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

Interspecies differences in drug-induced mitochondrial toxicity: high content imaging, biochemical and functional analyses

Show full item record

Title: Interspecies differences in drug-induced mitochondrial toxicity: high content imaging, biochemical and functional analyses
Author(s): Lindstedt, Hanna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Degree program: Master 's Programme in Pharmacy
Specialisation: Pharmaceutical technology
Language: English
Acceptance year: 2022
Abstract:
Lääkkeiden indusoima maksavaurio on melko harvinainen maksasairaus, joka voidaan jakaa ennustettavaan ja ennustamattomaan. Kuitenkin lääkkeiden indusoima maksatoksisuus on suurin syy lääkkeiden markkinoilta pois vetämiselle ja lisäseurantaan sekä lääkkeen käytön rajoituksiin. Maksavaurio on ongelma lääkkeen käyttäjille, mutta myös lääketeollisuudelle ja viranomaisille, sillä lääkkeiden indusoima maksavaurio on yleisin syy akuutille maksavauriolle. Suurin haaste lääkkeiden indusoiman maksavaurion ennustamisessa on maksavaurion mekanismien huono ymmärrys, sekä monimutkainen fysiologia maksavaurioiden takana. Keskeisimmät mekanismit lääkkeiden indusoimassa maksavauriossa ovat muutokset sappihappotasapainossa, oksidatiivinen stressi sekä mitokondrioiden toimintahäiriöt. Maksavauriota aiheuttavista lääkkeistä >50 % aiheuttaa mitokondrioiden toimintahäiriöitä. Jos mitokondrioiden normaali toiminta häiriintyy, solujen energian tuotanto laskee. Tämä johtaa solujen toimintojen heikkenemiseen, joka voi lopulta johtaa solukuolemaan. Tässä tutkimuksessa mitokondriotoksisuutta tutkittiin ihmisen ja rotan primaarihepatosyyteilla. Tutkimuksessa haluttiin selvittää lajienvälisiä eroja toksisuuden ennustamisessa sekä maksatoksisuuden aiheuttamia mekanismeja käyttämällä kolmea tunnettua mitokondrioille toksista yhdistettä. Erojen selvittämiseksi tutkittiin hepatosyyttien elävyyttä, ja mahdollisia solujen adaptiivisia muutoksia tutkittiin mittaamalla solun kokonais- ATP määrää kahden ja 24 tunnin testiyhdisteille altistumisen jälkeen. Mitokondrion energia-aineenvaihduntaa tutkittiin heti testiyhdisteille altistuksen jälkeen reaaliaikaisella monitoroinnilla. Mitokondrioiden morfologiaa, sijaintia ja mahdollisia adaptiivisia vasteita tutkittiin fluoresoivilla koettimilla ja vasta-ainevärjäyksellä yhdistettynä moniparametri kuvantamiseen 24 tunnin testiyhdisteille altistuksen jälkeen. Yleisesti rotan primaari hepatosyytit olivat herkempiä testiyhdisteiden aiheuttamalla toksisuudelle, kuin ihmisen hepatosyytit. Lisäksi ihmisen hepatosyyttierien välillä oli eroja, joka saattaa olla seurausta metabolisista eroista ihmisten välillä, joiden hepatosyytteja tutkimuksessa käytettiin. Vasta-ainevärjäyksen avulla ei tässä tutkimuksessa saatu enempää tietoa mitokondriosta verrattuna fluoresoivien koettimien käyttöön. Lisäksi huomattiin, että solujen paraformaldehydikäsittely muutti merkittävästi hepatosyyttien mitokondrioiden rakennetta verrattuna elävien solujen mitokondrioihin. Kaiken kaikkiaan kuvantamistulosten analysointiin tarvitaan lisää panostusta. Mitokondrion morfologian tutkiminen osoittautui vaikeaksi ja tutkimus ei paljastanut lisää tietoa mitokondrion adaptiivisista muutoksista lääkkeiden indusoimassa maksatoksisuudessa.
Drug-induced liver injury (DILI) is a relatively rare hepatic condition that can be classified as predictable and unpredictable. However, DILI is a primary reason for drug withdrawals, post-marketing warnings, and restrictions of use. DILI is a problem for the drug users but also for the pharmaceutical industry and regulatory bodies. From the perspective of patients' and clinicians', DILI is the major cause of acute liver injury. At present, a major problem predicting DILI in drug discovery is a poor understanding of its mechanisms as well as the complexity of DILI pathogenicity. The main mechanism behind DILI are alterations in bile acid homeostasis, oxidative stress, and mitochondrial dysfunction. More than 50 % of drugs causing DILI are causing mitochondrial impairment. If the normal function of mitochondria is disturbed, the energy production of the cell decreases, and cell function decline leading eventually to the cell death. In this study prediction of mitochondrial toxicity was studied using cryopreserved primary hepatocytes of humans and rats. The aim of the study was to clarify if there are interspecies differences in the prediction of toxicity but also investigate possible differences in the mechanisms behind hepatotoxicity by using three well-known compounds toxic to mitochondria. To determine these differences, total cellular ATP was measured after 2- and 24- hour exposure time to gain information on overall viability and possible adaptive responses. Mitochondrial energy pathways were studied as a real-time monitoring acute exposure of test compounds. Morphology, location, and possible adaptive response of mitochondria were studied using a fluorescent probe and antibody staining combined with high content imaging (HCI). Overall, primary rat hepatocytes were more sensitive to the test compounds than human hepatocytes. Also, there were differences between human hepatocyte batches that may reflect the metabolic differences between hepatocyte donors. Immunolabeling did not bring any additional values compared to the fluorescent probe staining in the study of morphology of mitochondria. Additionally, it was noticed that treatment with paraformaldehyde significantly changed the hepatocyte mitochondria morphology. Overall, more effort is needed to develop image analysis of mitochondria morphology. Finally, studying mitochondrial morphology has proven to be difficult, and this study did not unfortunately reveal any information about the adaptive responses of mitochondria for drug-induced liver injury.
Keyword(s): hepatocyte DILI mitochondria rat human liver toxicity


Files in this item

Files Size Format View
Lindstedt_Hanna_thesis_2022.pdf 2.421Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record