Plazentamodelle in der Frühschwangerschaft zeigen signifikante Auswirkungen der PFAS-Exposition

Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind eine Gruppe von fast 10.000 langlebigen chemischen Verbindungen, die in der Umwelt verbleiben und mit gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf den Menschen, einschließlich schwangerer Frauen und ihrer ungeborenen Kinder, in Verbindung gebracht werden. Obwohl die Plazenta eine wichtige Rolle als Schutzbarriere für den Fötus spielt, konnten frühere Studien das tatsächliche Ausmaß der fetalen Exposition gegenüber PFAS während der frühen Schwangerschaft nicht ausreichend beurteilen. Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun in Zusammenarbeit mit dem Städtischen Klinikum Dessau ein 3D-Plazentamodell weiterentwickelt, um damit die Risiken einer PFAS-Exposition während der Schwangerschaft besser analysieren zu können. Ihre in Environmental Research veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass PFAS die Funktion der Plazenta stören – insbesondere in der frühen Phase der Schwangerschaft, die für die Entwicklung des Babys von entscheidender Bedeutung ist.

Die Plazenta reguliert den Austausch von Nährstoffen, Gasen und Stoffwechselprodukten zwischen einer schwangeren Frau und dem Fötus und sorgt so für eine gesunde Entwicklung. Die ersten 90 Tage der Schwangerschaft sind besonders wichtig, da sich in dieser sensiblen Zeit die Organe des Babys zu entwickeln beginnen. Obwohl die Plazenta über Barrieremechanismen verfügt, die das Eindringen gefährlicher Substanzen in das Baby verhindern sollen, können sich PFAS im Körper ansammeln, die Entwicklung des Fötus beeinträchtigen und in schweren Fällen das Risiko einer Fehlgeburt erhöhen. „Für eine genaue Risikobewertung ist es wichtig, die PFAS-Exposition insbesondere im ersten Schwangerschaftstrimester genauer zu dokumentieren“, sagt UFZ-Reproduktionswissenschaftlerin Dr. Violeta Stojanovska, Autorin und Hauptforscherin. Bisher ist darüber wenig bekannt, da die meisten Reproduktionsstudien auf dem Nachweis von PFAS im Blut oder der Plazenta in den letzten Monaten der Schwangerschaft oder auf Experimenten in vereinfachten Zellmodellen basieren, bei denen einzelne PFAS-Verbindungen anstelle von Mischungen verwendet werden.

In ihrer gemeinsam mit dem Städtischen Klinikum Dessau, einem Universitätskrankenhaus der Medizinischen Hochschule Brandenburg, durchgeführten Studie wählten die UFZ-Forscher einen anderen Ansatz und extrahierten sechs PFAS-Verbindungen (Perfluornonansäure, Perfluoroktansulfonsäure, Perfluorbuttersäure, Perfluoroktansäure, Perfluorhexansulfonsäure und Perfluordecansäure) aus Plazentagewebe des ersten Trimesters von 31 Frauen. „Diese PFAS waren für unsere Untersuchungen relevant, weil wir sie in hohen Konzentrationen in der Plazenta nachweisten und es in der Literatur Hinweise darauf gab, dass sie Schwangerschaftskomplikationen auslösen könnten“, sagt Doktorandin und Erstautorin der Studie Yu Xia. Diese sechs Verbindungen wurden dann verwendet, um eine plazentarelevante PFAS-Mischung zu erhalten, die später in einem 3D-Trophoblastenmodell getestet wurde, um die Plazenta-Exposition zu simulieren.

Trophoblasten sind Plazentazellen, die zu Beginn der Schwangerschaft in das mütterliche Gewebe eindringen und Kontakt mit dem Blutkreislauf der Mutter herstellen. „Der Hauptvorteil der 3D-Modelle besteht darin, dass Trophoblastzellen in einer kugelförmigen Struktur wachsen, die im Gegensatz zur flachen Anordnung in 2D-Kulturen der Zellorganisation in der frühen Plazentaentwicklung sehr nahe kommt“, sagt Stojanovska. Mit diesen 3D-Modellen konnte das Forscherteam verschiedene Funktionen der Plazenta untersuchen, darunter die Hormonproduktion und die Invasivität.

Die Einwirkung der PFAS-Mischung auf die 3D-Trophoblastenmodelle beeinträchtigte die optimale Plazentafunktion. Die Plazentazellen zeigten eine gestörte Invasionsfähigkeit. Diese Invasivität ist entscheidend für ein optimales Wachstum des Fötus, da sie die Nährstoffübertragung von der Mutter erleichtert.

Genexpressionsanalysen ergaben, dass Apoptose (programmierter Zelltod) und Proliferation (das für die Plazentaentwicklung erforderliche Zellwachstum), wichtige Prozesse für die Plazentaentwicklung, durch PFAS ebenfalls beeinträchtigt werden. „Während der Entwicklung der Plazenta bleiben beide Prozesse im natürlichen Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht wird jedoch gestört, wenn die Plazenta hohen PFAS-Konzentrationen ausgesetzt ist“, sagt Stojanovska.

Das Forschungsteam fand außerdem heraus, dass die PFAS-Exposition die Produktion von β-hCG verringert, dem ersten von der Plazenta produzierten Hormon und einem wichtigen Regulator der Schwangerschaft: Es stimuliert die Progesteronproduktion, die eine gesunde Gebärmutterschleimhaut schafft, und hilft, eine Abstoßung des Fötus zu verhindern. Eine verminderte Produktion von β-hCG könnte daher auf Störungen der Hormonregulation hinweisen. „Diese kleinen Veränderungen haben bisher nicht viel Beachtung gefunden, aber in ihrer Gesamtheit könnten sie erhebliche Auswirkungen auf den Schwangerschaftsverlauf haben“, sagt Stojanovska.

Die Studie betont die schädlichen Auswirkungen der PFAS-Mischung auf die Trophoblastenfunktion und damit die potenziellen Risiken für die Gesundheit der Plazenta und den Ausgang der Schwangerschaft.“

Prof. Ana Zenclussen, Leiterin der UFZ-Abteilung für Umweltimmunologie

3D-Trophoblastenmodelle sind äußerst hilfreich, da sie ein umfassenderes Verständnis der PFAS-Risikobewertung ermöglichen.

Quellen: