EDETOX – Evaluation and predictions of dermal absorption of toxic chemicals

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(gefördert von der Europäischen Kommission im Rahmen des „Fifth Framework Programme“ (QLRT-2000-00196), Koordinatorin: Prof. Faith Williams, Universität Newcastle; abgeschlossen 2004)

(Ansprechpartner: Dr. med. G. Korinth, Prof. Dr. med. H. Drexler)

 

Einleitung
Aus arbeitsmedizinisch-toxikologischer Sicht ist von großer Bedeutung, für die Bestimmung der dermalen Penetration von chemischen Stoffen ein einheitliches In-vitro-Modell zur Verfügung zu haben, das vergleichbare und reproduzierbare Daten liefert und damit unabhängig vom Testlabor eine valide Expositionseinschätzung gewährleistet.
Mit der Mikrodialyse können chemische Stoffe beim Menschen aus der Haut extrahiert werden. Damit kann die Mikrodialyse bei gesundheitlich unbedenklichen chemischen Stoffen Tierversuche z.T. ersetzen.

Ziele des Projektes
Die Ziele dieser 3-jährigen multizentrischen Studie waren:

  • Fortschritte zur Standardisierung von In-vitro-Methoden zu erzielen, um Vorhersagen über die dermale Penetration treffen zu können
  • Vergleich der gewonnenen In-vitro-Daten mit In-vivo Studienergebnissen
  • Generierung von Hautpenetrations-Daten zum Zweck der Risikobewertung  gesundheitsgefährdender chemischer Stoffe, u.a. mittels mathematischer Modellierung
  • Zusammenfassung von Hautresorptionsdaten aus der Literatur in der EDETOX-Datenbank  (http://edetox.ncl.ac.uk), u.a. für die mathematische Modellierung der Daten

Methoden
In diesem Projekt wurde die internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern gefördert. Insgesamt 12 Institute aus 7 EU-Mitgliedsstaaten, darunter auch das Institut und Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin der Universität Erlangen-Nürnberg, waren beteiligt. Das Projekt bestand aus 5 Arbeitsprogrammen:
Programm 1
Es wurde die Inter- und Intra-Laborvariabilität und damit die Vergleichbarkeit der dermalen Penetrationsdaten für Modellsubstanzen Koffein, Benzoesäure und Testosteron zwischen 10 Laboratorien (9 davon arbeiteten mit exzidierter Humanhaut, 1 mit Rattenhaut) mittels unterschiedlicher Diffusionszellsysteme (dynamisch und statisch) ermittelt. Dadurch wurde die Robustheit der In-vitro-Methodik überprüft.
Programm 2
Hier wurde die dermale Penetration von chemischen Arbeitsstoffen, unter anderem am Beispiel des Glykolethers 2-Butoxyethanol (rein und in wässrige Verdünnungen), mittels In-vivo-Verfahren (Expositionskammer und Biomonitoring sowie Mikrodialyse) unter vergleichbarem experimentellen Protokoll wie in Diffusionszellstudien untersucht und die Ergebnisse zwischen den Methoden und Spezies miteinander verglichen.
Programm 3
Das Ziel dieses Arbeitsprogramms war es, arbeitsmedizinisch relevante Daten zur dermalen Penetration (erschöpfbare/Überschuss-Dosis, verschiedene Vehikel) mittels Diffusionszellen zu gewinnen und diese für mathematische Modellierung der Hautpenetration einzusetzen.
Programm 4
Dieses Arbeitsprogramm beinhaltete die Erstellung der EDETOX-Datenbank aus den Literaturdaten mit über 300 Chemikalien. Die Datenbank stellt dermale Penetrationsdaten aus In-vivo und In-vitro-Studien für chemische Stoffe zusammen. Darüber hinaus wurden existierende mathematische Modelle hinsichtlich der Vorhersage der dermalen Penetration evaluiert und ein mechanistisch-besierendes Modell für die Interpretation experimenteller Daten entwickelt.
Programm 5
Wissenschaftliche Kommunikation der Projekt-Daten zur Hautpenetration. Diskussion zur Verbesserung der Kennzeichnung der toxikologischen Relevanz der Hautresorption von chemischen Arbeitsstoffen („H“-Markierung, engl. „skin notation“).

Ergebnisse
Es wurden Daten zur dermalen Penetration für 60 chemische Stoffe für erschöpfbare Dosis („finite dose“) oder Überschussdosis („infinite dose“) generiert. Die erste große Ring-Studie der dermalen Penetrationsraten (Fluxe) der Modellsubstanzen zwischen den Laboratorien zeigt, dass es trotz experimentell bedingter Limitierungen möglich ist, akzeptable Hautpenetrationsdaten zu erhalten. 7 von 9 Laboratorien, die exzidierte Humanhaut verwendet haben, erzielten anhand des Flux-Vergleichs für die Modellsubstanzen die gleiche qualitative Rang-Einstufung (Testosteron < Koffein < Benzoesäure < Butoxyethanol). Die Unterschiede der Ergebnisse zwischen den Laboratorien sind am ehesten durch die in dieser Studie nicht streng standardisierten Einflussgrößen, wie die Hautquelle, Hautdicke, Hauttemperatur oder auch den Diffusionszelltyp, zu erklären.
Die dermale Penetration von 2-Butoxyethanol in wässrigen Verdünnungen war z.T. erheblich höher als beim unverdünnten Stoff (Differenz z.T um Faktor 5 und höher). Diese Ergebnisse waren methodenunabhängig (In-vitro und In-vivo, Diffusionszelle und Biomonitoring/Mikrodialyse). Die interindividuelle Variabilität der Hautresorptionsdaten kann bis zum Faktor 3 betragen.
Am Beispiel von Pestiziden unterschiedlicher Wasserlöslichkeit und molekularen Gewichten konnte demonstriert werden, dass beide Parameter die dermale Penetration beeinflussen. Arbeitsplatzrelevante Expositionsverhältnisse wie Schweißapplikation auf die Haut konnte die dermale Penetration von Metall-Ionen (Kobalt und Nickel) erhöhen.
Ergebnisse des mathematischen Modelling zeigten, dass Vehikel-Effekte hinsichtlich der  dermalen Penetrationshöhe von chemischen Stoffen von großer Bedeutung sind. Jedoch können mathematisch vorhergesagte Daten zur dermalen Penetration experimentelle Daten nicht ersetzen. Der Grund hierfür liegt insbesondere darin, dass die Kenntnisse über Dosis- und Vehikel-Effekte immer noch unzureichend sind.

Schlussfolgerungen
Das Projekt hat gezeigt, dass Bedarf für eine Harmonisierung der eingesetzten experimentellen Methoden besteht. In-vivo-Experimente können für die Validierung von In-vitro-Methoden angewendet werden, da sie für Risikoabschätzung direkt verwendbare Daten generieren können. Jedoch kann die interindividuelle Variabilität auch hier bis zum Faktor 3 liegen. Die Unterschiede der Hautpenetrations-Parameter zwischen den In-vitro und In-vivo-Methoden waren gering. Die Studienergebnisse des EDETOX unterstützen die OECD Empfehlungen und Leitlinien für die Durchführung von Hautresorptionsstudien.
Im Rahmen von experimentellen In-vitro-Vergleichen ermittelte Daten können für die Extrapolation dieser Daten auf die Verhältnisse beim Menschen verwendet werden. Die Ergebnisse des Projektes erlauben die Schlussfolgerung, dass für Studien zur dermalen Penetration Humanhaut statt Tierhaut verwendet werden soll, um Tierversuche zu reduzieren.
Es ist erforderlich ein mathematisches Modell zur Vorhersage der dermalen Penetration zu entwickeln, welches Vehikel-Effekte berücksichtigt.

Link zur Kurzfassung des Abschlussberichtes (PDF-Datei; 0,3 MB):
http://research.ncl.ac.uk/edetox/EDETOX%20PDF%20Amended.pdf

Link zur EDETOX-Datenbank:
http://edetox.ncl.ac.uk

 

IPASUM-Publikationen der Studienergebnisse

Van de Sandt JJ, van Burgsteden JA, Cage S, Carmichael PL, Dick I, Kenyon S,
Korinth G, Larese F, Limasset JC, Maas WJ, Montomoli L, Nielsen JB, Payan
JP, Robinson E, Sartorelli P, Schaller KH, Wilkinson SC, Williams FM:
In vitro predictions of skin absorption of caffeine, testosterone, and benzoic acid: a multi-
centre comparison study.
Regul Toxicol Pharmacol. 2004; 39:271-281.

Korinth G, Jakasa I, Wellner T, Kezic S, Krüse J, Schaller KH:
Percutaneous absorption and metabolism of 2-butoxyethanol in human volunteers: a
microdialysis study.
Toxicol Lett. 2007; 170:97-103.

Korinth G, Schaller KH, Göen T, Drexler H:
Reliabilität der Quantifizierung der perkutanen Resorption von chemischen Stoffen in vitro.
Dermatologie in Beruf und Umwelt 2006; 54:19-24.