Speziierung von tumorhemmenden Pt Verbindungen in der Umwelt

Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von chemischen Analysenmethoden zur Identifizierung und Quantifizierung von tumorhemmenden Platinverbindungen in menschlichen Ausscheidungen, in Spitalsabwasser und in Oberflächen- und Grundwasser. Platinhältige Antikrebsmittel nehmen einen wichtigen Platz in der Chemotherapie ein und werden seit den 70er Jahren zur Behandlung von verschiedenen Krebsarten verwendet. Als direkte Folge davon gelangen die toxischen Substanzen hauptsächlich über menschliche Ausscheidungen mit dem Abwasser in den Wasserkreislauf. Zusätzlich wird angenommen, dass die Stoffe und ihre Metaboliten unverändert durch die Kläranlagen in das Grund- und Oberflächenwasser gelangen, was deren negative Auswirkung auf die aquatische Umwelt noch verstärkt. Obwohl die krebserregenden, frucht- und erbgutschädigenden Eigenschaften dieser Substanzen außer Zweifel steht, wurden Mobilität, Umwandlungsprozesse und Schicksal in wässrigen Systemen noch nicht untersucht. Diese Untersuchungen sind aber eine Voraussetzung für zukünftige Studien, welche die Risiken und toxikologischen Auswirkungen der Substanzen erheben sollen. Im diesem Projekt werden neu entwickelte analytisch-chemische Ansätze direkt auf Proben angewendet, welche die verschieden Stufen des Wasserkreislaufs darstellen. Eine hochempfindliche und sehr spezifische Analysenmethode (miniaturisierte Hochleistungs-flüssigkeitschromatographie in Verbindung mit induktiv gekoppeltem Plasma Sektorfeld Massenspektrometrie) wird dabei im Mittelpunkt der anspruchsvollen Fragestellung stehen. Als komplementäre Methode wird die Elektrospray-Massenspektrometrie zur Anwendung kommen. Als Ergebnis der Studie werden neue Erkenntnisse über das Vorkommen und Verhalten von tumorhemmenden Platinverbindungen in der aquatischen Umwelt erwartet. Außerdem sollen die Ergebnisse zur Entwicklung von Methoden zur Eliminierung dieser Substanzen aus Krankenhausabwässern beitragen.

Platinhaltige Chemotherapeutika (CPC) repräsentieren eine wichtige Klasse von antineoplastischen Antikrebsmitteln, welche erfolgreich in der Chemotherapie zur Heilung von verschiedenen Krebsarten eingesetzt werden. Die zurzeit in Europa zugelassenen CPC sind Cisplatin, Carboplatin und Oxaliplatin. Nach der chemotherapeutischen Behandlung werden beträchtliche Mengen dieser Substanzen ausgeschieden und gelangen so in das Krankenhausabwasser. Da ein großer Teil der Behandlungen ambulant vollzogen werden findet auch eine Belastung des kommunalen Abwassers statt. Es ist unbestritten, dass CPC eine essentielle Form der Krebsbehandlung darstellen. Allerdings muss geklärt werden, ob die kontinuierliche Emission dieser Substanzen in das Kompartiment Wasser umwelt- und gesundheitsschädlich ist, zumal diese von der International Agency for Research on Cancer als möglicherweise krebserregend für den Menschen eingestuft wurden. Da die Toxizität einer Substanz grundsätzlich von deren Struktur bzw. Spezies abhängt war es im ersten Teil der Projekts notwendig geeignete Methoden zur Speziierung von CPC in wässrigen Proben zu entwickeln. Im zweiten Teil wurden diese Methoden dazu verwendet dien Präsenz und das Verhalten der CPC (Biotransformation und Abbau) in Patientenurin und an unterschiedlichen Stellen des Wasserkreislaufs zu untersuchen. Mit der Verwendung von wissenschaftlich hoch entwickelten Speziierungsmethoden wurde zuerst die Stabilität der CPC in Modellen, welche Oberflächen- und Abwasserbedingungen simulierten, erforscht. Die Untersuchungen ergaben, dass Carboplatin und Oxaliplatin unter diesen Bedingungen sehr stabil waren, während 50 % des vorhandenen Cisplatins innerhalb kurzer Zeit (24 h) zu den Abbbauprodukten Mono- und Diaquacisplatin hydrolysiert wurden. In einem weiteren Schritt wurde Patientenurin auf das Vorhandensein von CPC untersucht. Die Messungen zeigten, dass der Urin von Patienten, welche mit Cisplatin behandelt worden waren, zu etwa gleichen Teilen intaktes Cisplatin und Monoaquacisplatin enthielt. Mit Carboplatin behandelte Patienten schieden die intakte Substanz aus. Im Falle von Oxaliplatin konnte gezeigt werden, dass die Substanz im Körper nahezu vollständig metabolisiert wird und im Patientenurin deshalb eine Vielzahl von platinhaltigen Verbindungen vorhanden sind. Diese Daten waren die Grundlage des letzten Projektschritts, welcher sich mit der Erforschung des CPC-Verhaltes während der Abwasserbehandlung beschäftigte. Über die Messung von Abwasser der Onkologischen Station des Wiener AKH wurde ein CPC-input-output Budget erstellt, welches zeigte dass ca. 30 % der in der Station verabreichten CPC über den Patientenurin in das Krankenhausabwasser gelangten, während der Rest der Substanzen von den Patienten nach ihrer Entlassung folglich in das kommunale Abwasser emittiert wird. Messungen an einer Membranbioreaktorpilotanlage im Wiener AKH ergaben, dass Cisplatin und die Oxaliplatinabbauprodukte fast vollständig am Klärschlamm und an den Abwasserschwebstoffen adsorbiert wurden, während ein beträchtlicher Teil des im Abwasser vorhandenen Carboplatins die Kläranlage unverändert passieren konnte.