Neurodevelopmental toxicity caused by environmental exposure to phthalates and Bisphenol A

I de siste tiårene har det kommet stadig nye beviser for at miljøkjemikalier som ftalater og bisfenol A (BPA) kan føre til nevronal utviklingsskade. Man er derfor bekymret for effektene disse stoffene kan ha på nervesystemet hos fostre, spedbarn og barn. I tråd med dette har EU-kommisjonen og deres Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR) i februar i år (2015) kommet med en uttalelse vedrørende sikkerheten knyttet til bruk av bisfenol A i medisinsk utstyr, der de konkluderer med at det er en viss risiko for alvorlige effekter når BPA er direkte tilgjengelig for systemisk eksponering [?], særlig for nyfødte i intensivavdelinger og spedbarn som gjennomgår langvarig medisinsk behandling. Videre la EFSA, EUs organ for matsikkerhet, i januar 2014 frem en foreløpig rapport fra sin nyeste risikovurdering av BPA. Her anbefaler de at det nåværende nivået for tolerabelt daglig inntak (TDI) settes ned fra 50 µg/kg kroppsvekt/dag til 5 µg/kg kroppsvekt/dag. Dette er hovedsakelig basert på skadelige effekter i lever og nyre, men det understrekes i rapporten at det fortsatt er stor usikkerhet knyttet til andre helsefarer, bl.a. nevrotoksisitet. Som følge av dette er det et akutt behov for bedre dyremodeller til å studere slike effekter. I dette prosjektet har vi jobbet med utviklingen av en kyllingmodell der vi eksponerer kyllingembryo in ovo (i egget) for å mimikere eksponering in utero (i mors liv) og i den tidligste fasen etter fødsel. I tillegg til denne kyllingmodellen har vi benyttet museavkom fra musemødre som har fått BPA i drikkevannet. Musemødrene fikk BPA i vannet både før parring, under graviditet og mens de diet. Målet med begge disse modellene er å studere effektene av ftalat- og bisfenol A-eksponering på hjernen under utvikling. Sentrale prosesser under nervesystemutviklingen er cellevekst (celledeling) og en regulert celledød som kalles apoptose, samt at cellene modnes og forflytter seg til de riktige områdene av hjernen og nervesystemet for øvrig. I lillehjernen er nivået av et bestemt protein som heter Pax6 avgjørende for korrekt utvikling av en type nerveceller som kalles kornceller. Vår forskningsgruppe har publisert et arbeid der vi viser at vi kan gjenskape den reduksjonen i Pax6-nivåer som normalt skjer i lillehjernen under utvikling i kyllingkornceller når vi dyrker dem i laboratoriet. Videre viser vi at eksponering av kyllingembryoene for BPA mens de er i egget gir endringer i disse korncellene som manifesterte seg over tid i form av endringer i Pax6-uttrykket. Vi hevder derfor at kyllingmodellen er en godt egnet modell for å oppdage kjemikalieinduserte forstyrrelser i lillehjernens utvikling, og har benyttet denne modellen også i videre studier. Vi har sett at også ftalatene di-isononylftalat (DINP) og dibutylftalat (DBP) forstyrrer Pax6-uttrykket i lillehjernen hos kyllingembryo. Disse funnene blir nå skrevet sammen for publisering. Dataene har også blitt presentert av K. Rakkestad på to ulike internasjonale konferanser; Neuroscience 2013 i San Diego, USA og Eurotox 2014 i Edinburgh, Skottland. Utviklingen av kyllingmodellen har også vært viktig for forskningsgruppens arbeid innen sikkerhetsfarmakologi, og flere arbeider som omhandler mulige skadelig effekter på utviklingen av nervesystemet hos fosteret ved bruk av bl.a. glukokortikoider (en form for steroider) og epilepsimedisin under svangerskapet er nå på vei til å bli publisert. Sammen med studiene av miljøgifter har dette dessuten bidratt til en økt grunnleggende forståelse av Pax 6 sin rolle under hjernens utvikling. I samarbeid med Folkehelseinstituttet har vi også arbeidet med nanosilikapartikler. Vi har benyttet en såkalt cellelinje (feokromocytomcellelinjen PC12) til å studere effekten av eksponering for både SiNP10 og SiNP50 på aktiviteten av ulike transkripsjonsfaktorer (proteiner) som er viktige for betennelsesreaksjoner og for differensiering av nevroner. Deler av dette arbeidet vil bli publisert i form av en masteroppgave våren 2015. VI har også hatt et prosjekt der vi har benyttet PC12 celler til studier av BPA og ftalaters effekt på glutationproduksjon. Glutation er den viktigste av cellenes egne antioksidanter. Disse studiene er en oppfølging av et arbeid av Rakkestad og Sørvik som ble publisert i 2014. Her viste vi at 17?-østradiol, som vanligvis anses som en beskyttende effekt på nerveceller, nedregulerer glutationsyntesen i celler som er stresset ved hjelp av endrede vekstbetingelser (serumdeprivasjon). Våre foreløpige funn tyder på at BPA og DBP i lave konsentrasjoner kan ha en lignende effekt. Deler av dette arbeidet er publisert i en bacheloroppgave av en Erasmus-student fra Østerrike (Reumann D, University of Applied Sciences, FH Campus Wien) som Rakkestad var veileder for. Totalt er det så langt publisert to vitenskapelige artikler fra dette prosjektet, og fire nye artikler er under utarbeidelse i det prosjektperioden utløper.

The present research proposal is in toxicology. It is a cooperation between the Norwegian Institute of Public Health and the School of Pharmacy, University of Oslo. It is focused on the the toxicity of the environmental chemicals/indoor air pollutants bis phenol A (BPA) and phthalates on fetal brain development. Humans are widely exposed to BPA (an additive in the production of polycarbonate plastics and other types of plastic) and phthalates (a class of chemicals used as softeners in polyvinyl chloride pl astics used in a variety of consumer products). EU has recently (april 2008) updated the risk assessment report of BPA, and 50 mg/kg/day was suggested as NOAEL-value (no observed adverse effect level). The scandinavian Pollution Control Authorities was in volved in the discussion of this revised risk assessment report, but did not approve that the NOAEL-value covered neurotoxic effects on the developing nervous system. In risk assessments published by The U.S. National Toxicology Program, Health Canada and Environment Canada (april 2008) some concern is expressed for the effects of BPA on the nervous system and behavior of fetus, babies and children. Phthalates readily crosses the placenta and accumulates in the fetus, and it was recently reported that pht halates may affect the neurodevelopment of the human brain. The aim of this project is to evaluate the neurotoxicity of phthalates and BPA on the developing brain. Both in vivo and in vitro studies will be performed. Cell division rates, apoptosis rates a nd neuronal morphology will be addressed.