Neue grüne UPLC-Methode mit Lebenszyklusanalyse zur Bestimmung der Arzneimittel Favipiravir und Molnupiravir sowie Umweltwasserproben

Warum die Pillen, die wir einnehmen, in unserem Wasser landen

Antivirale Arzneistoffe wie Favipiravir und Molnupiravir halfen Ärztinnen und Ärzten, COVID-19 zu bekämpfen. Nachdem sie im Körper ihre Wirkung getan haben, verschwinden diese Medikamente jedoch nicht einfach. Sie können von Menschen und Fabriken in Flüsse, Leitungswasser und Abwasser gelangen. Diese Studie beschreibt, wie Forschende eine schnelle, empfindliche und umweltfreundlichere Methode entwickelten, um diese beiden Wirkstoffe in Arzneimitteln und in realen Wasserproben nachzuverfolgen, und gleichzeitig die Umweltbilanz der Methode sorgfältig zu erfassen.

Medikamente, die über die Behandlung hinaus bestehen bleiben

Favipiravir und Molnupiravir wirken, indem sie die Vervielfältigung des viralen Erbguts stören, und werden häufig zur Behandlung von COVID-19 und anderen Virusinfektionen eingesetzt. Da sie im Körper nicht vollständig abgebaut werden, können Spuren dieser Arzneistoffe von Toiletten und Fabrikabflüssen ins weitere Wassersystem gelangen. Selbst in niedrigen Konzentrationen können solche Rückstände aquatisches Leben schädigen, ins Trinkwasser zurückgelangen oder die Entwicklung von Resistenzen begünstigen. Dennoch gibt es nur wenige analytische Verfahren, die beide Wirkstoffe gleichzeitig in komplexen Wasserproben messen können, und noch weniger, die unter ökologischem Gesichtspunkt entwickelt wurden.

Ein schnellerer Test mit geringerem Fußabdruck

Die Forschenden entwickelten einen Laborworkflow, der Festphasenextraktion — eine Methode, Zielmoleküle aus verschmutztem Wasser zu gewinnen — mit Ultra-Performance-Liquid-Chromatographie (UPLC), einer Hochgeschwindigkeits-Trenntechnik, koppelt. Sie stimmten den Prozess so ab, dass beide Wirkstoffe in weniger als fünf Minuten scharfe, getrennte Signale liefern, dabei nur geringe Mengen an Lösungsmitteln und Energie verbrauchen. Wasserreiche Mischungen, hauptsächlich auf Phosphatpuffer basierend, mit moderatem Methanolanteil ersetzten gefährlichere Lösungsmittel wie Acetonitril. Das Ergebnis ist ein kompakter Test, der Favipiravir und Molnupiravir in sehr niedrigen Konzentrationen nachweisen kann und sowohl in pharmazeutischen Produkten als auch in mit diesen Wirkstoffen versetzten Leitungs-, Fluss- und Pharmaabwässern hervorragende Genauigkeit und Wiederholbarkeit zeigt.

Die Labormethode selbst nachhaltiger machen

Anstatt anzunehmen, dass eine Methode mit geringem Lösungsmittelverbrauch automatisch „grün“ sei, unterzogen die Forschenden den gesamten Workflow einer ökologischen Prüfung. Sie optimierten den Extraktionsschritt, um kleinere Lösungsmittelvolumina zu verwenden, untersuchten grünere Lösungsmittel wie Ethanol und Wasser, bewerteten die Wiederverwendung von Kartuschen und Vialen und verkürzten Laufzeiten, um den Stromverbrauch zu senken. Anschließend bewerteten sie die Methode mit mehreren Instrumenten der grünen Chemie, die Faktoren wie chemische Gefährdung, Abfallentstehung, Praktikabilität und Innovation beurteilen. Diese Bewertungen ergaben hohe Bewertungen: starke „Grünheits“-Punkte, sehr gute Gesamt-„Weißheit“ (ein Gleichgewicht von Leistung und Nachhaltigkeit) und die Bestätigung, dass die verbleibenden Schwachstellen im verbleibenden Lösungsmittelverbrauch und Abfall liegen.

Die Methode von der Wiege bis zur Bahre verfolgen

Um über Checklisten hinauszugehen, führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine vollständige Lebenszyklusanalyse durch und verfolgten die Umweltwirkungen von der Herstellung der Lösungsmittel und Verbrauchsmaterialien über den Instrumentenstromverbrauch bis zur Entsorgung gebrauchter Kartuschen und chemischer Abfälle. Mithilfe etablierter Umweltindikatoren stellten sie fest, dass die neue Methode den Energiebedarf, das Volumen gefährlicher Abfälle und die vorgelagerten Lösungsmittelwirkungen im Vergleich zu einer traditionelleren, auf Acetonitril basierenden HPLC-Anordnung erheblich reduziert. Die größten verbleibenden Beiträge zu den Auswirkungen waren die Humantoxizität und smogbildende Emissionen, die mit Methanol und Ethylacetat im Extraktionsschritt verbunden sind, was den Weg für künftige Verbesserungen durch grünere Extraktionen und Lösungsmittelrecycling weist.

Was das für Wasser und öffentliche Gesundheit bedeutet

Als das Team reale Wasserproben aus Leitungen, dem Nil und einer pharmazeutischen Abwasserquelle untersuchte, lagen die Konzentrationen von Favipiravir und Molnupiravir unter den Nachweisgrenzen, was an diesen Standorten keinen unmittelbaren Anlass zur Sorge nahelegt. Die Methode erwies sich jedoch als sehr zuverlässig, wenn dieselben Wässer mit bekannten Mengen der Wirkstoffe versetzt wurden, und zeigte damit, dass sie für die routinemäßige Überwachung in der Nähe von Fabriken oder Einleitungsstellen, wo Kontamination wahrscheinlicher ist, geeignet ist. Kurz gesagt liefert die Studie einen empfindlichen „Frühwarn“-Test für antivirale Rückstände und zeigt gleichzeitig, wie dieser Test selbst deutlich umweltfreundlicher gestaltet werden kann. Sie bietet ein praktisches Vorbild für Labore und Aufsichtsbehörden, die aufkommende Arzneimittelkontaminanten beobachten möchten, ohne unnötig zur chemischen und energetischen Belastung des Planeten beizutragen.

Zitation: Kelani, K.M., Elsherbiny, M.S., Eid, S.M. et al. Novel green UPLC method with life cycle assessment for determination of favipiravir and molnupiravir drugs and environmental water samples. Sci Rep 16, 11110 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41131-z

Schlüsselwörter: Antivirale Rückstände, Wasserüberwachung, grüne analytische Chemie, UPLC-Festphasenextraktion, Lebenszyklusanalyse