Eμβρυϊκή Ανάπτυξη και Τερατογόνα. Διδάσκων: Λευκοθέα Παπαδοπούλου

Transcript

1 Eμβρυϊκή Ανάπτυξη και Τερατογόνα Διδάσκων: Λευκοθέα Παπαδοπούλου

2 Τα τερατόμορφα νεογνά στην Αρχαιότητα και τον Μεσαίωνα τα συνέδεαν με Δεισιδαιμονίες Μυστικισμό Θρησκευτικά γεγονότα

3 19oς αιώνας: Πειραματική τερατολογία (επιδράσεις χημικών ουσιών τοξινών σε πτηνά, αμφίβια..) 1929 Συσχέτιση εγκυμοσύνης και ακτινοβολίας (αλλοιώσεις στο ΚΝΣ και στο μυϊκό σύστημα : γυναίκες πειραματόζωα) 1941 Ο Gregg συνέδεσε εγκυμονούσες μητέρες με «ερυθρά» γέννηση παιδιών με κώφωση-τύφλωση ή και θάνατο των παιδιών η περίπτωση της θαλιδομίδης ( παιδιά με φωκομέλεια) Χ «ΠΛΑΚΟΥΝΤΑΣ-ΦΡΑΓΜΟΣ-ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΕΜΒΡΥΟΥ»

4 Ανάπτυξη της τοξικολογίας των ΤΕΡΑΤΟΓΕΝΕΣΗ τερατογόνων η ΑΠΟΚΛΙΣΗ από τη φυσιολογική διάπλαση του εμβρύου, σωματικά και πνευματικά, λόγω επίδρασης διαφόρων παραγόντων επί της εμβρυογένεσης πολύπλοκη πολυσταδιακή, ενορχηστρωμένη, προγραμματισμένη διαδικασία

5 Nature, 467:1133, 2010

6

7 Fetal organs, not yet active by-passed Color atlas of Physiology Despopoulos A, 1991 Πλακούντας Ρόλο νεφρών Ρόλο εντέρου Ρόλο πνευμόνων

8 Κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης Φυσιολογικές αλλαγές της μητέρας Φαρμακοκινητική Τοξικοκινητική : Αλλαγές Όγκος πλάσματος: 30-50% Βαθμιαία εναπόθεση λίπους Φαινόμενος όγκος κατανομής (Vapp) (ΚΛΟΑ) Ρυθμός σπειραματικής διήθησης Συγκέντρωση του φαρμάκου στο μητρικό αίμα Απαιτούμενη δόση Τοξικότητα???

9 As lipid bilayer Μητρική αρτηρία (Ομφαλική φλέβα) πόρος Τριχοειδή λαχνών (Ομφαλική αρτηρία) 2nd month: μm Term : 4-5 μm Νόμος του Fick: ρυθμός διάχυσης= DxΔcxA/d Diffusion constant [drug] across the placenta Area, across which transfer occurs Membrane thickness

10 Μηχανισμοί μεταφοράς ουσιών δια μέσου του πλακούντα Απλή Διάχυση (Fick s law) (τα περισσότερα φάρμακα) Διευκολυνόμενη Διάχυση (γλυκόζη) Ενεργή μεταφορά (βιταμίνες, αμινοξέα) Πινοκυττάρωση (αντισώματα, ιοί) Ανάμεσα από κύτταρα (RBCs) No practical importance in the transfer of drugs

11 Παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό της μεταφοράς: Μοριακό βάρος (<600, cross easily ---- most drugs; >1000, very difficult) Λιποδιαλυτότητα (γρήγορη μεταφορά) Ιονισμός (ionized molecules at physiologic ph cross slowly) (weak acids and bases cross very rapidly) Σύνδεση με πρωτεϊνες (inhibition of penetration) Ροή αίματος στη μήτρα Ασθένειες της μητέρας (υπέρταση, διαβήτης)

12 Τα πενταμερή IgM αντισώματα (~ 750kDa) δεν μπορούν να διαπεράσουν τον πλακούντα, Aνίχνευση IgM αντισωμάτων στο έμβρυο υποδεικνύει μόλυνση του εμβρύου

13 Η ευαισθησία στα τερατογόνα εξαρτάται : 1. γενότυπος του οργανισμού 2. ατομική διαφορετικότητα (e.g. SNPs) 3. επιγενετικοί παράγοντες

14 Species specificity Εξειδίκευση είδους thalidomide Strain specificity Εξειδίκευση στελέχους 1 mg/kg in humans 4000mg/kg in rats Tissue specificity Εξειδίκευση ιστού διαφορές στο μεταβολισμό της μητέρας διαφορές στην κατανομή της μητέρας διαφορές στη διαπλακουντιακή διάβαση Hansen JM, Harris C, REDOX CONTROL OF TERATOGENESIS, Reproductive Toxicology (2010), doi: /j.reprotox

15 ΤΕΡΑΤΟΓΕΝΕΣΗ η ΑΠΟΚΛΙΣΗ από τη φυσιολογική διάπλαση του εμβρύου, σωματικά και πνευματικά, λόγω επίδρασης διαφόρων παραγόντων επί της εμβρυογένεσης

16

17

18 Συγγενείς δυσπλασίες Aιτιολογία Hansen JM, Harris C, REDOX CONTROL OF TERATOGENESIS, Reproductive Toxicology (2010), doi: /j.reprotox

19 html?mod=googlenews_wsj#printMode

20 Mηχανισμοί εμβρυοτοξικότητας και τερατογένεσης Επαγωγή μεταλλάξεων Αναστολή κυτταρικής αναπαραγωγής Αναστολή διαφοροποίησης-οργανογένεσης Διαταραχές της ομοιόστασης της πλακουντο-μητρικής οδού

21 Συμβαίνουν αλλαγές Στη γονιδιακή έκφραση Σύνθεση λειτουργία πρωτεϊνών Στις ενεργειακές πηγές του κυττάρου Στον πολλαπλασιασμό των κυττάρων Στον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο Στην μετανάστευση των κυττάρων Στην ιστογένεση

22 παραμόρφωση θνησιμότητα IQ Λειτουργικές ανωμαλίες Καθυστέρηση ανάπτυξης Παρεμβολές στο Ανοσοποιητικό σύστημα Διαπλακουντιακός καρκίνος

23 Τετραλογία Fallot Υπερτροφία δεξιού κόλπου

24

25 Ρίσκο τερατογένεσης: ισορροπία ανάμεσα στους μηχανισμούς εμβρυοτοξικότητας και μονοπατιών εμβρυοπροστασίας Αύξηση βιοενεργοποίησης Γενετικοί Περιβαλλοντικοί παράγοντες

26 ΤΕΡΑΤΟΓΕΝΕΣΗ Εμβρυϊκή βιοενεργοποίηση Μητρική απέκκριση Αποτοξίνωση - κυτταροπροστασία Μηχανισμοί επιδιόρθωσης G6PD, glucose-6-phosphate dehydrogenase; GSH, glutathione; LPO, lipoxygenase; PHS, prostaglandin H synthase; P450, cytochrome P450 (CYP); SOD, superoxide dismutase; ATM, ataxia telangiectasia mutated; Ogg1, oxoguanine glycosylase 1 Wells et al. Toxicology and Applied Pharmacology 207 (2005) S354 S366 (modified from Wells and Winn, 1996)

27 De novo - salvage pathways : για σύνθεση νουκλεοτιδίων Methotrexate aminopterin X X «μονοπάτι περίσωσης» Μοlecular Cell Biology, 4th Edition, 2000

28 Φολικό οξύ αμινοπτερίνη Τετραϋδροφολικό οξύ vitamin B9 vitamin Bc folacin folate (the naturally occurring form) ήπαρ μεθοτρεξάτη

29 Folic Acid 0,4 mg per day θάνατος Δομικές ανωμαλίες Λειτουργικές ανωμαλίες Παράγοντες Αναπτυξιακό στάδιο Συγκέντρωση ουσίας Χρόνος έκθεσης Μηχανισμός δράσης

30 Retinoic acid (Vit A ετρετινάτη - Αccutane Isotretinoin) ΝΕΑΡΕΣ-ΑΚΜΗ Φολικό οξύ Υψηλό μιτωτικό δείκτη ΥΨΗΛΟ ΒΑΘΜΟ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑΣ στην ιονίζουσα ακτινοβολία Αλκυλιωτικά- θνησιμότητα-εμβρυοτοξικά all or none effect (0-14days) Σε χαμηλές δόσεις Σε διαφορετική χρονική περίοδο τερατογόνα

31 Folic Acid Deficiency Affects Great, Great Grandchildren ο κύκλος του φολικού οξέος εξασφαλίζει στο κύτταρο τις απαραιτητες μεθυλο-ομάδες για τη φυσιολογική έκφραση των γονιδίων

32 Έλλειψη Φολικού οξέος The breakage-fusion-bridge (BFB:chromosome rearrangement) and gene amplification (GA) cycle CpG υπομεθυλίωση Γενωμική αστάθεια μέθοδος μικροπυρήνων (CBMN assay) DDT, Volume 7, Issue 22, 15 November 2002, Pages

33 Folic Acid Deficiency Affects Great, Great Grandchildren 09/27/2013 Univ. of Cambridge

34 Human Reproduction Update, Vol.16, No.4 pp , 2010 January 7, 2010 Teratogenic mechanisms of medical drugs

35 Βιταμίνη Α και Ισοτρετινοϊνικό οξύ βιταμίνη Α ρετινόλη Τρετινοϊνη Ρετινοϊκό οξύ Ισοτρετινοϊνη accutane Ρόλο ανάπτυξη-πολλαπλασιασμό διαφοροποίηση προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο 13-cis-retinoic acid λιπόφιλη ένωση Mεταβολίζεται 4-οξυ-ισοτρετινοϊνη + ρετινοϊκό οξύ

36

37 Πιπεριδινυλο- ισοινδόλη * ΘΑΛΙΔΟΜΙΔΗ S-(-) μορφή ευθύνεται για την τερατογόνο δράση της Η θαλιδομίδη υπάρχει ως ρακεμικό μείγμα 1:1. Στο ήπαρ το R-(+) ισομερές μετατρέπεται στο S-(-). Φωκομέλεια

38

39 ΘΑΛΙΔΟΜΙΔΗ Ανοσοκατασταλτική δράση Αναστέλει την αγγειογένεση Καταστροφή DNA μέσω ελευθέρων ριζών (ROS)?? Εμποδίζει απελευθέρωση TNFa από τα μονοκύτταρα (TUMOR NECROSIS FACTOR-ALPHA ) Τροποποιεί δράση κυτταροκινών

40 Hansen JM, Harris C, REDOX CONTROL OF TERATOGENESIS, Reproductive Toxicology (2010), doi: /j.reprotox

41 Καρκίνο μαστού Έλεγχο αποβολών Έλεγχο αιμορραγιών Λυκόστομα / Λαγόχειλος / Προσωπείο Διαπλακουντιακά καρκινογόνα 6 εκατομμύρια έγκυες γυναίκες έλαβαν DES το διάστημα Διαφοροποίηση / οργανογένεση

42

43 DES

44 Study Ties Chemical to Possible Miscarriage Risk Μην μαγειρεύετε, μην ζεσταινετε το φαγητό σε πλαστικά σκεύη Μην αφηνετε τα μπουκαλια νερού στον ήλιο Περιορισμένη χρήση κονσερβών Αποφεύγετε τον άσκοπο χειρισμό των αποδείξεων των ταμειακών μηχανών, γιατι είναι επικαλυμμένες με ρητίνη που περιέχει BPA info: Infertility info: and

45 CMAJ Aug 6;167(3): Medical genetics: 1. Clinical teratology in the age of genomics. Polifka JE, Friedman JM.

46 CMAJ Aug 6;167(3): Medical genetics: 1. Clinical teratology in the age of genomics. Polifka JE, Friedman JM.

47 ασφαλή φάρμακα Απαγορεύεται η χρήση τους

48 M E P R E P MEPREP program

49

50 Κοσμική ακτινοβολία Έδαφος Ιατρικές εφαρμογές ( 131 Ι) Πυρηνική ενέργεια Hiroshima Nagasaki Tsernobil Διαταραχές της ομοιόστασης της πλακουντο-μητρικής οδού αμινοπτερίνη

51 W I T WITHDRAWAL H D R A W A L

52 2005 Developmental Biology,6th Edition Scott F. Gilbert Εμβρυϊκό Αλκοολικό Σύνδρομο (FAS) The brain from the infant with FAS is significantly smaller

53 Επικίνδυνα χημικά για εγκύους 14 Ιανουαρίου 2013

54 Pb Pb Μαλακό οξύ κατά Lewis Συναρμογή με SH ομάδες Αναστολή δραστικότητας ενζύμων Μειωμένη σύνθεση Αίμης Pb Αιμοσφαιρινης Κυτοχρωμάτων COX Pb

55 Mιναμάτα Ιαπωνίας 1953 Ιράκ 1972 Παιδιά με σοβαρή διανοητική υστέρηση Εγκεφαλικές αλλοιώσεις Δυσπλασίες Εκλεκτική συσσώρευση Ηg στα έμβρυα

56 TCDD (διοξίνη): Χημικό παραπροϊόν από καύση ή αποτέφρωση χλωριωμένων βιομηχανικών χημικών ουσιών και υδρογονανθράκων, όπως τα PCBs, χλωριωμένη βενζίνη PVC (πολυβινυλοχλωρίδια) Teratogen Carcinogen TetraChloroDibenzoDioxin t½ = 7-10χρόνια 1,2,4-trichlorobenzene Sevezo ITAΛIA Διαφυγή νέφους διοξίνης αύξηση αποβολών ~30%

57 (aryl hydrocarbon receptor) Aryl hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator protein

58 TCDD: Χημικό παραπροϊόν από καύση ή αποτέφρωση χλωριωμένων βιομηχανικών χημικών ουσιών και υδρογονανθράκων, όπως τα PCBs, χλωριωμένη βενζίνη PVC (πολυβινυλοχλωρίδια) Μichigan, 1975 (ζωοτροφές- μολυσμένο γάλα) Ιαπωνία (μολυσμένο λάδι) Καναδάς (βινυλοχλωρίδιο : ) 1,2,4-trichlorobenzene PCBs poly(vinylchloride)- poly(vinyl acetate) copolymer Delay/?et_cid= &et_rid= &linkid=http%3a%2f%2fwww.biosciencetechnology.com%2fNews%2f2 012%2f11%2fPCBs%2c-Other-Pollutants-May-Play-Role-in-Pregnancy-Delay%2f

59 50% περιπτώσεων Εμβρυοθνησιμότητας λόγω ασθενειών ΥΠΟΓΛΥΚΑΙΜΙΑ ΥΠΕΡΓΛΥΚΑΙΜΙΑ Γλυκόζη Κετονοσώματα υποξία Διαβητική εμβρυοπάθεια Αναστολή από τον ιό του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και διαταραχή ανοσολογικών μηχανισμών Eμβόλιο ΜΜR (ιλαρά, παρωτίτιδα, ερυθρά) Τη δεκαετία του 80, ο εμβολιασμός καλύπτει μόνο το 30-50% των παιδιών Απουσία ΙgA

60

61 PAH: location on Chromosome 12

62 Στόχος: Διάσπαση φαινυλαλανίνης ( Διατροφή, ελεύθερη φαινυλαλανίνης, εμπλουτισμένη σε τυροσίνη

63 Toxoplasma gondii (ωμό κόκκινο κρέας) Τρεπόνημα το ωχρό Αποβολή ή συγγενή σύφιλη

64 Human cells infected (blue) with the protozoan Toxoplasma gondii (yellow-green) Παράσιτο υπεύθυνο για συγγενεις ανωμαλίες, προβλήματα όρασης και εγκεφαλίτιδα σε ανοσοκατεσταλμένους ασθενείς

65 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΥ ΤΕΡΑΤΟΓΟΝΩΝ ΔΟΚΙΜΑΣΙΕΣ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ γονιμοποίηση 21 η ημέρα ΤΟΚΕΤΟΣ φυσιολογικός 6 η ημέρα 15 η ημέρα 18 η ημέρα Η υπό μελέτη ουσία χορηγείται στα πειραματόζωα σε μία (1) δόση (ή 3 δόσεις) μεταξύ 6 και 15 ης (επίμυς) ή 18 ης ημέρας (κουνέλι) Αφαίρεση εμβρύων (21 η μέρα) (διακοπή κύησης-καισαρική) ΕΞΕΤΑΣΗ

66 δυσπλασίες Μακροσκοπική Μικροσκοπική μελέτη των ιστών Βάρος Μέγεθος απογόνων Αποβολές/νεκρά έμβρυα Αριθμός γονιμοποιημένων ωαρίων Ιονίζουσα Ακτινοβολία Ουσίες που αναστέλλουν την πρωτεϊνική σύνθεση

67 Τεστ σε έμβρυα θηλαστικών

68 Schematic overview of the new ESTs. The figure illustrates the principle and the endpoints of the new EST methods to assess the embryotoxic potency of test compounds with a 96-well microplate format using two permanent cell lines: 3T3 fibroblasts and transgenic mouse ES cells (Hand1- or Cmya1-ES). Primary mouse embryonic fibroblast cells Suzuki N et al. Toxicol. Sci. 2011;124: The Author Published by Oxford University Press on behalf of the Society of Toxicology. All rights reserved. For permissions, please journals.permissions@oup.com

69 Toxicol Sci Dec;124(2): Epub 2011 Sep 29. Evaluation of novel high-throughput embryonic stem cell tests with new molecular markers for screening embryotoxic chemicals in vitro. Suzuki N, Ando S, Yamashita N, Horie N, Saito K

70 ΠΡΟΓΕΝΝΗΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ Βιοχημικές εξετάσεις αίματος Υπέρηχος αυχενική διαφάνεια και η εμφάνιση του ρινικού οστού Αμνιοπαρακέντηση

71 Preimplantation genetic diagnosis (P.G.D.) NY Times,

72

73

74 SCIENCE,

75 άλλες βιβλιογραφικές πηγές Applied Therapeutics. The clinical Use of Drugs, 7 th Ed, Koda-Kimble Mary Ann, Young Lloyd Yee, Lippincott Williams & Wilkins, 2000 A textbook of Modern Toxicology. Hodgson Levi, 1997 Color Atlas of Pharmacology. Lullmann H,Mohr K, Ziegler A, Bieger D Color atlas of Physiology. Despotopoulos A, Silbernagl S., 4 th Ed, 1991 Human Genetics. A problem-based approach. Korf B.R Human Pharmacology. Molecular to Clinic. Brody, Larner, Minneman, Neu. 2 nd Ed. Mosby-Year book, Inc Βασική και Κλινική Τοξικολογία. Α.Σ. Τσιφτσόγλου, καθ. Φαρμακολογίας, Α.Π.Θ Molecular Cell Biology. 4th ed. Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. New York: W. H. Freeman & Co.; c2000.