OFI: Unabsichtlich eingebrachte Substanzen in Verpackungen

Das ACR-Institut OFI und die FH Campus Wien bündeln in dem Forschungsprojekt MIGRATOX ihre Kompetenzen und forschen an neuen Möglichkeiten zur Risikobewertung von Verpackungen. Ziel ist die Entwicklung einer Methodik, die Aufschluss darüber gibt, ob unbeabsichtigt eingebrachte Substanzen negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können – und das ohne zu wissen um welche Substanzen es sich handelt. Funktionieren soll das mit der Weiterentwicklung von In-vitro Bioassays.

Bekannte Substanzen einschätzen

Der Fokus der Risikobewertung von Lebensmittelkontaktmaterialien lag bis dato auf den sogenannten IAS (intentionally added substances), dem Hersteller bekannten, Ausgangsmaterialien der Verpackungsproduktion. Substanzen wie Monomere, Additive, Farbstoffe oder Polymerisationshilfsstoffe können mit chemischen Analysemethoden gezielt identifiziert und analysiert werden. IAS Quantifizierung in Lebensmittelverpackungen ist heutzutage ein gut etabliertes Standardprozedere, anders ist das bei der Risikobewertung von NIAS. Diese vier Buchstaben stehen für non-intentionally added substances – also unbeabsichtigt eingebrachte Substanzen, die durch Kontaminationen der Ausgangsmaterialien in die Verpackung gelangen oder durch Sekundärreaktionen während der Verpackungsproduktion gebildet werden. Wie IAS können auch NIAS in das Füllgut übergehen und dadurch möglicherweise Einfluss auf Lebensmittel und Gesundheit nehmen. Folgt man der europäischen Verordnung (EU) 10/2011 muss die toxikologische Unbedenklichkeit von Lebensmittelkontaktmaterialien aus Kunststoff garantiert werden. Im Bereich der Risikobewertung von NIAS hinken die analytischen Möglichkeiten den gesetzlichen Anforderungen allerdings hinterher.

Hormonell wirksame Substanzen erfassen

Bereits vor rund 10 Jahren, hat man am OFI begonnen sich mit der Detektion und Identifizierung von hormonell wirksamen Substanzen zu beschäftigen. Mit chemischen Analysenmethoden konnten damals zwar bekannte Substanzen, die bewusst als Verpackungsrohstoffe eingesetzt wurden (z.B. Bisphenol A), quantifiziert werden, unbekannte hormonell wirksame NIAS wurden damit allerdings nicht erfasst. Mit viel Know-how und interdisziplinärer Zusammenarbeit ist es dem OFI, Mitglied der ACR  (Austrian Cooperative Research), schließlich gelungen eine verlässliche Methode zum Nachweis von hormonell wirksamen NIAS zu entwickeln und zu validieren.

Dieses Prozedere kombiniert chemische Spurenanalytik mittels GC-MS/FID und HPLC-MS mit biologischen Tests. Mit in Kulturgefäßen gezüchteten Humanzelllinien kann die Wirkung von Hormonen im menschlichen Körper simuliert werden. Wie beim Menschen löst die Bindung eines Hormons an den entsprechenden Hormonrezeptor auch im Zellkulturtest die Aktivierung eines bestimmten Gens aus, was in weiterer Folge zur Einleitung der Hormonantwort führt.  Unter Verwendung von gentechnischen Methoden wurde dieses Gen in den verwendeten Humanzelllinien durch das sehr leicht nachweisbare Luciferase-Gen, das auch für die Leuchtreaktion bei Glühwürmchen verantwortlich ist, ersetzt. Bindet eine hormonell wirksame Substanz an den entsprechenden Hormonrezeptor, führt das daher nicht zur Einleitung einer Hormonantwort, sondern zur Expression des Luciferase-Gens, welches nach Zugabe von geeigneten Substraten eine Leuchtreaktion auslöst. Dieses biologische Testsystem ermöglicht es, alle Substanzen, die an die menschlichen Hormonrezeptoren binden, zu detektieren. Da die beschriebene Technik nicht auf der Identifizierung und toxikologischen Evaluierung jeder Einzelsubstanz beruht, sondern auf dem biologischen Wirkungsmechanismus der gesamten Substanzklasse, können damit auch unbekannte NIAS erfasst werden.

Genotoxische Substanzen erkennen

Aufbauend auf dem Know-how zum Nachweis von hormonaktiven Substanzen, arbeitet das OFI nun daran die Bioassay-Batterie auf andere kritische Gefahrenstoffe auszuweiten. In dem FFG geförderten COIN Aufbau Projekt MIGRATOX forschen das OFI und die FH Campus Wien gemeinsam an Methoden zur Erleichterung der Risikobewertung von unbeabsichtigt eingebrachten genotoxischen Substanzen.

Genotoxische Substanzen rufen Schädigungen am genetischen Material von Zellen hervor, indem sie entweder den genetischen Code der DNA verändern (Mutation) oder z.B. in Chromosomenstruktur oder Zellteilung eingreifen. Diese Schädigungen können negative gesundheitliche Auswirkungen haben und zur Krebsentstehung beitragen.

Schädliche Effekte können dabei bereits durch sehr geringe Konzentrationen entstehen. Basierend darauf wurde nach dem „Threshold of Toxicological Concern (TTC)“ Konzept festgelegt, dass die Aufnahme von Genotoxinen nur dann als unbedenklich einzustufen ist, wenn weniger als 0,15 µg pro Tag aufgenommen werden. Derartig niedrige Nachweisgrenzen sind allerdings mit moderner chemischer Spurenanalytik, wie auch mit biologischen Tests, heutzutage technisch nicht realisierbar. Folgt man daher stattdessen der Verordnung (EU) 10/2011 für Kunststoffe, muss ein Mindestdetektionslimit von 10 µg/L erreicht werden. Wie bei hormonell aktiven Substanzen, setzt man auch bei Genotoxinen vermehrt auf biologische Testsysteme (Genotox-Assays), die zurzeit nicht darauf ausgelegt sind die beschriebene Nachweisgrenze zu erreichen. Im Zuge des FFG Projekts MIGRATOX werden verschiedene Ansätze gewählt, um die Detektionslimits der biologischen Tests zu verbessern.

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