Zur Verbesserung der Prüfung und Risikobewertung der zunehmenden Menge von
Chemikalien und Arzneimitteln, gilt es neue Alternativen in Form von in vitro
Prüfmethoden mit mechanistisch relevanten Endpunkten zu finden. Einen solchen
Rahmen bietet das konzeptionelle Konstrukt des Adverse Outcome Pathway (AOP)-
Konzepts. Es erzeugt auf der Basis bestehenden Wissens einen mechanistischen und
kausalen Zusammenhang mit Hilfe von mehreren Schlüsselereignissen (Key Event [KE])
zwischen einem initierenden molekularen Ereignis (Molecular Initiating Event [MIE]) und
einem adversen Effekt (Adverse Outcome [AO]) auf biologischer Ebene. Im Rahmen
dieser Arbeit wurde der AOP „Rezeptorvermittelte Endozytose und lysosomaler
Overload führen zu Nephrotoxizität“ am Zellkulturmodell proximaler Nierentubuluszellen
weiterentwickelt. Es wurden in vitro Assays für die Zelllinien RPTEC/TERT1 (Mensch)
und NRK-52 E (Ratte) für jedes KE etabliert. In dem AOP wird die Initiierung der
Schädigung des Nierengewebes durch rezeptorvermittelte Endozytose der Substanzen
(MIE) mit folgendem lysosomalem Overload (KE 1) und der lysosomalen Membranruptur
(KE 2) beschrieben. Es kommt zur Zellschädigung (KE 3) und endet mit einem Schaden
auf Organebene (AO). Für KE 1 erfolgte die Visualisierung des lysosomal-assoziierten
Membranproteins (lysosomal-associated Membranprotein [LAMP]) und in KE 2 die
Darstellung der Protease Cathepsin D (CTSD) mittels Immunfluoreszenz. Für KE 3
wurden spezifische Toxizitätsdaten der Testsubstanzen mit dem CellTiter-Glo®
Lumineszenz-Zellviabilitätstest generiert. Gewählte Stressoren für den AOP war die
Gruppe der Polymyxin-Antibiotika (Polymyxin B, Colistin, Polymyxin B Nonapeptid), das
Aminoglykosid Gentamicin, das Glykopeptid Vancomycin sowie Cadmiumchlorid. In
Zusammenschau der Ergebnisse der drei KEs war die Rangfolge der Auswirkungen der
drei Polymyxin-Derivate über alle KEs konsistent. Polymyxin B erwies sich als aktivste
Substanz, während Polymyxin B Nonapeptid die geringsten Auswirkungen zeigte. Als
Ausblick in weiterführenden Analysen der Arbeitsgruppe konnten bei Cadmiumchlorid
trotz einer signifikanten Zytotoxizität (KE 3) nur geringe Auswirkungen in der LAMPExpression
(KE 1) aufgezeigt werden. Des Weiteren erfolgte die Erstellung von
Response-Response-Analysen, um mittels vorgeschalteter Schlüsselereignisse
nachfolgende Effekte vorhersagen zu können. Projektpartner der Universität Utrecht
entwickelten darüber hinaus eine quantitative in vitro in vivo Extrapolation (QIVIVE)
mittels eines physiologisch basierten pharmakokinetischen (PBPK) Modells. / To improve testing and risk assessment of the increasing amount of chemicals and drugs, new alternatives of in vitro testing methods with mechanistically relevant endpoints need to be found. The conceptual construct of the Adverse Outcome Pathway (AOP) concept provides such a framework. It generates a mechanistic and causal relationship based on existing knowledge using multiple key events (KE) between an initiating molecular event (MIE) and an adverse outcome (AO) at a biological level. In this work, the AOP "Receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload lead to nephrotoxicity" was further developed using a cell culture model of proximal renal tubular cells. In vitro assays were established for the RPTEC/TERT1 (human) and NRK-52E (rat) cell lines for each KE. In the AOP, initiation of renal tissue damage by receptor-mediated endocytosis of substances (MIE) with subsequent lysosomal overload (KE 1) and lysosomal membrane rupture (KE 2) is described. Cell damage occurs (KE 3) and ends with organ damage (AO). For KE 1, visualization of lysosomal-associated membrane protein (LAMP), and for KE 2, visualization of protease cathepsin D (CTSD) was used by immunofluorescence. For KE 3, specific test substance toxicity data were generated using the CellTiter-Glo® luminescence cell viability assay. Selected stressors for the AOP were polymyxin antibiotics (polymyxin B, colistin, polymyxin B nonapeptide), the aminoglycoside gentamicin, the glycopeptide vancomycin, and cadmium chloride. All results of the three KEs combined, the ranking of the effects of the three polymyxin derivatives was consistent across all KEs. Polymyxin B proved to be the most active compound, while polymyxin B nonapeptide showed the lowest effects. In further analyses of the working group, only minor effects in LAMP expression (KE 1) could be shown with cadmium chloride despite a significant cytotoxicity (KE 3). Furthermore, response-response analyses were performed to predict upstream effects by downstream key events. Project partners from Utrecht University also developed a quantitative in vitro to in vivo extrapolation (QIVIVE) using a physiologically based pharmacokinetic (PBPK) model.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:31804 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Reiser, Pia |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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