Toxikologie

Next Generation Risk Assessment für eine zukunftweisende Risikobewertung

© Fraunhofer ITEM, Ralf Mohr

Das Fraunhofer ITEM steht für die toxikologische Prüfung und Bewertung von Chemikalien, Arzneimitteln und Medizinprodukten – von der Expositionscharakterisierung über die Ermittlung toxikologischer Daten, der Umsetzung von Teststrategien bis hin zur Begleitung und Beratung bei der Zulassung und Registrierung von Produkten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Inhalationstoxikologie und der Charakterisierung inhalierbarer Substanzen. Fortlaufende Entwicklungen der entsprechenden Expositionstechnik ermöglichen es, geringe Substanzmengen mit hoher Effizienz in den toxikologischen Studien einzusetzen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler richten ihre toxikologische Forschung auf das ethische 3R-Prinzip aus: weniger Tiere einsetzen, Forschungsmethoden konsequent verbessern und Tierversuche wann immer möglich durch alternative Methoden ersetzen. Durch die Entwicklung von Prüfsystemen menschlichen Ursprungs wird es zudem möglich, Forschungsergebnisse mit höherer Relevanz für den Menschen zu erzielen.

 

Next Generation Risk Assessment

Während die klassische Toxikologie nach wie vor regulatorisch geforderter Standard ist, tragen die Forschenden mit eigenen Forschungsprojekten, basierend auf dem Konzept des sogenannten »Next Generation Risk Assessment«, zu neuen Bewertungsstrategien bei, um prädiktive Modelle für die Sicherheitsbewertung bereitzustellen. Beispiele hierfür sind die Aufklärung von Struktur-Wirkungsbeziehungen ((Q)SAR), Gruppierungsansätze wie Read-Across, humane In-vitro- und Ex-vivo-Systeme oder auch Organ-on-a-Chip-Modelle. Ausgehend von der am Institut etablierten Technologie der Precision-Cut Lung Slices (PCLS) sind weitere humane oder humanisierte Ex-vivo-Organmodell in der Weiterentwicklung. Diese Modelle dienen auch der Prüfung von Biopharmazeutika und von Arzneimitteln für neuartige Therapien (Advanced Therapy Medicinal Products, kurz ATMPs). Für die Auswertung der Ergebnisse kombinieren die Forschenden die klassischen Endpunkte unter anderem mit Omics-Technologien, insbesondere Metabolomics und Functional Genomics, und komplexen fortgeschrittenen bioinformatischen Analysen.

Auf Datenbanken basierende Bewertungsmethoden wie das Konzept TTC (Threshold of Toxicological Concern) werden weiterentwickelt, um beispielsweise nicht gentoxische Karzinogene zu identifizieren oder um diese Methoden für die Entwicklung von Medizinprodukten zu verwenden.

Toxikologie: Aktuelle Projekte und Highlights

 

Projekt RISK-HUNT3R

Zur modernen Risikobewertung von toxischen Effekten werden humanbasierte Prüfstrategien entwickelt, um Tierversuche zu reduzieren, zu  verfeinern und wenn möglich zu ersetzen. 

Standardisierte »Targeted Metabolomics« im Hochdurchsatz

 

Entwurf eines EU-Registers für gesundheitsbezogene Grenzwerte

Die Europäische Kommission plant eine zentrale Datenbank für gesundheitsbezogene Grenzwerte (HBLVs) im Rahmen des Konzepts »Ein Stoff, eine Bewertung«. Diese strukturierte Datenbank soll alle relevanten HBLVs leicht zugänglich an einer Stelle zusammenführen.

Endogene Bildung von Nitrosaminen – ist der Mensch gefährdet?

EVape hilft Verbrauchersicherheit von E-Zigaretten zu verbessern

 

Pathologie-Datenbank RITA

Pathologinnen und Pathologen tauschen sich bei regelmäßig stattfindenden Meetings aus und diskutieren Befunde an dem 21-köpfigen Diskussionsmikroskop am Fraunhofer ITEM.

Modellierungsansätze für die Abschätzung der inhalativen Exposition bei Sprühanwendungen

MUTAMIND: Optimierte In-vitro-Testsysteme zur Untersuchung der Gentoxizität von N-Nitrosaminen

Im EU-Projekt MUTAMIND arbeiten unter anderem Forschende des Fraunhofer ITEM daran, die mutagenen Prozesse von Nitrosaminen, insbesondere aus Arzneimitteln, zu verstehen. Ziel ist es, präzise In-vitro-Nachweismethoden für ein sensibles Gentoxizitäts-Screening zu entwickeln.

In-vitro-Inhalationsmethoden unterstützen die sichere Produktentwicklung kosmetischer Sprays

ZeroPM: »Zero pollution from persistent, mobile substances«

Die Gefährdung der Sicherheit von Wasserressourcen durch persistente, mobile Substanzen (PM) reduzieren.

 

REMADYL – Aufbereitung von Alt-PVC als Beispiel für die Kreislaufwirtschaft

Fraunhofer ist einer von 15 multidisziplinären europäischen Partnern im EU-geförderten Projekt REMADYL. Ziel ist es, die Integration von »altem« PVC in die Kreislaufwirtschaft zu erforschen.

 

New Approach Methods (NAMs)

NAMs sollen im Rahmen des EFSA-Projekt »Development of roadmaps for action on NAMs in risk assessment« Datenlücken in der Risikobewertung von Chemikalien schließen. 

Präklinische Studien zur Umwidmung von Aloxistatin

Inhalationstoxikologische Studien unter GLP-Standard werden für die Zulassung von Aloxistatin durchgeführt. 

 

Projekt Cell-Painting

Fraunhofer-Forschende etablieren ein vielversprechendes Werkzeug zur Risikobewertung der nächsten Generation. 

 

Toxikologische Bewertung von PFAS

Forschende des Fraunhofer ITEM untersuchen, wie sich PFAS auf die Gesundheit von Menschen auswirken. Ein zentrales Ziel ist es dabei, die »PFAS-Familie« aufgrund ihrer Strukturen und ihrer physikochemischen Eigenschaften in Unterklassen einzuteilen und davon ausgehend Grenzwerte zu identifizieren. 

 

 

Besseres Verständnis der Kabinenluftqualität

In dem kürzlich gestarteten Projekt ”Cabin air quality III“ sollen die Langzeitwirkungen von Schadstoffen bewertet werden, die Passagiere und Crew-Mitglieder an Bord von Flugzeugen einatmen.

Projekt ZET-O-MAP

Forschenden des Fraunhofer ITEM gelingt die Entwicklung einer Analyse-Pipeline zum Biomarkernachweis für Entwicklungstoxizität.

Projektarchiv

Hier finden Sie weitere Projekte sortiert nach unseren Forschungs- und Entwicklungskompetenzen. 

Publikationen

  • Blümlein, K., Nowak, N., Ellinghusen, B., Gerling, S., Badorrek, P., Hansen, T., Hohlfeld, J. M., Paul, R., Schuchardt, S. (2023). Occupational exposure to veterinary antibiotics: Pharmacokinetics of enrofloxacin in humans after dermal, inhalation and oral uptake - A clinical study. Environmental Toxicology and Pharmacology 100: 104139. doi: 10.1016/j.etap.2023.104139 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1382668923000819?via%3Dihub
  • Bowden, A., Escher, S., Rose, J., Sadekar, N., Patlewicz, G., O'Keeffe, L., Bury, D., Hewitt, N. J., Giusti, A., Rothe, H. (2023). Workshop report: Challenges faced in developing inhalation thresholds of Toxicological Concern (TTC) - State of the science and next steps. Regulatory Toxicology and Pharmacology 142: 105434. doi: 10.1016/j.yrtph.2023.105434 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0273230023001022  - Open Access
  • Dekant, W., Antoniou, E. E., Bosch, A., Bruer, G. G., Colnot, T., Creutzenberg, O., Drexel, C. P., Duffin, R., Krueger, N., Nolde, J., Poland, C., Schaudien, D., Schuster, T. B., Stintz, M., Weber, K., Wessely, B., Zeegers, M. P. (2023). Issues in the inhalation toxicity testing and hazard assessment for low density particulate materials such as synthetic amorphous silica (SAS). Toxicology Letters [Epub ahead of print]. doi: 10.1016/j.toxlet.2023.02.002 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378427423000905?via%3Dihub
  • Drake, C., Wehr, M. M., Zobl, W., Koschmann, J., De Lucca, D., Kühne, B. A., Hansen, T., Knebel, J., Ritter, D., Boei, J., Vrieling, H., Bitsch, A., Escher, S. E. (2023). Substantiate a read-across hypothesis by using transcriptome data—A case study on volatile diketones. Frontiers in Toxicology 5: 14p. doi: 10.3389/ftox.2023.1155645 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/ftox.2023.1155645/full  - Open Access
  • Escher, S. E., Felter, S. P., Hollnagel, H., Boobis, A. R., Yang, C., Rathman, J., Cronin, M. T. D., Batke, M. (2023). Workshop report on the evaluation of the updated and expanded carcinogen database to support derivation of threshold of toxicological concern values for DNA-reactive carcinogens. Altex 40(2): 341-349. doi: 10.14573/altex.2210111 https://www.altex.org/index.php/altex/article/view/2556/2489  - Open Access
  • Lange, F., Koch, W. (2023). Application of Resuspension Data of Respirable Particles for Early Phase Inhalation Following Deposition Contamination in Radiological Emergencies. Health Physics 124(3): 155-165. doi: 10.1097/HP.0000000000001648 https://journals.lww.com/health-physics/Fulltext/2023/03000/Application_of_Resuspension_Data_of_Respirable.1.aspx - Open Access
  • Reamon-Buettner, S. M., Rittinghausen, S., Klauke, A., Hiemisch, A., Ziemann, C. (2024). Malignant peritoneal mesotheliomas of rats induced by multiwalled carbon nanotubes and amosite asbestos: transcriptome and epigenetic profiles Particle and Fibre Toxicology 21(1). doi: 10.1186/s12989-024-00565-x https://link.springer.com/article/10.1186/s12989-024-00565-x - Open Access
  • Rodríguez, J. M. M., Frisk, A.-L., Kreutzer, R., Lemarchand, T., Lezmi, S., Saravanan, C., Stierstorfer, B., Thuilliez, C., Vezzali, E., Wieczorek, G., Yun, S.-W., Schaudien, D. (2023). European Society of Toxicologic Pathology (Pathology 2.0 Molecular Pathology Special Interest Group): Review of In Situ Hybridization Techniques for Drug Research and Development. Toxicologic Pathology [Epub ahead of print]. doi: 10.1177/019262332311782 https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/01926233231178282  - Open Access
  • Sanz, F., Pognan, F., Steger-Hartmann, T., Díaz, C., Asakura, S., Amberg, A., Bécourt-Lhote, N., Blomberg, N., Bosc, N., Briggs, K., Bringezu, F., Brulle-Wohlhueter, C., Brunak, S., Bueters, R., Callegaro, G., Capella-Gutierrez, S., Centeno, E., Corvi, J., Cronin, M. T. D., Drew, P., Duchateau-Nguyen, G., Ecker, G. F., Escher, S., Felix, E., Ferreiro, M., Frericks, M., Furlong, L. I., Geiger, R., George, C., Grandits, M., Ivanov-Draganov, D., Kilgour-Christie, J., Kiziloren, T., Kors, J. A., Koyama, N., Kreuchwig, A., Leach, A. R., Mayer, M.-A., Monecke, P., Muster, W., Nakazawa, C. M., Nicholson, G., Parry, R., Pastor, M., Piñero, J., Oberhauser, N., Ramírez-Anguita, J. M., Rodrigo, A., Smajic, A., Schaefer, M., Schieferdecker, S., Soininen, I., Terricabras, E., Trairatphisan, P., Turner, S. C., Valencia, A., van de Water, B., van der Lei, J. L., van Mulligen, E. M., Vock, E., Wilkinson, D. (2023). eTRANSAFE: data science to empower translational safety assessment. Nature Reviews Drug Discovery 22(8): 605-606. doi: 10.1038/d41573-023-00099-5 https://www.nature.com/articles/d41573-023-00099-5
  • Schäferhenrich, A., Blümlein, K., Koch, W., Hahn, S., Schwarz, K., Poppek, U., Hebisch, R., Schlüter, U., Krug, M., Göen, T. (2023). Inhalation and dermal exposure to biocidal products during foam and spray applications. Ann Work Expo Health 67(7): 858-875. doi: 10.1093/annweh/wxad037 https://academic.oup.com/annweh/advance-article/doi/10.1093/annweh/wxad037/7221563 - Open Access
  • Schwarz, K., Blumlein, K., Goen, T., Hahn, S., Hebisch, R., Koch, W., Poppek, U., Schaferhenrich, A., Schluter, U., Krug, M. (2023). Aerosol formation during foam application of non-volatile biocidal substances. Ann Work Expo Health 67(6): 731-743. doi: 10.1093/annweh/wxad031 https://academic.oup.com/annweh/article/67/6/731/7207786 - Open Access
  • Warner, L., Bach-Hagemann, A., Schmidt, T. P., Pinkernell, S., Schubert, G. A., Clusmann, H., Albanna, W., Lindauer, U., Conzen-Dilger, C. (2023). Opening a window to the acutely injured brain: Simultaneous retinal and cerebral vascular monitoring in rats. Frontiers in Molecular Neuroscience 16: 1116841. doi: 10.3389/fnmol.2023.1116841 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnmol.2023.1116841/full - Open Access