Many in vitro developmental toxicity assays have been proposed over several decades. Since the late 1980s, we have made intermittent attempts to introduce in vitro assays as screening tests for developmental toxicity of inhouse candidate products. Two cell-based assays which were developed two decades apart were intensively studied. One was an assay of inhibitory effects on mouse ascites tumor cell attachment to a concanavalin A-coated plastic sheet surface (MOT assay), which we studied in the early days of assay development. The other was an assay of inhibitory effects on the differentiation of mouse embryonic stem cell to beating heart cells (EST assay), which we assessed more recently. We evaluated the suitability of the assays for screening in-house candidates. The concordance rates with in vivo developmental toxicity were at the 60% level. The EST assay classified chemicals that inhibited cell proliferation as embryo-toxic. Both assays had a significant false positive rate. The assays were generally considered unsuitable for screening the developmental toxicity of our candidate compounds. Recent test systems adopt advanced technologies. Despite such evolution of materials and methods, the concordance rates of the EST and MOT systems were similar. This may suggest that the fundamental predictivity of in vitro developmental toxicity assays has remained basically unchanged for decades. To improve their predictivity, in vitro developmental toxicity assays should be strictly based on elucidated pathogenetic mechanisms of developmental toxicity.
Chlorobenzenes due to their acute toxicity and the capability of bioaccumulating are of great health and environmental concern. Especially, 1, 2-dichlorobenzene (CAS No. 95-50-1) is used for organic synthesis, dye manufacture, as a solvent and for other applications in chemical industry. Adverse effects of 1, 2-dichlorobenzene includes increases in liver and kidney weights and hepatotoxicity. In this study, we evaluated the genetic toxicity of 1, 2-dichlorobenzene with more advanced methods, in vitro mouse lymphoma assay $tk^{+/-}$ gene assay (MLA) and in vitro mouse supravital micronucleus (MN) assay. 1, 2-Dichlorobenzene appeared the significantly positive results and the induction of large mutant colonies only in the presence of metabolic activation system with MLA. But in vitro testing of 1, 2-dichlorobenzene yielded negative results with supravital MN assay. These results suggest that 1, 2-dichlorobenzene may play a mutagen rather than clastogen in vitro mammalian system.
Silver materials may be toxic in humans because they can enter the body and accumulate, typically in the lungs. We hypothesized that the cytotoxicity of naive silver materials is affected by their size and shape. Our in vitro assays revealed that the overall toxicity was in the following order: submicro-particles>wires>micro-particles. These results contrast with previous studies, which showed that silver wires are the most toxic among the three tested materials, possibly due to differences in cell lines. Evaluations of in vivo pulmonary toxicity revealed eryptosis in the cavity lining of the lung sections. The observed eryptosis was consistent with the in vitro results. Our results indicate that silver materialinduced cytotoxicity must be measured and compared using various methods.
Chatterjee, Nivedita;Yang, Ji Su;Park, Kwangsik;Oh, Seung Min;Park, Jeonggue;Choi, Jinhee
Environmental Analysis Health and Toxicology
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v.30
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pp.7.1-7.7
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2015
Objectives The widely promising applications of graphene nanomaterials raise considerable concerns regarding their environmental and human health risk assessment. The aim of the current study was to evaluate the toxicity profiling of graphene family nanano-materials (GFNs) in alternative in vitro and in vivo toxicity testing models. Methods The GFNs used in this study are graphene nanoplatelets ([GNPs]-pristine, carboxylate [COOH] and amide [$NH_2$]) and graphene oxides (single layer [SLGO] and few layers [FLGO]). The human bronchial epithelial cells (Beas2B cells) as in vitro system and the nematode Caenorhabditis elegans as in vivo system were used to profile the toxicity response of GFNs. Cytotoxicity assays, colony formation assay for cellular toxicity and reproduction potentiality in C. elegans were used as end points to evaluate the GFNs' toxicity. Results In general, GNPs exhibited higher toxicity than GOs in Beas2B cells, and among the GNPs the order of toxicity was pristine > $NH_2$ > COOH. Although the order of toxicity of the GNPs was maintained in C. elegans reproductive toxicity, but GOs were found to be more toxic in the worms than GNPs. In both systems, SLGO exhibited profoundly greater dose dependency than FLGO. The possible reason of their differential toxicity lay in their distinctive physicochemical characteristics and agglomeration behavior in the exposure media. Conclusions The present study revealed that the toxicity of GFNs is dependent on the graphene nanomaterial's physical forms, surface functionalizations, number of layers, dose, time of exposure and obviously, on the alternative model systems used for toxicity assessment.
Kulkarni GT;Gowthanarajan K;Raghu C;Ashok G;Vijayan P
Advances in Traditional Medicine
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v.5
no.1
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pp.29-36
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2005
Polysaccharide hydrogels constitute a structurally diverse class of biological macromolecules with a wide range of physicochemical properties. They also constitute important members of the family of industrial water-soluble polymers. They find application in Pharmacy as binders, disintegrants, suspending, emulsifying and sustaining agents. According to the International Pharmaceutical Excipients Council (IPEC), an excipient must have an established safety profile. Hence, in the present study, in vitro cytotoxicity on Vero and HEp-2 cell lines, and in vivo acute toxicity in rats were carried out to establish the safety of polysaccharide hydrogels from the seeds of Plantago ovata and Ocimum basilicum. The in vitro cytotoxicity was determined by MTT and SRB assays. In the in vivo acute toxicity, the effects of three different doses of hydrogels (100, 200 and 400 mg/kg body weight) on food and water intake, body weight, biochemical and hematological parameters were studied. The results of in vitro did not show any cytotoxicity on both the cell lines used. In the in vivo acute toxicity, the hydrogels did not show any toxic symptoms in all three dose levels. This establishes the safety of the selected hydrogels. Hence, they can be used as excipients in pharmaceutical dosage forms.
Human hepatocytes, with complete hepatic metabolizing enzymes, transporters and cofactors, represent the gold standard for in vitro evaluation of drug metabolism, drug-drug interactions, and hepatotoxicity. Successful cryopreservation of human hepatocytes enables this experimental system to be used routinely. The use of human hepatocytes to evaluate two major adverse drug properties: drug-drug interactions and hepatotoxicity, are summarized in this review. The application of human hepatocytes in metabolism-based drug-drug interaction includes metabolite profiling, pathway identification, P450 inhibition, P450 induction, and uptake and efflux transporter inhibition. The application of human hepatocytes in toxicity evaluation includes in vitro hepatotoxicity and metabolism-based drug toxicity determination. A novel system, the Integrated Discrete Multiple Organ Co-culture (IdMOC) which allows the evaluation of nonhepatic toxicity in the presence of hepatic metabolism, is described.
Alcoholism has been associated with folate deficiency in humans and laboratory animals. Previous study showed that ethanol feeding reduces the dehydrogenase and hydrolase activity of 10-formyltetrahydrofolate dehydrogenase (FDH) in rat liver. Hepatic ethanol metabolism generates acetaldehyde and acetate. The mechanisms by which ethanol and its metabolites produce toxicity within the liver cells are unknown. We purified FDH from rat liver and investigated the effect of ethanol, acetaldehyde and acetate on the enzyme in vitro. Hepatic FDH activity was not reduced by ethanol or acetate directly. However, acetaldehyde was observed to reduce the dehydrogenase activity of FDH in a dose- and time-dependent manner with an apparent $IC_{50}$ of 4 mM, while the hydrolase activity of FDH was not affected by acetaldehyde in vitro. These results suggest that the inhibition of hepatic FDH dehydrogenase activity induced by acetadehyde may play a role in ethanol toxicity.
The purpose of our study was to evaluate the toxicity of the thimerosal in embryos and neonates. Thimerosal (also known as mercurothiolate) is a mercury-containing compound used in trace amounts to prevent bacteria and other organisms from contaminating vaccines, especially in opened multi-dose vials. The toxicity of mercury is well known and those most at risk occurrs in unborn babies and newborn babies. Test methods included in vitro whole embryo culture (WEC) system and in vivo test of neonatal toxicity in Wistar rats. Ethylmercury and methylmercury were used as positive controls for the evaluating of toxic effects of mercury. In WEC assay, treated concentrations of thimerosal, ethylmercury and methylmercury were up to 0.01, 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2.5 and 5 $\mu\textrm{g}$/$\textrm{m}{\ell}$, respectively. All compounds didn't show any morphological abnormalities, but showed retardation of growth and development in dose dependent manner (> 0.5 $\mu\textrm{g}$/$\textrm{m}{\ell}$). These data indicated that thimerosal showed developmental toxicity in vitro. In vivo neonatal toxicity, Wistar rats were administered subcutaneously with thimerosal, ethyl mercury, or methylmercury (5, 25, 50, 250, and 500 $\mu\textrm{g}$/kg) during from postnatal day (PND) 4 to 25. Significant effects of these compounds on relative organ weights and organ morphology were not observed in this experiment. However, accumulation of mercury was detected in the kidney and testis when treated with thimerosal, ethylmercury, or methylmercury. These results suggest that thimerosal may be a harmful compound to embryo and neonate, but used concentration of thimerosal in these experiments is much higher than that of clinical application. Further investigation is needed on the safety of vaccine components, i.e. a thimerosal using in vitro and in vivo tests in the future.
We previously identified Streptomyces griseus as an anti-cancer agent (Kim et al., 2014). In this study, we isolated compounds from S. griseus and evaluated their anticancer effect and toxicity in vitro and in vivo. Preparative centrifugal partition chromatography (CPC) was used to obtain three compounds, cyclo($_{\small{L}}$-[4-hydroxyprolinyl]-$_{\small{L}}$-leucine], cyclo($_{\small{L}}$-Phe-trans-4-hydroxy-$_{\small{L}}$-Pro) and phenethyl acetate (PA). We chose PA, which had the highest anticancer activity, as a target compound for further experiments. PA induced the formation of apoptotic bodies, DNA fragmentation, DNA accumulation in $G_0/G_1$ phase, and reactive oxygen species (ROS) formation. Furthermore, PA treatment increased Bax/Bcl-xL expression, activated caspase-3, and cleaved poly-ADP-ribose polymerase (PARP) in HL-60 cells. Simultaneous evaluation in vitro and in vivo, revealed that PA exhibited no toxicity in Vero cells and zebrafish embryos. We revealed, for the first time, that PA generates ROS, and that this ROS accumulation induced the Bcl signaling pathway.
As it is needed to assay possible feasibility of extrapolation between in vivo and in vitro systems and to develop a new in vitro method for toxicity testing, we investigated global gene expression from both animal and cell line treated with thioacetamide (TAA) and compared between in vivo and in vitro genomic profiles. For in vivo study, mice were orally treated with TAA and sacrificed at 6 and 24 h. For in vitro study, TAA was administered to a mouse hepatic cell line, BNL CL.2 and sampling was carried out at 6 and 24 h. Hepatotoxicity was assessed by analyzing hepatic enzymes and histopathological examination (in vivo) or lactate dehydrogenase (LDH) assay and morphological examination (in vitro). Global gene expression was assessed using microarray. In high dose TAA-treated group, there was centrilobular necrosis (in vivo) and cellular toxicity with an elevation of LDH (in vitro) at 24 h. Statistical analysis of global gene expression identified that there were similar numbers of altered genes found between in vivo and in vitro at each time points. Pathway analysis identified several common pathways existed between in vivo and in vitro system such as glutathione metabolism, bile acid biosynthesis, nitrogen metabolism, butanoate metabolism for hepatotoxicty caused by TAA. Our results suggest it may be feasible to develop toxicogenomics biomarkers by comparing in vivo and in vitro genomic profiles specific to TAA for application to prediction of liver toxicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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