Département Toxicologie de l’environnement

Vorhersage akuter Fischtoxizität unter Verwendung von in vitro Modellen

 

Fische sind die am häufigsten verwendeten Vertebraten in der regulatorischen Ökotoxikologie. Zahlreiche Richtlinien der OECD beruhen auf dem Einsatz von Fischen, einschliesslich OECD 203 (akuter Fischtest), OECD 210 (Toxizitätstest mit frühen Lebensstadien von Fischen) und OECD 305 (Biokonzentrations-Test). Als Vertebraten unterstehen Fische dem Tierschutzgesetz. Daher sind Alternativen zur Reduzierung oder dem Ersatz von Fischtests von hoher gesellschaftlicher Bedeutung. 

In einem transatlantischem Bestreben, dem von CEFIC-LRI/UK DEFRA finanziertem CEllSens-Eco8 Projekt, wurde eine Strategie zur Vorhersage akuter Letalität von industriellen organischen Chemikalien, basierend auf zwei Modellsystemen - Fisch-Zelllinien und Zebrabärblingsembryonen, entwickelt. Nach der Etablierung einer Chemikalienliste, basierend auf den vordefinierten Kriterien einen möglichst weiten Bereich physiko-chemischer Eigenschaften, Wirkmechanismen und Toxizitäten abzudecken, wurden 34 Chemikalien mit einer Kiemenzelllinie der Regenbogenforelle (RTgill-W1) und dem Fischembryotoxizitätstest mit Zebrabärblingsembryonen getestet. 

Konzentrationen welche 50% toxischen Effekt verursachen (EC50 Zelllinie oder LC50 Embryo) wurden basierend auf analytisch bestimmten Expositionskonzentrationen berechnet. Insgesamt wurde eine sehr gute quantitative Übereinstimmung von EC- oder LC50-Werten im Vergleich zu LC50-Werten vom akuten Fischtest (Daten aus der US EPA fathead minnow data base) gefunden. Der Grossteil der Testchemikalien lag innerhalb eines 10-fach Bereiches um die 1:1 Linie der Alternativen vs. akuten Fischtest, wenn tatsächlich gemessene Expositionskonzentrationen berücksichtig wurden (siehe Abbildung 1). 

Während der Zebrabärblingsembryotest in der Zwischenzeit als OECD Richtlinie 236 (siehe Video) akzeptiert wurde, lieferten die exzellenten Ergebnisse des RTgill-W1-Zelllinienassays den Anstoss, diese potentielle Tier-Ersatz-Methode zum selben Level an internationaler Akzeptanz zu bringen. Zusätzlich zur behördlichen Regulierung von Chemikalien und der potentiellen Anwendung in der Abwassertestung und dem Produktdesign, könnte die Zelllinie auch in der Entwicklung von mehrstufigen Ansätzen, zum Beispiel in Richtung von Adverse Outcome Pathways, eingesetzt werden, um auch chronische Fischtests zu ersetzen, zu reduzieren oder zu verfeinern. 

Daher wurde, mit Unterstützung von CEFIC-LRI und UK NC3Rs, ein Eawag-geleiteter Ringstudienversuch mit sechs teilnehmenden Laboren aus Industrie und Forschung von Europa und den USA, initiiert. Ziel ist es die Robustheit der etablierten Methode zu untersuchen, als eine Voraussetzung für die Akzeptanz von internationalen Organisationen.

Publikationen

Strecker, R.; Busquet, F.; Rawlings, J. M.; Belanger, S. E.; Braunbeck, T.; Carr, G. J.; Cenijn, P.; Fochtman, P.; Gourmelon, A.; Hübler, N.; Kleensang, A.; Knöbel, M.; Kussatz, C.; Legler, J.; Lillicrap, A.; Martínez-Jerónimo, F.; Polleichtner, C.; Rzodeczko, H.; Salinas, E.; Schneider, K. E.; Scholz, S.; van den Brandhof, E.-J.; van der Ven, L. T. M.; Walter-Rohde, S.; Weigt, S.; Witters, H.; Halder, M. (2014) OECD validation study to assess intra- and inter-laboratory reproducibility of the zebrafish embryo toxicity test for acute aquatic toxicity testing, Regulatory Toxicology and Pharmacology, 69(3), 496-511, doi:10.1016/j.yrtph.2014.05.018, Institutional Repository
Schirmer, K.; Knöbel, M.; Tanneberger, K. (2013) Kiemenzellen statt Fische für Toxizitätstests, Eawag Newsletter [dtsch. Ausg.], 1-7, Institutional Repository
Tanneberger, K.; Knöbel, M.; Busser, F. J. M.; Sinnige, T. L.; Hermens, J. L. M.; Schirmer, K. (2013) Predicting fish acute toxicity using a fish gill cell line-based toxicity assay, Environmental Science and Technology, 47(2), 1110-1119, doi:10.1021/es303505z, Institutional Repository
Knöbel, M.; Busser, F. J. M.; Rico-Rico, Á.; Kramer, N. I.; Hermens, J. L. M.; Hafner, C.; Tanneberger, K.; Schirmer, K.; Scholz, S. (2012) Predicting adult fish acute lethality with the zebrafish embryo: relevance of test duration, endpoints, compound properties, and exposure concentration analysis, Environmental Science and Technology, 46(17), 9690-9700, doi:10.1021/es301729q, Institutional Repository