NeuroBox – Bewertung neurotoxischer Effekte im Wasserkreislauf - Identifikation von neurotoxischen Wirkungsmechanismen (in vivo) zur Entwicklung neuer wirkungsspezifischer Testverfahren. Teilprojekt 3

Projektlaufzeit: 2017–2020


Fördermittelgeber: BMBF


Teilprojekt RWTH Aachen bzw. Goethe Universität Frankfurt
  • Prof. Dr. Henner Hollert (PI)
  • Dr. Jessica Legradi (Co-PI)
  • Prof. Dr. Marc Spehr
  • Prof. Dr. Björn Kampa

Koordination RWTH Aachen / Goethe University
  • Dr. Andreas Schiwy

Project progress
  • MSc. Ann-Cathrin Haigis
  • MSc. Michael Gundlach
  • MSc. Sebastian Malinowski

Verbundkoordinator
  • Dr. Tamara Grummt, Dipl. Biol. Jochen Kuckelkorn, German Environment Agency (UBA), Bad Elster

  • Projekt-Partner (alle Teilprojekte)
    • Dr. Tamara Grummt, Dipl. Biol. Jochen Kuckelkorn, German Environment Agency (UBA), Bad Elster
    • Prof. Dr. Thomas Braunbeck, Ruprecht-Karls-University Heidelberg, Heidelberg
    • Prof. Dr. Henner Hollert - Goethe University Frankfurt, Frankfurt (former RWTH Aachen University, Aachen)
    • Prof. Dr. Marc Spehr, Prof. Dr. Björn Kampa - RWTH Aachen University, Aachen
    • Dr. Wolfgang Schulz - Zweckverband Landeswasserversorgung, Stuttgart
    • Dr. Wolfgang Schulz - Zweckverband Landeswasserversorgung, Stuttgart
    • Dr. Eberhardt Küster, PD Dr. Werner Brack - Helmholtz-Centre for Environmental Research GmbH – UFZ, Leipzig

    Projekt-Webpage:   https://www.umweltbundesamt.de/neurobox-bewertung-neurotoxischer-effekte-im


    Project description

    Das Verbundvorhaben NeuroBox hat zum Ziel, mittels einer Weiterentwicklung der im „Tox-Box“-Verbund entwickelten Teststrategie mit dem Konzept des Gesundheitlichen Orientierungswertes (GOW) anthropogene Spurenstoffe zu erfassen und diese bezüglich ihrer Neurotoxizität zu bewerten. Dies ist im Hinblick der Zunahme neurodegenerativer Erkrankungen und der eingeschränkten Therapiemöglichkeiten von großer Bedeutung. Durch die Einbeziehung neuer zentraler toxikologischer und die Kombination öko- und humantoxikologischer Endpunkte kann der gesamte Wasserkreislauf berücksichtigt, komplexe Wirkmechanismen identifiziert und sichere gesundheitliche Orientierungswerte abgeleitet werden. Die Anzahl der bislang auf Neurotoxizität untersuchten Umweltchemikalien ist gering, sodass eine Diskrepanz zwischen der Anzahl der eingesetzten Substanzen und dem Wissen zu deren neurotoxischem Potenzial besteht. Zudem zeigen viele neurotoxisch wirkende Stoffe auch eine endokrine Aktivität, sodass die neurotoxische Wirkung mit einem endokrinen Mechanismus einhergehen oder eventuell auf diesen basieren kann. Dies ist insbesondere für die entwicklungsbiologische Neurotoxizität von Bedeutung. Zur Untersuchung und sicheren Bewertung des Einflusses chemischer Substanzen auf die komplexen Funktionen des Nervensystems müssen möglichst alle Zellarten berücksichtigt werden, wodurch die Weiterentwicklung der Teststrategien erforderlich ist. Neuroaktive Substanzen sind infolge ihres ubiquitären Vorkommens auch von ökologischer Relevanz und beeinflussen beispielsweise die Reproduktion von Fischen und Wirbellosen. Der Zebrabärblingsembryo (Danio rerio) als Modellorganismus für die Beurteilung des toxischen und teratogenen Potenzials von Chemikalien bei Säugetieren, inklusive des Menschen, bietet die Möglichkeit Entwicklungstoxizität und Neurotoxizität in einem einzigen Testverfahren zu kombinieren. Hierfür müssen jedoch noch die genaue Eignung und die Grenzen von Zebrabärblingen als Neurotox-Screening-Modell untersucht werden, wodurch zusätzlich Testverfahren an Nagermodellen herangezogen werden müssen, um die Humanpathogenität gezielter prognostizieren und mechanistisch analysieren zu können. Des Weiteren bietet die Betrachtung von Mischungen eine Verbesserung der bisherigen Einzelstoffbewertung, da die toxische Wirkung einzelner Substanzen in Mischungen maskiert sein können. Durch eine zielgerichtete Extraktion und chromatographische Fraktionierung der Extrakte zur Reduktion der Komplexität sowie nachfolgender chemischer und biologischer Analytik (wirkungsbezogene Analytik, englisch: Effect-directed analysis (EDA) können einzelne, dominante Substanzen mit einem spezifischen Schädigungspotenzial isoliert und identifiziert werden.
    In TP 3 (RWTH Aachen University und Goethe Universität Frankfurt) erfolgt eine mechanistische Untersuchung des Zebrabärblingsembryomodells, wodurch neurotoxische Wirkmechanismen aufgeklärt werden können, anhand derer neue Methoden innerhalb des GOW-Konzeptes für die Bestimmung der Neurotoxizität entwickelt werden können. Durch vergleichende Experimente an Fischen und Mäusen sollen neue neurologische und neuropathologische Biomarker im Fischmodell ermittelt und neue wirkungsspezifische, verhaltensbasierte Tests entwickelt werden..

    Contact

    Prof. Dr. rer. nat. Henner Hollert

    Goethe University Frankfurt
    Biologicum, Campus Riedberg
    Max-von-Laue-Str. 13
    60438 Frankfurt am Main, Germany

    Room: 3.319
    Phone: +49 (0)69 798 42171
    Fax: +49 (0)69 798 42161
    Email: hollert(at)bio(dot)uni-frankfurt(dot)de

    Former Affiliation:
    http://www.bio5.rwth-aachen.de