Einfluss von PFAS auf die Plazenta – neue Erkenntnisse aus 3D-Modellen

Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind in den vergangenen Jahren in den Fokus der Gesundheitsforschung geraten. Sie gelten als "Ewigkeitschemikalien", die nicht oder nur extrem langsam abgebaut werden und sich im Körper anreichern können. Zahlreiche Studien haben bereits Hinweise darauf geliefert, dass PFAS hormonelle Prozesse stören und die Fortpflanzung beeinträchtigen können. Doch wie wirken sie konkret auf die Plazenta – insbesondere in der besonders sensiblen Frühschwangerschaft?

Eine neue Studie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) liefert hierzu wichtige Einblicke [1]. Die Forscher analysierten PFAS-Gehalte in frühen Plazenten und testeten anschließend eine realistische PFAS-Mischung an modernen 3D-Plazentamodellen. Die Ergebnisse sind gleichermaßen faszinierend wie besorgniserregend.

PFAS in frühen Plazenten

Die Forscher untersuchten 31 Plazenten aus der 7. bis 11. Schwangerschaftswoche. In sämtlichen Proben fanden sich PFAS, teilweise in überraschend hohen Konzentrationen. Perfluorononansäure (PFNA) lag dabei deutlich höher als erwartet. Daneben wurden klassische PFAS wie Perfluoroctansulfonsäure (PFOS), Perfluoroctansäure (PFOA) oder Perfluorhexansulfonsäure (PFHxS) nachgewiesen. Diese real gemessenen Werte dienten als Grundlage für eine PFAS-Mischung, die das tatsächliche Expositionsprofil in der frühen Schwangerschaft widerspiegeln soll.

Im nächsten Schritt ihrer Forschung nutzte das Team diese realistische PFAS-Mischung, um deren Auswirkungen möglichst wirklichkeitsnah zu untersuchen. Dafür griffen die Wissenschaftler nicht auf klassische flache Zellkulturen zurück, sondern setzten moderne 3D-Trophoblastspheroide ein. Dabei handelt es sich um winzige, kugelförmige Zellverbände, die im Labor aus echten Plazentazellen gezüchtet werden und die frühe Plazenta deutlich realistischer nachbilden als herkömmliche flache Zellkulturen. Statt isoliert in einer dünnen Schicht auf einer Plastikoberfläche zu liegen, organisieren sich die Zellen in diesen Spheroiden räumlich in alle Richtungen, ähnlich wie im menschlichen Gewebe. Dadurch entstehen natürliche Zell-Zell-Kontakte, typische Stoffwechselbedingungen und Signalwege, wie sie auch in der sich entwickelnden Plazenta vorkommen. 3D-Spheroide sind also keine 3D-Computermodelle oder 3D-Drucke, sondern echte biologische Mini-Gewebe – eine Art "Mikro-Plazenta", mit der Forscher untersuchen können, wie sich Umweltfaktoren oder Hormone auf frühe Schwangerschaftsprozesse auswirken.

3D-Spheroide sind robuster, aber nicht unverwundbar

Während die PFAS-Mischung in 2D-Zellkulturen bereits ab mittleren Konzentrationen die Zellviabilität deutlich senkte, waren die 3D-Modelle deutlich widerstandsfähiger. Erst sehr hohe PFAS-Mengen führten zu sichtbarer Schädigung, was darauf hindeutet, dass traditionelle 2D-Testsysteme die tatsächliche Toxizität möglicherweise überschätzen. Doch Robustheit bedeutet nicht Unempfindlichkeit. Trotz zunächst stabiler Vitalität zeigten die Spheroide tiefgreifende Funktionsstörungen.

Besonders spannend ist der Einfluss auf die Invasion der Trophoblasten – ein zentraler Schritt, um die Plazenta richtig im mütterlichen Gewebe zu verankern. Beim HTR-8/SVneo-Modell, das die frühe invasive Plazenta besonders gut abbildet, hemmte die PFAS-Mischung die Invasion deutlich. Beim JEG-3-Modell zeigte sich ein ambivalenter Befund: Bei niedrigen und mittleren PFAS-Konzentrationen blieb die Invasion erhöht, bei höchsten Konzentrationen brach sie hingegen ein. Eine gestörte Trophoblastinvasion ist mit Schwangerschaftskomplikationen wie Präeklampsie oder Fehlgeburten verknüpft, daher sind diese Ergebnisse toxikologisch hochrelevant.

Beeinträchtigte Hormonproduktion und veränderte Genprogramme

Das Schwangerschaftshormon β-hCG ist essenziell für die Aufrechterhaltung der frühen Schwangerschaft, für die Kommunikation zwischen Embryo und mütterlichem Körper sowie für immunologische Toleranzprozesse. Bereits sehr geringe PFAS-Konzentrationen reduzierten die β-hCG-Produktion signifikant. Parallel sank die Expression des Gens CGB7, das direkt für die β-hCG-Beta-Untereinheit codiert. Niedrige β-hCG-Werte sind aus der klinischen Praxis als Risikomarker für frühe Schwangerschaftskomplikationen bekannt – der Befund der Studie ist daher besonders alarmierend.

Die PFAS-Mischung beeinflusste zudem zahlreiche Gene, die für das Überleben, die Wanderung, die Differenzierung und die Erneuerung von Trophoblasten wichtig sind. In JEG-3-Spheroiden wurden den Zelltod regulierende Gene herunterreguliert, was auf verschobene Zellsterbepfade hindeutet. In HTR-8/SVneo-Spheroiden stieg dagegen die Aktivität bestimmter Proteasen, die für den programmierten Zelltod (Apoptose) entscheidend sind. Diese molekularen Veränderungen spiegeln wider, wie tief PFAS in die fein abgestimmten Prozesse der frühen Plazentabildung eingreifen.

Fazit

Die In-vitro-Studie von Xia et al. (2025) zeigt eindrücklich, dass PFAS nicht erst in der späten Schwangerschaft relevant sind. Sie erreichen bereits in der Frühschwangerschaft die Plazenta und beeinflussen dort kritische biologische Prozesse. Besonders bemerkenswert ist, dass die Effekte bereits bei sehr niedrigen, realistisch vorkommenden Konzentrationen auftreten können und sich vor allem auf funktionale Parameter wie Hormonproduktion auswirken. Die Arbeit unterstreicht zugleich die Notwendigkeit, toxikologische Tests stärker auf realistische Mischungen und moderne 3D-Modelle auszurichten. Für die Sexualbiologie und Reproduktionsforschung ist diese Studie ein wichtiger Schritt hin zu einem besseren Verständnis, wie Umweltchemikalien die Fortpflanzung beeinflussen und warum die frühe Schwangerschaft besonders verletzlich ist.

Quellen

[1] Yu Xia, Qiuguo Fu, Hermann Voss, Stefan Fest, Susanne Arnold, Mario Bauer, Beate Fink, Ana Claudia Zenclussen, Violeta Stojanovska, Real-life per- and polyfluoroalkyl substances mixture impairs placental function: insights from a trophoblast spheroid model, Environmental Research, Volume 287, 2025, 123037, ISSN 0013-9351, https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.123037.