Metodiky nového přístupu (NAMs) pro predikci střevního příjmu látek z vnitřního prachu

Bc. Nikola Navrátilová

Bachelor's thesis

New Approach Methodologies (NAMs) for prediction of intestinal intake of pollutants from indoor dust

Abstract:

Lidé v dnešní době tráví většinu svého času ve vnitřních prostorech a jsou tak vystaveni přítomnému prachu. Anorganické a organické polutanty obsažené v prachu mohou představovat riziko pro lidské zdraví. Lidé (zejména malé děti) tento prach ne-záměrně konzumují společně s potravou nebo vkládáním si rukou do úst. Tato bakalářská práce se zaměřuje na biodostupnost látek obsažených ve vnitřním prachu, zahrnující procesy uvolňování látek z matrice v gastrointestinálním traktu (tzv. biopřístupnost) a jejich následný přestup přes bariéru tenkého střeva. Teoretická část popisuje metodiky nového přístupu (NAMs), zejména in vitro modely střevní bariéry, které mohou být využity k hodnocení střevního vstřebávání a biodostupnosti polutantů vnitřního prachu bez nutnosti testování na zvířatech. Cílem praktické části bylo za-vést in vitro model střevní bariéry lidské kolorektální buněčné linie Caco-2 pro hodnocení střevního vstřebávání chemických látek, zejména v návaznosti na studie bio-přístupnosti polutantů z vnitřního prachu. Byly ověřeny účinky transportních médií na viabilitu nediferencovaných Caco-2 buněk, jmenovitě Hankova vyváženého solné-ho roztoku (HBSS) a umělých střevních šťáv (používaných ke stanovení biopřístupnosti). Cytotoxický vliv roztoku HBSS nebyl pozorován, avšak výsledky ukázaly cytotoxický vliv umělých střevních šťáv v expozičních koncentracích 25 % - 100 % po 4h expozici a 12,5 % - 100 % po 24h expozici. V bariérovém modelu Caco-2 byly změřeny hodnoty transepiteliální elektrické rezistence (TEER) indikující integritu střevní bariéry. Byl pozorován nárůst hodnoty TEER po dobu 22d kultivace, v závislosti na počáteční hustotě buněk činily konečné hodnoty TEER 30-154 Ω×cm2. Dále byla hodnocena exprese genu SLC10A2 kódujícího transportér pro žlučové kyseliny ASBT, která se v bariérovém modelu zvýšila oproti nediferencovaným buňkám přibližně šestkrát. 24h expozice bariérového modelu 100% HBSS způsobila stagnaci hodnot TEER, zatímco expozice 12,5% umělým střevním šťávám vyvolala pokles TEER o 24 %. Také další růst hodnot TEER po 48 h po odmytí šťáv byl pomalejší než u HBSS nebo kontroly. Zavedený Caco-2 model a zjištěné charakteristiky mohou přispět k budoucímu výzkumu biodostupnosti kontaminantů prachu vnitřního prostředí a k novým poznatkům v této oblasti.

Abstract:

People today spend most of their time indoors, exposing themselves to dust carrying both inorganic and organic pollutants. People (especially young children) unintentionally consume this dust with food or by placing their hands into their mouths, which can pose health risks. This thesis focuses on the bioavailability of substances from indoor dust, including the release of substances in the gastrointestinal tract (so-called bioaccessibility), and their subsequent passage across the intestinal barrier. The theoretical part describes new approach methodologies (NAMs), particularly in vitro models of the intestinal barrier, which can be used to assess intestinal absorption and bioavailability of pollutants of indoor dust without the need for animal testing. The practical part introduces an in vitro model of the intestinal barrier of the human colorectal Caco-2 cell line to enable the assessment of intestinal absorption of chemicals following bioaccessibility studies of pollutants from indoor dust. The effects of transport media on the viability of undifferentiated Caco-2 cells were assessed. Namely, Hank's balanced salt solution (HBSS) did not induce cytotoxic effects. However, artificial intestinal fluids (used in bioaccessibility studies) induced cytotox-icity at concentrations of 25%-100% after 4-h exposure and 12.5%-100% after 24-h exposure. In the Caco-2 barrier model, transepithelial electrical resistance (TEER), which indicates the integrity of the intestinal barrier, was measured. An increase in TEER values was observed during 22-d cultivation; depending on the initial cell den-sity, the final TEER values ranged from 30 to 154 Ω×cm2. Furthermore, the expression of the SLC10A2 gene encoding the bile acid transporter ASBT increased approximately six times in the barrier model compared to the undifferentiated cells. A 24-h exposure of the barrier model to 100% HBSS caused a stagnation of TEER values, while exposure to 12.5% artificial intestinal fluids decreased TEER by 24%. After removing the exposure medium, an increase of TEER was slower in the cells exposed to intesti-nal fluids than in HBSS or control. The established Caco-2 model and the observed characteristics may contribute to further research and insights into the bioavailabil-ity of contaminants from indoor dust.

Keywords

NAMs, prach vnitřního prostředí, GIT, střevní absorpce, in vitro modely, biodostupnost, Caco-2, indoor dust, intestinal absorption, in vitro models, bioavailability

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 13. 2. 2024
• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Babica, Ph.D.
• Reader: Mgr. Jiří Novák, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Environment and Health / Environment and Health