Ein neuartiger analytischer Ansatz zur Untersuchung von Kunststoffpartikeln in biologischen Geweben

• Antragstellerin: Dr. Katharina Kronenberg
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566227872

Die zunehmende Verbreitung von Nano- und Mikroplastik (NMP) in der Umwelt gefährdet Ökosysteme und die Gesundheit, doch das volle Ausmaß ist noch weitgehend unbekannt. Ein zentrales Hindernis für das Verständnis von Verhalten und Toxizität von NMP ist die Einschränkung bestehender Analysemethoden. Herkömmliche spektroskopische Techniken weisen größeres Mikroplastik ab 1 µm nach, charakterisieren aber nicht nach Partikelanzahl und Größe. Eine weitere Herausforderung bei der Untersuchung von NMP sind geeignete in vivo-Modelle, die in der toxikologischen Forschung unverzichtbar sind. Allerdings wird deren Nutzung zunehmend ethisch und regulatorisch eingeschränkt. Das „3R-Prinzip“ (replace, reduce, refine) soll Tierversuche reduzieren, wobei sich der befruchtete Hühnerembryo als geeignete Alternative etabliert hat. Im frühen Stadium schmerzunempfindlich und von Tierversuchsvorschriften ausgenommen, gilt er als ethisch unbedenklich. Das Modell gestattet die Analyse der NMP-Verteilung, der toxikologischen Effekte und Gewebeinteraktionen und überbrückt in vitro- und in vivo-Studien. Jüngste Fortschritte in der Elementanalytik ermöglichen die Detektion und Charakterisierung von NMP. Zur Klärung offener Fragen bieten neue Technologien und Softwareprogramme nun die richtigen Werkzeuge. Dieses Projekt erlaubt erstmals eine quantitative Analyse der Translokation, Akkumulation und biologischen Effekte von NMP, indem die Einzelpartikel Laserablation mit induktiv gekoppelter Plasma-Flugzeit-Massenspektrometrie (spLA-ICP-TOFMS) zur Untersuchung des Hühnerembryo-Modells verwendet wird. So wird eine räumlich aufgelöste Analyse in Geweben möglich. Zur Unterscheidung von NMP und Gewebe sollen Europium-markierte Polystyrolpartikel verwendet werden, wodurch mit spLA-ICP-TOFMS das gezielte Tracking und eine quantitative Kartierung ermöglicht wird. ICP-TOFMS ermöglicht neben der Partikel-Lokalisierung die simultane Analytik biologischer Reaktionen auf die NMP-Exposition. Das Projekt umfasst drei Phasen. Zunächst wird die NMP-Detektion in Gewebe optimiert, indem LA-Einstellungen verfeinert, Partikelstandards kalibriert und die Datenverarbeitung verbessert werden. Danach wird das Hühnerembryo-Modell angepasst, um Partikelaufnahme, und -verteilung zu untersuchen, und eine ethische Alternative zu schaffen. Abschließend analysieren longitudinale Studien die zeitliche NMP-Akkumulation, Eliminationswege und Organretention. Molekulare Bildgebungstechniken ermöglichen eine umfassende Analyse biochemischer Reaktionen. Dieses Projekt erlaubt präzisere Risikobewertungen für Kunststoffkontaminationen von NMP abzuleiten, und unterstützt regulatorische Maßnahmen. Die Kombination aus ICP-TOFMS und innovativem in vivo-Modell stellt einen transformativen Fortschritt zur Interaktion von Kunststoffpartikeln mit Organismen dar. Die neuen Erkenntnisse sowie die Implementierung einer kombinierten analytischen und in vivo-Plattform wird mir eine einzigartige akademische Position verschaffen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Österreich
• Gastgeber: Professor Dr. David Clases