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| The entry of pharmaceuticals into the aquatic environment has become a major concern in environmental research and has gained increasing public interest. Pharmaceuticals both human and veterinary find their way into water bodies through various routes such as wastewater treatment plants and agricultural activities posing risks to aquatic organisms. In particular hormone-active substances have been identified as potential threats even at low concentrations in water. These pharmaceutical residues are known to persist in the environment and may cause adverse effects on non-target organisms. The objective of this project was to develop a tailored testing strategy for assessing the environmental risk of novel hormonal active substances focusing on synthetic progestins and glucocorticoids to aquatic organisms. In the initial phase of the project a comprehensive literature review was conducted to gather and evaluate existing findings on the effects of these substances. Based on the literature review two candidate substances representing both substance classes were selected for further study. Two long-term laboratory experiments were conducted using aquatic vertebrates and an additional study with an aquatic invertebrate was carried out for the progestin. Dienogest and Dexamethasone were selected to represent progestins and glucocorticoids respectively. For Dienogest a Zebrafish one generation reproduction test (ZEOGRT) was performed and a Chironomid Life Cycle Test was conducted for the invertebrates. For Dexamethasone only the Zebrafish study was conducted. The experiments involved exposing the organisms to different concentrations of the test substances and measuring various endpoints related to growth reproduction and survival. The physical water parameters were monitored to ensure stable test conditions. For Dienogest the results showed that it had no significant effects on the parental generation (F 0) of zebrafish but adversely affected the fertility and early larval survival in the first filial generation (F1 ). Hatching success of the second filial generation (F 2) was also reduced. Based on the endpoint hatching success of the second filial generation (F2 ) which was the most sensitive endpoint throughout the study the overall NOEC of the ZEOGRT was determined to be 3.51 ng Dienogest/L and the LOEC was 10.3 ng Dienogest/L. In the Chironomid study no effects were observed indicating a lack of biological impact. Regarding Dexamethasone it caused reduced growth in both F 0 and F1 generations of zebrafish with males being more affected. However reproductive capability and other endpoints were not negatively impacted. Based on the endpoint growth in terms of wet weight and total length the NOEC was determined to be 10.5 μg Dexamethasone/L. The LOEC was set at 34.7 μg Dexamethasone/L. The results indicate that synthetic progestins such as Dienogest can have similar effects to potent endocrine substances like estrogens and androgens. However the underlying mechanism remain unclear. On the other hand glucocorticoid exposure specifically Dexamethasone had effects on the growth of fish across different life stages but did not significantly affect reproductive performance or sex ratios. The studies suggest that fish are more sensitive to endocrine impacts compared to other aquatic organisms however in order to identify the underlying mode of action additional methodological approaches such as innovative Omics methods or the immune challenge could provide valuable information on the molecular effects of the substances. Thus further research is necessary to improve the identification of underlying mechanisms and their acceptance in the regulatory context. | |
| Der Eintrag von Arzneimitteln in die aquatische Umwelt ist zu einem wichtigen Thema in der Umweltforschung geworden und stößt auf zunehmendes öffentliches Interesse. Human- und Tierarzneimittel gelangen auf verschiedenen Wegen in die Gewässer und stellen eine Gefahr für Wasserorganismen dar. Es ist bekannt dass Arzneimittelrückstände in der Umwelt verbleiben und schädliche Auswirkungen auf Nicht-Zielorganismen haben können. Insbesondere hormonaktive Substanzen wurden als potenzielle Bedrohung identifiziert da diese selbst in geringen Konzentrationen im Wasser Schädigungen hervorrufen können. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung einer maßgeschneiderten Prüfstrategie zur Bewertung des Umweltrisikos neuartiger hormoneller Wirkstoffe insbesondere synthetischer Gestagene und Glukokortikoide. In der ersten Phase des Projekts wurde eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt um vorhandene Erkenntnisse über die Auswirkungen dieser Stoffe zu sammeln und zu bewerten. Auf der Grundlage wurden zwei repräsentative Substanzen für die Wirkstoffklassen für weitere Untersuchungen identifiziert. Dienogest und Dexamethason wurden als Gestagene bzw. Glukokortikoide ausgewählt. Es wurden zwei Langzeit-Laborexperimente mit Fischen und eine zusätzliche Studie mit einem aquatischen Wirbellosen durchgeführt. Für Dienogest wurde ein Zebrafisch-Ein-Generationen-Reproduktionstest (ZEOGRT) und für die Wirbellosen ein Chironomiden-Lebenszyklustest durchgeführt. Für Dexamethason wurde nur die Zebrabärblingstudie durchgeführt. Bei den Experimenten wurden die Organismen verschiedenen Konzentrationen der Prüfsubstanzen ausgesetzt und verschiedene Endpunkte in Bezug auf Wachstum Fortpflanzung und Überleben gemessen. Für Dienogest zeigten die Ergebnisse keine signifikanten Auswirkungen auf die Elterngeneration (F 0) der Zebrabärblinge. Die Befruchtungsfähigkeit und das Überleben der frühen Larven in der ersten Filialgeneration (F1) waren beeinträchtigt der Schlupferfolg der zweiten Filialgeneration (F2) war ebenfalls verringert. Auf Basis dieses Endpunkts wurde die Gesamt-NOEC des ZEOGRT auf 3 51 ng Dienogest/L und die LOEC auf 10 3 ng Dienogest/L festgelegt. In der Chironomiden-Studie wurden keine Auswirkungen als Folge der Substanzexposition beobachtet. Dexamethason verursachte sowohl in der F0 - als auch in der F 1 -Generation der Zebrabärblinge ein verringertes Wachstum wobei die Männchen stärker betroffen waren. Die Fortpflanzungsfähigkeit und andere Endpunkte wurden jedoch nicht negativ beeinflusst. Auf der Grundlage des Endpunkts Wachstum in Bezug auf Nassgewicht und Gesamtlänge wurde der NOEC-Wert auf 10 5 μg Dexamethason/L festgelegt. Die LOEC wurde auf 34 7 μg Dexamethason/L festgelegt. Die Ergebnisse deuten darauf hin dass synthetische Gestagene wie Dienogest ähnliche Wirkungen wie potente endokrine Substanzen wie Östrogene und Androgene haben können. Der zugrunde liegende Mechanismus bleibt jedoch unklar. Andererseits hatte die Exposition gegenüber Glukokortikoiden insbesondere Dexamethason Auswirkungen auf das Wachstum der Fische in verschiedenen Lebensstadien wirkte sich jedoch nicht signifikant auf die Fortpflanzungsleistung oder das Geschlechterverhältnis aus. Die Studien deuten darauf hin dass Fische im Vergleich zu anderen Wasserorganismen empfindlicher auf endokrine Wirkungen reagieren. Um die zugrunde liegende Wirkungsweise zu ermitteln könnten jedoch zusätzliche methodische Ansätze wie innovative Omics-Methoden oder Untersuchungen zur immunsuppressiven Wirkung wertvolle Informationen über die molekularen Wirkungen der Substanzen liefern. Daher sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich um die Identifizierung der zugrundeliegenden Mechanismen zu verbessern und damit die Akzeptanz im regulatorischen Kontext zu gewährleisten. |
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