Empa-Forschende entwickeln neue Flammschutzmittel

Toxikologischer Cross-Check

17.07.2016 | CORNELIA ZOGG
Sie sind unsichtbare Helfer in Autositzen, Mobiliar, Dichtungsschäumen und sogar in Flugzeugen: Flammschutzmittel. Allerdings sind deren Inhaltsstoffe nicht immer unbedenklich. Ein Empa-Team hat drei neuartige Flammhemmer entwickelt und auf ihre Toxizität untersucht – nicht alle haben den Test bestanden.
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Die Forschung ist bestrebt, immer bessere und sicherere Flammschutzmittel zu entwickeln. So hat etwa das Team von Sabyasachi Gaan von der Empa-Abteilung „Advanced Fibers“ drei neue Mittel synthetisiert, die über gleiche oder verbesserte Flammschutzwirkung verfügen, als bisher erhältliche Produkte. Doch ehe ein Flammschutzmittel überhaupt für die Massenproduktion in Frage kommt, ist es unabdingbar, die Sicherheit für den Menschen zu gewährleisten. Dass eine vorgängige toxikologische Abklärung von Vorteil ist, zeigt das Beispiel des Flammschutzmittels TCCP, das erst nach seiner Markteinführung für den Menschen als giftig klassiert worden war und nun sukzessive vom Markt genommen werden muss. Die neu entwickelten Flammschutzmittel von Gaan und seinem Team sind Derivate eines bestehenden Mittels („DOPO“) und nennen sich ETA-DOPO, EG-DOPO und EDA-DOPO. Experten der Empa-Abteilung «Particles-Biology Interactions» haben die Substanzen einem toxikologischen Cross-check unterzogen.
Tests mit verschiedenen Zellen
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in vitro-Kultur menschlicher Nervenzellen (gelb gefärbt; Zellkerne: lila) mit steigenden Konzentrationen verschiedener Flammschutzmittel: PBDE 99 ist ein bereits verwendetes Flammschutzmittel, das im Verdacht steht, ein gesundheitsschädlich zu sein; die Substanz diente als Positivkontrolle. Bei der Konzentration von 100 µM zeigen sowohl PBDE 99 als auch ETA-DOPO und EG-DOPO eine deutliche Schädigung der Zellen, während dies bei DOPO und EDA-DOPO nicht zu beobachten war.

Das Team um Cordula Hirsch exponierte sowohl Lungenzellen als auch Makrophagen (Fresszellen) mit den Flammschutzmitteln. Die Empa-Forscherin konnte nur für eine der drei Substanzen keine toxischen Reaktionen feststellen. Doch die Lunge ist hauptsächlich bei der Herstellung und Verarbeitung in Pulverform von den Auswirkungen der Flammschutzmittel betroffen. Später gelangen die giftigen Stoffe über die Haut in den Organismus und können dort entweder Hautschäden oder sogar neurotoxische Wirkung entfalten.

Daher gab Hirsch die Proben an Stephanie Mathes von der Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW) in Wädenswil weiter, die zusammen mit ihrem Team die neuen Flammschutzmittel auf ihre Hautverträglichkeit untersuchte. Dabei züchteten die Forscherinnen menschliche Haut und behandelte diese mit unterschiedlich hohen Konzentrationen des Flammschutzmittels. Für die neurologischen Abklärungen war Stefan Schildknecht mit seinen Mitarbeitern von der Universität Konstanz zuständig. Dabei untersuchte er die direkte Wirkung des Stoffes auf neuronale Effekte mit Hilfe von Tests mit Hirnzellen.

Fazit der Forschenden: Zwei der drei Flammschutzmittel fielen bei den Tests durch. Beide führten zu einer Schädigung der verwendeten Testzellen und kommen so für eine Weiterentwicklung nicht mehr in Frage. Die Forschenden haben allerdings auch gezeigt, dass das neu entwickelte EDA-DOPO nicht nur eine bessere Flammschutzwirkung aufweist als bisher erhältliche Produkte, sondern auch bei den  durchgeführten Tests keinerlei toxische Wirkung aufweist. Somit ist EDA-DOPO ein guter Kandidat, um die nächsten Schritte in Angriff zu nehmen.

Informationen

Dr. Cordula Hirsch
Particles-Biology Interactions Laboratory
Tel. +41 58 765 7791

Dr. Sabyasachi Gaan
Advanced Fibers
Tel. +41 58 765 76 11

 

Redaktion / Medienkontakt

Cornelia Zogg
Kommunikation
Tel. +41 58 765 45 92

 


Literatur

Multiparameter toxicity assessment of novel DOPO-derived organophosphorus flame retardants, C Hirsch, B Striegl, S Mathes, C Adlhart, M Edelmann, E Bono, S Gaan, KA Salmeia, L Hoelting, A Krebs, J Nyffeler, R Pape, A Bürkle, M Leist, P Wick, S Schildknecht, Archives of Toxicology, DOI: 10.1007/s0204-016-1680-4