Development of a Defined Approach for Respiratory Sensitization Hazard Assessment

Abstract

Diariamente, o Ser Humano é exposto a vários produtos químicos naturais ou sintéticos que podem ser reconhecidos pelo nosso organismo. Na sua maioria, esta interação ocorre sem consequências fisiológicas, mas em alguns casos, há o desenvolvimento de uma resposta imunitária, como é o caso da alergia respiratória a compostos de baixo peso molecular (LMW, <500 Da), que se manifesta principalmente através do desenvolvimento da asma e rinite ocupacional. Segundo a Organização Mundial de Saúde, a asma afeta atualmente 339 milhões de pessoas em todo o mundo, das quais 10-25% sofrem de asma ocupacional, o que representa uma fonte considerável de morbilidade com relevante impacto socioeconómico. Na comunidade científica existe falta de consenso sobre a fisiopatologia da sensibilização respiratória, bem como algumas incertezas sobre o papel da IgE, e a via de exposição, o que acarreta múltiplos desafios para os toxicologistas. De facto, apesar de mais de três décadas de investigação, ainda não existe nenhum método validado ou consensual dentro da comunidade científica para a avaliação do risco de sensibilização respiratória. Por conseguinte, este estudo teve como objectivo o desenvolvimento de uma plataforma in chemico/in vitro/in silico para avaliação do potencial de sensibilização respiratória, avaliando as classes disocianatos, aminas, ácidos anidridos, gluteraldeído e sais de persulfato. A reatividade dos compostos in chemico foi avaliada através de um ensaio desenvolvido pelo grupo e os dados in silico obtidos através do software E-Dragon. Para os estudos in vitro, foram realizadas três abordagens: 1) THP-1 cultivadas em meio de cultura proveniente de A549 previamente tratadas com os compostos (meio condicionado), 2) THP-1 em monocultura e 3) co-cultura de THP-1 e A549 em transwells. O padrão de libertação de citocinas (IL-33, GM-CSF, CCL20 e TSLP), bem como a expressão de marcadores de superfície de ativação de células dendríticas foram avaliados após exposição a vários alergénios (respiratórios ou cutâneos), um irritante respiratório e um não sensibilizador. A exposição a sensibilizantes respiratórios induziu a ativação específica de células dendríticas, nomeadamente o aumento da expressão de CD80 e ICOSL tanto em THP-1 em meio condicionado como em monocultura. Apesar de serem necessários estudos adicionais antes da integração de todos os dados gerados neste estudo, este trabalho contribuiu para a identificação de duas moléculas como potenciais marcadores a serem integrados numa defined approach para a identificação e discriminação de alergénios respiratórios.

Every day, human being is exposed to various natural or synthetic chemicals that may be recognized by our body. Mostly, this interaction occurs without physiological consequences, but in some cases, the development of an immune response is triggered, as is the case of respiratory allergy to low molecular weight compounds (LMW, <500 Da), which manifests itself mostly through the development of occupational asthma and rhinitis. According to the World Health Organization, asthma currently affects 339 million people worldwide, of which 10-25% suffer from occupational asthma, representing a considerable source of morbidity and economic burden. Although, there is still a lack of consensus on the pathophysiology of respiratory sensitization and some uncertainties regarding the role of IgE, and the route of exposure, which presents toxicologists with multiple challenges. Indeed, despite more than three decades of research, there is still no validated method or consensus within the scientific community to assess the risk of respiratory sensitization. Therefore, the aim of this study was to develop an in chemico/in vitro/in silico platform for respiratory sensitizing potential assessment, evaluating the classes diisocyanates, amines, acid anhydrides, gluteraldehyde, and persulfate salts.. The reactivity of the chemical sensitizers was address by a in house developed assay and the in silico data was obtained from the E-Dragon software. For in vitro studies, three approaches were performed with 1)THP-1 cultivated in A549 conditioned culture medium, 2) THP-1 monoculture and 3) coculture of THP-1 and A549 in transwells. Cytokine release pattern (IL-33, GM-CSF, CCL20 and TSLP) as well as the expression of dendritic-like cell activation surface markers were addresses upon exposure to several chemical sensitizers (respiratory or cutaneous), one respiratory irritant and one non-sensitizer. The exposure to respiratory sensitizers induced specific dendritic-like cell activation, namely increased CD80 and ICOSL expression both in THP-1 in conditioned medium as well as in monoculture. Therefore, and although more studies must be performed before the integration of all the generated data, the work herein presented contributed to the identification of two molecules as promising markers to be integrated in a defined approach for the identification and discrimination of respiratory sensitizers.