Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Bioaccumulation of pharmaceuticals in fish as part of environmental risk assessment of human medicines

Show full item record

Title: Bioaccumulation of pharmaceuticals in fish as part of environmental risk assessment of human medicines
Author(s): Sinisalo, Jade
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Degree program: Master's Programme in Pharmacy
Specialisation: Pharmaceutical chemistry
Language: English
Acceptance year: 2021
Abstract:
Vesiympäristössä esiintyy lääkeainejäämiä, joista osa voi kertyä kaloihin ja muihin vesieliöihin, jolloin eliössä oleva lääkeainepitoisuus voi nousta moninkertaiseksi ympäröivään vesistöön verrattuna. Biokertyvyys lisää luonnossa ilmenevien haittavaikutusten todennäköisyyttä ja sen määrittäminen on siksi tärkeä osa lääkeaineiden ympäristöriskin arviointia. Tällä hetkellä käytössä olevat, biokertyvyyttä ennustavat menetelmät perustuvat joko laajoihin eläinkokeisiin, tai ovat hyvin yksinkertaistettuja eivätkä ota huomioon oleellisia biologisia prosesseja, mikä voi johtaa ympäristöriskin yli- tai aliarviointiin. Eliön kyky metaboloida lääkeainetta pienentää biokertyvyyden todennäköisyyttä tehostamalla lääkeaineen poistumista elimistöstä. Metaboliaa voidaan mitata in vitro menetelmin, ja näin saadun datan integroiminen osaksi laskennallisia malleja onkin osoitettu parantavan mallien kykyä ennustaa biokertymistä. Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää valikoitujen, ihmisessä metaboloituvien, lääkeaineiden (diklofenaakki, gemfibrotsiili, haloperidoli, levomepromatsiini, levonorgestreeli, sertraliini, risperidoni) metaboliaa kalassa, käyttäen mallina kirjolohen (Oncorhynchus mykiss) maksan S9-fraktiota. Toissijaisena tavoitteena oli tuottaa kvantitatiivista dataa, jota voitaisiin hyödyntää biokertyvyyttä ennustavissa laskennallisissa malleissa. In vitro metaboliaa tutkittiin Taloudellisen yhteistyön ja kehityksen järjestön (OECD) laatiman ohjeen 319B: Determination of in vitro intrinsic clearance using rainbow trout liver S9 sub-cellular fraction (RT-S9) mukaan. Lääkeaineiden eliminaatiota mitattiin fysiologisissa olosuhteissa (11°C, pH 7.8), 3 tunnin inkubaatiojakson ajan. In vitro ominaispuhdistuma (CLint, in vitro) määriteltiin diklofenaakille ja levomepromatsiinille. Näytteiden kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen analyysiin käytettiin ultraviolettidetektorilla varustettua korkean erotuskyvyn nestekromatografiaa (HPLC-UV). Levomepromatsiini, levonorgestreeli ja sertraliinin pitoisuudet laskivat merkittävästi kokeen aikana verrattuna negatiivisiin kontrolleihin, kun taas gemfibrotsiili, haloperidolin ja risperidonin pitoisuudet pysyivät muuttumattomina. Verapamiilin tulokset olivat epäselviä. Levomepromatsiinin eliminoitui nopeammin (CLint, in vitro = 26 ml/h/g maksaa) kuin diklofenaakki (CLint, in vitro = 6.2 ml/h/g maksaa). Gemfibrotsiilin, haloperidolin ja risperidonin näennäisen metabolian puute yhdistettynä niiden lipofiilisyyteen viittaa siihen, että nämä lääkeaineet kertyvät kirjoloheen todennäköisemmin kuin ne lääkeaineet, joiden kohdalla havaittiin eliminaatiota. Toistoja sekä lisätutkimuksia kuitenkin tarvitaan näiden havaintojen vahvistamiseksi.
Pharmaceutical contaminants in waste and surface waters have been recognized as an emerging risk to environmental health. Bioaccumulation of pharmaceuticals increases the risk of adverse effects in off-target species, as the chemical concentration within the organism exceeds the concentration of the surrounding environment. An organism’s ability to metabolize foreign organic compounds influences the likelihood of bioaccumulation. Current methods for predicting bioaccumulation in aquatic organisms are labour intensive or too simplistic to cover the variety of chemical and physiological processes involved and may lead to over or underestimations of environmental risk. A promising approach to improve bioaccumulation predictions, without the need of excessive animal testing, is to incorporate in vitro biotransformation data into computational models. The primary aim of this study was to assess whether selected pharmaceuticals (diclofenac, gemfibrozil, haloperidol, levomepromazine, levonorgestrel, sertraline and risperidone), that are well metabolized in humans through key biotransformation pathways, are metabolized by rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) liver enzymes under physiologically relevant conditions (11°C, pH 7.8). A secondary aim was to produce fish in vitro intrinsic clearance (CLint, in vitro) data, that could potentially be used as input in computational models to predict bioaccumulation. In vitro biotransformation was studied using a single vial approach according to the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Test Guideline 319B: Determination of in vitro intrinsic clearance using rainbow trout liver S9 sub-cellular fraction (RT-S9). Depletion of the test compounds were measured during a 3-hour incubation period. High-performance liquid chromatography with ultraviolet detection (HPLC–UV) was used for qualitative and quantitative analysis of the samples. Levomepromazine, levonorgestrel and sertraline showed significant substrate depletion compared to negative controls while gemfibrozil, haloperidol, and risperidone did not seem to be metabolized. The results for verapamil were inconclusive. Levomepromazine displayed a higher in vitro intrinsic clearance rate (26 ml/h/g liver) than diclofenac (6.2 ml/h/g liver). These results are in accordance with previous studies and support the notion that a direct comparability between fish and human metabolism cannot be assumed, highlighting the need of fish in vitro biotransformation studies. The apparent lack of in vitro metabolism of risperidone, haloperidol, and gemfibrozil combined with their lipophilicity suggest that they are more likely to accumulate within rainbow trout, compared with the compounds that showed depletion during the assays, although repetitions and additional studies are needed to confirm this.
Keyword(s): biokertyminen ympäristöriskin arviointi lääkeainemetabolia kirjolohi maksan S9-fraktio levomepromatsiini bioaccumulation pharmaceuticals in the environment rainbow trout in vitro intrinsic clearance levomepromazine


Files in this item

Files Size Format View
Sinisalo_Jade_progradu_2021.pdf 785.9Kb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record