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In der Entwicklungsphase sind Tiere sehr anfällig für die Auswirkungen von Umweltverschmutzungen. Es hat sich gezeigt, dass die Exposition gegenüber Chemikalien in kritischen Schwangerschaftsphasen zu angeborenen Missbildungen und spontanen Fehlgeburten führt. Daher wäre das Verständnis der Wirkungsweise potenzieller Giftstoffe bei der Vorbeugung oder Behandlung von Spontanaborten oder angeborenen Krankheiten, die durch Umweltschadstoffe verursacht werden, von Vorteil. Aufgrund der Komplexität, des Aufwands und der übermäßigen Kosten, die mit diesen Experimenten verbunden sind, ist es jedoch schwierig, die Mechanismen zu untersuchen, die der Entwicklungstoxizität von Umweltchemikalien mit herkömmlichen Tiermodellen zugrunde liegen. In dieser Methodensammlung haben Autoren aus verschiedenen Forschungsbereichen neuartige Techniken und alternative Modelle eingesetzt, um die Entwicklungstoxizität von Umweltchemikalien zu untersuchen.
Es ist bekannt, dass das Herz eines der frühesten Organe ist, das während der Embryogenese gebildet wird, und dieses Organ ist besonders anfällig für Umwelteinflüsse. Forschungsschätzungen zeigen, dass angeborene Herzfehler für etwa ein Drittel aller bekannten Geburtsfehler verantwortlich sind und die Hauptursache für die Säuglingssterblichkeit sind1. Leider sind traditionelle Tiermodelle entweder zu aufwendig oder unempfindlich, um entwicklungstoxische Effekte im Herzen zu erkennen. Zwei Arbeiten aus dieser Methodensammlung untersuchen die nachteiligen Auswirkungen von Feinstaub in der Umgebung (PM2,5), per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), Dieselabgasen (DE) und Nanomaterialien auf die Herzentwicklung anhand von Zebrafisch- und Hühnerembryonen 2,3. Unter Verwendung der Prinzipien der Immunfluoreszenz-Assay-Technik werden 8-Hydroxy-2'-Deoxygenase (8-OHdG), ein Marker für oxidative DNA-Schäden, und H2AX, ein empfindlicher Marker für DNA-Doppelstrangbrüche, im Herzen von Zebrafischembryonen nach Exposition gegenüber extrahierbarem organischem Material (EOM) von PM2,52 konsistent nachgewiesen. In ähnlicher Weise werden auch DNA-Schäden an Kardiomyozyten und die Dicke der rechtsventrikulären Wand in isoliertem Herzgewebe unter Verwendung der gleichen Immunfluoreszenz- und histochemischen Techniken eindeutig nachgewiesen3.
Das Zebrafischmodell kann auch zur Untersuchung der Skelettmorphogenese verwendet werden. Es wurde weithin berichtet, dass die Exposition gegenüber Blei dazu führt, dass sich diese Chemikalie in den gesamten Entwicklungsstadien im Skelett ansammelt, was zu Knochenschäden führt. Ding et al. verwendeten Alizarin Rot, um die Knochenstrukturen zu markieren und zeigten, dass die Bleiexposition die Knochenmineralisierung in Zebrafischlarven signifikant verringerte, was darauf hindeutet, dass die Bleiexposition ein Risikofaktor für Knochenverlust während der Skelettentwicklung ist4.
Pestizide sind bekannt für ihre hohe Persistenz in der Umwelt. Der allgegenwärtige Einsatz von Pestiziden ist ein Risikofaktor für die Häufigkeit und Vielfalt von Bestäukern, die eine wesentliche Rolle für die Ökosystemleistungen der modernen globalen Landwirtschaft spielen. Song et al. stellten eine neuartige Immersionsmethode vor, um die toxischen Wirkungen von Chlorpyrifos, einem sehr beliebten Pestizid, auf die Larven der Solitärbiene Osmia excavata5 zu untersuchen. Sie identifizierten den LD50-Wert für Chlorpyrifos anhand der Larven von O. excavata und fanden heraus, dass die Chlorpyrifos-Exposition die Eklosionsrate dosisabhängig signifikant reduzierte.
Das Adverse Outcome Pathway (AOP)-Framework, das molekulare Ursachen hervorhebt und die Verwendung alternativer Testmodelle erleichtert6, ist ein entscheidender Bestandteil von Toxicology in the 21st Century (Tox21)6. Nach Leist et al. stellt AOP eine Verbindung zwischen einem molekular initiierenden Ereignis (MIE) und einem unerwünschten unerwünschten Ergebnis (AO) durch Schlüsselereignisse (KE) her, wie es durch Schlüsselereignisbeziehungen (KER) definiert ist7. Auf diese Weise kann der AOP-Rahmen die Übersetzung molekularer und mechanistischer Daten aus Tierversuchen in Endpunkte für die Verwendung in Sicherheitsbewertungen erleichtern6. Die Artikel in dieser Methodensammlung bieten eine leistungsfähige Reihe von Techniken und Modellen zur Untersuchung der molekularen Mechanismen, durch die Umweltschadstoffe verschiedene Entwicklungstoxizitäten verursachen. Wir hoffen, dass diese Sammlung bei der Risikobewertung von Umweltschadstoffen von großem Nutzen sein wird.