Forskarlag från University of Alabama vid Birminghams School of Medicine och University of Notre Dame har utvecklat en ny metod som gör det möjligt för forskare att radiomärka tre former av perfluorerade och polyfluorerade alkylämnen och spåra dessa kemikaliers öde när de kommer in i kroppen.

Detta är ett betydande framsteg i rätt tid när det gäller att identifiera och spåra dessa PFAS, som är kända för att vara skadliga för människokroppen, och den justa förra månaden visade sig användas flitigt i snabbmatspapper på många populära kedjerestauranger.

Det nya med den nydesignade metoden är att en av fluoratomerna på PFAS-molekylen ersattes med en radioaktiv form av fluor, samma radioisotop fluor-18 som används för medicinsk positronemissionstomografi på sjukhus runt om i världen.

"För första gången, vi har ett PFAS-spårämne eller kemikalie som vi har märkt för att se vart det tar vägen i möss, sa Suzanne Lapi, Ph.D., senior författare till studien publicerad idag i Journal of Environment Science and Technology . Lapi är docent vid UAB:s institution för radiologi och kemi, och direktör för UAB:s Cyclotron Facility. "Var och en av spårämnena uppvisade en viss grad av upptag i alla organ och vävnader av intresse som testades, inklusive hjärnan. Det högsta upptaget observerades i levern och magen, och liknande mängder observerades i lårbenet och lungorna."

Viktiga punkter att veta om denna upptäckt, senaste fynden

• En studie som släpptes i februari visade att av de mer än 400 proverna av förpackningsmaterial som testats från många populära snabbmatsrestauranger, PFAS hittades i 56 procent av dessert- och brödförpackningar, 38 procent av smörgås- och hamburgerförpackningar, och 20 procent av kartongen.
• Exponering för PFAS är kopplad till njur- och testikelcancer, förhöjt kolesterol, minskad fertilitet, och sköldkörtelproblem hos vuxna.
• Exponering för PFAS är kopplad till negativa effekter på tillväxten, inlärning och beteende och minskat immunsvar mot vacciner hos barn.
• En ny radiospårningsmetod utvecklad av UAB Radiology gjorde det möjligt för forskare att upptäcka att mycket fluorerade, potentiellt giftiga kemikalier som kallas perfluorerade alkylämnen, eller PFAS, hittades i alla testade kroppsorgan, inklusive lever, mage, benben, lungor, njure, hjärta, hud, muskel, hjärnan och andra organ.
• Eftersom det är svårt att spåra PFAS-föreningar konventionellt, UAB Radiology utvecklade en metod för att märka de intakta PFAS-föreningarna med ett fluor-18-radiospårämne så att forskare kunde se var föreningen var på väg i kroppen och göra känsliga mätningar för första gången.

PFAS används ofta i fläckbeständiga produkter, brandbekämpningsmaterial och nonstick-kokkärl och inte avsedda för förtäring. Tidigare studier har visat att PFAS kan migrera, förorena maten och, när det konsumeras, ackumuleras i kroppen.

Nu när det verkar troligt att alla PFAS som kan syntetiseras och isoleras skulle kunna radiomärkas och användas för att direkt mäta upptag och biodistributionskinetik i biologiska system, det öppnar möjligheten att direkt mäta upptaget hos frivilliga försökspersoner.

"Detta är möjligt eftersom spårmängder av föreningarna är lätta att mäta och radioaktiviteten är kortlivad, sa Graham Peaslee, Ph.D., studiens medförfattare och professor i experimentell kärnfysik vid College of Science vid University of Notre Dame. "Det är en viktig upptäckt eftersom PFAS är en mycket beständig kemikalie som, en gång i blodomloppet, stannar där och samlas, vilket inte är bra."

Sjukdomar inklusive njur- och testikelcancer, sköldkörtelsjukdom, låg födelsevikt och immuntoxicitet hos barn, och andra hälsoproblem har kopplats till PFAS i tidigare studier.

Nu när forskare för första gången har identifierat vilka PFAS som initialt ackumuleras – och i vilka specifika organ – och med några överraskande skillnader, författarna säger att det finns hälsokonsekvenser långt bortom denna första studie.

"Vi är väldigt glada över den här tekniken, som lånar från vårt nuvarande arbete med att utveckla nuklearmedicinska bildbehandlingsmedel, sa Jennifer Burkemper, Ph.D., forskare i UAB:s Cyclotron Facility och den första författaren till studien. "Detta arbete kan möjliggöra snabb screening av PFAS-föreningar för att få viktiga insikter om deras biologiska öde."

PFAS i nyheterna

Fluorerade kemikalier har varit mycket i nyheterna den senaste tiden, speciellt PFAS. Det har inträffat industriolyckor som de som upptäcktes nära Hoosic River i New York i höstas, och Dupont-uppgörelsen på 670 miljoner dollar förra månaden relaterad till dumpningen av den giftiga kemikalien C8, även känd som perfluoroktansyra, in i Ohiofloden.

En annan källa till exponering för dessa kemikalier rapporterades i februari, när en undersökning fann att en tredjedel av snabbmatsförpackningarna hade behandlats med dessa fluorerade kemikalier.

"Det fanns en oro för att dessa kemikalier skulle komma direkt in i maten som var inslagen med behandlade förpackningar, sa Peaslee, som använde partikelinducerad gammastrålning för att göra resultaten som rapporterades i februari. "En större oro är att eftersom dessa kemikalier finns kvar under lång tid i miljön, när de behandlade konsumentprodukterna hamnar på soptippen, dessa kemikalier kommer att återuppstå i vårt dricksvatten. Dessa övergripande resultat ifrågasätter redan säkerheten för dessa alternativa kortkedjiga PFAS-föreningar."

Lapi säger att det nya nya verktyget som utvecklats av forskarteamen kan användas för att studera PFAS-beteende i miljösaneringsstudier för att mäta ödet för radiomärkta föreningar i miljöbehandlingssystem.

"Detta är ett fantastiskt första steg, sa Lapi, "och det understryker behovet av ytterligare studier för att aggressivt undersöka olika PFAS-föreningar i olika biologiska och miljömässiga system för att bedöma den fulla effekten av denna nya radiosyntetiska metod."

Förutom njur- och testikelcancer, forskare har tidigare funnit högt kolesterol, sköldkörtelsjukdom, graviditetsinducerad hypertoni och ulcerös kolit som ska korreleras med mängden perfluoroktansyra, eller PFOA, hittats i blodet på människor som utsatts för det smutsiga vattnet.

Som ett resultat, Environmental Protection Agency och amerikanska tillverkare nådde en kompromiss om att frivilligt ta bort två specifika "långkedjiga" PFAS från den amerikanska marknaden senast 2015 – inklusive PFOA. Dock, industry has switched from these "long-chain" forms of PFAS to shorter-chained versions of the same chemicals, Peaslee says. There are no toxicology data available for most of the alternative short-chain PFAS compounds used commercially.

Additional importance, future steps

Lapi's team makes radioactive molecular imaging agents for nuclear medicine using the UAB Imaging Facility's cyclotron, a type of particle accelerator that moves protons, one kind of charged particle, along a spiral path to strike a material to produce radioisotopes. These radioisotopes can be chemically attached to molecules created to home in on biological targets of interest. These targets typically include certain receptors on cancer, and lung and heart function. They also look at different tracers for neurology.

When researchers looked at the PFAS chemicals and saw their structure, Lapi says, her group thought the chemistry of the compound was amenable enough to do radiolabeling with their techniques.

"Conventionally, tracing these PFAS compounds is very difficult, " Lapi said. "These compounds are not UV active, and they're very difficult to detect. There are some techniques where you can detect total fluorine concentration, but that does not give you an idea of which compound the fluorine is attached to. With our method, we can actually tag the intact compound with a fluorine 18 radio tracer, and it gives us a handle so we can see where that compound is going and make very sensitive measurements. These sensitive measurements are probably the most important thing, because it's so difficult to detect in other methods, where you would have to take the liver out, homogenize it, extract the chemical out and do mass spectrometry to see how much of the chemical is in there. And you'd have to do it with every single organ. For us, we can take the whole mouse, image it, and we're done. Or we can take the tissues and we can count it, and we're done. It's a much quicker and less time-consuming method to look at where these go."

Än så länge, Lapi says, the group has looked at three compounds, far short of the hundreds of PFASs that have been identified.

"While I don't think we will look at all of these PFASs, we would like to look at different families of these compounds and see how they are distributed in the body, " Lapi said. "Because even with very small changes in these compounds, we were able to see differences in brain uptake, which is important because these may have neurological impacts. We saw different clearance patterns, blood binding and other things. We want to look at different classes of compounds, how they're excreted from the body, how they accumulate, and see if we can really say something about how you would get rid of these compounds."

The next step after that would be to identify how this newly discovered technique could be used to clean up compounds in environmental situations where there is a contaminate issue.

"We want to know if, säga, we have a huge contaminated water supply full of PFASs, how do we make techniques to get PFAS out of the water supply, " she said. "Perhaps we can take a bucket of water, spike it with our radioactive substance, put it through filters and different types of cleanup technologies, and see how we can effectively extract that compound from the water supplies."

Lapi and her team are excited that they have been able to show how to take techniques from nuclear medicine and previous UAB imaging studies and apply them to environmental compounds—a significant achievement moving forward.

"When people think of radio chemistry, they typically think of tritium or carbon 14 or these very long-lived compounds when doing these pharmacokinetic studies, " Lapi said. "Now we have a whole host of different radio isotopes with different chemical properties, and we really have these nice tools that we can use for different applications outside of nuclear medicine, like environmental cleanup applications."