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Süßwasserökosysteme stellen für menschliche Gesellschaften verschiedene Ökosystemdienstleistungen wie zum Beispiel Trinkwasser oder Fischressourcen bereit. In der modernen Landwirtschaft kommen große Mengen von Agrochemikalien zum Einsatz, die in die Fließgewässer gelangen und dort zur Schädigung des Ökosystems führen können. Die vorliegende Arbeit trägt wichtige Erkenntnisse zur Abschätzung von Exposition und Effekten bei, die aus dem Eintrag von Pestiziden in Fließgewässerökosysteme resultieren können. Dabei wird eine der umfangreichsten Feldstudien zu den Auswirkungen der Pestizidbelastung in kleinen landwirtschaftlichen Fließgewässern vorgestellt. Die Feldstudie wurde an 29 Bächen in zwei Gebieten Finnlands und Frankreichs durchgeführt und umfaßte die Aufnahme der Zusammensetzung der Invertebratengemeinschaften und eines wichtigen Ökosystemprozesses, dem Blattabbau. Des Weiteren wurde ein Pestizidmonitoring für Verbindungen durchgeführt, die nach den Ergebnissen behördlicher Untersuchungen in ökotoxikologisch relevanten Konzentrationen in den Gewässern vorkommen. Nach der Einleitung (Kapitel 1), werden in den Kapiteln 2-4 neue Methoden zur Erfassung der Pestizidbelastung von Fließgewässern vorgestellt und bewertet. Die Ergebnisse aus der Feldstudie zu den Auswirkungen von Pestiziden werden im Kapitel 5 präsentiert. Im 2. Kapitel wird eine neue Methode zur Erfassung von schwebstoffadsorbierten Pestiziden vorgestellt, bei der die Extraktion mit der beschleunigten Lösemittelextraktion (ASE) durchgeführt wurde. Die Methode zeigte gute Ergebnisse bezüglich Exaktheit und Genauigkeit der Wiederfindung bei der Extraktion 10 polarer und semi-polarer Pestizide verschiedener chemischer Klassen. Bei der Anwendung der Methode auf Schwebstoffproben aus den französischen Bächen wurden Konzentrationen gefunden, die auf Invertebraten toxisch wirken könnten. Zusätzlich wurde in dieser Studie die Geeignetheit von deuterierten Standards der Analyten zur Verwendung als interne Standards während der Extraktion, Aufreinigung und Analytik untersucht. Dabei zeigte sich, daß bei deuterierten Standards mit weniger als 10 Deuteriumatomen Unterschiede im Verhalten zur nicht-deuterierten Verbindung auftreten können. Das folgende Kapitel stellt ein Kalibrationsexperiment zur Ermittlung von Sammelraten für den Chemcatcher® Passivsammler mit polarer Empfängerphase vor. Sammelraten für Passivsammler werden benötigt, um nach der Ausbringung in Gewässern zeitlich-gewichtete Durchschnittskonzentrationen (engl. TWA) berechnen zu können. Für den Chemcatcher® bewegten sich die Sammelraten im Bereich von 0.1 bis 0.5 L pro Tag. Das Kalibrationsexperiment ergab zudem, daß der Chemcatcher® ohne diffusionslimitierende Membran für Felduntersuchungen mit bis zu 14 Tagen Expositionszeit geeignet ist. Die ermittelten Sammelraten werden im 4. Kapitel verwendet, um TWAs für die Freilandexposition des Chemcatchers® in den französischen Bächen zu berechnen. Ferner wird die Leistungsfähigkeit des Chemcatchers® mit zwei weiteren Verfahren zur Erfassung von gewässerbezogener Pestizidbelastung verglichen. Dabei zeigte sich, daß die Probenahme der Wasserphase mit dem Chemcatcher® oder einem ereignisbezogenen Wasserprobenehmer bei polaren und semipolaren Pestiziden ein angemesseneres Bild der Belastung liefert als die Probenahme der Schwebstoffphase. Das 5. Kapitel ist den Auswirkungen von Pestiziden gewidmet und präsentiert eine Risikoabschätzung für die Auswirkungen der Pestizideinträge in die französischen und finnischen Gewässer. Zusätzlich werden potentielle Effekte auf den Blattabbau untersucht und die Anwendbarkeit des „Gefährdete Arten“ (SPEcies At Risk - SPEAR) Index für das länderübergreifende Biomonitoring beurteilt. Das Hauptergebnis der Studie ist, daß Pestizide selbst in Konzentrationen, die bisher als unbedeutend angesehen wurden, sowohl die Struktur der Invertebratengemeinschaften verändern als auch den Blattabbau hemmen können. Des Weiteren war der SPEAR Indikator geeignet, Effekte von Pestiziden über verschiedene Regionen hinweg nachzuweisen. Zusammenfassend weist diese Arbeit nach, daß Pestizide einen wichtigen Störfaktor für Fließgewässerökosysteme darstellen können und liefert Methoden zur Expositions- und Effektabschätzung die in zukünftigen Studien Anwendung finden könnten.

Herbizide, die durch Spray-Drift, Volatilisation oder Winderosion aus landwirtschaftlichen Flächen ausgetragen werden können wiederum auf Nichtzielpflanzen gelangen. Es wird angenommen, dass Wälder eine Senke für luftgetragene Pestizide darstellen. Wirkungen von luftgetragenen Herbiziden auf Nichtzielpflanzen können nicht ausgeschlossen werden. An Blättern von Nichtzielpflanzen haftende Herbizide können wiederum durch Regenereignisse aus der Laubschicht ausgewaschen werden und in den Boden gelangen. Welche Stoffe nach deren Deposition ausgewaschen werden oder aber in der Laubschicht verbleiben hängt vom Verteilungsverhalten an der Blattoberfläche ab. In der vorliegenden Dissertation wurde das Verteilungsverhalten von current-use Herbiziden und einiger ihrer Abbauprodukte an der Oberfläche von Nichtzielpflanzen bestimmt. Als Modellorganismus diente die Waldkiefer Pinus Sylvestris L. mit deren Nadeln Versuche zur Charakterisierung des Adsorptions- und Desorptionsverhaltens von 55 Herbiziden aus wässrigen Lösungen durchgeführt wurden. Es wurden Verteilungsversuche sowohl mit rekonstituiertem epikutikulärem Wachs als auch mit intakten Kiefernnadeln durchgeführt. Für den Stoff Terbuthylazin konnte bei Versuchen mit rekonstituierten epikutikulären Wachsen eine Aufnahme aus der wässrigen Lösung in das Wachs festgestellt werden. Der Verteilungskoeffizient zwischen Wachs und Wasser betrug für die Adsorption log KWachsW = 3, 0. Für die Desorption wurde ein höherer Verteilungskoeffizient von log KWachsW = 3, 3 ermittelt und auf Grund der Differenz eine teilweise irreversible Bindung des Terbuthylazins an das epikutikuläre Wachs angenommen. Sorptionsversuche mit wässrigen Lösungen und intakten Kiefernnadeln zeigten für 19 weitere Herbizide mit einem log KOW > 3,8 eine schnelle Adsorption aus der wässrigen Phase an die Nadeloberfläche mit einer mittleren Lebensdauer für die Adsorption von 12 Minuten (Aclonifen, Bifenox, Bromoxynil-octanoat, Diflufenican, Fenoxaprop-p-ethyl, Fluazifop-p-butyl, Fluroxypyrmeptyl, Haloxyfop-ethoxyethyl, Haloxyfop-methyl, Mefenpyr-diethyl, PCP, Pendimethalin, Picolinafen, Propaquizafop, Prosulfocarb, Pyridate, Quizalofop-ethyl, Triallate und Trifluralin). Die für diese Stoffe ermittelten Kutikula/Wasser-Verteilungskoeffizienten liegen im Bereich log KCW = 3,3 bis 4,8. Für 7 Stoffe war nach einer schnellen Verringerung der Konzentration in der wässrigen Phase eine weitere stetige Abnahme der Herbizidkonzentration mit einer Lebensdauer unter 2000 Minuten zu beobachten (Fluroxypyr-meptyl, Fenoxaprop-p-ethyl, Propaquizafop, Quizalofop-ethyl, Trifluralin, Fluazifop-p-butyl und Haloxyfop-methyl), was durch eine Aufnahme der Stoffe über die epikutikuläre Wachsschicht in das innere Gewebe der Kiefernnadeln erklärt werden kann. Die Stoffe Bromoxynil-octanoat, Fluroxypyr-meptyl, Propaquizafop, Quizalofop-ethyl und Trifluralin zeigten eine irreversible Aufnahme aus wässrigen Lösungen in Kiefernnadeln. In einem Laborversuch wurde die Deposition von Herbiziden auf intakten Kiefernnadeln simuliert. Die Verteilung zwischen der epikutikulären Wachsschicht, Niederschlagswasser und den nach Extraktion mit Dichlormethan verbleibenden Nadeln wurde für das Herbizid Isoproturon und seine Abbauprodukte ermittelt. Das hierfür entwickelte Versuchsdesign erlaubte die Messung der Verteilungsvorgänge an intakten, noch am Zweig befindlichen Kiefernnadeln. Die Translokation, Volatilisation und die Bildung von Abbauprodukten konnten quantifiziert werden. Die Laborversuche ergaben, dass Isoproturon bei Kontakt mit wässrigen Lösungen sofort (Lebensdauer unter 1 Minute) von der Oberfläche der Kiefernnadeln desorbiert und nicht in das innere Gewebe der Kiefernnadel aufgenommen wird. Darüber hinaus treten bei Driftrückständen kleiner Stoffmenge und Schichtdicke (1 ng/mm²) für Isoproturon hohe Verluste (zwischen 47 und 88 % der ursprünglich applizierten Menge) durch Volatilisation und abiotischen Abbau auf. Aus den Ergebnissen der Laborversuche können Rückschlüsse zum Verbleib des Herbizids Isoproturon im Waldökosystem getroffen werden. Sie zeigen, dass Driftrückstände von polaren Herbiziden durch Regenereignisse aus der Vegetationsoberfläche von Nichtzielpflanzen ausgetragen werden und in andere Umweltkompartimente gelangen können.

Despite the great progress that has been made in the prophylaxis of oral diseases over the past decades, dental caries and periodontal diseases remain major challenges in the field of dentistry. Biofilm formation on dental hard tissues is strongly associated with the etiology of these oral diseases. Therefore, the process of bioadhesion and biofilm formation on tooth surfaces is of particular interest for dental research. The first stage of bioadhesion on dental surfaces is the formation of the pellicle layer. This mainly acellular film, composed largely of adsorbed proteins, glycoproteins, and lipids, is distinguished from the microbial biofilm (plaque). As the interface between teeth and the oral environment, the pellicle plays a key role in the maintenance of oral health and is of great physiological and pathophysiological importance. On the one hand, the pellicle shows protective properties for the underlying dental hard tissues. On the other hand, it also serves as the basis for dental plaque and therefore, for the development of oral diseases such as caries and periodontitis. Hydrophobic interactions, which are governed by lipophilic substances, are of high relevance for bacterial adherence. Therefore, pellicle lipids, which are a significant constituent of this biological structure, are an interesting target for dental research, as they could modulate oral surfaces, influence microbial interactions, and potentially impede bacterial adherence. Compared to the extensive work on the pellicle´s ultrastructure and protein/amino acid composition, little attention has been given to its lipid profile. Knowledge of the lipid composition of the pellicle may provide insight into several oral pathological states, including caries, dental erosion, and periodontal disease processes and could contribute to novel approaches in preventive dentistry. The principle aim of this thesis was the comprehensive characterization of the fatty acid (FA) profile of the in situ formed pellicle layer. This includes the influence of pellicle maturation on the FA profile as well as intra- and interindividual differences. Furthermore, investigations on the effect of rinses with edible oils on the pellicle´s FA composition were a focus of this work. For these purposes, an analytical method based on a combination of innovative specimen generation and convenient sample preparation with sensitive mass spectrometric analysis was successfully developed and comprehensively validated within this thesis. Pellicle samples were formed in situ on bovine enamel slabs mounted on individual upper jaw splints. After a comprehensive sample preparation, gas chromatography coupled with electron impact ionization mass spectrometry (GC-EI/MS) was used in order to characterize qualitatively and quantitatively a wide range of FA (C12-C24). The individual FA profiles of pellicle and saliva samples collected from ten research participants were investigated. The relative FA profiles of the pellicle samples gained from the different subjects were very similar, whereas the amount of FAs showed significant interindividual variability. Compared to the pellicle´s characteristic FA profile, higher proportions of unsaturated FAs were detected in the saliva samples, highlighting that FAs available in saliva are not adsorbed equivalently to the pellicle layer. This, in turn, shows that pellicle formation is a highly selective process that does not correlate directly with salivary composition. Additionally, pellicle samples collected after 3, 30, 60, 120, and 240 min of intraoral exposure were analyzed. It could be shown that pellicle maturation has only a minor impact on the FA composition. However, the FA content increased substantially with increasing oral exposure time. Modifying the pellicle´s lipid composition by using edible oils as a mouthwash could alter the physicochemical characteristics of the pellicle and strengthen its protective properties by delaying bacterial adhesion. Therefore, the impact of rinses with safflower oil on the pellicle´s FA composition was determined. The application of rinses with safflower oil resulted in an accumulation of its specific FAs in the pellicle, thus representing a possibility for modifying the pellicle´s lipid profile. The present work is the first to apply a validated method that combines in situ pellicle formation, sample preparation, and the comprehensive determination of FAs via a sensitive analytical method. The results provide valuable information regarding the pellicle´s FA composition which closes an existing knowledge gap in pellicle research. A broader knowledge of the lipid composition of the pellicle contributes to the understanding of oral bioadhesion processes and may help facilitate novel approaches in preventive dentistry.

Es wurde das Grundwasser von sieben verschiedenen mit teerölkontaminierten Altlastenstandorten in Deutschland (Stuttgart, Düsseldorf, Wülknitz, Lünen, Offenbach, Karlsruhe) und Österreich (Brunn am Gebirge) untersucht. 45 Einzelverbindungen, darunter PAK, NSO(hetero)-PAV sowie Derivate und Metabolite der PAK und PAV, konnten dabei in signifikanten Konzentrationen nachgewiesen werden. Für alle betrachteten Standorte ergab sich ein vergleichbares Schadstoffmuster. Allein 22 Verbindungen konnten für alle Standorte nachgewiesen werden. Die Identifizierung und Quantifizierung der PAK und PAV erfolgte mittels flüssig-flüssig-Extraktion und an-schließender GC-(EI)-MS Messung der Proben. Besonders zwei Standorte (Karlsruhe, Brunn a.G.) mit einer reaktiven Wand als Sanierungsverfahren wurden genauer betrachtet. Die Untersuchungen ergaben, dass es ab Inbetriebnahme der Anlagen mit Hilfe des reaktiven Reaktormaterials Aktivkohle über 10 Jahre möglich war, neben den hinlänglich bekannten EPA-PAK, auch die polareren, gut wasserlöslichen und in erhöhten Konzentrationen auftretenden NSO(hetero)-PAV sowie deren Derivate und Metabolite erfolgreich aus dem kontaminierten Grundwasserstrom zu entfernen.

Recent studies have confirmed that the aquatic ecosystem is being polluted with an unknown cocktail of pharmaceuticals, their metabolites and/or their transformation products (TPs). Although individual pharmaceuticals are typically present at low concentrations, their continuous input into the aquatic ecosystem and their toxic and persistent presence are the major environmental concerns. Therefore, it is necessary to assess the environmental risk caused by these aquatic pollutants. Data on exposure are required for quantitative risk assessment of parent compounds and their transformation products (TPs) and/or metabolites. Such data are mostly missing, especially for TPs, because of the non-availability of TPs and very often metabolites for experimental testing. Therefore, the application of different in silico tools for qualitative risk assessment can be used. Also, the presence of these micro-pollutants (active pharmaceutical ingredients, APIs) in the aquatic cycle are increasingly seen as a challenge to the sustainable management of water resources worldwide due to ineffective effluent treatment and other measures for their input prevention. Given the poor prognosis for effluent treatment (‘end of the pipe’ approach) for input prevention of APIs in the environment, it is necessary to focus on the ‘beginning of the pipe’ strategy. The very beginning of the pipe is the molecules themselves. Therefore, novel approaches are needed like designing greener pharmaceuticals, i.e. better biodegradable ones in the aquatic environment after their release. Therefore, the present research work focused on two important topics a) assessment of the environmental risk associated with the presence of highly prescribed drugs and their TPs; b) demonstrating the feasibility of the ‘benign by design’ concept for designing biodegradable drug derivatives, which will have the better biodegradability in the environment after their release. The present thesis includes four research articles (1-4) which address these approaches. The first article is about the qualitative environmental risk assessment using the example of transformation products formed during photolysis (photo-TPs) of Diatrizoic acid (DIAT). Photolysis is the chemical reaction in which the compound is broken down by photons and often in combination with hydroxyl radicals. Photolysis is the most common abatement process of micro-pollutants in the environment. The qualitative risk assessment of DIAT and selected photo-TPs was performed by the PBT approach (i.e. Persistence, Bioaccumulation and Toxicity), using chemical analysis, experimental biodegradation test assays, QSAR models with several different toxicological endpoints and in silico read-across approaches. The second article addresses a tiered approach of implementing green and sustainable chemistry principles for theoretically designing better biodegradable and pharmacologically potent pharmaceuticals derivatives. Photodegradation process coupled with LC-MSn analysis, biodegradability testing and in silico tools such as quantitative structure-activity relationships (QSAR) analysis and molecular docking proved to be a very significant approach for the preliminary stages of designing chemical structures that would fit into the ´benign by design´ concept in the direction of green and sustainable pharmacy. Metoprolol (MTL) was used as an example. The third article was also the conceptual framework to get new drug derivatives that are biodegradable in order to tackle the global challenge of micro-pollutants in the aquatic cycle. This study increased the knowledge about the role of the attachment of certain functionalities to the parent drug molecule for its biodegradability whilst conserving drug-likeness. This approach was in the past a totally neglected issue within drug development. Atenolol (ATL), a selective β1 blocker, was selected as an example to incorporate the additional attribute such as biodegradability into its molecular structure while conserving its substructures responsible for β adrenergic receptor blocker activity. In fourth article, the concept of designing green biodegradable pharmaceuticals has been proven through expanded experimental analysis setting out from the experiences collected as described in article two and three. This study could be considered as a more extensive feasibility study of rational design of green drug derivatives. The non-selective β-blocker Propranolol (PPL) was used as an example. The risk assessment study (Article #1) contributes in enhancing the existing knowledge about the life cycle and behavior (fate) of pharmaceuticals with a special focus on photo-TPs which are generally formed during advanced effluent treatment and enter as such into the environment. Based on the obtained results, the application of the in silico tools for qualitative risk assessment analysis increased knowledge space about the environmental fate of TPs in case of their non-availability for experimental testing. The benign by design studies (Article #2-4) were based on the knowledge and experience collected during the work on DIAT. It demonstrated the feasibility of a novel approach of designing comparatively better degradable and pharmacological potent derivatives through the implementation of ´green chemistry´ principles. However, the present approach is in the juvenile stage and further knowledge has to be collected beforehand for the full implementation of this approach into drug development.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine umfangreiche chemische Charakterisierung der Grundwasserbelastung an vier teerbelasteten Altlaststandorten und in angrenzenden Fließgewässern durchgeführt. Darüber hinaus wurde in diesem Zusammenhang auch die Reinigungsleistung von zwei Funnel & Gate Systemen mit Aktivkohle überprüft. Neben den typischen Verbindungen wie den BTEX, PAK und Phenolen lag der Fokus dabei auf der Analytik der NSO-Heterocyclen (NSO-HET), die sich durch eine zum Teil erheblich gesteigerte Wasserlöslichkeit von den homocyclischen Verbindungen unterscheiden. Weiterhin wurde die Adsorbierbarkeit der NSO-HET auf Aktivkohle in Form von Batch- und Säulenversuchen untersucht. Erhaltene Adsorptionsisothermen wurden nach Freundlich ausgewertet und zur Validierung mit Ergebnissen der Säulenversuche verglichen. Insgesamt wurden analytische Verfahren zur Quantifizierung von 100 Verbindungen, darunter 40 NSO-HET, aus wässrigen und festen Proben über Headspace GC-FID, HPLC-DAD/FLD, GC-MS und LC-MSMS entwickelt. Zur Analyse im ng l-1 Bereich wurde ein SPE-Extraktionsverfahren angewendet, welches nach einer Fraktionierung des Probenextraktes die Vorteile der GC-MS und LC-MSMS Analytik kombiniert. An allen vier untersuchten Standorten konnten sehr hohe Konzentrationen aromatischer Verbindungen nachgewiesen werden. Darunter sind im Besonderen auch Vertreter der NSO-HET wie z.B. 1-Benzothiophen und Dibenzofuran. Abgesehen von Carbazol konnten allgemein jedoch nur geringe Konzentrationen der N-HET quantifiziert werden. Nahezu alle Verbindungen des Substanzspektrums wurden im Grundwasser der Standorte gefunden. In den angrenzenden Fließgewässern wurde ein eindeutiger Eintrag der Verbindungen erkannt, die auch im Uferbereich der Standorte in hohen Konzentrationen vorlagen. Hierzu gehören neben den PAK wie z.B. Acenaphthen, Naphthalin und 1-Methylnaphthalin auch die Heterocyclen 1-Benzothiophen und Dibenzofuran. Die Ergebnisse unterstreichen damit die Bedeutung von heterocyclischen Verbindungen an teerbelasteten Altlaststandorten. Der Eintrag wurde an einem Standort in Form von Frachtberechnungen quantifiziert und beträgt in Summe ca. 5 kg/Jahr. Gegenüber der Hintergrundbelastung wird damit in der wässrigen Phase eine Zunahme der Gesamtfracht an aromatischen Verbindungen in Höhe von ca. 50 % verursacht. Vergleichsweise hohe Konzentrationen der N-HET und hier im Besonderen für Acridin und 2-Methylchinolin wurden in den zwei untersuchten Fließgewässern bestimmt. Die Altlaststandorte besitzen jedoch keinen Einfluss auf die Konzentrationen dieser Verbindungen und müssen demnach auf andere Quellen zurückzuführen sein. Diesbezüglich wurden Zusammenhänge zwischen Acridin und dem Arzneistoff Carbamazepin in explorativen Messungen untersucht und diskutiert. Adsorptionsisothermenparameter sind für insgesamt 24 Verbindungen beschrieben und wurden für 2-Methylchinolin auch bei verschiedenen pH-Werten erfasst. Die Ergebnisse der Batchversuche stehen in guter Übereinstimmung mit den Säulenversuchsdaten. Neben artifiziellen Lösungen wurde hier auch ein Säulenlauf mit Realwasser eines Altlaststandortes durchgeführt. Im Allgemeinen zeigen die N-HET und O-HET im Vergleich mit den verwandten Homocyclen eine geringere Adsorbierbarkeit. Das geringste Adsorptionspotential unter den untersuchten Verbindungen wurde jedoch für monocyclische Verbindungen wie Phenol und Benzol gefunden. Für beide Funnel & Gate Systeme konnte eine hervorragende Reinigungsleistung von über 99% bezüglich des erfassten Grundwassers bestätigt werden. Gegenüber den Zulauf-konzentrationen wurden im Ablauf keine nennenswerten Konzentrationen quantifiziert.

In dieser Arbeit wurden mehrere Druckluftspeicher-Prozesse ermittelt, die durch Zuführung von Abwärme aus externen Quellen in der Lage sind, elektrischen Strom hocheffizient zu speichern und wieder bereitzustellen. Dabei sind vornehmlich Daten von Maschinen und Anlagenkomponenten verwendet worden, die aktuell am Markt verfügbar sind, so dass eine kurzfristige Umsetzung im Anlagenbau möglich ist. Als Ergebnis der Arbeit wird gezeigt, dass auch ohne Sondermaschinen die Speicherung und Bereitstellung von elektrischem Strom mit Druckluftspeichern bei guten bis sehr guten Effizienzwerten möglich ist. Dazu können heute ungenutzte Abwärmemengen, vorzugsweise bei hoher Temperatur, aus vielerorts verfügbaren externen Quellen in diesen auf dem AACAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage) basierenden Prozessen genutzt werden.

Der Seehund wird in Monitoring-Programmen zum Zustand des Ökosystems Wattenmeer (z.B. TMAP) als ein Indikatororganismus genutzt. Aufgrund der Position im Nahrungsnetz (Top-Prädatoren) und der langen Lebensspanne sind Seehunde besonders stark mit Schadstoffen belastet, u.a. mit Polychlorierten Biphenylen (PCB) und Perfluoroctansulfonat (PFOS). Zahlreiche Studien deuten darauf hin, dass die Schadstoffbelastung die Gesundheit der Seehunde beeinträchtigt. Das Ziel unserer Arbeitsgruppe ist die Identifizierung neuer Biomarker, die im Lebendmonitoring von Seehunden eingesetzt werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Ausarbeitung und Etablierung eines Zellkulturmodells, welches in weiterführenden Arbeiten die Identifizierung der Biomarker ermöglicht. Als Biomarker sollen Proteinmuster verwendet werden, die eine Früherkennung von schadstoffbedingten Veränderungen in der Seehundpopulation ermöglichen. Da Hepatozyten an der Metabolisierung von Xenobiotika beteiligt sind, werden sie für das Zellkulturmodell verwendet. Von den Hepatozyten werden in vivo Plasmaproteine synthetisiert, die bei in vitro Experimenten im Zellkulturmedium nachweisbar sind. Diese Proteine könnten anschließend als Biomarker in einem Lebendmonitoring (Blutproben) an Seehunden eingesetzt werden. Für das Zellkulturmodell wurden primäre Seehund-Hepatozyten mit Schadstoffen (PCB, PFOS) in umweltrelevanten Konzentrationen inkubiert. Als Kontrolle dienten Zellen, die nur mit dem jeweiligen Lösungsmittel inkubiert wurden (Isooctan für PCB; DMSO für PFOS). Da in der Literatur bisher keine Isolierung von Hepatozyten aus marinen Säugern beschrieben wurde, musste eine geeignete Isolierungsmethode etabliert werden. Die Methode musste die Isolierung vitaler Hepatozyten aus bereits verstorbenen Tieren in ausreichend hoher Menge ermöglichen. Es wurden verschiedene Isolierungsmethoden getestet von denen sich nur die Leberbiopsie Perfusion eignete. Sämtliche Parameter müssen mit den sich anschließenden Proteomanalysen kompatibel sein. Die Hepatozyten müssen ihre Vitalität nach der Isolierung und während der Kultivierung beibehalten. Zur Analyse der Vitalität wurden der XTT- und LDH-Test (allgemeiner Stoffwechsel und Membranintegrität) angewendet sowie die Harnstoffsynthese (leberspezifischer Stoffwechsel) beurteilt. Mit Hilfe der Zelltests wurde die Vitalität der Hepatozyten im Verlauf einer dreitägigen Kultivierung untersucht und der Einfluss einer Schadstoffinkubation auf die Zellvitalität analysiert. Die Schadstoffe sollen in den eingesetzten Konzentrationen keinen Einfluss auf die Zellvitalität oder Morphologie haben. Die Ergebnisse aus den Vitalitätstests zeigten, dass die verwendeten PCB-Konzentrationen keinen signifikanten Einfluss auf die Vitalität hatten. Eine Aussage zum Einfluss einer PFOSInkubation auf die Zellen (XTT- und Harnstoff-Test) konnte nicht gemacht werden, da die DMSO-Konzentration in den Proben zu hoch gewählt wurde. Die PFOSInkubation hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Membranintegrität. Anhand erster Testreihen, die in unserer Arbeitsgruppe realisiert wurden, konnte die Funktionalität des Zellkulturmodells überprüft werden. Hierzu wurden Proteomanalysen von Seehund-Hepatozyten durchgeführt, die mit PCB inkubiert wurden. Erste Ergebnisse zeigten, dass es zu einer signifikanten Hochregulierung der Expressionslevel einiger Proteine kam, die am Schadstoffabbau beteiligt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde erfolgreich ein Zellkulturmodell mit primären Seehund-Hepatozyten entwickelt, welches die Identifizierung neuer Biomarker für Seehunde ermöglicht.