Les nanoparticules (NP) figurent aux premiers rangs des contaminants émergents prioritaires dans le champ de surveillance des grands organismes de santé et sécurité du travail. Parmi les NP les plus utilisées, on peut citer les NP d’argent (Ag). L’exposition humaine aux NP d’Ag augmente alors inévitablement avec l’accroissement de leur production et leur utilisation généralisée ce qui suscite des préoccupations sur les risques à la santé. L'objectif du projet est de mieux documenter le devenir des NP d’Ag dans l’organisme, à partir d’études expérimentales chez l’animal exposé sous différentes conditions par inhalation, la principale voie d’exposition des travailleurs. Ces informations sont nécessaires pour le développement sécuritaire de ces nouvelles technologies. Dans un premier temps, le profil toxicocinétique des NP d’Ag inhalées a été documenté. Les rats ont été exposés « nez seulement » à des NP de 20 nm pendant 6 h à une concentration cible de 15 mg/m3. L'évolution temporelle de l'élément Ag dans les poumons, le sang, les tissus et les excrétas a été déterminée pendant 14 jours après le début de l'inhalation. La cinétique des NP d’Ag inhalées a été ensuite comparée avec la cinétique d’une forme soluble de l’élément Ag suite à l’exposition au nitrate d’argent (AgNO3) dans de mêmes conditions expérimentales pour mieux comprendre leur comportement, principalement, en raison de leur dissolution et leur capacité à libérer progressivement des ions Ag+ en milieu biologique. Ainsi, dans un dernier temps, dans le but de déterminer la meilleure métrique à utiliser pour mieux évaluer les risques associés à ces NP d’Ag, nous avons étudié l’impact de la cinétique entre un nombre plus faible et un nombre plus élevé de particules. Les profils cinétiques des NP d’Ag inhalées ont montré que la fraction de la dose inhalée qui a atteint les poumons est rapidement éliminée au cours des 72 premières heures suivant l'inhalation, puis la fraction restante de la dose est lentement éliminée par la suite. La dose inhalée éliminée des poumons semble être transférée dans la circulation systémique et atteint un maximum entre 48 et 72 h après l'inhalation. Cependant, les niveaux d'Ag dans le sang étaient faibles, ce qui suggère une biodistribution rapide dans les tissus tels que le foie, l’organe cible des NP d’Ag chez le rat après inhalation. Une translocation vers le bulbe olfactif et les ganglions lymphatiques était évidente durant l'exposition par inhalation de 6 h jusqu'à 6 h après la fin de l'exposition, démontrant l’occurrence d’un transport direct des NP d’Ag via le nerf nasal par le transport axonal et via la circulation lymphatique après la clairance pulmonaire, respectivement. Les profils d'excrétion ont également révélé que l'excrétion fécale est la voie d'excrétion dominante pour les NP d’Ag. Les résultats obtenus après l'inhalation d'AgNO3 ont montré des différences dans la cinétique de l’Ag sous la forme soluble par rapport à la forme insoluble (nanoparticulaire) avec des niveaux plus élevés dans le sang, le tractus GI et les tissus extrapulmonaires, mais des niveaux plus faibles dans les poumons. En plus de ces observations, l'évolution temporelle de l’Ag dans le tube digestif et les fèces après l'exposition à la forme soluble était associée à une réabsorption intestinale de l'Ag. Une fraction plus élevée de la dose a été également récupérée dans les reins et l'urine pour les formes solubles d’Ag; en effet, la filtration glomérulaire des agrégats de NP d’Ag peut être limitée alors que le cation monovalent dissous peut plus facilement passer dans le filtrat du sang. Notre étude a également révélé des différences significatives dans les profils temporels de l'Ag dans les poumons, le sang, les ganglions lymphatiques et le tractus gastro-intestinal entre les rats exposés à des aérosols de NP d'Ag avec un nombre faible et un nombre élevé de particules, mais dont la concentration massique est identique. Certaines similitudes entre les deux conditions ont également été notées, telles que la distribution tissulaire relative, le temps jusqu'aux niveaux de pointe (Tmax) et les profils d'excrétion. Cependant, pour confirmer si le modèle de biodistribution des NPs d'Ag est conditionné par le nombre de particules, des investigations supplémentaires sont nécessaires. / Nanoparticles (NPs) are among the top priority emerging contaminants in the monitoring field of the major occupational health and safety organizations. Among the most widely used nanoparticles, we can cite silver nanoparticles (Ag). Human exposure to Ag NPs inevitably increases with the increase in their production and their widespread use which raises concerns about the health risks. The objective of the project is to better document the fate of Ag nanoparticles in the body, based on experimental studies in animals exposed under different conditions by inhalation, the main route of exposure for workers. This information is necessary for the safe development of these new technologies. First, the toxicokinetic profile of inhaled Ag NPs was documented. Rats were exposed "nose only" to 20 nm NPs for 6 h at a target concentration of 15 mg/m3. The temporal evolution of the Ag element in the lungs, blood, tissues and excreta was determined for 14 days after the start of inhalation. Thus, to better understand their behavior, mainly because of their dissolution and their capacity to progressively release Ag+ ions in the biological medium, the kinetics of inhaled Ag NPs were compared with the kinetics of a soluble form of the element Ag following exposure to silver nitrate (AgNO3) under the same experimental conditions. Thus, as a last step, in order to determine the best metric to use to better assess the risks associated with these Ag NPs, we studied their kinetic from inhalation studies by comparing the effect of a lower -number with a higher- number of particles. The kinetic profiles of inhaled Ag nanoparticles showed that the fraction of the inhaled dose that reached the lungs is rapidly eliminated during the first 72 hours after inhalation, and the remaining fraction of the dose is slowly eliminated thereafter. The inhaled dose cleared from the lungs appears to be transferred to the systemic circulation and reaches a maximum between 48 and 72 hours after inhalation. However, Ag levels in the blood were low, suggesting rapid biodistribution to tissues such as the liver, the target organ of Ag nanoparticles in rats after inhalation. A translocation of Ag NPs in olfactory bulbs and lymph nodes was apparent, demonstrating the occurrence of direct transport of Ag NPs through nasal nerve by axonal transport and via lymphatic circulation after lung clearance, respectively. The excretion profiles also revealed that fecal excretion is the dominant excretion route for Ag nanoparticles. The results obtained after inhalation of AgNO3 showed differences in the kinetics of soluble AgNO3 compared to insoluble Ag NPs, with higher levels in blood, GI tract and extrapulmonary tissues, but lower levels in lungs. In addition to these observations, the time courses of Ag elements in the GI tract and feces following ionic form exposure were compatible with an intestinal reabsorption of Ag. A higher fraction of the dose was further recovered in kidneys and urine after AgNO3 inhalation compared to Ag NP inhalation. Indeed, filtration of Ag NP aggregates may be restricted while the dissolved Ag+ monovalent ion can more easily pass into the filtrate from blood. Our study also revealed significant differences in the time profiles of Ag element in lungs, blood, lymphatic nodes and GI tract between rats exposed to Ag NPs aerosols of lower- and higher-total particle number counts, but with the same mass concentration. Some similarities between the two conditions were also noted, such as the relative tissue distribution, time-to-peak levels (Tmax) and excretion profiles. However, to confirm if the biodistribution pattern of Ag NPs is conditioned by the particle number, further investigations are needed.

La surveillance biologique de l’exposition est reconnue comme approche privilégiée pour évaluer l’exposition aux pesticides pyréthrinoïdes en milieu de travail. Néanmoins, les niveaux d’exposition peuvent être influencés par plusieurs facteurs, dont la coexposition. L’objectif général du projet de thèse était d’évaluer l’impact de la coexposition sur les biomarqueurs d’exposition aux pyréthrinoïdes, par une étude animal in vivo, d’une part, et chez les travailleurs agricoles, d’autre part. En utilisant le pyréthrinoïde lambda-cyhalothrine (LCT) et le fongicide captane comme pesticides sentinelles pour l’étude de cette coexposition, trois objectifs spécifiques ont été établis et ont fait l’objet de trois articles. Dans le premier article, des groupes de rats ont été exposés par gavage à la LCT seule (2,5 ou 12,5 mg/kg p.c.) ou à un mélange binaire de LCT et de captane (2,5/2,5 ou 2,5/12,5 ou 12,5/12,5 mg/kg p.c.). Des collectes de sang et d’excrétas (urine et fèces) ont été effectuées à des intervalles prédéterminés jusqu'à 48 heures après dosage, afin d'établir les profils temporels des principaux métabolites de la LCT (CFMP, 3-PBA et 4-OH3-PBA). Les profils temporels du CFMP et 3-PBA dans le plasma, l'urine et les fèces étaient similaires après exposition à la dose de 2.5 mg/kg pc de LCT seule ou en combinaison avec le captan. Cependant, les niveaux plasmatiques de 3-PBA étaient plus faibles dans le groupe coexposés à la dose élevée. L'excrétion urinaire du 4-OH3PBA était également plus elevée dans le groupe coexposé à cette dose. Dans le deuxième article, les profils temporels individuels des biomarqueurs d'exposition à la LCT chez des travailleurs appliquant des pesticides dans des champs de fraises ont été comparés après un épisode d'application de la LCT seule ou en coexposition avec le captane. Les participants ont fourni toutes leurs urines sur une période de trois jours suivant une application d'une formulation de pesticide contenant de la LCT seule (E1) ou de la LCT mélangée à du captane (E2), et dans certains cas après être retournés dans le champ traité (E3). Les métabolites de pyréthrinoïdes ont été mesurés dans tous les échantillons d'urine, en particulier le CFMP, 3-PBA et 4-OH3BPA. Il n'y avait pas de différences évidentes, attribuables à la coexposition, dans les profils individuels des concentrations en fonction du temps et dans l'excrétion cumulative des métabolites (CFMP, 3-PBA, 4-OH3BPA) après une exposition à la LCT seule ou en combinaison avec le captane. Dans le troisième article, une étude a été menée sur 87 travailleurs agricoles affectés à différentes tâches agricoles (application, désherbage, cueillette). Ces travailleurs ont fourni des échantillons d'urine avant et après l'application de LCT seule ou en combinaison avec du captane, ainsi qu'après des tâches dans les champs traités, avec également un échantillon de contrôle. Les concentrations des métabolites CFMP et le 3-PBA ont été mesurées dans les échantillons. À l'aide d'un questionnaire, les déterminants potentiels d'exposition incluant la tâche effectuée et les facteurs personnels ont également été documentés. Les analyses statistiques ont montré que la coexposition au captane n’induisait pas de changement dans les concentrations urinaires observés de 3-PBA et de CFMP. Seule la tâche professionnelle principale montrait une association avec les niveaux urinaires de ces métabolites. Comparativement aux tâches de désherbage ou de cueillette, la tâche d'application de pesticides était associée à des concentrations urinaires plus élevées de 3-PBA et de CFMP. En résumé, bien qu’un impact de la coexposition LCT-captan a été démontré expérimentalement à de fortes doses, l’étude chez les travailleurs a révélé que la coexposition ne contribuait pas significativement aux variations dans les concentrations des biomarqueurs d'exposition, aux niveaux d'exposition observés chez les travailleurs de la culture de la fraise par rapport aux autres facteurs qui contribuent à cette variabilité. Cette étude a également confirmé les données antérieures suggérant que les applicateurs étaient plus exposés que les travailleurs affectés à des tâches telles que le désherbage et la cueillette. Cette recherche a le potentiel d'améliorer la compréhension de l'impact de la coexposition par rapport à d’autres facteurs sur les niveaux de biomarqueurs d’exposition aux pyréthrinoïdes ; elle contribue ainsi à mieux interpréter les données de biosurveillance. / Biological exposure monitoring is recognized as the preferred approach for assessing exposure to pyrethroid pesticides in the workplace. Nevertheless, exposure levels can be influenced by several factors, including coexposure. The overall aim of the thesis project was to assess the impact of coexposure on biomarkers of exposure to pyrethroids, through an in vivo animal study on the one hand, and in agricultural workers on the other. Using the pyrethroid lambda-cyhalothrin (LCT) and the fungicide captan as sentinel pesticides for the study of this coexposure, three specific objectives were established and were the subject of three published articles. In the first paper, groups of rats were exposed by gavage to LCT alone (2.5 or 12.5 mg/kg bw) or to a binary mixture of LCT and captan (2.5/2.5 or 2.5/12.5 or 12.5/12.5 mg/kg bw). Blood and excreta (urine and faeces) were collected at predetermined intervals up to 48 hours after dosing, to establish the temporal profiles of the main LCT metabolites (CFMP, 3-PBA and 4-OH3-PBA). The temporal profiles of CFMP and 3-PBA in plasma, urine and feces were similar after exposure to 2.5 mg/kg bw of LCT alone or in combination with captan. However, plasma levels of 3-PBA were lower in the high-dose co-exposure group. Urinary excretion of 4-OH3PBA was also higher in the high-dose coexposure group. In the second paper, individual temporal profiles of LCT exposure biomarkers in workers applying pesticides in strawberry fields were compared after an episode of LCT application alone or in coexposure with captan. Participants provided all their urine over a three-day period following application of a pesticide formulation containing LCT alone (E1) or LCT mixed with captan (E2), and in some cases after returning to the treated field (E3). Pyrethroid metabolites were measured in all urine samples, in particular CFMP, 3-PBA and 4-OH3BPA. No differences were observed in individual concentration-time profiles or in the cumulative excretion of metabolites (CFMP, 3-PBA, 4-OH3BPA) after exposure to LCT alone or in combination with captan. In the third article, a study was carried out on 87 farm workers assigned to different agricultural tasks (application, weeding, picking). These workers provided urine samples before and after the application of LCT alone or in combination with captan, as well as after tasks in treated fields, with also a control sample. Concentrations of the metabolites CFMP and 3-PBA were measured in the samples. Using a questionnaire, potential determinants of exposure including the task performed and personal factors were also documented. Statistical analyses showed that coexposure to captan did not lead to any change in the observed urinary concentrations of 3-PBA and CFMP. Only the main occupational task showed an association with urinary levels of these metabolites. Compared with weeding or picking tasks, the pesticide application task was associated with higher urinary concentrations of 3-PBA and CFMP. In summary, although an impact of LCT-captan coexposure has been demonstrated experimentally at high LCT doses, the field study revealed that coexposure did not contribute significantly to variations in exposure biomarker concentrations, at the exposure levels observed in strawberry crop workers compared to other factors contributing to this variability. This study also confirmed previous data suggesting that applicators were more exposed than workers assigned to tasks such as weeding and picking. This research has the potential to improve understanding of the impact of coexposure versus other factors on pyrethroid exposure biomarker levels, and thus contribute to better interpretation of biomonitoring data.

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets. / Benzo(a)pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon that has been classified as carcinogenic to humans. However, the relationship between exposure and effect is still poorly documented. The aim of this thesis was to document the quantitative relationship between exposure to BaP, the temporal evolution of biomarkers of exposure and the appearance of early biological alterations, by conducting experimental studies in rats. First, we determined the effect of four doses of BaP (0.4, 4, 10 and 40 µmol / kg) on several biomarkers of exposure (3- and 7-OHBaP, 4,5- and 7,8 -diolBaP, BaPtetrol and 1,6 -, 3,6 - and 7,8-dione-BaP), on DNA adducts and the expression of genes involved in the metabolism of BaP, DNA repair and oxidative stress. BaP and its metabolites were measured in blood, tissues and excreta, 8 h and 24 h after intravenous administration of BaP by ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to fluorescence. The DNA adducts were quantified in lungs by chemiluminescence immunoassay. Gene expression in lungs was achieved by quantitative real time PCR (qRT-PCR). The results showed a good dose-excretion relationship for 3- OHBaP , 4,5- and 7,8- diolBaP and they also showed the usefulness of 4,5- diolBaP as a potential biomarker of BaP in addition to 3- OHBaP. Furthermore, the dose-dependent increase in the formation of adducts and the expression of certain genes involved in metabolism and oxidative stress highlighted the latter as potentially interesting biomarkers of effect. The following study was designed to evaluate the toxicokinetic profile of biomarkers of exposure related to the temporal modulation of the formation of DNA adducts and gene expression, using a dose of 40 µmol/kg BaP as set out in the previous study, but with regular measurements during the 72-h period following intravenous injection of BaP. It appeared that the 3 - and 7- OHBaP and 4,5 - and 7,8- diolBaP seemed to be good biomarkers of exposure; hydroxyBaPs and diolBaPs exhibited different kinetics but all the metabolites were significantly correlated with BaPDE adducts in the lungs. The expression of genes and the study of their kinetic profile also allowed to assess the relationship with the formation of adducts and better understand the metabolism of BaP. Based on these results, it seemed logical to focus on the effect of the route of exposure. The data measured in the blood and excreta after intravenous, intratracheal, oral, and cutaneous administration of 40 mmol/kg BaP have once again demonstrated the importance of measuring several metabolites due to kinetic differences depending on the route of administration of the compound and among biomarkers, in particular between OHBaPs (3 - and 7 - OHBaP) and diolBaPs (4,5 - and 7,8- diolBaP). Results also suggest that measurements of concentration ratios of different metabolites could help indicate the time and the main route of exposure. Overall, these data allowed a better understanding of the continuum between BaP exposure and early effects.

Les pyréthrinoïdes sont des insecticides largement utilisés. La population générale y est exposée par l’alimentation tandis que les travailleurs agricoles y sont exposés lors de tâches diverses en champs. Leurs effets neurotoxiques, immunitaires et endocriniens potentiels en font des composés à surveiller pour assurer la santé de la population. La mesure de biomarqueurs d’exposition, qui consiste à quantifier la concentration dans l’organisme d’une substance ou de ses métabolites, permet d’estimer les doses absorbées. Les biomarqueurs peuvent également être des molécules répondant à un stress physiologique, identifiées comme des biomarqueurs d’effets. Pour raffiner les stratégies de biosurveillance de l’exposition, on se doit de bien connaître la toxicocinétique d’un xénobiotique; actuellement, les études de biosurveillance considèrent rarement la variabilité temporelle, intra-invidivuelle et inter-individuelle, qui pourrait influencer l’estimation de l’exposition. L’objectif de la thèse est donc d’appliquer une approche cinétique pour l’évaluation de l’exposition aux pyréthrinoïdes en conditions contrôlées et en milieu de travail. Dans un volet exploratoire, l’effet de cette exposition sur des changements métaboliques précoces a également évalué. Trois métabolites finaux (cis-DCCA, trans-DCCA et 3-PBA) de deux pyréthrinoïdes les plus utilisés, soient la perméthrine et la cyperméthrine, ont été mesurés dans le plasma et l’urine de six volontaires oralement exposés à une dose équivalente à la dose de référence. Une demi-vie moyenne (t½) d’élimination apparente du trans-DCCA, cis-DCCA et 3-PBA dans le plasma de 5,1, 6,9 et 9,2 h, respectivement, a été obtenue après exposition orale à la cyperméthrine, comparativement à 7,1, 6,2 et 6,5 h après exposition à la perméthrine. Dans l’urine, la demi-vie d'élimination apparente (t½) était de 6,3, 6,4 et 6,4 h pour le trans-DCCA, cis-DCCA et 3-PBA, respectivement, après administration de la cyperméthrine comparé à 5,4, 4,5 et 5,7 h après administration de la perméthrine. Les profils temporels étaient semblables suite à l’exposition à la cyperméthrine et perméthrine. Ensuite, une étude en milieu agricole a été réalisée avec la participation de travailleurs pour évaluer leur exposition et raffiner les stratégies de biosurveillance. La variabilité intra-individuelle dans les niveaux de biomarqueurs d’exposition chez plusieurs travailleurs était plus importante que la variabilité inter-individuelle. Les échantillons urinaires ont également été utilisés pour identifier des modifications du métabolome pouvant fournir de nouveaux biomarqueurs d’effets précoces. Chez les travailleurs, une augmentation de l'hippurate urinaire (p <0,0001) a été observée après exposition aux pyréthrinoïdes, un biomarqueur de la conjugaison de l’acide benzoïque. En conclusion, cette étude a permis de mieux documenter la cinétique de biomarqueurs d’exposition aux pyréthrinoïdes dans des conditions contrôlées et réelles afin de raffiner les stratégies de biosurveillance. Elle a aussi contribué à renseigner sur les niveaux d’exposition agricole québécois et sur les paramètres professionnels associés à une plus forte exposition. Ce projet s’insère dans une démarche d’analyse de risque en santé au travail. / Pyrethroids are widely used insecticides. The general population is exposed to these compounds through the diet while agricultural workers are exposed during various tasks in the fields. Pyrethroids are compounds of interest given their neurotoxic, immune and endocrine disruptor effects; they should thus be monitored to ensure the health of the population. Measurement of biomarkers of exposure, which consists of quantifying concentrations of a substance or its metabolites in accessible biological matrices, allows estimating absorbed doses. Biomarkers can also be endogenous molecules that respond to a physiological stress and identified as biomarkers of effects. To refine biomonitoring of exposure strategies , one must be familiar with the toxicokinetics of xenobiotics; to date, biomonitoring studies rarely consider temporal variability, hence intra- and inter-individual variability, which may influence estimation of exposure The aim of the thesis was to apply a kinetic approach for the assessment of exposure to pyrethroids in controlled conditions and in the workplace. In an ancillary study, the effect of pyrethroid exposure on early metabolic changes was also evaluated. Three final metabolites (cis-DCCA, trans-DCCA and 3-PBA) of two of the most used pyrethroids, permethrin and cypermethrin, were measured in plasma and urine of six volunteers orally exposed to a dose similar to the reference dose, as analyzed by mass spectrometry. After oral exposure to cypermethrin, the mean apparent elimination half-life (t½) of trans-DCCA, cis-DCCA and 3-PBA in plasma was 5.1, 6.9 and 9.2 h, respectively, as compared to 7.1, 6.2 and 6.5 hours after permethrin exposure. In urine, the mean apparent elimination half-life (t½) of trans-DCCA, cis-DCCA and 3-PBA was 6.3, 6.4 and 6.4 h, respectively, after the administration of cypermethrin compared to 5.4, 4.5 and 5.7 h after permethrin exposure. The time profiles were similar following exposure to cypermethrin and permethrin. The data help to interpret the significance of biological measurements and optimal sampling strategies. Later, a biomonitoring study in agricultural workers was conducted for the assessment of their exposure and refinement of biomonitoring strategies. Within-subject variability in biomonitoring data of several workers was more important than inter-subject variability. Urine samples were also used to identify changes in the metabolome and hence potentially identify new biomarkers of early effects. In particular, an increased urinary excretion of hippurate (p <0.0001) was observed in workers exposed following an exposure episode to pyrethroid, a biomarker of the conjugation of benzoic acid. In conclusion, this study allowed to better document the toxicokinetics of key biomarkers of exposure to pyrethroids, in order to refine biomonitoring of exposure strategies. It has also provided more information on agricultural exposure in Quebec workers and professional parameters associated with high exposure. This project is part of a risk assessment in occupational health.

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets. / Benzo(a)pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon that has been classified as carcinogenic to humans. However, the relationship between exposure and effect is still poorly documented. The aim of this thesis was to document the quantitative relationship between exposure to BaP, the temporal evolution of biomarkers of exposure and the appearance of early biological alterations, by conducting experimental studies in rats. First, we determined the effect of four doses of BaP (0.4, 4, 10 and 40 µmol / kg) on several biomarkers of exposure (3- and 7-OHBaP, 4,5- and 7,8 -diolBaP, BaPtetrol and 1,6 -, 3,6 - and 7,8-dione-BaP), on DNA adducts and the expression of genes involved in the metabolism of BaP, DNA repair and oxidative stress. BaP and its metabolites were measured in blood, tissues and excreta, 8 h and 24 h after intravenous administration of BaP by ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to fluorescence. The DNA adducts were quantified in lungs by chemiluminescence immunoassay. Gene expression in lungs was achieved by quantitative real time PCR (qRT-PCR). The results showed a good dose-excretion relationship for 3- OHBaP , 4,5- and 7,8- diolBaP and they also showed the usefulness of 4,5- diolBaP as a potential biomarker of BaP in addition to 3- OHBaP. Furthermore, the dose-dependent increase in the formation of adducts and the expression of certain genes involved in metabolism and oxidative stress highlighted the latter as potentially interesting biomarkers of effect. The following study was designed to evaluate the toxicokinetic profile of biomarkers of exposure related to the temporal modulation of the formation of DNA adducts and gene expression, using a dose of 40 µmol/kg BaP as set out in the previous study, but with regular measurements during the 72-h period following intravenous injection of BaP. It appeared that the 3 - and 7- OHBaP and 4,5 - and 7,8- diolBaP seemed to be good biomarkers of exposure; hydroxyBaPs and diolBaPs exhibited different kinetics but all the metabolites were significantly correlated with BaPDE adducts in the lungs. The expression of genes and the study of their kinetic profile also allowed to assess the relationship with the formation of adducts and better understand the metabolism of BaP. Based on these results, it seemed logical to focus on the effect of the route of exposure. The data measured in the blood and excreta after intravenous, intratracheal, oral, and cutaneous administration of 40 mmol/kg BaP have once again demonstrated the importance of measuring several metabolites due to kinetic differences depending on the route of administration of the compound and among biomarkers, in particular between OHBaPs (3 - and 7 - OHBaP) and diolBaPs (4,5 - and 7,8- diolBaP). Results also suggest that measurements of concentration ratios of different metabolites could help indicate the time and the main route of exposure. Overall, these data allowed a better understanding of the continuum between BaP exposure and early effects.

Many polycyclic aromatic compounds (PACs) are toxic, carcinogenic, and mutagenic. As a result, their effects on aquatic biota and ecosystems are of great concern. Research on PACs in aquatic biota often overlooks the role of amphibians, alkylated PACs, and sediment as an uptake route. In order to study the accumulation and toxicokinetics of PACs following sediment and aqueous exposure, and to compare the bioaccumulation potentials of parent and alkyl PACs, two accumulation-elimination experiments using wood frog tadpoles (Lithobates sylvaticus) of Gosner stage 28-32 were conducted (one evaluating exposure to contaminated sediment and water, and the other to contaminated water alone). A complementary field study was then conducted near Fort McMurray, Alberta to assess PAC body burdens in field-collected amphibian larvae, and to determine whether PAC body burdens are related to exposure to sediment and/or water in the field. The results of our studies showed that PAC concentrations and uptake rates in wood frog tadpoles were highest when they were exposed to PAC-contaminated sediment. Consequently, we determined that the dominant route of exposure of wood frog tadpoles to PACs is sediment rather than water. This finding supports other studies that have shown dietary uptake to be an important route of PAC exposure in other aquatic organisms. In both the laboratory and field study, alkyl PAC concentrations exceeded those of parent PACs in wood frog tadpoles, which also demonstrated petrogenic PAC profiles. Interestingly, parent PACs seemed to have greater bioaccumulation potential than alkyl PACs in the laboratory-exposed wood frog tadpoles (in relation to sediment), possibly due to greater bioavailability or lower metabolism of parent PACs or alternatively, due to a saturation in uptake of alkyl PACs. Nevertheless, only a few compounds, including anthracene, fluoranthene, retene, and C1-benzofluoranthenes/benzopyrenes, were found to have higher bioaccumulation potentials. Lithobates sylvaticus tadpoles seemed to be efficient at eliminating and metabolizing both parent and alkyl PACs. However, the elimination of some compounds, such as C4-naphthalenes, was not as efficient. Furthermore, C3-fluorenes and C2-dibenzothiophenes were isolated as potential markers of amphibian larvae exposure to PAC-contaminated sediment due to their positive correlation with the wetland sediment concentrations. Additional field collections in the Athabasca oil sands are warranted to verify the utility of these markers in the natural environment. Evidently, this thesis highlights the importance of including sediment exposure and alkylated PACs in toxicological and field studies of benthic and epibenthic organisms. The results of this study are the largest, most comprehensive set of toxicokinetic and bioaccumulation information of PACs (52 analytes) in the amphibian larvae Lithobates sylvaticus obtained to date.

Reconnu par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) comme cancérigène chez l’être humain, le benzo[a]pyrène (BaP) est un des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) les plus étudiés. Souvent rencontrés dans de nombreux milieux de travail, les HAP sont un groupe de polluants omniprésents dans l’environnement, formé par des processus de combustion incomplets. Bien que le BaP présente un risque élevé pour la santé des travailleurs, il n’existe aucun biomarqueur spécifique au composé permettant le suivi et la surveillance d’exposition au BaP dans un lieu de travail. Le 3-hydroxybenzo[a]pyrène (3-OHBaP) est le métabolite du BaP le plus développé comme biomarqueur. Ce métabolite est principalement excrété dans les fèces, ainsi qu’une quantité infime dans l’urine, ce qui le rend difficile à mesurer. De plus, le 3-OHBaP montre une certaine rétention rénale, un facteur qui rend plus compliqué son utilisation en tant que biomarqueur car il oblige de prendre plusieurs critères en compte dans l’analyse de sa cinétique temporelle. Par ailleurs, le 1-hydroxypyrène (1-OHP) est un métabolite urinaire du pyrène souvent utilisé comme biomarqueur d’exposition aux HAP. Neanmoins, il s’agit du métabolite d’un HAP non-cancérigène et par conséquent sa capacité de démontrer le risque de cancer associé à une exposition donnée est faible. Ce mémoire visait à détecter et à évaluer l'exposition au BaP en suivant ses métabolites urinaires: le 4,5-dihydrodiol-benzo[a]pyrène et le 7,8-dihydrodiol-benzo[a]pyrène (le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP; les diolBaP). L’évaluation du 4,5-diolBaP et du 7,8-diolBaP s’est déroulée dans deux études: La première étude, surnommée « l’expérience du shampooing », portait sur un volontaire qui s’est exposé aux HAP dans un environnement contrôlé en utilisant un shampooing à base de goudron de houille. Cette étude a été conçue afin d’évaluer l'évolution temporelle du 7,8-diolBaP chez l'homme et de vérifier son potentiel en tant que biomarqueur d'exposition par comparaison avec le 1-OHP dans le même cadre expérimental. Elle a été réalisée avec deux expériences. La première portait sur une seule exposition et la seconde sur une exposition multiple. La deuxième étude, surnommée « l’étude des travailleurs », reposait sur une analyse comparative du 4,5-diolBaP, du 7,8-diolBaP, du 1-OHP et du 3-OHBaP dans un milieu de travail. Cette étude avait pour objectif d’évaluer les compétences des diolBaP dans un contexte réel à côté des biomarqueurs établis d'exposition au BaP et aux HAP. Cinq travailleurs d'une usine de production d'anodes en carbone ont accepté de participer à cette étude. Dans le cadre de ces deux études, les échantillons d'urine étaient analysés par la chromatographie en phase liquide à ultra-haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. « L’expérience du shampooing » : L’expérience de l’exposition unique et celle de l’exposition multiple ont révélé une élimination de façon mono-exponentielle du 7,8-diolBaP, identique à celle du 1-OHP, avec des concentrations dans le même ordre de grandeur. Nous avons également confirmé un taux d’élimination plus rapide pour le 1-OHP en regardant ses pics. Le 7,8-diolBaP augmente en valeur maximale après chaque exposition, et cette découverte a mis en évidence une accumulation tout au long de la semaine, alors que pour le 1-OHP, le deuxième pic est plus grand, mais le troisième est plus petit, montrant ainsi moins d'accumulation pendant la même période temporelle. « L’étude des travailleurs »: Selon les résultats, la méthode analytique utilisée était incapable de discerner correctement le 4,5-diolBaP des autres contaminants urinaires éluant pendant le même temps de rétention. Le 7,8-diolBaP, quant à lui, élue à des concentrations urinaires d'un ordre de grandeur similaire au 1-OHP tel que vu chez tous les travailleurs évalués. Chez certains travailleurs, la concentration urinaire du 7,8-diolBaP était toujours plus élevée avant le début d'un quart de travail avec l'élimination qui avait lieu pendant le quart de travail pour fournir une valeur de concentration inférieure à la fin du quart de travail. Cependant, la concentration du 1-OHP a eu une hausse immédiate avec l'exposition, culminant à la fin de chaque quart de travail. Pour les autres travailleurs, les concentrations du 7,8-diolBaP et du 1-OHP étaient systématiquement plus élevées à la fin du quart de travail. Il est probable que ces variations indiquent les différentes voies d'exposition. Le présent mémoire a montré le potentiel du 7,8-diolBaP en tant que biomarqueur d'exposition spécifique au BaP et par conséquent, il fournit un point de départ pour explorer la quantification du lien entre l'exposition au BaP et ses effets néfastes sur la santé de l'être humain. L’utilisation de la spectrométrie de masse est nécessaire à confirmer l’identité des diolBaP avant d'aller de l'avant. / Benzo[a]pyrene (BaP) is one of the more commonly studied polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), a group of omnipresent pollutants in the environment formed through incomplete combustion processes. It is listed as a confirmed carcinogen to human beings by the International Agency for Research on Cancer (IARC) and is highly present in many workplaces. Although presenting a significant health risk to workers, there are currently no convenient compound-specific biomarkers that enable the tracking and monitoring of occupational exposure to BaP. 3-Hydroxybenzo[a]pyrene (3-OHBaP) is the most developed, as a biomarker, amongst the metabolites of BaP. It’s mostly excreted with the faeces, presenting in trace amounts in urine, which makes it difficult to measure; it is also demonstrates renal retention, which adds a layer of complexity in its use as a biomarker because there are many factors to take into consideration when looking at its kinetic time course. 1-Hydroxypyrene (1-OHP), in the other hand, is a urinary metabolite of pyrene that serves as a good representative of PAH presence. It is, however, the metabolite of a non-carcinogenic PAH, and is not fully capable of representing the cancer risk posed in a given scenario. This thesis sought to detect and assess BaP exposure through tracking its urinary metabolites: 4,5-dihydrodiol-benzo[a]pyrene and 7,8-dihydrodiol-benzo[a]pyrene (4,5-diolBaP and 7,8-diolBaP; diolBaPs). 4,5-DiolBaP and 7,8-diolBaP were evaluated through two studies: The first study, the “shampoo experiment”, featured a volunteer who self-exposed to PAHs in a controlled setting by using a coal-tar-based shampoo. The study consisted of two experiments. The first focused on a single exposure and the second on multiple exposures. This study was set to evaluate the time course of 7,8-diolBaP in humans and verifying its potential as a biomarker of exposure through a comparison with 1-OHP in the same experimental framework. The second study consisted of a comparative analysis of 4,5-diolBaP, 7,8-diolBaP, 1-OHP and 3-OHBaP in an occupational setting, evaluating the competency of the diolBaPs in a real-world setting alongside established biomarkers of BaP and PAH exposure. Five workers at a carbon anode production plant volunteered to participate in this study. For both of these studies, the urine samples were analysed by ultra-high-pressure liquid chromatography (UHPLC) coupled with fluorescence. “Shampoo Experiment”: The single and multiple exposures revealed a monoexponential elimination on the part of 7,8-diolBaP, identical to 1-OHP, with similar magnitudes of concentration. 1-OHP was also confirmed to undergo a more rapid elimination from the system, where after each exposure for 7,8-diolBaP, the ensuing peak value is higher. This finding demonstrated evidence of accumulation of 7,8-diolBaP throughout the week, whereas with 1-OHP, the second peak is larger, then the third one is smaller, thus showing less accumulation over the same time frame. “Worker Study”: The results showed that the analytical method used was unable to properly discern 4,5-diolBaP from other urinary contaminants eluting during the same retention time. 7,8-DiolBaP, on the other hand, eluted at urinary concentrations that were a similar order of magnitude to 1-OHP, as can be seen in all of the workers evaluated. For some workers, the urinary concentration of 7,8-diolBaP was consistently at its peak prior to the start of a shift and elimination took place during the shift, to provide a lower concentration value at the end of the shift. With 1-OHP, the rise was immediate with exposure, peaking at the end of every shift. For other workers, both 7,8-diolBaP and 1-OHP are consistently higher at the end of the shift. These variations are likely to indicate different routes of exposure. This thesis showed the potential use of 7,8-diolBaP as a compound-specific biomarker of exposure for BaP and thus provides a starting point in exploring the quantification of BaP exposure and negative health effects in humans. Confirmation of the compound’s identity is needed through the use of mass spectrometry.

<p>Sukcinimidi su jedinjenja koja pokazuju vi&scaron;estruke farmakolo&scaron;ke efekte uključujući i antiproliferativnu aktivnost, zahvaljujući prisustvu farmakofore sa dva hidrofobna regiona i dva regiona bogata elektronima. Savremeni dizajn lekova ima za cilj da se modifikacijama u strukturi (promena vrste, položaja i orijentacije supstituenata) i in silico računarskim metodama predvide i optimizuju farmakokinetske osobine i bezbednosni profil kandidata za lek. U ranoj fazi razvoja lekova se koriste postojeće baze podataka o molekulskim, farmakokinetskim i toksikolo&scaron;kim parametrima već ispitanih jedinjenja i pomoću matematičkih modela i algoritama predviđaju se osobine novih molekula, elimini&scaron;u se neodgovarajući kandidati i postiže se u&scaron;teda u vremenu i materijalnim sredstvima. Da se ispitaju fizičko-hemijske karakteristike 11 novosintetisanih metil-etil-N-aril-sukcinimida na osnovu strukture, primenom različitih softverskih paketa; da se na osnovu strukture odrede farmakokinetski i toksikolo&scaron;ki parametri, primenom različitih softverskih paketa; da se ispita retenciono pona&scaron;anje, odnosno odrede retencione konstante za svako jedinjenje primenom visokoefikasne hromatografije na tankom sloju (HP-TLC) i ispita mogućnost primene retencionih konstanti kao mere lipofilnosti ispitivanih jedinjenja; da se ispita antiproliferativna aktivnost na odabranim kulturama ćelija karcinoma i na zdravim ćelijama fibroblasta pluća; da se analizom molekulskog dokinga ustanovi vezivanje za estrogene receptore. Ispitano je retenciono pona&scaron;anje 11 novosintetisanih derivata sukcinimida primenom visokoefikasne hromatografije na tankom sloju (HP-TLC) obrnute faze uz primenu dvokomponentne sme&scaron;e vode i organskog rastvarača (metanola, acetonitrila ili acetona), sa odgovarajućim zapreminskim udelom organskog rastvarača kao mobilne faze. Iz razvijenih hromatograma su izračunate retencione konstante RM0 i S. Logaritam podeonog koeficijenta (logP) određen je in silico, kori&scaron;ćenjem različitih računarskih programa. In silico su određene fizičko-hemijske karakteristike, farmakokinetski parametri, toksikolo&scaron;ki parametri, akvatična toksičnosti i afinitet vezivanja za estrogene receptore. Izračunate su vrednosti afiniteta za 4 vrste receptora (G-protein spregnuti receptori, jonski kanali, inhibitori kinaza, nuklearni receptori). Antiproliferativna aktivnost ispitivanih derivata sukcinimida određena je primenom kolorimetrijskog testa sa tetrazolijum solima (MTT testa) na komercijalnim kulturama ćelija (MRC-5, A549, HeLa, MDA-MB-231, MCF-7, HT-29) i izračunate su IC50 vrednosti. Urađena je i doking analiza sukcinimida prema ERA (estrogen receptor alfa) i ERB (estrogen receptor beta) i dobijene su vrednosti energije formiranja kompleksa sa posmatranim receptorima (MolDock Score). Statistički najznačajnije linearne korelacije dobijene su između eksperimentalno određenih hromatografskih parametara (RM0 i S) i in silico parametara lipofilnosti MlogP i ClogP. Ispitivanjem uticaja promene RM0 i S na farmakokinetske karakteristike dobijeni su rezultati koji pokazuju paraboličnu zavisnost konstante apsorpcije (Ka) i procenta vezivanja za proteine plazme (PPB) od posmatranih retencionih konstanti, dok je zavisnost sa volumenom distribucije (Vd) i sposobno&scaron;ću prolaska kroz krvno-moždanu barijeru (logBBB) bila linearnog tipa. Toksičnost ispitivanih jedinjenja, procenjena na osnovu in silico dobijenih LD50 vrednosti, nije bila vi&scaron;a od toksičnosti već registrovanih lekova sa strukturom sukcinimida, i dala je parabolične zavisnosti u odnosu na RM0 i S vrednosti. Eksperimentalno nijedno od ispitivanih jedinjenja nije pokazalo aktivnost u odnosu na zdrave fibroblaste pluća. Najznačajniju antiproliferativnu aktivnost (najniže IC50) su pokazala jedinjenja 6 i 7 u odnosu na ćelije linije MCF-7 i jedinjenje 11 u odnosu na A549 ćelijsku liniju. Doking analiza je pokazala niže energije formiranja kompleksa sa ERA, u odnosu na ERB. Eksperimentalno određeni parametri RM0 i S se mogu koristiti kao alternativne i pouzdane mere lipofilnosti analiziranih sukcinimida. Ispitivana jedinjenja pokazuju povoljne fizičko-hemijske karakteristike, predviđene in silico metodama i povoljne farmakokinetske karakteristike: male vrednosti konstante apsorpcije, umeren volumen distribucije, povoljan afinitet vezivanja za proteine plazme, favorizovan prolazak kroz krvno-moždanu barijeru za lipofilnija jedinjenja. Procenjuje se da sva ispitivana jedinjenja, izuzev derivata sa &ndash;CN supstituentom, imaju zahtevani nizak stepen toksičnosti. Po antiproliferativnoj aktivnosti u odnosu na ćelije ER-zavisnog karcinoma dojke (MCF-7) izdvajaju se jedinjenja sa metil i nitro supstituentom u para položaju. Na osnovu malih energija formiranja kompleksa sa ERA, koji su eksprimirani na ćelijama MCF-7 linije, pretpostavlja se da bi mehanizam njihovog delovanja delimično mogao biti obja&scaron;njen uticajem na ERA, ali su potrebna dodatna istraživanja na tom polju.</p> / <p>Succinimides have exhibited various pharmaceutical effects including antiproliferative activity due to an important structural fragment (a pharmacophore) presented in form of two hydrophobic regions and two electron-rich centers. Current development of new drugs involves modifications in structure (type, position and orientation of substituents) and usage of in silico computational programs to predict and optimize pharmacokinetic and safety profile of drug candidates. In early phase of drug development, databases regarding the molecular, pharmacokinetic and toxicological parameters of already tested compounds are used, mathematical models and algorithms are applied for predicting the properties of new molecules and inadequate candidates are eliminated saving time and resources. Determination of physico-chemical properties of the analyzed methyl-ethyl-N-phenilsuccinimide derivatives by software packages; virtual pharmacokinetic and toxicology screening; investigation of retention behavior of the compounds by the reversed-phase HPTLC analysis and calculation of retention constants and their correlation with lipophilicity; in vitro evaluation of antiproliferative activity toward five carcinoma cell lines and normal fetal lung cell line; molecular behavior study on target estrogen receptors by molecular docking and correlation of antiproliferative activity toward ER+ breast carcinoma cell lines and in silico estrogen receptor affinity binding. Retention behavior of 11 newly synthesized succinimide derivatives was determined by reversed phase high performance thin layer chromatography (RP HPTLC) with the application of two-component mixtures water - organic solvent (methanol, acetonitrile or acetone) with adequate volume fractions of the organic modifier. After chromatographic development RM0 and S parameters were calculated. The logarithm of partition coefficient, logP for the analyzed compounds were calculated by different softwares. Physico-chemical properties, pharmacokinetic and toxicological parameters, aquatic toxicity and relative affinity to estrogen receptors were predicted in silico. The affinity toward 4 types of receptors (G-proteine coupled receptors, ion channels, kinase inhibitors, nuclear receptors) were calculated as well. Standard MTT assay was applied to evaluate cytotoxic activities of the analyzed succinimides after cells were exposed. Antiproliferative activity were investigated toward commercial MRC-5, A549, HeLa, MDA-MB-231, MCF-7, HT-29 cell lines and IC50 values were calculated for each compound. MolDock Score that represents energy of binding to estrogen alfa and estrogen beta receptors was determined by molecular docking. Statistically significant linear correlations were determined between the chromatographic retention constants (RM0 and S) and calculated logP, and the best two were obtained in correlation of retention constants with MlogP and ClogP. The examination of RM0 and S influence on pharmacokinetics indicated parabolic dependence of the absorption constant (Ka) and plasma protein binding predictor (PPB) from the observed constants while the volume of distribution (Vd) and the ability to cross the brain blood barrier (logBBB) had linear association with the retention parameters. The toxicity of the analysed compounds evaluated in silico as LD50 on rodents was lower in comparison with the drugs with succinimide structure that are on the market and had parabolic correlation with the RM0 and S values. The experiments indicated that none of the compounds examined had cytotoxic activity toward the healthy lung fibroblast cells. The results of the in vitro assay shown that none of the investigated compounds demonstrated antiproliferative activity toward fetal lung cells. The most potent antiproliferative agents were compounds 6 and 7 toward MCF-7 cell line, and compound 11 toward A549 cell line. Molecular docking shown lower energy for binding to ERA in comparison to ERB.</p>

Résumé: De nombreuses études ont établi que l’exposition aux moisissures intérieures peut être nuisible à la santé. Dans une récente étude, 21 composés organiques volatils microbiens (COVM) ont été sélectionnés comme biomarqueurs potentiels de l’exposition aux moisissures intérieures. L’objectif du projet était de déterminer les coefficients de partage (CP) sang:air, urine:air, plasma:air et eau:air pour ces composés, paramètres utilisés dans la prédiction de la toxicocinétique des xénobiotiques. Pour y parvenir, la méthode de flacons à l’équilibre a été utilisée. Les COVM (1.57-2.01 µg) injectés dans des flacons (20 ml) hermétiquement scellés contenant soit 0.5 ml de matrice (flacons test) ou simplement de l’air (flacons références) ont été incubés 60 min à 37⁰ C sous agitation continue. La quantification des COVM dans l’espace de tête des flacons (test et références) a été ensuite faite par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS/MS). Les CP de 19 COVM variaient entre 78 et 4721 pour sang:air, 14 et 3586 pour urine:air, 64 et 5604 pour plasma:air et 16 et 2210 pour eau:air. Les CP eau:air étaient étroitement liés aux CP urine:air pour 17 COVM (R2 = 0,97, pente =1,001) suggérant que la valeur de CP eau:air (lorsqu’inférieur à103) peut être un substitut au CP urine:air. L’étude des ratios sang:urine indique que six COVM seraient nettement plus concentrés dans le sang, matrice de choix pour ces composés. Les données générées par cette étude faciliteront le développement de modèles pharmacocinétiques de COVM et le paramétrage de leurs prélèvements en tant que biomarqueurs de l’exposition aux moisissures intérieures. / Abstract: Numerous studies have established that exposure to indoor molds can be harmful to health. In a recent study, 21 microbial volatile organic compounds (mVOCs) were selected as potential biomarkers of indoor mold exposure. The objective of the project was to determine the blood:air, urine:air, plasma:air, and water:air partition coefficients (PCs) for these compounds, parameters used in predicting the toxicokinetics of xenobiotics. To achieve this, the vial-equilibration method was used. mVOCs (1.57-2.01 µg) were injected into hermetically sealed vials (20 ml) containing either 0.5 ml of matrix (test vials) or simply air (reference vials) and were incubated for 60 min at 37 ⁰C under continuous agitation. Quantification of mVOCs in the headspace of the vials (test and reference) was then performed by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS/MS). The PCs of 19 mVOCs ranged from 78 and 4721 for blood:air, 14 and 3586 for urine:air, 64 and 5604 for plasma:air, and 16 and 2210 for water:air. Water:air PCs were closely related to urine:air PCs for 17 mVOCs (R2 = 0.97, slope =1.001) suggesting that the water:air PC value (when less than 103) may be a surrogate for the urine:air PC. The blood:urine ratio study indicates that six mVOCs would be significantly more concentrated in blood, the matrix of choice for these compounds. The data generated from this study will facilitate the development of pharmacokinetic models of mVOCs and the parameterization of their sampling as biomarkers of indoor mold exposure.

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