Eμβρυϊκή Ανάπτυξη και Τερατογόνα Διδάσκων: Λευκοθέα Παπαδοπούλου Τα τερατόμορφα νεογνά στην Αρχαιότητα και τον Μεσαίωνα τα συνέδεαν με Δεισιδαιμονίες Μυστικισμό Θρησκευτικά γεγονότα  19oς αιώνας: Πειραματική τερατολογία (επιδράσεις χημικών ουσιών – τοξινών σε πτηνά, αμφίβια..) Συσχέτιση εγκυμοσύνης και ακτινοβολίας (αλλοιώσεις στο ΚΝΣ και στο μυϊκό σύστημα : γυναίκες –πειραματόζωα)  1929  1941 Ο Gregg συνέδεσε εγκυμονούσες μητέρες με «ερυθρά» γέννηση παιδιών με κώφωση-τύφλωση ή και θάνατο των παιδιών  1950-1960 η περίπτωση της θαλιδομίδης (7.000-10.000 παιδιά με φωκομέλεια) Χ «ΠΛΑΚΟΥΝΤΑΣ-ΦΡΑΓΜΟΣ-ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΕΜΒΡΥΟΥ» Ανάπτυξη της τοξικολογίας των τερατογόνων ΤΕΡΑΤΟΓΕΝΕΣΗ η ΑΠΟΚΛΙΣΗ από τη φυσιολογική διάπλαση του εμβρύου, σωματικά και πνευματικά, λόγω επίδρασης διαφόρων παραγόντων επί της εμβρυογένεσης πολύπλοκη πολυσταδιακή, ενορχηστρωμένη, προγραμματισμένη διαδικασία Nature, 467:1133, 2010 Fetal organs, not yet active by-passed Color atlas of Physiology Despopoulos A, 1991 Πλακούντας Ρόλο νεφρών Ρόλο εντέρου Ρόλο πνευμόνων 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 ??? As lipid bilayer (Ομφαλική φλέβα) Μητρική αρτηρία πόρος Τριχοειδή λαχνών (Ομφαλική αρτηρία) 2nd month: 50 - 100μm Term : 4 - 5 μm Νόμος του Fick: ρυθμός διάχυσης= DxΔcxA/d Diffusion constant [drug] across the placenta Area, Membrane thickness across which transfer occurs 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 Παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό της μεταφοράς:  Μοριακό βάρος  Λιποδιαλυτότητα (γρήγορη μεταφορά)  Ιονισμός  Σύνδεση με πρωτεϊνες (inhibition of penetration)  Ροή αίματος στη μήτρα  Ασθένειες της μητέρας (υπέρταση, διαβήτης) (<600, cross easily ---- most drugs; >1000, very difficult) (ionized molecules at physiologic pH cross slowly) (weak acids and bases cross very rapidly) http://www.whfreeman.com/immunology/CH05/figure05-15.html Τα πενταμερή IgM αντισώματα (~ 750kDa) δεν μπορούν να διαπεράσουν τον πλακούντα, Aνίχνευση IgM αντισωμάτων στο έμβρυο υποδεικνύει μόλυνση του εμβρύου Η ευαισθησία στα τερατογόνα εξαρτάται : 1. γενότυπος του οργανισμού 2. ατομική “διαφορετικότητα” (e.g. SNPs) 3. επιγενετικοί παράγοντες  Species specificity  Strain specificity Εξειδίκευση είδους Εξειδίκευση στελέχους  Tissue specificity Εξειδίκευση ιστού    thalidomide 1 mg/kg in humans 4000mg/kg in rats διαφορές στο μεταβολισμό της μητέρας Hansen JM, Harris C, REDOX CONTROL OF TERATOGENESIS, Reproductive Toxicology (2010), doi:10.1016/j.reprotox.2012 .09.004 διαφορές στην κατανομή της μητέρας διαφορές στη διαπλακουντιακή “διάβαση” ΤΕΡΑΤΟΓΕΝΕΣΗ η ΑΠΟΚΛΙΣΗ από τη φυσιολογική διάπλαση του εμβρύου, σωματικά και πνευματικά, λόγω επίδρασης διαφόρων παραγόντων επί της εμβρυογένεσης Συγγενείς δυσπλασίες Aιτιολογία Hansen JM, Harris C, REDOX CONTROL OF TERATOGENESIS, Reproductive Toxicology (2010), doi:10.1016/j.reprotox.2012.09.004 http://www.medscape.com/viewarticle/779050 http://online.wsj.com/article/SB1000087239639044481270457760528282123 5136.html?mod=googlenews_wsj#printMode Mηχανισμοί εμβρυοτοξικότητας και τερατογένεσης  Επαγωγή μεταλλάξεων Αναστολή κυτταρικής αναπαραγωγής  Αναστολή διαφοροποίησης-οργανογένεσης  Διαταραχές της ομοιόστασης της πλακουντο-μητρικής οδού 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 Λειτουργικές ανωμαλίες παραμόρφωση Καθυστέρηση ανάπτυξης θνησιμότητα IQ Παρεμβολές στο Ανοσοποιητικό σύστημα Διαπλακουντιακός καρκίνος Τετραλογία Fallot Υπερτροφία δεξιού κόλπου Ρίσκο τερατογένεσης: ισορροπία ανάμεσα στους μηχανισμούς εμβρυοτοξικότητας και μονοπατιών εμβρυοπροστασίας Αύξηση βιοενεργοποίησης Γενετικοί Περιβαλλοντικοί παράγοντες 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) De novo - salvage pathways : για σύνθεση νουκλεοτιδίων Methotrexate aminopterin X X «μονοπάτι περίσωσης» Μοlecular Cell Biology, 4th Edition, 2000 αμινοπτερίνη Φολικό οξύ Τετραϋδροφολικό οξύ vitamin B9 vitamin Bc folacin folate (the naturally occurring form) ήπαρ μεθοτρεξάτη Folic Acid 0,4 mg per day θάνατος Παράγοντες Δομικές ανωμαλίες •Αναπτυξιακό στάδιο •Συγκέντρωση ουσίας Λειτουργικές ανωμαλίες •Χρόνος έκθεσης •Μηχανισμός δράσης Retinoic acid Φολικό οξύ Υψηλό μιτωτικό δείκτη (Vit A – ετρετινάτη - Αccutane Isotretinoin) ΝΕΑΡΕΣ-ΑΚΜΗ ΥΨΗΛΟ ΒΑΘΜΟ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑΣ στην ιονίζουσα ακτινοβολία Αλκυλιωτικά- θνησιμότητα-εμβρυοτοξικά all or none effect (0-14days) Σε χαμηλές δόσεις Σε διαφορετική χρονική περίοδο τερατογόνα 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 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 1128-1137 Folic Acid Deficiency Affects Great, Great Grandchildren 09/27/2013 Univ. of Cambridge Human Reproduction Update, Vol.16, No.4 pp. 378–394, 2010 January 7, 2010 Teratogenic mechanisms of medical drugs Βιταμίνη Α και Ισοτρετινοϊνικό οξύ Τρετινοϊνη Ρετινοϊκό οξύ βιταμίνη Α ρετινόλη Ισοτρετινοϊνη accutane    Ρόλο ανάπτυξη-πολλαπλασιασμό διαφοροποίηση προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο 13-cis-retinoic acid λιπόφιλη ένωση Mεταβολίζεται 4-οξυ-ισοτρετινοϊνη + ρετινοϊκό οξύ http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/misc_topics/vitamina.html ΘΑΛΙΔΟΜΙΔΗ Πιπεριδινυλο- ισοινδόλη * 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 http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=5426 http://en.wikipedia.org/wiki/Frances_Oldham_Kelsey 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 http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=5426 Hansen JM, Harris C, REDOX CONTROL OF TERATOGENESIS, Reproductive Toxicology (2010), doi:10.1016/j.reprotox.2012.09.004 Καρκίνο μαστού Έλεγχο αποβολών Έλεγχο αιμορραγιών Λυκόστομα / Λαγόχειλος / Προσωπείο Διαπλακουντιακά καρκινογόνα 6 εκατομμύρια έγκυες γυναίκες έλαβαν DES το διάστημα 1940-1971 Διαφοροποίηση / οργανογένεση DES 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: http://1.usa.gov/QHrkfN Infertility info: http://www.sart.org and http://www.asrm.org CMAJ. 2002 Aug 6;167(3):265-73. Medical genetics: 1. Clinical teratology in the age of genomics. Polifka JE, Friedman JM. CMAJ. 2002 Aug 6;167(3):265-73. Medical genetics: 1. Clinical teratology in the age of genomics. Polifka JE, Friedman JM. ασφαλή φάρμακα Απαγορεύεται η χρήση τους M E P R E MEPREP program http://www.medscape.com/viewarticle/771240_print P Κοσμική ακτινοβολία Έδαφος Ιατρικές εφαρμογές ( 131Ι) Πυρηνική ενέργεια Hiroshima Nagasaki Tsernobil Διαταραχές της ομοιόστασης της πλακουντο-μητρικής οδού αμινοπτερίνη “WITHDRAWAL” W I T H D R A W A L 2005 Developmental Biology,6th Edition Scott F. Gilbert Εμβρυϊκό Αλκοολικό Σύνδρομο (FAS) The brain from the infant with FAS is significantly smaller Επικίνδυνα χημικά για εγκύους 14 Ιανουαρίου 2013 Pb Pb Μαλακό οξύ κατά Lewis Συναρμογή με – SH ομάδες Αναστολή δραστικότητας ενζύμων Μειωμένη σύνθεση Pb Αίμης Αιμοσφαιρινης Κυτοχρωμάτων COX Pb Mιναμάτα Ιαπωνίας 1953 Ιράκ 1972 Παιδιά με σοβαρή διανοητική υστέρηση Εγκεφαλικές αλλοιώσεις Δυσπλασίες Εκλεκτική συσσώρευση Ηg στα έμβρυα TCDD (διοξίνη): Χημικό παραπροϊόν Teratogen Carcinogen από καύση ή αποτέφρωση χλωριωμένων βιομηχανικών χημικών ουσιών και υδρογονανθράκων, TetraChloroDibenzoDioxin όπως τα PCBs, χλωριωμένη βενζίνη t½ = 7-10χρόνια PVC (πολυβινυλοχλωρίδια) 1,2,4-trichlorobenzene http://www.ejnet.org/dioxin/#cancer http://www.idph.state.il.us/envhealth/factsheets/dioxin.htm Sevezo ITAΛIA Διαφυγή νέφους διοξίνης αύξηση αποβολών ~30% (aryl hydrocarbon receptor) Aryl hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator protein TCDD: Χημικό παραπροϊόν από καύση ή αποτέφρωση χλωριωμένων βιομηχανικών χημικών ουσιών και υδρογονανθράκων, όπως τα PCBs, χλωριωμένη βενζίνη PVC (πολυβινυλοχλωρίδια) http://www.ejnet.org/dioxin/#cancer Μichigan, 1975 (ζωοτροφές- μολυσμένο γάλα) Ιαπωνία (μολυσμένο λάδι) Καναδάς (βινυλοχλωρίδιο : 1966- 1,2,4-trichlorobenzene 1979) http://www.idph.state.il.us/envhealth/factsheets/dioxin.htm PCBs poly(vinylchloride)poly(vinyl acetate) copolymer http://www.biosciencetechnology.com/News/2012/11/PCBs,-Other-Pollutants-May-Play-Role-in-PregnancyDelay/?et_cid=2955740&et_rid=494643011&linkid=http%3a%2f%2fwww.biosciencetechnology.com%2fNews%2f2 012%2f11%2fPCBs%2c-Other-Pollutants-May-Play-Role-in-Pregnancy-Delay%2f 50% περιπτώσεων Εμβρυοθνησιμότητας Γλυκόζη Κετονοσώματα υποξία Διαβητική εμβρυοπάθεια λόγω ασθενειών ΥΠΟΓΛΥΚΑΙΜΙΑ ΥΠΕΡΓΛΥΚΑΙΜΙΑ Αναστολή από τον ιό του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και διαταραχή ανοσολογικών μηχανισμών Απουσία ΙgA Eμβόλιο ΜΜR (ιλαρά, παρωτίτιδα, ερυθρά) Τη δεκαετία του ΄80, ο εμβολιασμός καλύπτει μόνο το 30-50% των παιδιών PAH: location on Chromosome 12 Στόχος: Διάσπαση φαινυλαλανίνης ( Διατροφή, ελεύθερη φαινυλαλανίνης, εμπλουτισμένη σε τυροσίνη Toxoplasma gondii (ωμό κόκκινο κρέας) Τρεπόνημα το ωχρό Αποβολή ή συγγενή σύφιλη Human cells infected (blue) with the protozoan Toxoplasma gondii (yellow-green) Παράσιτο υπεύθυνο για συγγενεις ανωμαλίες, προβλήματα όρασης και εγκεφαλίτιδα σε ανοσοκατεσταλμένους ασθενείς ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΥ ΤΕΡΑΤΟΓΟΝΩΝ ΔΟΚΙΜΑΣΙΕΣ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ 21η ημέρα ΤΟΚΕΤΟΣ γονιμοποίηση φυσιολογικός 6η ημέρα 15η ημέρα 18η ημέρα Η υπό μελέτη ουσία χορηγείται στα πειραματόζωα σε μία (1) δόση (ή 3 δόσεις) μεταξύ 6 και 15ης(επίμυς) ή 18ης ημέρας (κουνέλι) Αφαίρεση εμβρύων (21η μέρα) (διακοπή κύησης-καισαρική) ΕΞΕΤΑΣΗ δυσπλασίες Μακροσκοπική Μικροσκοπική μελέτη των ιστών Ιονίζουσα Ακτινοβολία Ουσίες που αναστέλλουν την πρωτεϊνική σύνθεση Βάρος Μέγεθος απογόνων Αποβολές/νεκρά έμβρυα Αριθμός γονιμοποιημένων ωαρίων Τεστ σε έμβρυα θηλαστικών 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;124:460-471 © The Author 2011. Published by Oxford University Press on behalf of the Society of Toxicology. All rights reserved. For permissions, please email: [email protected] Toxicol Sci. 2011 Dec;124(2):460-71. 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 ΠΡΟΓΕΝΝΗΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ Βιοχημικές εξετάσεις αίματος Υπέρηχος αυχενική διαφάνεια και η εμφάνιση του ρινικού οστού Αμνιοπαρακέντηση Preimplantation genetic diagnosis (P.G.D.) NY Times, 22-11-05 http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/32998/title/Comingto-Terms/ http://www.omagdigital.com/publication/?i=132506 http://www.bio-itworld.com/2012/11/05/tufts-geneticist-bianchi-noninvasive-prenatal-testing.html SCIENCE, 11-10-2013 άλλες βιβλιογραφικές πηγές Applied Therapeutics. The clinical Use of Drugs, 7th 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. 1993 Color atlas of Physiology. Despotopoulos A, Silbernagl S., 4th Ed, 1991 Human Genetics. A problem-based approach. Korf B.R. 1996 Human Pharmacology. Molecular to Clinic. Brody, Larner, Minneman, Neu. 2nd Ed. Mosby-Year book, Inc. 1995 Βασική και Κλινική Τοξικολογία. Α.Σ. Τσιφτσόγλου, καθ. Φαρμακολογίας, Α.Π.Θ. 1997 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.