Toxikokinetische Modellierung

In welchem Maße werden organische Chemikalien über die Nahrung, die Luft oder das Wasser in den Organismus aufgenommen? In welchen Organen werden sie angereichert, wie abgebaut und ausgeschieden? Wie spielen all diese Prozesse zusammen und was bedeutet dies für die Toxizität und Bioakkumulation? Welche Unterschiede treten zwischen den verschiedenen Organismen auf? Wie müssen experimentelle Testsysteme aussehen, die uns erlauben, ohne Tierversuche möglichst viel über diese Fragestellungen zu lernen?

Zehntausende organische Chemikalien müssen in Bezug auf ihre Toxizität und ihr Umweltverhalten beurteilt werden, bevor sie zugelassen werden können. Das ist aufwendig und teuer und erfordert aktuell häufig auch Tierversuche. Trotz des hohen Aufwands bleiben am Ende Unsicherheiten in der Beurteilung. Unser Anliegen ist es, Tierversuche zu vermeiden und durch ein verbessertes mechanistisches Prozessverständnis den Beurteilungsprozess zu optimieren und zu vereinfachen.

In unserer Arbeitsgruppe führen wir Experimente durch, um Zusammenhänge zwischen der molekularen Struktur von Chemikalien und deren physikalisch-chemischen Eigenschaften herauszufinden, beispielsweise die Tendenz zur Bindung an Proteine oder Fette oder die Permeabilität durch Zellmembranen. Entdecken wir solche Zusammenhänge, dann können wir sie nutzen, um Vorhersageinstrumente zu entwickeln. All diese Detailinformationen fließen außerdem in mathematische Modelle ein, die den Verbleib von Chemikalien in aquatischen und terrestrischen Organismen beschreiben. Diese Modelle sollen helfen, toxische Effekte von Chemikalien besser zu verstehen und vorhersagbar zu machen. Dazu gehört auch die in vitro – in vivo Extrapolation mit deren Hilfe Prozesse wie Toxizität oder Metabolismus in vitro gemessen und dann auf in vivo Situationen (also lebende Organismen) übertragen werden.

Mit unserer Arbeit verfolgen wir das Ziel, ausgehend von der molekularen Struktur von Chemikalien und mithilfe von detaillierten physiologischen Informationen, die Wirkung von organischen Chemikalien in Organismen vorhersagbar zu machen. In einer mehrstufigen Herangehensweise, die Experimente und Modellierung umfasst, soll mit geringstmöglichem Aufwand ein Maximum an Information erreichbar werden.