Bioavailability of metals - An introductory session Lidia Ceriani June 2016

Introduzione Il vs ruolo Agenda Let’s get started! June 2016

Meeting Structure (Agenda) I PARTE Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? Misurare e “modellare” la biodisponibilita’ I Biotic Ligand Models II PARTE La derivazione di uno SQA biodisponibile (EQSbioavailable) Un approccio a scaletta (Tiered-approach) per la valutazione del rispetto di uno SQA biodisponibile User-friendly tools – Bio-Met, M-BAT (e PNECpro) Sfide nella corretta implementazione di uno SQA biodisponibile Esempio pratico June 2016

wca We are an independent consultancy providing objective advice on chemicals Established in 2005 and employee owned since 2012 Head office in Faringdon, Oxfordshire 16 employees with extensive technical, strategic and client-focussed skills based across the UK and Italy We provide rapid and flexible support tailored to individual client needs Occupy a position between commercial and regulatory clients and facilitate agreements between them June 2016

Active substances Environmental risk assessment of human and veterinary medicinal products and biocides Preparation of risk assessment reports and expert statements for submission to regulators Post-submission support for clients, including Member State Committee presentations Endocrine disruption Assessment of potential ED properties under various legislation and applications; Weight of evidence evaluation (in absence of specific criteria). Mixtures………. June 2016

REACH and CLP We are working with a variety of clients to meet 2018 deadlines Comprehensive assistance across REACH, including; consortia management, socio- economic analysis (SEA) components of restriction and authorisation We also assist clients with their Classification and Labelling (CLP) notifications Technical advocacy at ECHA Committees and MS groups Review technical dossiers for ECHA and National Regulators June 2016

Limit values………DW, WQG, EQS, PNECs. We derive, apply and provide technical advocacy for chemical quality standards within national and international regulatory regimes (Australia, Canada, SE Asia, Europe). Experience with aquatic, terrestrial, biota and secondary poisoning- based assessments Practical experience with implementation frameworks (a WQG is NOT just a number) Use of field data during EQS/PNEC derivation and interpretation Revision of DW standards for WHO Deliver testing and monitoring solutions June 2016

Who do we work for - examples June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (1) I METALLI June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (2) ….Effettiva esposizione ai metalli che gli organismi acquatici sperimentano nella colonna d’acqua…. I metalli nell’acqua: Concentrazione TOTALE: NON Biodisponibile legata a MO, carbonati, etc Concentrazione DISCIOLTA NON biodisponibile Ioni metallici liberi = Frazione POTENZIALMENTE biodisponibile… ….PERCHE’ POTENZIALMENTE? June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (3) Immagine tratta da Van Sprang et al. 2009 June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (4) EU WFD LG Ontario US EPA Storicamente SQAmetalli = DUREZZA Pero’…… June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (4) La durezza dell’acqua non e’ l’unico parametro che influenza la speciazione e la tossicita’ dei metalli! ? ? Es. Zinco, la correlazione molto, molto debole tra i dati di ecotossicità e la durezza dell'acqua Es. Nickel Debole correlazione tra valori di ecotossicita’ acquatica (EC, 2008; EC, 2011) e durezza dell’acqua. June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (5) Ref. Merrington et al. 2016 La sola durezza non e’ sufficiente per spiegare la biodisponibilita’ e la tossicita’ dei metalli! June 2016

Cos’e’ la biodisponibilita’ e perche’ e’ importante? (6) Concentrazioni di background (BKG), essenzialita’, speciazione metallica, concentrazioni variabili spazialmente e temporalmente………….. Tante variabili, ma L’obiettivo e’ avere un solo SQA valido in tutta Europa! SQAbiodisponibile (=EQSbioavailable) riflette le condizioni di massima biodisponibilita’ (= alta presenza di ioni metallici liberi con una bassa competizione con altri protoni), e quindi worst case. June 2016

Misurare la biodisponibilita’ (1) SQA Pb = 1.2 µg/L (relazione con DOC) SQAbiodisponibile Ni = 4 µg/L Condizioni di max biodisponibilita’ (Alpi Austriache): Alto pH  H+ + ioni metallici liberi Bassa durezza  Ca2+ - Competizione Basso DOC  # siti di binding su OM June 2016

Misurare la biodisponibilita’ (2) IL BLM - 1 Biological bit Chemistry bit Tool che combina I parametri chimico-fisici dell’acqua e la competizione tra ioni metallici ed altri cationi nell’interazione con l’interfaccia organismo-acqua Contiene dataset di dati ecotossicologici ufficiali (e.g. EU-RAR) June 2016

I Biotic Ligand Models (1) Un po’ di storia… Gill Surface Interaction Model – Pagenkopf 1983 Descrive le interazioni tra metalli e branchie del pesce (siti dell’azione tossica) e la competazione con altri ioni Humic Ion Binding Model V – Tipping 1992 Descrive il binding dei metalli con il material naturale organico e la competizione con altri ioni Biotic Ligand Model – Di Toro 2001 Combina entrambi I modelli per descrivere la tossicita’ come funzione della chimica dell’acqua June 2016

I Biotic Ligand Models (2) Come funzionano? (1) Nel Full Me-BLM, ci sono: Almeno 1 BLM per gruppo tassonomico Costanti di Stabilita’ per i singoli ioni (KCaBL, KMgBL, KNaBL, etc.) BLM specifiche Affinita’ di binding dei cationi al ligando biotico June 2016

I Biotic Ligand Models (3) Come funzionano? (2) Costanti di Sensibilita’ intrinseca (QNOEC, FxBLNOEC)  specie-specifiche, e dipendono da: KCa/Na/Mg/H/MeBL Attivita’ chimiche dei cationi Ca, Mg, Na, H nel test medium (tramite WHAM) Attivita’ chimica dello ione Me libero alla concentrazione NOEC del test medium (tramite WHAM) Ref. Van Sprang et al., 2009 June 2016

I Biotic Ligand Models (4) Come funzionano? (3) Normalizzazione dell’ attivita’ dello ione Me nel target water alla relativa concentrazione NOEC (tramite WHAM): NOECattivita’Me,i,x,y  NOECdissolvedMe,i,x,y (tramite WHAM) Gruppo CEH, UK Ref. Van Sprang et al., 2009 June 2016

I Biotic Ligand Models (5) Come funzionano? (4) I valori NOEC sono stati normalizzati alle medesima combinazione di fattori abiotici! Ref. Full NiBLM – University of Ghent June 2016

I Biotic Ligand Models (6) Esempi di Validazione (1) Capacita’ predittiva del NiBLM per C.dubia nelle acque naturali I valori osservati sono entro un fattore pari a 2 rispetto alle predizioni del BLM. La biodisponibilita’ puo’ descrivere il declino nell’abbondanza di L. stagnalis in funzione dell’esposizione al nickel. [Ni]biodisponibile che se superata puo’ risultare in una deviazione delle condizioni di riferimento ( ~ EC10) Ref. Peters et al. 2011 June 2016

I Biotic Ligand Models (7) Esempi di Validazione (2) I valori possono essere cross-estrapolati tra le specie. Es. Valori Ni-EC20 osservati per il rotifero B. calicyflorus vs. valori predetti dal NiBLM sviluppato per D. magna. Le predizioni sono all’interno di un fattore pari a 1.6 di differenza. I BLM riducono la variabilita’ intra-specifica June 2016 Ref. Schlekat et al. 2010

I Biotic Ligand Models (8) PRO: Misurano la biodisponibilita’ dei Me nell’acqua Meccanicistici, e pertanto robusti e flessibili Validati con dati di laboratorio e di campo Validi per tutte le specie acquatiche Riduzione variabilita’ intrinseca NEG: Assumono che la tossicita’ dei Me dipenda da un’esposizione via acqua. Le altre forme di esposizione non sono considerate. Le proprieta’ del ligando biotico sono considerate costanti June 2016

I Biotic Ligand Models (9) Full BLM sviluppati per Zn, Ni, Cu User-friendly tools: June 2016

Metals Environmental Quality Standards Un paio di utili infographic video …. https://app.frame.io/f/MZU3kdFg Work in progress https://vimeo.com/125676240 June 2016

June 2016