Can human biomonitoring studies contribute to improve public health decisions?

Abstract publicado em: J Clin Toxicol 2017, 7:3 (suppl)., 66. Doi: 10.4172/2161-0495-C1-025-005: Disponível em: https://www.omicsonline.org/conference-proceedings/2161-0495-C1-025-005.pdfStatement of the Problem: Our previous work has shown the presence of the hazardous chemicals within a complex mixture of contaminants (e.g., metals, pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons) trapped in sediments of a Portuguese estuary. In that case-study, an epidemiological survey confirmed the exposure of the local population mainly through food chain, suggesting the need of a biomonitoring study that includes the quantification of contaminants in biological fluids as well as biomarkers of early biological effects (e.g., biochemical, genetic and omics-based endpoints) in the target population. Recognizing the knowledge gap between exposure to hazardous substances and health outcomes, not only in Portuguese population, but also throughout Europe, the project European Human Biomonitoring Initiative (HBM4EU) has just started, with the overarching goal of generating knowledge towards the safe management of chemicals. Methodology & Theoretical Orientation: Human biomonitoring will be used to understand the human exposure to chemicals and resulting health impacts. The first steps rely on harmonizing procedures for human biomonitoring across countries, to provide policy makers with comparable data on human internal exposure to chemicals and mixtures of chemicals at EU level. Then, linking data on internal exposure with the hazardous chemicals, will allow to aggregate external exposure and identifying exposure pathways and upstream sources. Conclusion & Significance: By generating scientific evidence on the causal links between human exposure to chemicals and negative health outcomes, an evidence-base will be established to allow the use of human biomonitoring in chemical risk assessment methodologies to data. The risk management and communication with stakeholders and policy makers will ensure that results are applied in the design of new regulations for chemicals and for supporting public health protection policies.HBM4EU project, Grant agreement No: 733032info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Nanomateriais manufaturados – um risco para a saúde dos trabalhadores?

Introdução: Existem diversas definições de nanomateriais manufaturados (NM) embora, de um modo geral, estes sejam definidos como materiais fabricados deliberadamente e que contêm partículas com pelo menos uma dimensão externa na gama de tamanhos compreendida entre 1 e 100 nanómetros (Comissão Europeia, 2011). Esta pequena dimensão confere-lhes propriedades físicas, químicas e biológicas que podem diferir bastante das propriedades dos materiais com a mesma composição química mas utilizados numa escala não manométrica (p.ex., pós finos). São as propriedades mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas inerentes aos materiais na escala “nano” que os tornam particularmente vantajosos e atrativos para as mais diversas aplicações industriais e biomédicas. A título de exemplo, menciona-se a utilização crescente de NM em produtos de cosmética e higiene pessoal (p.ex., dióxido de titânio em protetores solares e cremes), têxteis e calçado (p.ex., NM de prata), produtos e equipamentos desportivos (p. ex., nanotubos de carbono em raquetes e tacos de golf), construção civil (p. ex., dióxido de titânio em tintas e revestimentos), componentes de veículos automóveis e eletrónica (p.ex., nanotubos de carbono). Contudo, a enorme expansão que tem vindo a acontecer ao nível da síntese, produção industrial e utilização de NM contrasta com uma ainda insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente. Com efeito, o conceito já proposto em 1990, de que a resposta exacerbada das células pulmonares à inalação de partículas com diâmetro inferior a 100 nm, as nanopartículas (NP), era dependente da pequena dimensão das partículas foi sendo progressivamente suportado pelos resultados de outros estudos, tendo-se evidenciado duas características fundamentais dos NM - a dimensão das partículas que os constituem e o seu comportamento dinâmico (formação de aglomerados ou de agregados) - que condicionam a sua toxicidade (Maynard et al., 2011)

Moving towards a safe by design approach for ENM: linking ENM relevant properties to toxicological concerns

Within the Safe by Design concept, the functionality of a material and its toxicity are considered in an integrated way. The central goal of this presentation is to discuss some fundamental principles of engineered nanomaterials (ENM) interactions with biological systems relevant to human exposure and biological responses. Major factors to consider in the ENM safe-by-design approach are surface modification to reduce the potential hazardous properties of target nanoparticles (NP), compatibility between NP coatings and their matrix, as well as biopersistence, considering the relevant exposure scenarios across the life cycle of the target NP and products. This is a cross-disciplinary field that needs to identify, at earlier stages of the ENM R&D process, the physicochemical properties that may act as good predictors of toxicity, e.g. crystal structure/reactivity, zeta potential/surface charge/dynamic properties. Furthermore, it is also needed to build adequate screening in vitro testing strategies (realistic doses, exposure duration and target tissues), incorporating relevant hazard endpoints that can give an insight about the toxicological mode of action (MoA) with relevance to human health and environment, taking into account the uses and applications along the lifecycle (EHS roadmap). These topics will be illustrated by a cytotoxicity and genotoxicity study performed with a set of ENM with identical chemistry but different physicochemical characteristics that highlighted the importance of investigating each ENM individually, instead of assuming a common MoA. The findings, although creating a dilemma for developing criteria for categorization and read-across, are also suggestive of the importance of considering the functionality of a material and its toxicity in an integrated way, enabling a safe-by-design concept. Ultimately, the overall safety data is intended to best support the decision of IND developers and risk managers during the ENM design and development processes

Avaliação da segurança de nanomateriais manufacturados através da caracterização do seu potencial efeito genotóxico

Presentemente, encontra-se já disponível uma nova geração de produtos inovadores contendo um amplo espectro de nanomateriais (NM), em áreas tão diversas como a biomedicina, electrónica, alimentação e cosmética. Porém, os potenciais riscos para a saúde humana decorrentes da exposição a estes produtos, desde a fase de produção e aplicação industrial até à manipulação e utilização pelo consumidor, são motivo de preocupação, à escala mundial. A potencial actividade carcinogénica dos NM, em particular, constitui uma séria preocupação que se parece justificar pelas observações de que à escala “nano” algumas substâncias revelam maior toxicidade em roedores do que os seus análogos não-ultrafinos e são tumorigénicas. Para avaliar de uma forma simplificada, rápida e económica a potencial carcinogenicidade de um composto, caracterizam-se os seus efeitos genotóxicos em sistemas celulares ou em roedores que se espera serem preditivos de um potencial efeito carcinogénico no homem. No que se refere à caracterização dos efeitos genotóxicos dos NM, uma questão crucial é saber em que medida os métodos/estratégias convencionais são aplicáveis a estes materiais, considerando que a sua entrada nas células, processamento e interacção com as moléculas biológicas podem conduzir a efeitos tóxicos imprevisíveis, ao nível do organismo. Tendo em vista a resposta a esta e outras questões, foi delineada e recentemente aprovada a Acção Concertada Europeia “NANOGENOTOX – Safety evaluation of manufactured nanomaterials by characterisation of their potential genotoxic hazard”, que decorrerá entre 2010 e 2013. Serão apresentados os objectivos e o estado actual dos estudos no âmbito desse projecto que visa, essencialmente, o estabelecimento de metodologias robustas para avaliar a potencial genotoxicidade de três classes de nanopartículas (sílica, titânio e nanotubos de carbono), de forma a contribuir para a avaliação de risco decorrente da exposição a esses NM. De entre os objectivos específicos do NANOGENOTOX, salentam-se: i) a caracterização das propriedades físico-químicas dos NM; ii) a avaliação dos efeitos genotóxicos através do ensaio do cometa e da análise de micronúcleos in vitro e in vivo e iii) a determinação de parâmetros toxicocinéticos dos NM num modelo murino. Espera-se que os resultados gerados ao longo do projecto permitam reforçar, expandir e partilhar o conhecimento requerido para uma avaliação global do risco das nanopartículas e permitam ainda estabelecer uma estratégia capaz de gerar dados relevantes e fidedignos sobre a segurança dos nanomateriais, utilizável pelas autoridades de saúde pública a nível europeu

Nanotecnologias e saúde pública

Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas (e.g., dimensão, área superficial, funcionalização) que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente depositam-se grandes expetativas nas tecnologias baseadas nestes NMs, as nanotecnologias, como impulsionadoras do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Também na área da medicina, os NMs possuem propriedades promissoras para aplicação em terapêuticas inovadoras, designadamente como plataformas de transporte de fármacos e em métodos de imagiologia. Contudo, o desenvolvimento das nanotecnologias contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo consideradas como um risco emergente para a saúde pública

Interactive effects of aflatoxin M1 and ochratoxin A in a human intestinal cell line: evaluation of cyto- and genotoxicity

Aflatoxins (AF) and ochratoxin A (OTA) are frequent contaminants of foodstuff and low doses of these mycotoxins have been shown to co-occur in baby foods. Our objective was to investigate whether a combined intake of AFM1 and OTA could alter the cytotoxic and genotoxic effects of the single mycotoxins. These effects were assessed by the Neutral Red and the Comet assays, following exposure of Caco-2 cells to individual and combined doses of the two mycotoxins. A dose-dependent cytotoxic response was observed for OTA, whereas AFM1 was cytotoxic only at the highest dose (10BM). Among the several combinations of OTA (2.5, 5 and 10BM) and AFM1 (0.5, 1, 2.5, 5 and 10BM) tested for cytotoxicity, some displayed interactive effects. Noteworthy, combination of 2.5 BM of OTA and 0.5 BM of AFM1, significantly increased the cytotoxicity, as compared to each toxin taken alone, suggesting a synergistic effect. Preliminary data from the comet assay did not show significant induction of DNA damage, neither for single mycotoxins nor for their mixtures. In conclusion, our data suggest the existence of interactive cytotoxic effects between OTA and AFM1. The possible synergism observed between the lowest concentrations of both mycotoxins, which are closer to the realistic doses of human exposure, might be particularly relevant for children, who are more vulnerable to toxic effects

Ingested nanomaterials: biological impact in relation to their physicochemical characteristics

A utilização de nanomateriais (NMs) em setores variados, designadamente, agricultura e indústria alimentar, encontra-se amplamente disseminada. Assim, muitos produtos alimentares contêm NMs, sendo provável a sua ingestão pelo homem. Torna-se, pois, essencial garantir que esses NMs ingeridos não produzem efeitos adversos, nomeadamente, genotoxicidade que se relaciona com carcinogénese. Neste estudo, pretendemos avaliar uma possível associação entre as propriedades físico-químicas de NMs com a mesma constituição química, dióxido de titânio (TiO2), e os seus efeitos biológicos em células humanas e, por outro lado, identificar as propriedades que determinam a sua toxicidade. Para tal, analisou-se a citotoxicidade de um conjunto de quatro NMs de TiO2 tendo-se observado que apenas um deles induzia morte celular. Relativamente aos efeitos genotóxicos, apesar de nenhum NM ter induzido alterações cromossómicas (ensaio do micronúcleo), observou-se que apenas os NMs na forma cristalina anatase (mas não rutilo) induziam efeitos lesivos no DNA (ensaio do cometa). Neste último ensaio, verificou-se ainda a existência de uma correlação inversa entre o tamanho do NM em meio de cultura e a sua genotoxicidade. Futuramente, investigaremos o efeito do processo de digestão nas características destes NMs, bem como nos seus efeitos genotóxicos in vitro, visando a tradução dos resultados em potenciais implicações na saúde humana.The use of nanomaterials (NMs) in a variety of sectors, e.g., agriculture and the food industry, is widely disseminated. Thus, many food products contain NMs that are likely to be consumed by humans. It is therefore essential to ensure that these ingested NMs do not produce adverse effects, namely genotoxicity which is related to carcinogenesis. In this study, we intended to evaluate a possible association between the physicochemical properties of NMs with the same chemical constitution, titanium dioxide (TiO2 ), and their biological effects on human cells and, on the other hand, to identify the properties that determine their toxicity. For this purpose, the cytotoxicity of a set of four TiO2 NMs was analysed and the results showed that only one of them was able to induce cell death. Regarding the genotoxic effects, although none of them induced chromosomal changes (micronucleus assay), the NMs in the anatase (but not rutile) crystalline form were able to induce DNA damage (comet assay). In the latter assay the existence of an inverse correlation between the NM size in culture medium and its genotoxicity was also verified. In the future, we will investigate the effect of the digestion process on the characteristics of these NMs, as well as on their genotoxic effects in vitro, with the goal of translating the results into potential implications for human health.Trabalho realizado com o apoio financeiro da FCT/MCTES através de fundos nacionais (PIDDAC), PTDC/SAU-PUB/29481/2017 e através do Centre for Toxicogenomics and Human Health (ToxOmics), UID/BIM/00009/2013info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Evaluation of the genotoxic and cytotoxic effects of titanium dioxide nanoparticles in human lymphocytes

Titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NP) are being increasingly used in cosmetics and pharmaceutical products. In view of its widespread use, there is a strong demand to evaluate their potential adverse effects to man, particularly their genotoxic effects. Although several studies have already addressed this issue, a conclusion about TiO2-NP safety has not been reached yet. As part of a wider EU Joint Action, this work aims at characterizing the genotoxicity of four TiO2-NP (anatase, rutile, and rutile/anatase), in human peripheral blood lymphocytes (PBL). The cytokinesis-block micronucleus (CBMN) assay (OECD 487) was used to assess both genotoxicity and cytotoxicity, following exposure to several concentrations of each NP (5-250 μg/mL), during 30h. Preliminary data indicate that the anatase and rutile TiO2-NP do not display clear doseresponse genotoxic or cytotoxic effects in PBL. Non-toxic effects had been previously reported in PBL and other cell lines, e.g., CHO and human lung cells, whereas genotoxicity had been found by others in human lymphoblastoid cells and in bronchial epithelial cells. Whether the present findings contribute to demonstrate that TiO2-NP are not genotoxic or rather reflect the insensitivity of PBL to the genotoxicity of these NPs is a question that needs to be clarified in future studies

Genotoxicidade ambiental: identificar os perigos para prevenir a doença

No âmbito do Dia do Departamento de Genética Humana (DGH) do INSA, são apresentadas as atividades do grupo de investigação em toxicologia genética do DGH, com enfoque nas interações genoma-ambiente e suas consequências para a saúde

The Use of Human Biomonitoring to Assess Occupational Exposure to PAHs in Europe: A Comprehensive Review

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are among the chemicals with proven impact on workers’ health. The use of human biomonitoring (HBM) to assess occupational exposure to PAHs has becomemore common in recent years, but the data generated need an overall viewtomake themmore usable by regulators and policymakers. This comprehensive review, developed under theHuman Biomonitoring for Europe (HBM4EU) Initiative,was based on the literature available from2008–2022, aiming to present and discuss the information on occupational exposure to PAHs, in order to identify the strengths and limitations of exposure and effect biomarkers and the knowledge needs for regulation in the workplace. The most frequently used exposure biomarker is urinary 1-hydroxypyrene (1-OH-PYR), ametabolite of pyrene. As effect biomarkers, those based on the measurement of oxidative stress (urinary 8-oxo-dG adducts) and genotoxicity (blood DNA strand-breaks) are themost common. Overall, a need to advance newharmonized approaches both in data and sample collection and in the use of appropriate biomarkers in occupational studies to obtain reliable and comparable data on PAHexposure in different industrial sectors,was noted. Moreover, the use of effect biomarkers can assist to identify work environments or activities of high risk, thus enabling preventive riskmitigation andmanagementmeasures.European Unions' Horizon 2020 research and innovation Programme 733032 HBM4E