The announcement of the US Environmental Protection Agency that it will stop conducting or funding experimental studies on mammals by 2035 should prioritize ongoing efforts to develop and use alternative toxicity screening methods to animal testing. Toxicity screening is likely to be further developed considering the combination of human-induced pluripotent-stem-cell-derived organ-on-a-chip and multielectrode array (MEA) technologies. We briefly review the current status of MEA technology and MEA-based neuropharmacological drug screening using various cellular model systems. Highlighting the coronavirus disease pandemic, we shortly comment on the importance of early prediction of toxicity by applying artificial intelligence to the development of rapid screening methods.
Many in vitro developmental toxicity assays have been proposed over several decades. Since the late 1980s, we have made intermittent attempts to introduce in vitro assays as screening tests for developmental toxicity of inhouse candidate products. Two cell-based assays which were developed two decades apart were intensively studied. One was an assay of inhibitory effects on mouse ascites tumor cell attachment to a concanavalin A-coated plastic sheet surface (MOT assay), which we studied in the early days of assay development. The other was an assay of inhibitory effects on the differentiation of mouse embryonic stem cell to beating heart cells (EST assay), which we assessed more recently. We evaluated the suitability of the assays for screening in-house candidates. The concordance rates with in vivo developmental toxicity were at the 60% level. The EST assay classified chemicals that inhibited cell proliferation as embryo-toxic. Both assays had a significant false positive rate. The assays were generally considered unsuitable for screening the developmental toxicity of our candidate compounds. Recent test systems adopt advanced technologies. Despite such evolution of materials and methods, the concordance rates of the EST and MOT systems were similar. This may suggest that the fundamental predictivity of in vitro developmental toxicity assays has remained basically unchanged for decades. To improve their predictivity, in vitro developmental toxicity assays should be strictly based on elucidated pathogenetic mechanisms of developmental toxicity.
Background: The number of synthesized chemicals has rapidly increased over the past decade. For many chemicals, there is a lack of information on toxicity. With the current movement toward reducing animal testing, the use of toxicity big data and deep learning could be a promising tool to screen potential toxicants. Objectives: This study identified potential chemicals related to reproductive and estrogen receptor (ER)-mediated toxicities for 1135 cleaning products and 886 laundry products. Methods: We listed chemicals contained in cleaning and laundry products from a publicly available database. Then, chemicals that potentially exhibited reproductive and ER-mediated toxicities were identified using the European Union Classification, Labeling and Packaging classification and ToxCast database, respectively. For chemicals absent from the ToxCast database, ER activity was predicted using deep learning models. Results: Among the 783 listed chemicals, there were 53 with potential reproductive toxicity and 310 with potential ER-mediated toxicity. Among the 473 chemicals not tested with ToxCast assays, deep learning models indicated that 42 chemicals exhibited ER-mediated toxicity. A total of 13 chemicals were identified as causing reproductive toxicity by reacting with the ER. Conclusions: We demonstrated a screening method to identify potential chemicals related to reproductive and ER-mediated toxicities utilizing chemical toxicity big data and deep learning. Integrating toxicity data from in vivo, in vitro, and deep learning models may contribute to screening chemicals in consumer products.
Preliminary examination of antitumor screening wich Sacroma 180 ascites mice was carried out on the extracts of Ergrostis ferruginea of medicinal plant. This experiments were conducted in accordance with the Total packed cell volume method and Cyto toxicity method .
A screening study of the acute toxicity of organic arsenics such as arsenobetaine and arsenocholine, a product of arsenic methylation metabolite, and inorganic arsenic was carried out to examine hematological and serum biochemical parameters in cynomolgus monkeys(Macaca fascicularis). We found soft and liquid feces, and vomiting in all treated groups with inorganic and organic arsenics. The monkeys in inorganic arsenic-treated group showed a significant increase in vomiting frequency compared with those in three organic arsenics-treated groups. These results suggest that inorganic arsenic might be more toxic than three other organic arsenics tested. The monkeys in inorganic arsenic-treated group showed a decrease in platelet and an increase in monocyte on day 4 and the monkeys in arsenocholine-treated group showed an increase in reticulocyte percentage on day 8. The monkeys in inorganic-treated group also showed decreases in AST and ALT values and the monkeys in arsenobetaine-treated group showed a decrease in AST value and an increase in T-CHO value. However, these hematological and biochemical changes were within the physiological ranges, showing that the single dose of inorganic and organic arsenics did not affect at least hematological and serum biochemical parameters. The present study of toxicity with single dose of arsenics provides valuable indicators for longer term study of toxicity of repeated doses of arsenics in primates.
Object: The aim of this study is to suggest a list of priority chemicals for the Hazard & Risk Evaluation of Chemicals (HREC) controlled by the Industrial Safety and Health Act (ISHA). Method: Screening assessment was done for 642 chemicals whose exposure threshold limit values were set by the Ministry of Employment and Labor (MOEL). Hazard data were collected from Korea Occupational Safety & Health Agency (KOSHA) and/or other toxicity database. Exposure data were obtained from KOSHA internal database. The hazard and exposure scores of chemicals were listed by order of priority in accordance with GHS classification and exposure index data. Result: From the result of screening risk assessment for 642 chemicals, we extracted a list of 13 priority chemicals for HREC performed by the ISHA. A priority list of 27 chemicals which have carcinogen, mutagen and/or reproductive toxicity but not controlled by the ISHA was suggested for additional evaluation as "chemicals for special management".
Toxicity study of recombinant hepatitis B vaccine (LBD-008), a newly developed drug for acute and chronic hepatitis, was investigated in mice and guinea pigs. 1. Mice showed no production of antibodies against LBD-008 inoculated with aluminum hydroxide gel (Alum) as an adjuvant, judged by the heterologous anaphylaxis (PCA) test using rats. On the other hand, antibodies against ovalbumin (OVA) inoculated with alum were definitely detected. 2. In the studies with guinea pigs, both the inoculation of LBD-008 only and of LBD-008 with complete Freund's adjuvant (CFA) as an adjuvant did not produce positive reactions in any of homologous active systemic anaphylaxis (ASA). On the other hand, the inoculation of ovalbumin with complete Freund's adjuvant (CFA) produced positive reaction in both of PCA and ASA. 3. These findings suggested that LBD-008 has no antigenic potential in mice or guinea pigs.
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.
Kim, Jae-Hyoun;Jo, Jin-Nam;Jin, Byung-Suk;Lee, Dong-Soo;Kim, Ki-Tae;Om, Ae-Son
한국환경성돌연변이발암원학회지
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제21권2호
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pp.113-117
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2001
The screening of various molecular descriptors for predicting carcinogenic, mutagenic and teratogenic activities of chlorinated aliphatic compounds as drinking water disinfection byproducts (DBPs) has been investigated for the application of quantitative structure-activity relationships (QSAR). The present work embodies the study of relationship between molecular descriptors and toxicity parameters of the genotoxicity endpoints for the screening of relevant molecular descriptors. The toxicity Indices for 29 compounds constituting the testing set were computed by the PASS program and active values were chosen. We investigate feasibility of screening descriptors and of their applications among different genotoxic endpoints. The correlation to teratogenicity of all 29 compounds was significantly improved when the same analysis was done with 20 alkanes only without alkene compounds. The HOMO (highest occupied molecular orbital) energy and number of Cl parameters were dominantly contributed.
임산부에게 약물을 사용하는 것은 태아에게 잠재적인 위협이 될 수 있으므로 임산부가 복용을 피해야 할 약물을 분류하는 것은 필수적이다. 하지만 많은 화합물이 태아에게 독성을 나타낼 수 있는지에 대한 근거가 불분명하며, 그것을 밝혀내기 위해서는 많은 시간과 비용이 투자된다. In silico 기반 가상 스크리닝은 광범위한 화합물에 대해서 적은 비용과 시간으로 어떤 화합물이 태아에게 높은 위험을 보일 수 있는지 예측하는데 활용될 수 있다. 우리는 한국과 호주 정부의 임신 중 약물 처방을 위한 위험 분류 리스트를 활용해 약물의 분류 등급 정보를 가져왔다. 약물의 구조적 특징과 화학적 특징을 기반으로 다양한 머신 러닝 기법을 적용하여 약물의 태아 독성 여부를 예측하는 모델을 생성하였으며, 정량적 성능 평가를 수행하였다. 나아가, attention 알고리즘을 활용하여 제안하는 모델이 약물의 태아 독성을 예측하는 과정에서 화합물의 어떤 하위 분자 구조가 중요하게 활용되었는지 확인하였다. 해당 연구를 통해 광범위한 화합물에 대해 높은 태아 독성 위험도를 가진 약물을 머신 러닝을 통해 예측할 수 있는 것을 확인하였다. 우리의 연구는 단순한 약물의 태아 독성 예측에서 나아가, 유의미한 하위 분자구조를 제공함으로써 연구자들이 약물의 태아 독성을 증명하기 위해 수행하는 실험에서 핵심적인 역할이 가능할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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