Forscher wollen Wasser vor Medikamentenrückständen schützen

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Eine Gruppe von Wissenschaftlern arbeitet zurzeit an einer Methode, um die Verschmutzung unserer Gewässer mit Pharmaka zu reduzieren.

Gelingen soll dies laut einer neuen Studie (DOI:10.1021/acs.est.5b03051), indem herkömmlichen Medikamente so verändert werden, dass sie biologisch abbaubar werden ohne dabei die Wirksamkeit der Stoffe zu beeinträchtigen.

Weltweit beobachtet man eine zunehmende Kontamination unserer Wassersysteme mit sogenannten Micro-Pollutants, zu denen auch Pharmaka gehören. Diese Stoffe stellen eine potentielle Bedrohung für Fische und viele andere Lebewesen, die in solchen Gewässern leben, dar.

Obwohl die Konzentrationen solcher Schadstoffe im ersten Moment gering erscheinen, sind sie oft hoch genug, um Bedenken auszulösen. Aktuelle Untersuchungen zeigen darüber hinaus, dass die erweiterte Aufbereitung von Abwässern nicht weit genug geht, um das Wasser ausreichend zu reinigen und das Problem nachhaltig zu lösen.

Aus diesem Grund entschied nun eine Arbeitsgruppe angeführt von Klaus Kümmerer von der Leduphana Universität in Lüneburg sich dem Problem anzunehmen, indem sie erstmalig am anderen Ende der Thematik ansetzen: sie wollen häufig genutzte Medikamente einfach so verändern, dass sie biologisch abbaubar sind und somit gar nicht erst eine Verschmutzung der Umwelt verursachen können.

In einem Paper, das im Journal Environmental Science & Technology veröffentlicht wurde, beschreibt die Arbeitsgruppe eine Methode, die auf der Wirkung von ultraviolettem Licht basiert und an dem Medikament Propranolol getestet wurde – ein Betablocker zur Behandlung von Bluthochdruck.

Methode basiert auf ultraviolettem Licht

Die Idee dazu bekamen die Wissenschaftler von einer Technik,  die schon heute dazu verwendet wird Verschmutzungen aus Abwässern zu entfernen: UV Licht ist bekanntermaßen in der Lage einige Stoffe in besser abbaubare Produkte zu zerspalten. Möglicherweise könnte der gleiche Ansatz deshalb auch dafür genutzt werden schon die Ausgangsprodukte wie Medikamente biologisch abbaubar zu machen.

Das Team entschied sich die Methode an Propranolol zu testen, da es ein weit verbreitetes Pharmaka darstellt und dafür bekannt ist nicht biologisch abbaubar zu sein wenn es in unsere Gewässer gelangt. Darüber hinaus gelten die gegenwärtig gemessenen Konzentrationen dieses Medikaments für einige Wassertiere als schädlich, sofern sie diesen längerfristig ausgesetzt sind.

In ihrer Arbeit beschreiben die Forscher, wie sie das Medikament in sauberem Wasser gelöst und es dann für vier Stunden mit ultraviolettem Licht bestrahlt haben. Durch diese Behandlung produzierten sie aus dem Medikament 16 Spaltprodukte, welche sie dann in Abwasser aus einer Kläranlage inkubiert haben, um die biologische Abbaubarkeit der Stoffe zu überprüfen. Um diese zu bestimmen, maß die Gruppe den Gehalt von Sauerstoff und organischem Kohlenstoff, den die Mikroben über die Zeit hinweg konsumierten.

Dabei fanden sie heraus, dass jene Derivate am besten abbaubar waren, bei denen eine ringartige Struktur aufgebrochen wurde, was dazu führte, dass die Mikroben einen besseren Zugang zu den Stoffen erhielten und sie somit effektiver verdauen konnten.

Mindestens eines der Derivate, eine Verbindung namens 4-hydroxypropranolol, wurde innerhalb mehrere Monate zu 23% in anorganische Verbindungen wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid oder Wasser umgebaut. Zudem merken die Wissenschaftler an, dass beinahe die Hälfte aller Derivate zumindest teilweise in anorganische Verbindungen mit geringer Giftigkeit umgewandelt wurde.

Mithilfe verschiedener Techniken fanden sie auch heraus, dass 4-Hydroxypropranolol wahrscheinlich eine sehr ähnliche Wirkung hat, wie das Medikament Propranolol selbst. Eine Erkenntnis, die sich schon innerhalb einer Studie an Tieren, welche beide Stoffe gegeneinander verglich, angedeutet hat.

Obwohl die Arbeit noch in den Kinderschuhen steckt und erst einmal nur das Prinzip bewiesen hat, vermutet das Team, dass das Anwendungsgebiet dieser Methode um die Herstellung von biologisch abbaubaren Medikamenten aber auch Kosmetik- und Pflegeprodukten erweitert werden kann.

Die Gruppe kommt zu folgender Schlussfolgerung: “Die Umsetzung und Anwendung derartiger Ansätze kann zu einem wirklich nachhaltigen Schutz unserer Wasserressourcen beitragen.”

Susan D. Richardson, eine Wissenschaftlerin der University of South Carolina, die selbst nicht an der Arbeit beteiligt war, sagt dass sich die Arbeitsgruppe nun einer nicht unerheblichen Zahl von Hürden stellen müsse. Unter Anderem müssten sie testen, ob die entstandenen Derivate giftig für lebende Organismen sind oder nicht. Auch sollte geprüft werden, ob übliche Wasseraufbereitungsmaßnahmen wie Chlorierung die Verbindungen verändert und wenn ja wie.

Aber auch sie ist der Meinung, dass wenn diese Hürden durch die Gruppe gemeistert werden, ihre Technik “einen revolutionären Weg zur Senkung der Medikamentenkonzentrationen in unserer Umwelt darstellen könnte.”

Text: esanum / pvd

Foto: Anna Vaczi / Shutterstock.com

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