Onderzoeksteams van de University of Alabama aan de Birmingham's School of Medicine en de University of Notre Dame hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee onderzoekers drie vormen van geperfluoreerde en gepolyfluoreerde alkylstoffen radioactief kunnen labelen en het lot van deze chemicaliën kunnen volgen wanneer ze het lichaam binnenkomen.

Dit is een belangrijke en tijdige vooruitgang bij het identificeren en volgen van deze PFAS's, waarvan bekend is dat ze schadelijk zijn voor het menselijk lichaam, en vorige maand bleken ze op grote schaal te worden gebruikt in inpakpapier voor fastfood in veel populaire restaurantketens.

De nieuwigheid van de nieuw ontworpen methode is dat een van de fluoratomen op het PFAS-molecuul werd vervangen door een radioactieve vorm van fluor, dezelfde radio-isotoop fluor-18 die wordt gebruikt voor medische positronemissietomografiescans in ziekenhuizen over de hele wereld.

"Voor de eerste keer, we hebben een PFAS-tracer of chemische stof die we hebben getagd om te zien waar het in muizen naartoe gaat, " zei Suzanne Lapi, doctoraat, senior auteur van de studie die vandaag is gepubliceerd in de Journal of Environment Science and Technology . Lapi is universitair hoofddocent bij de afdeling Radiologie en Chemie van de UAB, en directeur van UAB's Cyclotron Facility. "Elk van de tracers vertoonde een zekere mate van opname in alle van belang zijnde organen en weefsels die werden getest, inclusief de hersenen. De hoogste opname werd waargenomen in de lever en maag, en vergelijkbare hoeveelheden werden waargenomen in het dijbeen en de longen."

Belangrijke punten om te weten over deze ontdekking, recente bevindingen

• Een studie die in februari werd gepubliceerd, toonde aan dat, van de meer dan 400 geteste monsters van verpakkingsmateriaal van veel populaire fastfoodrestaurants, PFAS's werden gevonden in 56 procent van de dessert- en broodverpakkingen, 38 procent van sandwich- en burgerverpakkingen, en 20 procent van karton.
• Blootstelling aan PFAS is gekoppeld aan nier- en teelbalkanker, verhoogd cholesterol, verminderde vruchtbaarheid, en schildklierproblemen bij volwassenen.
• Blootstelling aan PFAS is gekoppeld aan nadelige effecten op de groei, leren en gedrag en verminderde immuunrespons op vaccins bij kinderen.
• Een nieuwe methode voor radioopsporing, ontwikkeld door UAB Radiology, stelde onderzoekers in staat te ontdekken dat sterk gefluoreerde, potentieel giftige chemicaliën die bekend staan ​​als geperfluoreerde alkylstoffen, of PFAS's, werden gevonden in alle geteste lichaamsorganen, inclusief lever, maag, been bot, longen, nier, hart, huid, spier, hersenen en andere organen.
• Omdat het traditioneel moeilijk is om PFAS-verbindingen op te sporen, UAB Radiology ontwikkelde een methode om de intacte PFAS-verbindingen te labelen met een fluor-18-radiotracer, zodat onderzoekers konden zien waar de verbinding in het lichaam naartoe ging en voor de eerste keer gevoelige metingen konden doen.

PFAS's worden vaak gebruikt in vlekbestendige producten, brandbestrijdingsmaterialen en kookgerei met antiaanbaklaag en niet bedoeld om te worden ingeslikt. Eerdere studies hebben aangetoond dat PFAS's kunnen migreren, het voedsel besmetten en wanneer geconsumeerd, zich ophopen in het lichaam.

Nu het waarschijnlijk lijkt dat alle PFAS's die kunnen worden gesynthetiseerd en geïsoleerd, radioactief kunnen worden gelabeld en gebruikt om de opname- en biodistributiekinetiek in biologische systemen direct te meten, het opent de mogelijkheid om de opname bij proefpersonen rechtstreeks te meten.

"Dit is mogelijk omdat sporenhoeveelheden van de verbindingen gemakkelijk meetbaar zijn en de radioactiviteit van korte duur is, " zei Graham Peaslee, doctoraat, de studie co-auteur en hoogleraar experimentele kernfysica aan het College of Science aan de Universiteit van Notre Dame. "Het is een belangrijke ontdekking omdat PFAS's een echt persistente chemische stof zijn die, eenmaal in de bloedbaan, blijft daar en stapelt zich op, wat niet goed is."

Ziekten, waaronder nier- en teelbalkanker, schildklier aandoening, laag geboortegewicht en immunotoxiciteit bij kinderen, en andere gezondheidsproblemen zijn in eerdere onderzoeken in verband gebracht met PFAS's.

Nu onderzoekers voor het eerst hebben vastgesteld welke PFAS's zich aanvankelijk ophopen - en in welke specifieke organen - en met enkele verrassende verschillen, de auteurs zeggen dat er gezondheidsimplicaties zijn die veel verder gaan dan deze eerste studie.

"We zijn erg enthousiast over deze techniek, die ontleend is aan ons huidige werk bij de ontwikkeling van beeldvormingsmiddelen voor de nucleaire geneeskunde, " zei Jennifer Burkemper, doctoraat, wetenschapper in UAB's Cyclotron Facility en de eerste auteur van het onderzoek. "Dit werk kan een snelle screening van PFAS-verbindingen mogelijk maken om belangrijke inzichten te krijgen in hun biologische lot."

PFAS's in het nieuws

Gefluoreerde chemicaliën zijn de laatste tijd veel in het nieuws, vooral PFAS's. Er zijn industriële ongevallen gebeurd, zoals de afgelopen herfst in de buurt van de Hoosic-rivier in New York. en de Dupont-schikking van $670 miljoen vorige maand in verband met het dumpen van de giftige chemische stof C8, ook bekend als perfluoroctaanzuur, in de Ohio-rivier.

Een andere bron van blootstelling aan deze chemicaliën werd in februari gemeld, toen uit een onderzoek bleek dat een derde van de fastfoodverpakkingen was behandeld met deze gefluoreerde chemicaliën.

"Er was bezorgdheid dat deze chemicaliën rechtstreeks in het voedsel zouden kunnen komen dat in een behandelde verpakking was verpakt, " zei Peaslee, die door deeltjes geïnduceerde gammastraling gebruikten om de bevindingen te doen die in februari werden gerapporteerd. "Een grotere zorg is dat, omdat deze chemicaliën lange tijd in het milieu aanwezig blijven, wanneer de behandelde consumentenproducten op de vuilstort terechtkomen, deze chemicaliën zullen opnieuw in ons drinkwater verschijnen. Deze algemene resultaten stellen al vraagtekens bij de veiligheid van deze alternatieve PFAS-verbindingen met een kortere keten."

Lapi zegt dat de nieuwe nieuwe tool die door de onderzoeksteams is ontwikkeld, kan worden gebruikt voor het bestuderen van PFAS-gedrag in milieusaneringsstudies om het lot van radioactief gelabelde verbindingen in milieubehandelingssystemen te meten.

"Dit is een geweldige eerste stap, " zei Lapi, "en het onderstreept de noodzaak van verdere studies om verschillende PFAS-verbindingen in verschillende biologische en omgevingssystemen agressief te onderzoeken om de volledige impact van deze nieuwe radiosynthetische methode te beoordelen."

Naast nier- en teelbalkanker, wetenschappers hebben eerder een hoog cholesterolgehalte gevonden, schildklier aandoening, zwangerschap-geïnduceerde hypertensie en colitis ulcerosa te correleren met de hoeveelheid perfluoroctaanzuur, of PFOA, gevonden in het bloed van mensen die werden blootgesteld aan het besmette water.

Als resultaat, de Environmental Protection Agency en Amerikaanse fabrikanten hebben een compromis bereikt om tegen 2015 vrijwillig twee specifieke "long-chain" PFAS van de Amerikaanse markt te verwijderen, waaronder PFOA. Echter, industry has switched from these "long-chain" forms of PFAS to shorter-chained versions of the same chemicals, Peaslee says. There are no toxicology data available for most of the alternative short-chain PFAS compounds used commercially.

Additional importance, future steps

Lapi's team makes radioactive molecular imaging agents for nuclear medicine using the UAB Imaging Facility's cyclotron, a type of particle accelerator that moves protons, one kind of charged particle, along a spiral path to strike a material to produce radioisotopes. These radioisotopes can be chemically attached to molecules created to home in on biological targets of interest. These targets typically include certain receptors on cancer, and lung and heart function. They also look at different tracers for neurology.

When researchers looked at the PFAS chemicals and saw their structure, Lapi says, her group thought the chemistry of the compound was amenable enough to do radiolabeling with their techniques.

"Conventionally, tracing these PFAS compounds is very difficult, " Lapi said. "These compounds are not UV active, and they're very difficult to detect. There are some techniques where you can detect total fluorine concentration, but that does not give you an idea of which compound the fluorine is attached to. With our method, we can actually tag the intact compound with a fluorine 18 radio tracer, and it gives us a handle so we can see where that compound is going and make very sensitive measurements. These sensitive measurements are probably the most important thing, because it's so difficult to detect in other methods, where you would have to take the liver out, homogenize it, extract the chemical out and do mass spectrometry to see how much of the chemical is in there. And you'd have to do it with every single organ. For us, we can take the whole mouse, image it, and we're done. Or we can take the tissues and we can count it, and we're done. It's a much quicker and less time-consuming method to look at where these go."

Tot dusver, Lapi says, the group has looked at three compounds, far short of the hundreds of PFASs that have been identified.

"While I don't think we will look at all of these PFASs, we would like to look at different families of these compounds and see how they are distributed in the body, " Lapi said. "Because even with very small changes in these compounds, we were able to see differences in brain uptake, which is important because these may have neurological impacts. We saw different clearance patterns, blood binding and other things. We want to look at different classes of compounds, how they're excreted from the body, how they accumulate, and see if we can really say something about how you would get rid of these compounds."

The next step after that would be to identify how this newly discovered technique could be used to clean up compounds in environmental situations where there is a contaminate issue.

"We want to know if, zeggen, we have a huge contaminated water supply full of PFASs, how do we make techniques to get PFAS out of the water supply, " she said. "Perhaps we can take a bucket of water, spike it with our radioactive substance, put it through filters and different types of cleanup technologies, and see how we can effectively extract that compound from the water supplies."

Lapi and her team are excited that they have been able to show how to take techniques from nuclear medicine and previous UAB imaging studies and apply them to environmental compounds—a significant achievement moving forward.

"When people think of radio chemistry, they typically think of tritium or carbon 14 or these very long-lived compounds when doing these pharmacokinetic studies, " Lapi said. "Now we have a whole host of different radio isotopes with different chemical properties, and we really have these nice tools that we can use for different applications outside of nuclear medicine, like environmental cleanup applications."