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OB
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ER
TU
NG
Mikroplastik in Lebensmitteln:
Gibt es ein Risiko?
Aktuelle Aspekte der Risikoabschätzung
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen
Bundesinstitut für Risikobewertung,
Abteilung Lebensmittelsicherheit
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 2
Mikroplastik – Vorkommen in Lebensmitteln
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 3
Mikroplastik – Vorkommen in Lebensmitteln
Vorkommen in Lebensmitteln:
- Studien zu Mineralwasser, Honig, Bier, Seafood und Tafelsalz
- Zudem aus Plastikrohren, Verpackungen und Verarbeitungsprozessen
Problem: Quantifizierung
Es ist möglich und wurde gezeigt, dass Mikroplastik in die menschliche Ernährung gelangt.
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Besteht für den Menschen durch die orale Aufnahme von Mikroplastik ein Risiko?
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 4
Mikroplastik – Toxikologische Relevanz
Risiko Gefährdungs-
potenzial
Exposition
und
Aufnahme
= +
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Besteht für den Menschen durch die orale Aufnahme von Mikroplastik ein Risiko?
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 5
Mikroplastik – Toxikologische Relevanz
Risiko Gefährdungs-
potenzial
Exposition
und
Aufnahme
https://www.efsa.europa.eu/de/efsajournal/pub/4501
= +
- Handelsübliche Plastikmaterialien
werden als weitgehend innert
angesehen
- Offen ist das Reaktionspotenzial von
z.B. wasserlöslichen Polymeren
- Aktuell liegen nur wenige Daten vor, weil
standardisierte Messmethoden fehlen
- Messungen in einigen Lebensmitteln
äußerst schwierig (z.B. Fisch, Fleisch)
- EFSA-Modellrechnung mit Muscheln:
- Median: 4 Partikel / g Muschel
- Entspricht 900 Partikel pro Mahlzeit bzw. 7 µg
Plastik
- Expositionsmengen sehr gering (Kap. 3.6)
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Besteht für den Menschen durch die orale Aufnahme von Mikroplastik ein Risiko?
- Auch indirekte Gefährdung durch
anhaftende Kontaminanten möglich
- z.B. Umweltkontaminanten, Algentoxine,
Hitzekontaminanten, Biozide
- EFSA-Einschätzung: Beitrag dazu erhöht die übliche Exposition um weniger als 0,01 %
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 6
Toxikologische Relevanz von anhaftenden Kontaminanten
Risiko Gefährdungs-
potenzial
Exposition
und
Aufnahme
https://www.efsa.europa.eu/de/efsajournal/pub/4501
= +
Eine zusammenfassende Risikobewertung ist aufgrund fehlender Daten aktuell noch
nicht möglich, aber die generellen Prinzipien der Risikobewertung sind anwendbar.
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 7
Nach oraler Aufnahme – Wird Mikroplastik vom Körper aufgenommen?
- Mehrere Barrieren sind zu überwinden, z.B. Darmbarriere
- Vielfältige Barriereprinzipien:
- Physikalische Barriere:
Maximalgröße für Transport über
Darmschicht
- Chemische Barriere:
Orale Bioverfügbarkeit von Fremdstoffen
variiert sehr stark nach Stoffklassen
- Immunologische Barriere:
Abtransport z.B. durch Immunzellen
- Biochemische Barriere:
Umsetzung in der Leber
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 8
Nach oraler Aufnahme – Wird Mikroplastik vom Körper aufgenommen?
Wenn ja:
In relevanten Mengen? Und was bewirkt es im Körper?
- EFSA:
>150 µm keine Aufnahme über die Darmbarriere möglich
< 1,5 µm Aufnahme und Verteilung in weitere Organe prinzipiell möglich
- Eigene Forschung BfR:
- Aufnahme in die Darmzellen bis zu 4 µm möglich
- in vitro experimente mit Barrieremodellen des Dünndarms
- in vivo Mausstudie mit oraler Applikation
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Seite 9
Konfokalmikroskopie
1-µm MF-Partikel (Konfokalmikroskopie)
4-µm PS-Partikel (Konfokalmikroskopie)
Mikroplastik – Zelluläre Aufnahme mit in vitro-Modellen
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik
Zellmodelle
apikal
Membran
basolateral
Transwellsysteme
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 10
aus Stock et. al. 2019
Mikroplastik – Zelluläre Aufnahme mit in vitro-Modellen
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 11
Mikroplastik – Wird Mikroplastik vom Körper aufgenommen?
– in vivo Ergebnisse
• 28-Tage-Fütterungsstudie mit
verschiedenfarbigen Polystyrolpartikeln
• Sehr geringe orale Bioverfügbarkeit
• Konfokalmikroskopie zur Bestimmung der
Organverteilung -> sehr wenige
Einzelpartikel im Darmgewebe
• Messung von oxidativem Stress
1 µm 4 µm 10 µm
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 12
Mikroplastik – Hat das Verdauungssystem Einfluss auf Mikroplastik?
Verdau-Simulanzien mit
- Salzen
- Säuren / Basen ( pH-Werte )
- Verdauungsenyzmen
- Körpertemperatur ( 37 °C )
- Verweildauer unter Rühren
Artifizielles Verdausystem
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Seite 13
• Mikroplastik artifiziell verdaut
• Strukturveränderungen beruhen auf Anheftung organischer Matrix der
Verdauflüssigkeiten
• Nach Abbau organischer Matrix liegen Partikel unverändert vor
Poly
sty
rol
Poly
eth
yle
n
unverdaut Speichel Magensaft Darmsaft Darmsaft +
H2O2-Abbau 37% HCl 69% HNO3
3 µm
50 µm
Mikroplastik – Verdauungssystem und Simulation
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik
Rasterelektonenmikroskopische Messung an der TUB, PhD-Projekt Valerie Stock
Die Bedingungen des menschlichen Verdauugssystems reichen nicht aus, um
Mikroplastikpartikel abzubauen.
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 14
Mikroplastik in Lebensmitteln
Warum ist eine Risikoabschätzung für Mikroplastik
eine Herausforderung?
Plastik ist nicht gleich Plastik
Partikelgröße
und Form
Material
Häufigkeit
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 15
Primäres Mikroplastik Sekundäres Mikroplastik
• Absichtlich hergestellt als Bestandteile
von Kosmetik, in der
Lebensmittelproduktion und in
Bedarfsgegenständen
• Kommerziell erhältlich
• Entsteht aus größeren Plastikteilen durch
Reibung und Zersetzung von
Plastikabfall
• Schwierig zu gewinnen, aufzuarbeiten
und anzuwenden
Größenbereiche
Mikroplastik – Welche Partikelgrößen sind im Fokus?
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 16
Mikroplastik – Vorkommen und Häufigkeit
Unterscheidung verschiedener Plastikarten
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 17
Mikroplastik - Materialunterschiede
Rasterelektonenmikroskopische Messung an der TUB PhD-Projekt Valerie Stock
Polyethylen
(PE)
Polypropylen
(PP)
Polyvinylchlorid
(PVC)
Polystyrol
(PS)
Polyethylen-
terephthalat
(PET)
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 18
Mikroplastik - Materialunterschiede
Polystyrol ist am besten untersucht.
- Chemische Synthese einfach möglich
- Größenverteilung eng und gut bestimmbar
- Markierungen können aufgebracht werden
Andere Plastikmaterialien bereiten Schwierigkeiten.
- Kommen häufiger vor, sind aber schwerer herstellbar
Materialdichte ebenfalls von Bedeutung
- Einsatz im Zellsystem
- Zentrifugierbarkeit
- Messbarkeit bei Lichtstreuungsverfahren
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 19
Mikroplastik – Was bewirkt es im Körper?
Wenn Mikroplastik aufgenommen wird:
Was bewirkt es im Körper?
- EFSA:
- nur wenige Studien verfügbar (Kap. 3.8)
- verschiedene Tierstudien
- meist keine messbaren Effekte
- Effekte auf Wachstum un Immunsystem möglich
- Humandaten nicht verfügbar
- Eigene Forschung:
- Messung zellulärer Effekte in vitro
- Messung oxidativen Stresses in vivo
https://www.efsa.europa.eu/de/efsajournal/pub/4501
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 20
Mikroplastik – Testmethoden zur Ermittlung zellulärer Effekte
Testverfahren
Viabilitätstests
Mikroskopie
Genregulation
Wachstumstests
Durchfluss-
zytometrie
Einfluss auf den
Stoffwechsel
Fluoreszenz- und
Lichtmikroskopie
xCelligence-Verfahren Zelltodmechanismen,
reaktive Sauerstoffradikale
(...)
“Zählen von Ereignissen”
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Seite 21
Zellviabilitätstests Wachstumstests
Mikroplastik – Was bewirkt es im Körper?
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik
Effekte auf Zellen sind erst bei sehr hohen Konzentrationen messbar (overload)
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- aus in vivo-Studie: LacZ staining zur Messung oxidativen Stresses
- kein erhöhter oxidativer Stress in HOTT-Mäusen messbar
Animal 1 Animal 2 Animal 3 Animal 4 Animal 5
Kid
ney
Larg
e Inte
stine
M
icro
pla
stic
T
reatm
ent
Contr
ol
M
icro
pla
stic
T
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Contr
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Mikroplastik – Was bewirkt es im Körper?
aus Stock et. al. 2019
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 06.06.2019; BfR-Forum Verbraucherschutz Mikroplastik Seite 23
Mikroplastik - Zusammenfassung
Risiko Gefährdungs-
potenzial
Exposition und
Aufnahme = x
Darmbarriere:
Partikel
Kontaminanten
Additive
?
Freisetzung ?
Effekte ?
Barrierefunktionen:
- physikalisch
- chemisch
- immunologisch
- biochemisch Aufnahme ?
Eine zusammenfassende Risikobewertung ist aufgrund vieler offener Fragen aktuell noch
nicht möglich, aber die generellen Prinzipien der Risikobewertung sind anwendbar.
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 08.05.2019, BLL_Beirat Mikroplastik Seite 24
Mikroplastik - Zusammenfassung
• Mikroplastik kann sich in der Umwelt
anreichern und in die Nahrungskette gelangen
• Umwelteinflüsse können Plastikmaterial weiter
zersetzen und chemisch verändern
• Aufnahme über die Nahrung, Bioverfügbarkeit
und toxikologische Wirkmechanismen bislang
unklar
• Weitere Forschungsprojekte hinsichtlich
Materialcharakterisierung, Detektion sowie
zellulärer Aufnahme und Wirkung
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Bundesinstitut für Risikobewertung
Abteilung Lebensmittelsicherheit
Max-Dohrn-Straße 8-10 D-10589 Berlin
Tel. 0 30 - 84 12 - 25000 Fax 0 30 -184 12 - 25099
[email protected] www.bfr.bund.de
Vielen Dank für diei
Aufmerksamkeit
Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen
Danksagung:
Dr. Holger Sieg
PD.Dr. Albert Braeuning
Dr. Linda Böhmert
Valerie Stock
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Prof. Dr. Dr. Alfonso Lampen, 08.05.2019, BLL_Beirat Mikroplastik Seite 26
• Zelluläre Aufnahme und Wirkung
• Alterung / Zersetzung
• Materialgewinnung, Aufreinigung
• Einsatz verschiedener Plastikmaterialien
• Detektion ungelabelter Partikel
• Artifizielles Verdausystem
• Anheftung und Freisetzung von Umweltkontaminanten
• Orale in vivo Mausstudie
0
5
10
15
20
25
30
Cac
o-2
M-c
ell
Mu
cus
Cac
o-2
M-c
ell
Mu
cus
Cac
o-2
M-c
ell
Mu
cus
1µm PS 1µm MF 4µm PS
Per
cen
tage
(%)
% particles in % particles onTransport Aufnahme
in den Zellen /
an den Zellen
Mikroplastik - Forschungsprojekte
Messung an der TUB PhD-Projekt Valerie Stock
PVC Polystyrol Polyethylen PET Polypropylen