Since histopathological examination was known to be the most sensitive evaluation for testicular toxicity, regulatory authorities have been published the guidelines on practical testicular assay approach. Those guidelines specified details of evaluation including fixation, embedding, stain-ing, histological examination and also seminiferous tubular staging methods. However, there have been confusing understanding among toxicologists and even pathologists on staging theory and its application on industrial testicular toxicity. Guidelines did not intend to conduct quantitative assay with staging but recommended the use of knowledge of staging. To count each tubular stage with statistical analysis is known to be time consuming and labor burdening work but the significance of toxicity has little value. It also has been pointed out that the application of staging theory for longer-term toxicity considered to be lacking of rationale. It could be recommended that qualitative assay with aware-ness of germ cell loss is more efficient method rather than quantitative counting of each tubular stage. Therefore it would be required that comprehensive understanding of testicular toxicity evaluation and the use of testicular staging method.
Cha Shin-Woo;Bae Joo-Hyun;Son Woo-Chan;Shin Jin-Young;Shin Dong-Ho;Kim Sung-Ho;Park Seung-Chun;Kim Jong-Choon
Journal of Life Science
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v.15
no.3
s.70
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pp.387-396
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2005
The aims of the study were to establish a short-term screening test for detecting testicular toxicity of chemicals in rats and to determine whether a 2-week administration period is sufficient to detect testicular toxicity of 2-bromopropane (2-BP) as an example. Male Sprague-Dawley rats were subcutaneously administered with 1000 mg/kg/day of 2-BP or its vehicle for 2 weeks. Ten male rats each were sacrificed on days 3, 7 and 14 after the initiation of treatment. Parameters of testicular toxicity included genital organ weights, testicular sperm head counts, epididymal sperm counts, motility and morphology, and qualitative and quantitative histopathologic examinations. The early histopathological changes observed on day 3 of treatment included degeneration of spermatogonia and spermatocytes, multinuclear giant cells, mature spermatid retention, vacuolization of Sertoli cells, and decreased number of spermatogonia in stages II and V. On day 7 of treatment, atrophy of seminiferous tubules, exfoliation of germ cells, degeneration of spermatogonia and spermatocytes, multinuclear giant cells, mature spermatid retention, vacuolization of Sertoli cells, decreased number of spermatogonia in stages II and V, and decreased number of spermatocytes in stages VII and XII. On day 14 after treatment, a significant decrease in the weights of testes and seminal vesicles was found. Atrophy of seminiferous tubules, exfoliation of germ cells, degeneration of spermatogonia and spermatocytes, mature spermatid retention, vacuolization of Sertoli cells, decreased number of spermatogonia in stages II and V, and decreased number of spermatocytes in all spermatogenic stages were also observed. In addition, a slight non-significant decrease in testicular sperm head counts, daily sperm production rate and epididymal sperm counts was found. The results showed that 2 weeks of treatment is sufficient to detect the adverse effects of 2-BP on male reproductive organs. It is considered that the short-term testicular toxicity study established in this study can be a useful tool for screening the testicular toxic potential of new drug candidates in rats.
Chemotherapy is associated with male infertility. Cisplatin (cis-diamminedichloro-platinum (II) (CDDP) as a chemotherapy medication used to treat a number of cancers has been reported to most likely induce testicular toxicity. Administration of antioxidants, such as pentoxifylline (PTX) may reduce some Adverse Drug Reactions (ADRs) of CDDP. Therefore, this study investigated the potentially protective effects of PTX on CDDP-induced testicular toxicity in adult male rats. For this purpose, 42 male rats were randomly divided into 7 groups. The rats were orally pretreated with PTX at the 3 doses of 75, 150, and 300 mg/kg once a day for 14 successive days. On the $14^{th}$ day of the study, they were intraperitoneally (IP) administered with a single dose of CDDP (7 mg/kg). Finally, the sperm/testis parameters, serum levels of reproductive hormones, including testosterone, Luteinizing Hormone (LH), and Follicle Stimulating Hormone (FSH) as the pivotal endocrine factors controlling testicular functions, and histopathological changes of testis tissue were examined. Pretreatment with the two doses of 75 and 150 mg/kg PTX indicated significant increases in the sperm count and motility induced by CDDP administration. The right and significantly left testis weights were decreased following the treatment with 300 mg/kg of PTX plus CDDP. However, 75 mg/kg of PTX plus CDDP showed the best near-to-normal histopathological features. The results demonstrated that PTX alone enhanced some parameters, such as the sperm count, while reducing other parameters, including sperm fast motility and germ layer thickness. Furthermore, despite testosterone or LH levels, the mean serum FSH level was significantly augmented by the doses of 75 and 150 mg/kg. It was concluded that PTX administration cannot reduce CDDP-induced testicular toxicity even at high doses (e.g., 300 mg/kg), while it seemed to partially intensify CDDP toxicity effects at a dose of 75 mg/kg. Thus, further research is required in this regard.
This study of culturing testicular cell types in vitro has potential to be an invaluable tool for assessing the mechanisms of testicular toxicity, especially those of intragonadal interaction and spermatogenesis. Combined with the Sertoli/germ cell cultures, Leydig cells provide comprehensive and detailed information on the action of testicular toxicants at the level of the testis. Sertoli/germ cell were isolated and incubated well in vitro from 20~30 g rats and Leydig cells from 250~300 g rats. The Sertoli cells isolated from the testis of the SD rats grew into monolayer on about the 2nd~3rd day of culture, an appreciable cell increment being observed between the 4th~5th day. The Leydig cells isolated from the testis of the SD rats grew into a monolayer on about the 3rd-4th day of culture, an appreciable cell increment being observed between the 5th-7th day. These results suggest that Sertoli and Leydig cells can be cultured as a male fertility evaluation method alternative to the in vivo/conventional fertility test method and further study for the physio-chemical determination is needed.
The present study was carried out to establish several spermatotoxicity test methods. For this purpose we investigated following parameters in the fertility study of DA-125, a new anticancer agent, in rats: testicular spermatid counts, epididymal sperm counts, daily sperm production rate, sperm morphology, and serum testosterone concentration. Motility and velocity of sperms were also measured using non-treated rats. At 0.3 mg DA-125/kg, spermatids per 1g testis and daily sperm production rate per 1g testis were significantly decreased, when compared with those of control group. Several types of abnormal sperms, such as no head, pin head, double head, hook at wrong angle, no tail, and small sperm, were found in both treated and control groups at a low frequency. Serum testosterone concentration at 0.3 mg DA-125/kg was close to the control value. Sperm motility and velocity measured with non-treated rats were in a good agreement with the results of other investigators. In our study established spermatotoxicity test methods can be used as a tool not only for the close examination of the cause of drug- or chemical-induced infertility, but also for the effective evaluation of reproductive toxicity.
Kim, Mina;Lee, Seungkil;Lee, Yongsik;Cho, Samrae;Kim, Dukhyun
Journal of Environmental Health Sciences
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v.44
no.2
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pp.153-159
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2018
Objectives: This study was carried out to determine $LD_{50}$ of benzo[a]pyrene to decide the possibility to designate them as toxic substance on the Act on the Registration and Evaluation, etc. of Chemical Substances, and to suggest that they should be managed in what level on the Chemical Control Act. Methods: Based on the result of a preliminary study, 300 mg/kg was set as the middle dose. A highest dose of 2,000 mg/kg and a lowest dose of 50 mg/kg were selected based on the OECD TG 423. Benzo[a]pyrene was orally administered once to female and male SD rats at dose levels of 50, 300, 2,000 mg/kg (body weight). All animals were monitored daily for clinical signs and mortality over 14 days. Also testicular spermatid count, motility and etc. were examined as well. Results: Under the condition of this experiment, $LD_{50}$ of benzo[a]pyrene was assumed to be >2,000 mg/kg. In the lesion according to autopsy, there were no specific symptoms in the control and experimental groups. At 2,000 mg/kg, a decrease in the sperm motility was observed. Benzo[a]pyrene should be designated to be toxic substance as the material assumed to be reproduction-toxicity on the Act on the Registration and Evaluation, etc. of Chemicals. Therefore we should abide by legal procedures determined by Chemicals Control Act in treating it. Conclusion: Considering the significant result that sperm motility in the experimental group was inferior to that in the reference group, we suggest that benzo[a]pyrene be designated as a toxic substance.
Kim, Jong-choon;Lee, Hyun-sook;Yun, Hyo-in;Chung, Moon-koo
Korean Journal of Veterinary Research
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v.40
no.2
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pp.361-371
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2000
It has been recently reported that 2-bromopropane (2-BP) induces male reproductive toxicity in both human and experimental animals. However, delayed effects of 2-BP on male reproductive system have not been investigated in detail. The present study was conducted to investigate the testicular toxicity of 2-BP and to determine the recovery of normal spermatogenesis in Sprague-Dawley rats. Male rats aged 5 weeks were administered 1,000mg/kg 2-BP by gavage daily for 4 weeks and sacrificed sequentially at 1, 2, 3, 4 and 12 weeks after initiation of 2-BP treatment. Testicular toxicity was evaluated qualitatively by histopathological examinations and quantitatively by reproductive organ weights, spermatid head count, and repopulation index. In the 2-BP treated rats, the body weights was significantly suppressed and the weights of testes and epididymides were also decreased in a time-dependent manner. On histopathological examination, spermatogonia in stages I-VI and preleptotene and leptotene spermatocytes in stages VII-IX were strongly depleted at 1 week of dosing. Spermatogonia were depleted extensively in all spermatogenic stages at 2 weeks. Continuing with the evolution of spermatogenic cycle, zygotene spermatocytes, pachytene spermatocytes, and round spermatids were sequentially depleted at 2, 3, and 4 weeks of dosing due to the depletion of their precursor cells. Vacuolization of Sertoli cells and spermatid retention were also observed at all time points, suggesting that 2-BP induced Sertoli cell dysfunction. At 12 weeks, after 8 weeks recovery, most of the tubules appeared severely atrophic and were lined by Sertoli cells only. Leydig cell hyperplasia in the interstitial tissue was also found. In addition, dramatic reductions in the number of spermatid heads and repopulation index were observed, indicating that 2-BP-induced testicular injury is irreversible. These results indicate that 4 weeks repeated-dose of 1,000mg/kg 2-BP results in a progressive germ cell loss due to the depletion of spermatogonia followed by long-term testicular atrophy in SD rats.
Jeon, Hye Lyun;Yi, Jung-Sun;Kim, Tae Sung;Oh, Youkyung;Lee, Hye Jeong;Lee, Minseong;Bang, Jin Seok;Ko, Kinarm;Ahn, Il Young;Ko, Kyungyuk;Kim, Joohwan;Park, Hye-Kyung;Lee, Jong Kwon;Sohn, Soo Jung
Toxicological Research
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v.33
no.2
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pp.107-118
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2017
Although alternative test methods based on the 3Rs (Replacement, Reduction, Refinement) are being developed to replace animal testing in reproductive and developmental toxicology, they are still in an early stage. Consequently, we aimed to develop alternative test methods in male animals using mouse spermatogonial stem cells (mSSCs). Here, we modified the OECD TG 489 and optimized the in vitro comet assay in our previous study. This study aimed to verify the validity of in vitro tests involving mSSCs by comparing their results with those of in vivo tests using C57BL/6 mice by gavage. We selected hydroxyurea (HU), which is known to chemically induce male reproductive toxicity. The 50% inhibitory concentration ($IC_{50}$) value of HU was 0.9 mM, as determined by the MTT assay. In the in vitro comet assay, % tail DNA and Olive tail moment (OTM) after HU administration increased significantly, compared to the control. Annexin V, PI staining and TUNEL assays showed that HU caused apoptosis in mSSCs. In order to compare in vitro tests with in vivo tests, the same substances were administered to male C57BL/6 mice. Reproductive toxicity was observed at 25, 50, 100, and 200 mg/kg/day as measured by clinical measures of reduction in sperm motility and testicular weight. The comet assay, DCFH-DA assay, H&E staining, and TUNEL assay were also performed. The results of the test with C57BL/6 mice were similar to those with mSSCs for HU treatment. Finally, linear regression analysis showed a strong positive correlation between results of in vitro tests and those of in vivo. In conclusion, the present study is the first to demonstrate the effect of HU-induced DNA damage, ROS formation, and apoptosis in mSSCs. Further, the results of the current study suggest that mSSCs could be a useful model to predict male reproductive toxicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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