E0230 Aplikovaná a mechanistická in vitro toxikologie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2019
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Pavel Babica, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D. (přednášející)
prof. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Klára Hilscherová, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Pavel Babica, Ph.D.
Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí - Chemická sekce - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Pavel Babica, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí - Chemická sekce - Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Kurz je primárně určen magisterským studentům specializace Životní prostředí a zdraví (nejlépe v 1. ročníku navazujícího studia). Vhodné je absolvování minimálně základních přednášek z toxikologie a ekotoxikologie (E4070 Základy toxikologie pro přírodovědce, E1240 Experimentální a aplikovaná toxikologie a ekotoxikologie, E3230 Patofyziologie člověka, E0240 Biomarkers and toxicity mechanisms).
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory
Cíle předmětu
Cílem kurzu je představit základní mechanismy toxicity na suborganismální úrovni, včetně jejich propojení s účinky pozorovanými na úrovni jedince nebo populace. Studenti budou seznámeni se základními metodami a přístupy pro hodnocení klíčových mechanismů účinku a klíčových biologických procesů pomocí in vitro modelů a testů. Cílem bude představit validované a pre-validované in vitro testy používané pro hodnocení specifických škodlivých účinků. Kromě principů a uspořádání jednotlivých in vitro testů a modelů se studenti seznámí s aktuálním legislativním rámcem upravujícím používání in vitro metod pro hodnocení toxicity, jakož i s perspektivními směry a koncepty aktuálně rozvíjenými v prediktivní in vitro toxikologii.
Výstupy z učení
Na konci tohoto kurzu bude student schopen:

• popsat základní mechanismy toxicity na suborganismální úrovni a jejich vztahu k škodlivým účinkům na úrovni jedince a populací
• vysvětlit principy laboratorních metod a modelů vhodných ke sledování narušení klíčových mechanismů toxicity a klíčových biologických procesů na molekulární, buněčné a tkáňové úrovni
• se orientovat v principech a aplikacích jednotlivých in vitro testů validovaných nebo pre-validovaných pro hodnocení vybraných škodlivých účinků
• orientovat se v normách a legislativních předpisech upravujících používání alternativních in vitro testů pro hodnocení toxicity chemických látek
• integrovat výsledky z různých typů in vitro testů pro účely hodnocení rizik
• diskutovat využitelnost alternativních a standardních metod pro rutinní praxi
• zhodnotit limitace a výhody in vitro vs. in vivo metod pro hodnocení toxicity
• popsat možnosti, koncepty a přístupy směřující k překonání exitujících limitací in vitro testů a ke zvýšení jejich vypovídací schopnosti
Osnova
  • • 1) Mechanismy toxicity na různých úrovních biologické organizace – molekulární, buněčná, tkáňová, orgánová, organismální / systémová toxicita. Představení koncepce drah škodlivého účinku (Adverse Outcome Pathways, AOP) jako schematického propojení série kauzálních a toxikologicky relevantních biologických událostí (Key Events, KE) vedoucích od molekulárních interakcí s chemickou látkou (Molecular Initiating Event, MIE) ke škodlivým účinkům na úrovni jedince/populace (Adverse Outcome, AO).
  • • 2-3) Základní mechanismy toxicity na sub-organismální úrovni:
  • a) Interakce chemikálií s biomolekulami:
  • Genotoxicita a mutageneze (mechanismy přímého a nepřímého poškození DNA), interakce s membránami, interakce s receptory (membránovými, vnitrobuněčnými receptory), interakce s enzymy, narušení redoxní rovnováhy
  • b) Efekty na buněčné a tkáňové úrovni:
  • Cytotoxicita a životaschopnost, buněčný cyklus a proliferace, programovaná buněčná smrt, epigenetické regulace, narušení diferenciace a dalších buněčných procesů (GJIC, migrace, invazivita, adheze, imunomodulace), neoplastická transformace. Narušení tkáňové homeostázy, role buněčné diferenciace a kmenových buněk v toxicitě a chronických onemocněních (Barkerova hypotéza, stem cell theory of cancer)
  • • 4) Buněčné, tkáňové a orgánové in vitro modely: základní definice a typy in vitro modelů (primární buňky, buněčné linie, organotypické kultury, explantáty), zdroje. Základní principy in vitro kultivace (adherentní, suspenzní kultury), kmenové a pluripotentní buňky, ko-kultury, 3-dimenzionální kultivační metody, organoidy, organ-on-a-chip, body-on-a-chip.
  • • 5) Hodnocení toxicity chemických látek a predikce škodlivých účinků na vyšších úrovních biologické organizace pomocí in vitro a dalších alternativních metod. Princip 3R, terminologie, srovnání in vivo vs alternativních metod a principů. Directive 2010/63/EU, validace alternativních metod, ECVAM, OECD a EU TG
  • • 6) Přehled a principy in vitro a alternativních metod pro hodnocení toxicity – představení jednotlivých OECD/EU validovaných a prevalidovaných 3R metod, jejich principů a sledovaných mechanismů v kontextu AOP: dermální absorbce, kožní korozivita a dráždivost, oční korozivita a dráždivost, fototoxicita, imunotoxicita a kožní senzitizace,genotoxicita a karcinogeneze
  • • 7) Endokrinní regulace a disrupce, reprodukční a vývojová toxicita - Metody pro studium MIE a KE – in vitro, transkripce genů, biomarkery - enzymy produkce či metabolismu hormonů, proteiny (VTG), metabolity, validované alternativní in vitro přístupy
  • • 8) Další příklady alternativních in vitro modelů pro hodnocení klíčových událostí relevantních pro další mechanismy/AOP orgánové a systémové toxicity (toxická narkóza, neurotoxicita, hepatotoxicita, nefrotoxicita, inhalační toxicita)
  • • 9) Legislativní rámec upravující aplikaci alternativních metod pro hodnocení toxicity: REACH, Cosmetic Directive, EC Reg. No. 1272/2008 GHS/CLP, 98/8/EC Biocides. Použití alternativních metod v rámci integrovaného přístupu k testování a hodnocení (IATA) a integrovaných testovacích strategií (ITS) – příklady IATA a ITS.
  • • 10) Hodnocení účinků chemických látek v režimu s vysokou propustností (High-throughput, HT). Omikové technologie – toxikogenomika, cellomika (HCA/HCS), příklady významných HT projektů (Tox21, ToxCast) a jejich aplikovaných výstupů
  • • 11) In vitro-in vivo extrapolace. Toxikokinetika a toxikodynamika in vivo a in vitro, in vivo dozimetrie (přímá/zpětná), PBPK/PBTK. Základy in vitro dozimetrie, QIVIVE.
Literatura
  • KUBINCOVÁ, Petra, Jiří NOVÁK a Iva SOVADINOVÁ. Acute Systemic Toxicity: Alternative in Vivo and in Vitro Methods. CHEMICKÉ LISTY, Praha: Česká společnost chemická, 2016, roč. 110, č. 2, s. 118-125. ISSN 0009-2770. info
  • FOWLER, Bruce A. Molecular biological markers for toxicology and risk assessment. Amsterdam: Elsevier, 2016. ix, 153. ISBN 9780128095898. info
  • Casarett & Doull's essentials of toxicology. Edited by Curtis D. Klaassen - John B. Watkins. Third edition. New York: McGraw-Hill Medical, 2015. xiii, 524. ISBN 9780071847087. info
  • Predictive toxicology : from vision to reality. Edited by Friedlieb Pfannkuch - Laura Suter-Dick. Weinheim: Wiley-VCH, 2015. xxv, 404. ISBN 9783527336081. info
  • Comprehensive toxicology. Edited by Charlene A. McQueen - James Lamb. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2010. xvii, 267. ISBN 9780080468716. info
  • BOELSTERLI, Urs A. Mechanistic toxicology : the molecular basis of how chemicals disrupt biological targets. 2nd ed. New York: Informa Healthcare, 2009. 399 s. ISBN 9780849372728. info
  • Molecular and biochemical toxicology. Edited by Robert C. Smart - Ernest Hodgson. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2008. xxxv, 901. ISBN 9780470102114. info
  • Principles and methods of toxicology. Edited by A. Wallace Hayes. 5th ed. New York: Informa Healthcare, 2008. xxiii, 227. ISBN 9780849337789. info
Výukové metody
Výuka je realizována formou přednášky s prezentací v Powerpointu. Přednášky jsou vedeny interaktivní formou s podporou audiovizuálních pomůcek. Vybrané metody a přístupy budou představeny formou praktických ukázek, jednoduchých cvičení na PC (hledání v databázích, jednoduché výpočty). Studenti jsou zapojováni do diskuse o přednášených tématech, důraz je kladen na porozumění mechanismům a souvislostem.
Metody hodnocení
Návštěva přednášek není povinná, ale silně doporučená pro porozumění probíraným tématům. Závěrečné hodnocení (na konci semestru) je provedeno formou písemné zkoušky s možností ústního dozkoušení.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2018.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2019/E0230