Metallomics in in vitro toxicology research

Abstract

Los metales son ubicuos y su acumulación cada vez mayor en el ambiente conduce a serias preocupaciones en términos de seguridad ambiental, ocupacional y del consumidor. Entre otros efectos potenciales sobre la salud, la carcinogenicidad y la neurotoxicidad inducidas por los metales representan un riesgo importante para la sociedad humana y, por lo tanto, merecen ser determinadas completamente. En este contexto, se necesita llevar a cabo un amplio proyecto de investigación in vitro en estas áreas en compuestos metálicos seleccionados. El trabajo se refiere a investigaciones en metalómica destinadas a estudiar las rutas metabólicas de compuestos caracterizados de As, Cd, Cr, Pt, Mn y V mediante modelos experimentales desarrollados en ECVAM, como las líneas celulares de fibroblasto de ratón (Balb/3T3), las variedades de células del feocromocitoma de la rata (PC12) y reagregados de cerebro de rata y sus tipos celulares individuales. Los estudios se han realizado usando técnicas nucleares y radioanalíticas (análisis por activación de neutrones (NAA), radiotrazadores con alta radiactividad específica) y técnicas espectrométricas avanzadas (HPLC-ICPMS y GFAAS). Incluyen la especiación en relación al comportamiento de los compuestos metálicos en los medios de cultivo celular, su absorción, distribución intracelular del metal, y unión con los componentes celulares.<br/>Etapas del proyecto de investigación:<br/>(i) preparación de los radiotrazadores para etiquetar las diferentes concentraciones de los compuestos metálicos<br/>(ii) exposición de modelos in vitro estandardizados a los compuestos estables y/o metales marcados radioactivamente para diferentes periodos de tiempo y rango de concentración<br/>(iii) estudios mecanísticos que permitan establecer la relación dosis-efecto en cuanto a la absorción del metal estudiado por todos los compartimentos celulares, como se obtiene por centrifugación diferencial y por técnicas de filtración de gel. Determinación del estado de oxidación del metaloma en los compartimentos de la célula <br/>(iv) tratamiento estadístico de los datos y desarrollo de modelos metabólicos.

Metals are ubiquitous and increasing accumulation in the environment raises serious concerns in terms of environmental, occupational and consumer safety. Among other potential health effects, metal-induced carcinogenicity and neurotoxicity represent a major risk to the human society and therefore deserves to be fully assessed. In this context, a comprehensive in vitro research project in these areas needs to be conducted on selected metal compounds.<br/>The work concern in vitro metallomics investigations concerning metabolic pathways of chemically-characterized As, Cd, Cr, Pt, Mn and V compounds by experimental models developed at ECVAM, such as mouse fibroblast (Balb/3T3), rat pheochromocytoma (PC12) cell lines and rat brain re-aggregates and their individual cell types. The studies will be carried out by using nuclear, radioanalytical (neutron activation analysis (NAA) and use of radiotracers with high specific radioactivity) and advanced spectrochemical (HPLC-ICPMS and GFAAS) techniques. They will include metal speciation concerning behaviour of test metal compounds in cell culture media, uptake, intracellular distribution, binding with cell components.<br/>Steps of the research project:<br/>(i) preparation of radiotracers for labelling of different concentrations of metal compounds<br/>(ii) exposure of standardised in vitro models to stable and/or radiolabelled metal compounds for different time periods and range of concentration<br/>(iii) mechanistic studies involving the establishment of dose-effect relationship in relation to uptake of metal tested by whole cell compartments as obtained by differential centrifugation as well as gel filtration techniques. Determination of the oxidation state of metallome in cell compartments<br/>(iv) statistical treatment of the data and development of metabolic models.