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In Coastal Systems, pollutants as pharmaceutical drugs exert changes from the molecular to the organism level in marine bivalves. Besides pollutants, Coastal Systems are prone to changes in environmental Parameters, as the alteration of salinity values because of Climate Change. Together, these Stressors (pharmaceutical drugs and salinity changes) can exert different threats than each Stressor acting individually; for example, salinity can change the physical-chemical properties of the drugs and/or the sensitivity of the organisms to them. However, limited Information is available on this subject, with variable results, and for this reason, this study aimed to evaluate the impacts of salinity changes (15,25 and 35) on the effects of the antiepileptic carbamazepine (CBZ, 1 (ig/L) and the antihistamine cetirizine (CTZ, 0.6 pg/L), when acting individually and combined (CBZ + CTZ), in the edible clam Ruditapes philippinarum. After 28 days ofexposure, drugs concentrations, bioconcentration factors and biochemical parameters, related to clam's metabolic caparity and oxidative stress were evaluated. The results showed that dams under low salinity suffered more changes in metabolic, antioxidant and biotransformation activities, in comparison with the remaining salinities under study. However, limited impacts were observed when comparing drug effects at low salinity. Indeed, it seemed that CTZ and CBZ + CTZ, under high salinity (salinity 35) were the worst exposure conditions for the dams, since they caused higher leveis of cellular damage. It Stands out that salinity changes altered the impact of pharmaceutical drugs on marine bivalves.
A large number of pharmacologically active compounds have been detected in the aquatic environment during the last decade [1] and this gives rise to many concerns [2]. The substances have been disclosed by accident, clever search or elaborate mass spectrometry. Nowadays a broad spectrum of drug parent compounds can be screened for [3], yet the knowledge about the presence of isomers and transformation products (metabolites, conjugates, degradates) is still limited.
Zur Bestimmung von Arzneimittelrückständen in Oberflächengewässern wird häufig die LC-MS/MS als Methode der Wahl eingesetzt. Obwohl sich dieses Nachweisverfahren durch eine hohe Empfindlichkeit und Selektivität auszeichnet, gibt es vor allem bei geringen Substanzkonzentrationen häufig störende Einflüsse durch Matrixeffekte. Diese Matrixeffekte können unterschiedliche Ursachen haben.
Einige Matrixeffekte werden am Beispiel des Wirkstoffs Carbamazepin erläutert. Carbamazepin wird durch Kläranlagen nur partiell aus dem Abwasser entfernt und ist im Spurenbereich auch noch im Trinkwasser nachzuweisen. Wenn für die LC-MS/MS wasserbasierte Anteile in der mobilen Phase genutzt werden, befinden sich trotz Verwendung einer Labor-Reinstwasseranlage in der mobilen Phase noch kleinste Konzentrationen von Carbamazepin, welche einen Blindwert im unteren ppt-Bereich verursachen.
Weitere Matrixeffekte treten durch die unterschiedliche Qualität der Oberflächenwasserproben auf. Koelutionen von weiteren Inhaltstoffen zeitgleich mit dem Zielanalyten führen zu einer Diskriminierung des Meßsignals. Verbindungen, die den gleichen Massenübergang bei nahezu identischer Retentionszeit zeigen, erfordern eine reproduzierbare chromatographische Vortrennung oder die Wahl einer alternativen HPLC-Säule.
Die von der Europäischen Kommission im Jahr 2021 empfohlene, systematische Abwasserüberwachung mittels PCR-Techniken wird als ein wirksames Früh-warnsystem für künftige Pandemien durch Viren und andere Krankheitserreger betrachtet. Ein generelles Problem bei jeder quantitativen Messung von Parametern im Abwasser ist die starke Schwankung des Abwasservolumens und seiner Zusammensetzung im Tages- und Jahreszeitenverlauf. Um die Konzentrationsbestimmungen von Krankheitserregern im Abwasser in Korrelation mit menschlichen Einträgen setzen zu können, könnten sog. "anthropogene Marker" eine herausragende Rolle spielen, deren Eintrag ins Abwasser menschlichen Ursprungs sind. Im Projekt werden mittels ELISA die Konzentrationen ausgewählter anthropogener Marker in deutschlandweit gesammelten Abwasserproben erhoben und analysiert.
In diesem Beitrag wird gezeigt wie mit Thermogravimetrischen Analysen (TGA) Aktivkohleoberflächen charakterisiert werden können. Außerdem wie TGA mit Zersetzungsgasanalyse zur Untersuchung von Adsorbat-Systemen (Carbamazepin an drei verschiedenen Aktivkohlen) zur Aufklärung von Adsorptionszuständen genutzt werden kann.
Im Vortrag wird der Ansatz zur Aufklärung von Adsorptionsprozessen, die in der Wasserphase stattgefunden haben, mittels Thermogravimetrie und Zersetzungsgasanalyse vorgestellt.
Es wird allgemein gezeigt wie TGA zur Charakterisierung von Aktivkohleoberflächen genutzt werden kann und welche Unterschiede sich in verschiedenen Adsorbat-Systemen zeigen. Im Detail wird die thermische Zersetzung von adsorbiertem Carbamazepin an drei verschiedenen Aktivkohlen präsentiert.
Partikelbasierte Multianalyt- Fluoreszenzimmunoassays für die Unweltanalytik und Biotechnologie
(2021)
Zur Beurteilung der Wasserqualität können Markersubstanzen, wie Carbamazepin, Diclofenac, Koffein und Gallensäuren, verwendet werden. Erhöhte Konzentrationen dieser anthropogenen Marker weisen auf Einleitstellen von Abwasser hin und zeigen somit an, wo Gewässer verschmutzt werden. Diese Arbeit beschreibt deshalb die Etablierung, Optimierung und Validierung eines partikelbasierten Suspensionsarray Fluoreszenzimmunoassays (SAFIA), mit dem diese Substanzen gleichzeitig und parallel in vielen Proben quantitativ bestimmt werden können. Für SAFIA wurde das Format des kompetitiven indirekten Immunoassays gewählt. Als Plattform wurden fluoreszenzintensitätscodierte Polystyrol-Kern/Siliziumdioxid-Schale-Partikel, auf deren Oberfläche Haptene als kompetitive Bindungsstellen für Antikörper immobilisiert wurden, verwendet. Hier zeigte sich, dass eine selektive Erkennung der Haptenstruktur auf der Oberfläche der Partikel durch die Antikörper nur gegeben war, wenn die Partikel zusätzlich mit Polyethylenglykolgruppen funktionalisiert wurden. Zum Auslesen des Fluoreszenzsignals wurde ein Durchflusszytometer verwendet. Kompatibilität mit der Durchführung in Mikrotiterplatten wurde erreicht, indem eine Stopp-lösung für den SAFIA, basierend auf Formaldehyd, entwickelt wurde. Nach der Optimierung der Assayparameter können die oben genannten vier Analyten gleichzeitig in einer Probe mindestens bis zu einer Konzentration von 0.3 μg L-1 nachgewiesen werden. Der Assay kann ohne Wasch-schritte ausgeführt werden und ist somit einfacher als konventionelle Immunoassays, wie z. B. ELISA. Der SAFIA wurde hinsichtlich Interferenzen und Selektivität untersucht. Dabei zeigte sich, dass Matrixbestandteile, die in wässrigen Umweltproben vorkommen, keinen bzw. nur einen ge-ringen Einfluss auf den SAFIA hatten. Im simulierten Umweltscreening eines Flusses und mithilfe der Analyse von Abwasserproben wurde SAFIA validiert; hier zeigte SAFIA eine mit ELISA vergleich-bare Genauigkeit, bei gleichzeitiger Senkung der Analysenzeit und -kosten. Die gleichzeitige Detektion mehrerer anthropogener Marker erlaubte zudem Rückschlüsse auf die Art von Verschmutzungsquellen, im Gegensatz zu ELISA, mit dem nur ein Analyt bestimmt werden kann. Da hochaffine Antikörper für Immunoassays essenziell sind, wurde ein SAFIA zum Screening antikörperproduzierenden Zellen (Hybridomzellen) entwickelt und eingesetzt. Durch die Implementierung eines Sandwichimmunoassays zur IgG Bestimmung und durch Verwendung von homo- und heterologen Haptenstrukturen konnten aus einem Pool von Hybridomzellen diejenigen ausgewählt werden, deren sekretierter Antikörper die geringsten Nachweisgrenzen im Immunoassay erlauben. Damit konnte das Anwendungsspektrum des SAFIA maßgeblich vergrößert werden. Er vereinfacht als biotechnologisches Werkzeug stark sowohl die Produktion von monoklonalen Antikörpern als auch die Analyse von Umweltproben.
High performance liquid chromatography (HPLC) was hyphenated with a previously reported carbamazepine-specific enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) as a screening approach to water analysis in order to identify possible interferences from transformation products. Treated wastewater was analysed and three substances were recognized by the antibody besides carbamazepine: the metabolites 10,11-dihydro-10,11-epoxycarbamazepine and 2-hydroxycarbamazepine plus the structurally not obviously related antihistamine cetirizine. The molar cross-reactivity against cetirizine was found to be pH-dependent and assessed to be 400% at pH 4.5 and 22% at pH 10.5. Performing the ELISA at pH 10.5 greatly improved the accuracy when carbamazepine was determined in surface and wastewater samples.
Carbamazepine (CBZ), an antiepileptic drug, is one of the most commonly detected pharmaceutical drugs in aquatic ecosystems, and is used as a marker of urban pollution. Since CBZ is designed to exert a biological effect, when it reaches aquatic environment high probability exist for toxic effects on non-target organisms. The present study evaluated the acute toxicity of environmentally relevant concentrations of CBZ (0.00, 0.03, 0.30, 3.00, 9.00 µg/L) in the edible clams Venerupis decussata (a native species) and Venerupis philippinarum (an invasive species) collected from the Ria de Aveiro. The effects on both species were assessed through the use of a battery of biomarkers mainly related with health status and oxidative stress. Furthermore, in this work an alternative and promising tool, the direct competitive immunoassay ELISA, for the direct CBZ quantification in clam's tissues, was applied.
The results of the present work showed that CBZ in clam's tissues increased with the exposure concentration and V. decussata gave slightly higher values than V. philippinarum. Although the clams accumulated lower levels of CBZ than the concentration of exposure, these concentrations were enough to impair the health status and induce oxidative stress. However, a different response to CBZ was observed in the two species. While in V. philippinarum the lipid peroxidation levels increased at the highest CBZ concentration (9.00 µg/L), in V. decussata a significant decrease was seen. Moreover, glutathionse S-transferase activity was stimulated in V. decussata and decreased in V. philippinarum. Nevertheless, an induction of glutathione reductase, superoxide dismutase and cytochrome P450 3A4 activities was found in both species as a result of the exposure. The results indicate that, probably, V. philippinarum have a less efficient antioxidant system than V. decussata, and are therefore less capable to neutralize oxidative stress and consequently more sensitive to CBZ. The risk quotient determined for the Ria de Aveiro was higher than 1 indicating that a ecotoxicological risk is suspected. Furthermore, bioaccumulation of CBZ in clams should be taken into consideration since this chemical might be transferred along the food chain and affect non-target organisms.