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Forscher fordern gemeinsame Protokolle zur toxikologischen Bewertung von E-Zigaretten

Die europäische Tabakproduktrichtlinie (TPD) verlangt von Herstellern von E-Zigaretten (ECs), dass sie vor dem Verkauf Informationen über ihre Produkte, einschließlich der toxischen Daten, einreichen. Ein einfaches toxisches Screening-Verfahren könnte die gesamte zytotoxische Wirkung von E-Liquids oder ECs-Aerosol-Emissionen in einer einzigen Testreihe messen. Jedoch gibt es unter Forschern keine Einigkeit darüber, welche Zelllinie für die toxikologische Bewertung von ECs-Aerosol-Emissionen am besten geeignet ist. Die Autoren empfehlen, dass Forscher gemeinsam validierte Protokolle entwickeln, um Einigkeit in der Methodik zu erzielen.


Zusammenfassung

Es ist sinnvoll, eine einfache toxikologische Screening-Methode in Betracht zu ziehen, die das gesamte zytotoxische Potenzial der Aerosole von E-Liquids oder elektronischen Zigaretten (ECs) in einem einzigen Test bewertet. Es herrscht jedoch zunehmend Verwirrung, da mehrere Forscher ihre eigene Lösung für dieses Problem befürworten. Wir diskutieren hier als Beispiel die jüngste Arbeit von Scheffler und Kollegen, in der die Autoren vorschlagen, dass relevantere und gut differenzierte Zelllinien aus den menschlichen Atemwegen die geeignetsten Kandidaten für die toxikologische Bewertung der Aerosolemissionen von E-Zigaretten sein könnten. Wir sprechen Empfehlungen für validierte Protokolle aus und plädieren für eine international koordinierte Anstrengung, um einen Konsens über die Methodik zu erzielen.

Gemäß der Tabakproduktrichtlinie (TPD) der Europäischen Union werden elektronische Zigaretten (ECs) ab Mai 2016 reguliert werden [1]. Insbesondere verpflichtet die TPD die Hersteller und Importeure von elektronischen Zigaretten und Nachfüllbehältern, den zuständigen Behörden der Mitgliedstaaten eine Meldung vor dem Inverkehrbringen solcher Produkte vorzulegen, die sie auf den Markt bringen wollen. Die Meldung muss einige Informationen enthalten, darunter toxikologische Daten zu den Aerosolemissionen des Produkts. Die Hersteller sind verpflichtet, die ihnen zur Verfügung stehenden toxikologischen Daten vorzulegen (z. B. eine Zusammenstellung der öffentlich zugänglichen Literaturdaten), sie müssen jedoch keine spezifischen toxikologischen Tests durchführen und zusammen mit der Meldung einreichen, da dies weder in der Verteilerrichtlinie noch im Entwurf des Durchführungsgesetzes ausdrücklich erwähnt wird. Die Meldung vor dem Inverkehrbringen kann jedoch durch toxikologische Tests mit dem Produkt ergänzt werden, die der Hersteller möglicherweise selbst durchgeführt hat.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass es sinnvoll ist, eine einfache toxikologische Screening-Methode in Betracht zu ziehen, die das gesamte zytotoxische Potenzial von E-Liquids oder EG-Aerosolen in einem einzigen Test bewertet, anstatt eine lange Liste toxikologischer Risikobewertungen von mehreren Dutzend isoliert getesteten Chemikalien vorzulegen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass toxikologische Erkenntnisse aus einem solchen In-vitro-Zellzytotoxizitätssystem auch das toxikologische Potenzial aufdecken können, das auf unbekannte Verunreinigungen/Nebenprodukte in den EEG-Emissionen zurückzuführen ist.

Obwohl es nicht allzu schwierig sein sollte, dies in die Praxis umzusetzen, herrscht zunehmend Verwirrung, da mehrere Forscher ihre eigene Lösung für dieses Problem befürworten. Als Beispiel sei hier die jüngste Veröffentlichung von Scheffler und Kollegen [2] genannt. Die Autoren versuchen, den Bedarf an geeigneten Zytotoxizitätsmodellen zum Testen von E-Liquids oder ECs-Aerosolen zu decken, indem sie vorschlagen, dass ihre hauseigene immortalisierte menschliche Bronchialepithelzelllinie (d. h. CL-1548) der geeignetste Kandidat für eine toxikologische Bewertung wäre.

Ihre Arbeitshypothese lautet, dass es wichtig ist, den anatomischen Ort der primären Auswirkung von Aerosolen (d.h. die leitende Zone der Atemwege) zu berücksichtigen, um ein relevanteres Zellkulturmodell für eine toxikologische Bewertung von EG-Emissionen zu schaffen. Ausgehend von der Annahme, dass die meisten dieser Emissionen auf die Atemwege (und nicht auf die Alveolenauskleidung) einwirken, kommen sie zu dem Schluss, dass die menschliche Bronchialepithelzellkultur das am besten geeignete Modell ist, und schlagen ihre hauseigene immortalisierte menschliche Bronchialzelllinie (d. h. CL-1548) als Kandidat vor. Das Hauptproblem bei diesem Ansatz ist, dass vollständig charakterisierte humane bronchiale Epithelzelllinien bereits von ATCC (z. B. BEAS-2B, 16HBE) erhältlich sind und im Allgemeinen von der FDA für regulatorische Zwecke verwendet werden [3,4] und dass die Zelldifferenzierung keine wesentliche Voraussetzung für Zytotoxizitätstests ist.

Die Autoren verglichen die Zelllebensfähigkeit von EG-Aerosol-Emissionen mit der von Zigarettenrauch (Positivkontrolle) und sauberer Luft (Negativkontrolle) 24 Stunden nach der Exposition normaler menschlicher Bronchialepithelzellen (NHBE), immortalisierter menschlicher Bronchialepithelzellen (CL-1548) und adenokarzinomatöser menschlicher Alveolarbasalepithelzellen (A549). Nach 24-stündiger Inkubation mit Aerosolemissionen war die Lebensfähigkeit der Zellen in CL-1548 wesentlich stärker reduziert als in A549 und weniger als in NHBE. Aus dieser Beobachtung ziehen die Autoren den Schluss, dass es am besten ist, CL-1548 aufgrund seiner erhöhten zytotoxischen Empfindlichkeit für Tests mit EG-Aerosolemissionen zu verwenden. Die Empfindlichkeit einer Zelllinie ist ein relatives Konzept, und es ist nicht überraschend, dass verschiedene Zelltypen mit unterschiedlichem Differenzierungsgrad eine unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen können. Daher müssen Schlussfolgerungen über die Eignung einer Zelllinie im Vergleich zu einer anderen als der "geeignetste" Kandidat für eine toxikologische Bewertung über vereinfachende Überlegungen über den anatomischen Ort der primären Wirkung von Aerosolen hinaus begründet werden. Was wäre, wenn nach der Exposition gegenüber EG-Aerosol-Emissionen die Lebensfähigkeit der Zellen in alternativen bronchialen Epithelzelllinien (z. B. BEAS-2B, 16HBE) nicht reduziert wäre? Diese Zelllinien sollten zu Kontrollzwecken und zur Unterstützung der Arbeitshypothese der Autoren einbezogen werden. Dennoch ist die Zelldifferenzierung keine wesentliche Voraussetzung für Studien zur regulatorischen Zytotoxizität, sie kann jedoch ein gültiger wissenschaftlicher Ansatz sein, wenn es um andere Aspekte der Gesundheit des Bronchialepithels geht (z. B. Verringerung der Zilienschlagfrequenz, elektrophysiologische Studien zur Feststellung dysfunktionaler tight junctions usw.).

Es ist auch nicht gerechtfertigt, eine bestimmte Zelllinie auszuwählen, nur weil sie eine vordefinierte Reaktion erzeugt. Es ist unter Forschern sehr üblich, diejenigen Zelllinien zu wählen, die die gewünschten Reaktionen hervorrufen. Daher kann die Eignung einer Zelllinie im Vergleich zu einer anderen als der "geeignetste" Kandidat auch durch den Nachweis positiver Reaktionen und nicht durch rationale Entscheidungen bestimmt werden.

Bei der Analyse positiver Reaktionen in Bezug auf die Zelltoxizität haben Scheffler und Koll. [2] dem anatomischen Ort der primären Einwirkung von Aerosolen große Aufmerksamkeit geschenkt, aber nicht erkannt, dass die Aerosol- und Raucherzeugungsprotokolle der wichtigste Faktor sind, der die Zytotoxizität beeinflusst. Aus diesem Grund ist es wichtiger, die richtigen Expositionsprotokolle (Zeit, Dosis) in Bezug auf das verwendete Kulturmodell festzulegen. Es gibt keine Rechtfertigung dafür, Zellkulturen bei ECs 200 Zügen und bei herkömmlichen Zigaretten nur 60 Zügen auszusetzen. Diese Entscheidung ist willkürlich und führt zu einer Verzerrung beim Vergleich der Zytotoxizität von EC-Aerosol-Emissionen und Tabakrauch. Diese methodischen Probleme treten häufig auf, wenn keine validierten Protokolle verwendet werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Bewertung potenzieller zytotoxischer Wirkungen von EG-Aerosolemissionen ein Vergleich mit den Wirkungen von Zigarettenrauch zwingend erforderlich ist. In Ermangelung klar definierter Methoden zur Erzeugung von EG-Aerosolen und Expositionsprotokollen wird empfohlen, eine Studie nach ISO 10993-5 [5] an menschlichen Bronchialepithelzelllinien durchzuführen, die bei ATCC erhältlich sind (z. B. BEAS-2B, 16HBE). Das ISO 10993-5-Protokoll hat vorgegebene Toxizitätsendpunkte (d.h. <70% Zellüberleben), definiert die Expositionshöhe (Extrakt von 1% Konzentration) und wird für die Zulassung von medizinischen Geräten oder Produkten verwendet. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die künftige Bewertung des Schadenspotenzials von EG-Aerosolemissionen von der kontroversen toxikologischen Debatte abweicht, die in den jüngsten Laborstudien aufgrund von Versuchsprotokollen geführt wurde, die keine realistischen Anwendungsbedingungen nachahmen [6]. Nicht zuletzt ist es angesichts der besorgniserregenden Uneinheitlichkeit der Methoden zur Erzeugung von EG-Aerosolemissionen [7] von entscheidender Bedeutung, international koordinierte Anstrengungen zu unternehmen, um einen technischen Konsens herzustellen, wenn wir die Wissenschaft voranbringen und die Regulierungsbehörden besser informieren wollen.

https://doi.org/10.3390/ijerph13010108

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26751462/

Polosa R, Caruso M, Guarino F. Comments on Scheffler et al. Cytotoxic Evaluation of E-Liquid Aerosol using Different Lung Derived Cell Models. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2015, 12, 12466-12474. Int J Environ Res Public Health. 2016;13(1):108. Published 2016 Jan 6. doi:10.3390/ijerph13010108