Mit grüneren Arzneimitteln weniger der Umwelt schaden
Das Eindringen von Medikamenten in unsere Gewässer gibt Anlass zur Sorge um die Umwelt und möglicherweise auch um die Gesundheit der Menschen. Pharmazeutika und ihre aktiven Metaboliten sind eine neue Form von Umweltgiften, und obwohl die direkten Gefahren für die menschliche Gesundheit als gering eingeschätzt werden, bestehen jedoch weiterreichende Bedenken hinsichtlich der langfristigen Exposition und Umweltschäden. „Arzneimittelrückstände werden in zunehmendem Maße in Oberflächengewässern nachgewiesen, hauptsächlich als Folge ihrer Einnahme und Entsorgung, einschließlich der Freisetzung über Abwassersysteme und andere diffuse Quellen“, erklärt Stephanos Camarinopoulos, Direktor von RISA(öffnet in neuem Fenster) in Berlin. Die Forschungsgruppe des EU-finanzierten Projekts ENVIROMED(öffnet in neuem Fenster) arbeitete daran, die Auswirkungen pharmazeutischer Wirkstoffe auf die Umwelt in unseren Gewässern vom Entwurf bis zur Entsorgung anhand einer Kombination aus Feldarbeit und fortgeschrittenen Überwachungs- und Vorhersagetechnologien ans Licht zu bringen. „Durch kombinierte Feldüberwachung, modernste Analyseinstrumente, prädiktive Modellierungsansätze und Ökotoxizitätsstudien erstellte das ENVIROMED-Team ein umfassenderes Bild des Vorkommens, des Verhaltens und der potenziellen Auswirkungen von Arzneimittelrückständen in Abwassersystemen und aufnehmenden Gewässern in der Umwelt“, fügt Camarinopoulos hinzu.
Feldüberwachungskampagnen und digitale Vorhersagen
Camarinopoulos und seine Kolleginnen und Kollegen führten eine Reihe von Feldüberwachungskampagnen an verschiedenen Stellen des Abwassersystems durch, etwa an vorgelagerten Einleitungsquellen wie einer klinischen Einrichtung und einer Kläranlage sowie an nachgelagerten Endpunkten. Die chemischen Analysen im Labor wurden durch ein neues Analyseinstrument unterstützt, den Wastewater Spectroscopic Analyser, ein vor Ort einsetzbares spektroskopisches Analysesystem, das schnellere und häufigere Messungen direkt in Abwassersystemen zulässt. Mithilfe ökotoxikologischer In-vivo- und In-vitro-Studien untersuchte das Team außerdem die möglichen biologischen Auswirkungen im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber Arzneimittelrückständen. Parallel dazu hat das Team von ENVIROMED auch G.AI.A(öffnet in neuem Fenster) entwickelt, eine digitale Plattform, die vorausschauende Informationen über die Ökotoxizität und das Bioakkumulationspotenzial pharmazeutischer Verbindungen bereitstellt. Diese Plattform unterstützt die umweltfreundlichere Arzneimittelentwicklung bereits in der Entwurfsphase, wobei frühzeitig Erkenntnisse über die Umwelteigenschaften von Wirkstoffmolekülen bereitgestellt werden. Im Rahmen des Projekts wurden außerdem etliche weitere Analysetechnologien entwickelt, um sauberere und ressourceneffizientere Herstellungsverfahren für Arzneimittel zu unterstützen, darunter Instrumente zur Überwachung von Reinigungsprozessen und Ausrüstungsoberflächen, und es wurden „digitale Zwillinge“ zur Simulation und Optimierung von Wirkstoffproduktionssystemen eingesetzt.
Kontaminationswege bestimmen
Die Überwachungskampagnen bestätigten, dass sich die Kontaminationswege von vorgelagerten Quellen, zum Beispiel klinischen Einrichtungen, über Kläranlagen bis hin zur Meeresumwelt erstrecken können. Einige pharmazeutische Rückstände können auch konventionellen Abwasserbehandlungsverfahren überdauern und sind weiterhin in behandelten Abwässern und aufnehmenden Gewässern nachweisbar. Ökotoxikologische Studien ergaben, dass Arzneimittelrückstände selbst bei niedrigen Konzentrationen unterhalb chronischer und gemischter Expositionsszenarien biologisch relevante Wirkungen hervorrufen können. „Diese Ergebnisse verweisen darauf, wie wichtig es ist, die chemische Überwachung mit biologischen Bewertungsinstrumenten zu kombinieren, um die ökologische Relevanz der pharmazeutischen Umweltbelastung besser zu verstehen“, erläutert Camarinopoulos.
Auf dem Weg zum grüneren Pharmadesign
Die Erkenntnisse(öffnet in neuem Fenster) und Instrumente von ENVIROMED tragen dazu bei, den potenziellen Umweltfußabdruck von Pharmazeutika zu verkleinern, bevor sie die Umwelt erreichen. Es ist zu erwarten, dass mehrere im Rahmen des Projekts eingeleitete Forschungs- und Innovationsaktivitäten fortgesetzt werden, einschließlich der Weiterentwicklung der Analysetechnologien. „Innerhalb des Projekts wurden Kooperationen zwischen Forschungsgruppen, Industriepartnern und Interessengruppen des Umweltsektors aufgebaut, die über das Projekt hinaus fortgesetzt werden sollen“, berichtet Camarinopoulos. „Diese Kooperationen können dazu beitragen, die Forschung im Bereich der nachhaltigen Arzneimittelproduktion, der verbesserten Umweltüberwachungsstrategien und der Entwicklung von Arzneimitteln mit einem kleineren Umweltfußabdruck voranzubringen.“