Development of an in vitro model for human hepatotoxicity using mass spectrometry-based metabolomics

Abstract doctoraatsthesis Matthias Cuykx - De ontwikkeling van een in vitro model voor humane hepatotoxiciteit door middel van metabolomics op basis van massaspectrometrie De lever is een multifunctioneel orgaan dat een centrale rol inneemt in de humane fysiologie. De hoge metabole activiteit maakt het orgaan vatbaar voor stress en levertoxiciteit is vaak waargenomen tijdens blootstelling aan chemische producten. Toxicologie ondervindt een verschuiving naar mechanistisch onderzoek en in vitro technieken als alternatief voor beschrijvende in vivo toxicologie. Metabolomics, de holistische studie van kleine endogene molecules, is de meest actuele weerspiegeling van het fenotype en omvat alle downstream effecten van de respons van het organisme aan een externe stimulus. Deze thesis is het resultaat van de eerste experimenten aan het Toxicologisch Centrum op het vlak van metabolomics. De resultaten zijn tot stand gekomen door een nauwe samenwerking met de onderzoeksgroep In Vitro Toxicologie en Dermato-Cosmetologie aan de Vrije Universiteit Brussel en de Adrem/Biomina onderzoeksgroep aan de Universiteit Antwerpen. Het doel van de thesis is gefocust op de ontwikkeling van detectieplatformen voor metabolomics toepassingen om het aantal gedetecteerde metabolieten te verhogen en om de data-kwaliteit te verbeteren. Het ontwikkelen van een betrouwbaar detectieplatform gebaseerd op vloeistofchromatografie en accurate massaspectrometrie omvat een initiële selectie van stationaire en mobiele fases aan de hand van een gekende standaardmix om de impact op de retentieprofielen in te schatten. Verdere optimalisatie met cel-extracten werd toegepast om de scheiding van gelijkaardige metabolieten te verbeteren. Een vergelijking tussen een generieke methode en de ontworpen platformen voor een polaire en apolaire fractie toonde aan dat een optimalisatie het aantal metabole features verdubbelde en de variabiliteit significant reduceerde. Verbeteringen in de staalvoorbereiding omvatte het gebruik van chamber slides tijdens de celcultuur, de toevoeging van buffers, antioxidanten en chelerende producten tijdens de vloeistof/vloeistofextractie en aanpassingen in de reconstitutieprocedures. De geobserveerde metabole veranderingen tijdens de blootstelling aan natrium valproaat komen overeen met het typisch metabool profiel van NAFLD beschreven in de literatuur, inclusief uitputting van vrij carnitine gevolgd door een diacyl- en triacylglycerol accumulatie. Blootstelling aan bosentan veroorzaakte bij lage dosissen een carnitine upregulatie, veranderingen in het polyamine metabolisme en activatie van de cel door fosforylatie. Het metaboloom veranderde bij hoge dosissen en omvatten een relatieve triacylglycerol accumulatie ten gevolge van een carnitine depletie, waarschijnlijk omwille van mitotoxiciteit. Naast gemeenschappelijke metabole veranderingen tijdens blootstelling aan beide toxicanten konden specifieke verschillen in het metaboloom worden geïdentificeerd. Op basis van dit onderscheid kon specifieke informatie verkregen worden om het mechanisme achter de toxiciteit van xenobiotica te verklaren en aldus bestaande adverse outcome pathways ondersteunen en/of verder uitbreiden.

Publication year:2019

Keywords:Doctoral thesis

Accessibility:Open