in Organen wie Niere und Leber (Larsen, 1995). Die Exposition durch NPAK erfolgt hauptsächlich über die Luft. Es gibt bislang wenige Studien, welche die Langzeitwirkung der inhalativen Aufnahme untersuchen. Darüber hinaus gelten auch die Metaboliten der NPAK als kanzerogen (Uhl, 2007). Laut WHO gibt es erheblichen Forschungsbedarf hinsichtlich der Exposition der Menschen und der Wirkungen von NPAK auf die menschliche Gesundheit (IPCS 2003). Obwohl die NPAK nur einen Bruchteil (1 bis 10Prozent) der PAK ausmachen (Nielsen, 1984), ist spezielle Aufmerksamkeit wegen ihrer hohen biologischen Aktivität notwendig. Zahlreiche NPAK wirkten in Tierversuchen deutlich mutagen und kanzerogen (Fiedler et.al, 1990). Über ihr Verhalten und ihre Anreicherung in Boden und Staub ist bis jetzt noch sehr wenig bekannt. Ebenso wenig wie über deren Metabolismus und Akkumulation in biologischem Gewebe (Fiedler et al., 1991, Fieder und Mücke 1990). (...)

Belastung durch chronisch-toxische und carcinogene Stoffe und daraus entstandene Erkrankungsformen bei Voegeln. Erarbeitung von Zusammenhaengen, die fuer den menschlichen Bereich wichtig sind

An moribunden bzw. tot gefundenen Voegeln werden Reihenuntersuchungen auf Tumore und andere Erkrankungsformen durchgefuehrt. Zusammenhaenge zwischen der Biologie und der moeglichen Einwirkung von Umweltgiften soll geprueft werden.

Quantitative Risikoabschaetzung fuer drei kanzerogene Stoffe in Altlasten

Die komplexe Risikosituation durch Altlasten wird zum einen durch die Vielzahl der moeglichen Schadstoffe und zum anderen durch die grosse Zahl moeglicher Expositionspfade bestimmt, auf denen die Schadstoffe zum Menschen gelangen koennen. Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Abschaetzung gesundheitlicher Risiken, die durch polyaromatische Kohlenwasserstoffe (insbesondere Benzo(a)pyren), kanzerogene Schwermetalle (Cadmium oder Arsen) und Benzol verursacht werden. Neben der Toxizitaetsbeurteilung der einzelnen Stoffe ist die Expositionsabschaetzung Teil der Risikoabschaetzung. Letztere bildet den Arbeitsschwerpunkt und soll unter Benutzung typischer Verfahrensweisen des 'Health Risk Assessment' angestrebt werden. Dies bedeutet eine Zerlegung der Belastungssituation in ueberschaubare und berechenbare Teilaspekte. Darauf aufbauend laesst sich dann zB die Belastung ueber bestimmte Aufnahmepfade (Lunge, Magen-Darmtrakt, Haut) oder die Gesamtbelastung ermitteln.

Abbau von aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen und deren Derivaten

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) entstehen bei unvollstaendigen Verbrennungsprozessen von organischem Material (z.B. im Kraftfahrzeugverkehr oder durch Heizkraftwerke) und sind haeufig in Altlasten zu finden. Viele dieser Verbindungen wirken auf Mensch und Tier karzinogen. So ist es von grosser Bedeutung, neue Mikroorganismen zu finden, die diese umweltrelevanten Stoffe abbauen koennen. Der Einsatz thermophiler Mikroorganismen bietet den Vorteil, dass die geringe Wasserloeslichkeit der PAK (relevant fuer die niederen kondensierten) durch die hoeheren Wachstumstemperaturen (ab 60 Grad C.) erhoeht wird und damit ein schnellerer Abbau ermoeglicht werden kann. Einige thermophile, PAK abbauende Mikroorganismen wurden bereits isoliert. Weitere sollen angereichert und isoliert werden sowie auf ihre Faehigkeit zum Abbau von anderen PAK und weiteren Xenobiotica hin untersucht werden. Ebenso ist es von grossem Interesse, die Abbauwege aufzuklaeren, um weitere nuetzliche Informationen ueber die Moeglichkeiten einer PAK-Beseitigung zu erhalten und zur Bewaeltigung der Altlastprobleme beizutragen.

Ersatz von synthetischen Produkten durch umweltfreundliche Naturstoffe. Teil II: Erfassung und Bewertung von synthetischen Wirkstoffen

Eine Reihe industriell, gewerblich oder im privaten Haushalt genutzter Produkte enthaelt zur Zeit noch Bestandteile mit umweltgefaehrdender Wirkung. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl fuer oekologische Chemie, TU Muenchen (Teil 1: 'Erfassung und Bewertung von natuerlichen Wirkstoffen, Substitutionsmoeglichkeiten') war vom IWS in einem 2. Teil der Forschungsaufgabe das Umweltverhalten synthetischer Wirkstoffe zu beurteilen. Als Ergebnis des 2. Teils waren synthetische Wirk- bzw Hilfsstoffe zu identifizieren, die wegen ihrer besonders hohen Umweltschaedlichkeit durch umweltfreundlichere Hilfsstoffe zB natuerlichen (pflanzlichen oder tierischen) Ursprungs ersetzt werden muessen.

Pruefung ausgewaehlter Umweltsubstanzen auf mutagene und potentiell carcinogene Wirkung mittels Kurzzeit-Tests

Fuer den Menschen relevante Umweltchemikalien, z. B. Arzneimittel, Lebensmittelzusatzstoffe, beim Kochen von Speisen entstehende Stoffe, werden auf mutagen Wirkung untersucht. Hierfuer werden zahlreiche Methoden und prokaryotische und eukaryotische Organismen eingesetzt: Tests an Bakterien (Ames-Test, Host-mediated assay), Test an Soma- und Keimzellen von Drosophila melanogaster, cytogenetische Tests am Knochenmark von Kleinsaeugern (Mikrokerntest, SCE-Test u.a.), Specific-locus-Test an embryonalen Pigmentzellen der Maus (Fellfleckentest) sowie als weiterer Test auf transplazentare Mutagenese der Mikrokerntest an embryonalem Blut der Maus.

Molekulare Wirkungsmechanismen cancerogener Stoffe und deren Beeinflussung durch Fremdstoffe

Ziel: Erfassung biochemischer und morphologischer Fruehwirkungen carcinogener Stoffe und deren Beeinflussung durch Pharmaka und Umweltchemikalien.

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