Aboca S.p.A. | Studienergebnisse
NACHWEIS FÜR SCHNELLE BIOLOGISCHE ABBAUBARKEIT VON GRINTUSS KINDERSAFT
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Der Nachweis erfolgte mithilfe einer modernen und zuverlässigen spektrometrischen Technik wie der UHPLC-qToF (Ultra High Performance Liquid Chromatography) in Verbindung mit einem qToF-Massenspektrometer. Die Studie zeigt vor allem, dass Mischungen aus Naturstoffen und synthetische Mischungen nicht gleich gut biologisch abbaubar sind. Zudem wurde nachgewiesen, dass sich der biologische Abbau eines reinen Wirkstoffs von dem eines in einer pharmazeutischen Formulierung enthaltenen Wirkstoffs unterscheidet.
Daher sollte der biologische Abbau synthetischer Mischungen nicht nur auf der Grundlage der einzelnen gereinigten Bestandteile, sondern auch als Ganzes unter Verwendung eines nicht-reduktionistischen analytischen Ansatzes bewertet werden. In Anbetracht dieser Schlussfolgerungen schlägt die Studie eine Aktualisierung der derzeit üblichen Protokolle für die Bewertung der Umweltauswirkungen künstlicher chemischer Produkte und Mischungen unter Verwendung moderner Technologien vor, die üblicherweise in Analyselabors eingesetzt werden.
Die in der Fachzeitschrift „Environmental Science: Advances“ veröffentlichte und von der Royal Chemical Society ausgezeichnete Studie zeigt den Unterschied im biologischen Abbauprofil zwischen dem natürlichen Hustensaft von Aboca und einem synthetischen Produkt mithilfe der innovativen spektrometrischen Analysetechnik UHPLC-qToF.
Der Vergleich zwischen den beiden hustenlindernden Formulierungen wurde von der Abteilung „Metabolomics and Analytical Sciences“ von Aboca durchgeführt, die sich mit der Charakterisierung komplexer therapeutischer Systeme und deren Nachhaltigkeit befasst. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie wichtig es ist, genauere Analyseverfahren einzusetzen, um den biologischen Abbau und die Umweltauswirkungen der Wirk- und Trägerstoffe pharmazeutischer und kosmetischer Produkte zu bewerten, und sich nicht auf einzelne isolierte Bestandteile zu beschränken.
Biologische Abbaubarkeit und die Grenzen der aktuell zu ihrer Bewertung angewandten Techniken
Unter biologischem Abbau versteht man die Zerlegung organischer Stoffe durch lebende Mikroorganismen in die einfachsten natürlichen Elemente (z.B. Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak), die dann wiederum in die biogeochemischen Kreisläufe integriert werden können. Anthropogene und industrielle Aktivitäten haben zur Bildung neuer umweltschädlicher Verbindungen geführt, deren Freisetzung in die Umwelt für zahlreiche negative Auswirkungen verantwortlich ist.
Die Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit von Chemikalien ist daher von entscheidender Bedeutung für die Bewertung potenzieller Umweltrisiken. Es gibt derzeit sieben gängige Tests zur leichten biologischen Abbaubarkeit (Ready Biodegradability Tests oder RBT), die in den Richtlinien der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) empfohlen werden. Bei diesen Tests werden Mikroorganismen und die Prüfsubstanz in der Regel in einem gepufferten Medium mit einem pH-Wert von 7 inkubiert, das Stickstoff, Phosphor und Spurenelemente enthält (sogenanntes „mineralisches Medium“).
Die Kinetik des biologischen Abbaus wird über einen Zeitraum von mindestens 28 Tagen anhand von Stoffwechselparametern wie Sauerstoffverbrauch, Kohlendioxidproduktion oder Verbrauch an gelöstem organischem Kohlenstoff überwacht. Der RBT misst die Umwandlung einer gereinigten Chemikalie oder eines Gemischs in Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak (im Falle von stickstoffhaltigen Stoffen). Die untersuchten Proben werden als leicht biologisch abbaubar eingestuft, sobald sie auch nur einen der RBT-Tests bestanden haben.
Die Frage der potenziellen Ökotoxizität von Stoffen, die auch therapeutisch eingesetzt werden, ist sowohl für die Gesundheits- als auch für die Regulierungsbehörden von Bedeutung. So wurden bereits wichtige Grundsätze der Öko-Pharmakovigilanz eingeführt, zu denen auch die Umweltrisikobewertung gehört.
Diese Überwachungsmaßnahmen basieren jedoch auf Leitlinien, die den biologischen Abbau und die Auswirkungen einzelner Stoffe und nicht der komplexen Gemische, zu denen sie gehören, bewerten. Die von der Abteilung „Metabolomics and Analytical Sciences“ von Aboca durchgeführte Studie schlägt stattdessen eine neue Methodik vor, mit der die biologische Abbaubarkeit komplexer natürlicher und synthetischer Gemische bewertet werden kann.
Die veröffentlichte Studie und die Innovation von Aboca
Die durchgeführte Studie untersuchte zwei Hustensaftmischungen. Mischung A enthielt synthetische Inhaltsstoffe wie Bromhexin, Maltitol, Sucralose sowie Konservierungs- und Aromastoffe. Mischung B bestand ausschließlich aus natürlichen Inhaltsstoffen und entspricht dem Hustensaft GrinTuss Kindersaft von Aboca. Dieser enthält Poliresin (einen Molekülkomplex aus Harzen, Polysacchariden und Flavonoiden aus Grindelie, Spitzwegerich und Strohblume), Honig, Rohrzucker, Wasser, ätherische Öle aus Zitrone, Süßorange und Myrte, natürliches Zitronenaroma, Gummi arabicum und Xanthan.
Mit beiden Formulierungen wurde ein RBT-Abbautest gemäß OECD-Richtlinie durchgeführt, um mit respirometrischen Techniken den biologischen Abbau der Stoffe in wässrigem Medium in Gegenwart von Mikroorganismen zu überprüfen, wobei der Sauerstoffverbrauch gemessen wurde. Je höher der gemessene Sauerstoffverbrauch, desto höher der Grad des biologischen Abbaus des untersuchten Gemisches.
Um das biologische Abbauverhalten der RBT-Proben besser untersuchen zu können, wurden diese mit einem innovativen analytischen Ansatz, der von Aboca zum Patent angemeldet wurde, weiter untersucht. Dieser Ansatz umfasst die gezielte und ungezielte UHPLC-qToF-Metabolomanalyse (Ultra High Performance Liquid Chromatography in Verbindung mit einem qToF-Massenspektrometer). Mit dieser Methode werden komplexe Formulierungen und nicht einzelne Komponenten analysiert, wie es hingegen bei den internationalen Standardmethoden zur Analyse der biologischen Abbaubarkeit der Fall ist.
Es zeigte sich, dass Mischung A im Gegensatz zu Mischung B auch nach 28 Tagen noch viele persistente Moleküle des Wirkstoffs und der Trägerstoffe enthielt, während sich die Signale der Mischung B mit denen der Probe ohne Produkt, dem „mineralischen Medium“, überlagerten. Die Ergebnisse der UHPLC-qToF-Studie belegen die schnelle biologische Abbaubarkeit von GrinTuss Kindersaft von Aboca im Gegensatz zur synthetischen Formulierung. Die beiden Mischungen wiesen also unterschiedliche biologische Abbaubarkeitsprofile auf.
Die Entscheidung für die Anwendung dieser Methode war entscheidend, um festzustellen, ob tatsächlich alle Moleküle nach 28 Tagen biologisch abgebaut waren. Es genügt nicht, lediglich den Sauerstoffverbrauch während des biologischen Abbaus zu quantifizieren: Mikroorganismen können bestimmte Stoffe abbauen, während sie andere unverändert belassen, wie im Fall des Gemisches aus Bromhexin und Sucralose. Um ein umfassendes analytisches Bild zu erhalten, ist es entscheidend herauszufinden, welche Stoffe tatsächlich biologisch abgebaut wurden und welche zusätzlichen Verbindungen durch diese Umwandlung entstanden sind.
Die Studie unterstreicht zudem die Notwendigkeit einer eingehenden Untersuchung der sogenannten Trägerstoffe, die üblicherweise als „inert“ betrachtet werden, aber erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben können. Basierend auf den Ergebnissen schlägt die Studie vor, dass der Einsatz moderner Techniken (wie z.B. UHPLC-qToF) für eine genauere und zuverlässigere Bewertung des biologischen Abbaus und damit der Umweltauswirkungen von pharmazeutischen und kosmetischen Produkten, die sowohl Wirkstoffe (API) als auch Trägerstoffe enthalten, in Betracht gezogen werden sollte.
„Im Vergleich zu den RB-Tests verdeutlicht unsere neue Analysemethode, dass natürliche und synthetische Formulierungen nicht den gleichen Grad an biologischer Abbaubarkeit aufweisen. Die UHPLC-qToF-Methode zeigt eindeutig, dass die synthetische Formulierung mit ihren Wirkstoffen und Trägerstoffen nicht vollständig biologisch abbaubar ist – im Gegensatz zur 100 Prozent natürlichen Formulierung von Aboca. Wir sind stolz auf dieses Ergebnis und die Anerkennung, da es zunehmend wichtig wird, therapeutische Entscheidungen aus einer ganzheitlichen Gesundheitsperspektive zu treffen. Diese Perspektive basiert auf wissenschaftlichen Erkenntnissen und berücksichtigt ein erweitertes Nutzen-Risiko-Verhältnis, das sowohl einzelne Lebewesen als auch die Umwelt in den Fokus nimmt“, erklärt Mattia Gianni, Metabolomics & Analytical Sciences Manager von Aboca.
Studie: Mattoli L., Proietti G. et al. New insight into the evaluation of complex mixture biodegradability: an UHPLC-qToF “all-ion MS/MS” acquisition technique for the untargeted and targeted analysis of pharmaceutical formulation biodegradation. Environ. Sci.: Adv., 2022,1, 725-735