New insights into the metabolic alterations induced by thirdhand smoke exposure

Abstract

El fum de tabac residual (Thirdhand smoke en anglès, THS) és una forma d'exposició passiva als residus del fum del tabac que es dipositen, envelleixen i romanen en les superfícies molt temps després de fumar. A causa de la presència ubiqua intrínseca del THS, caracteritzar l'impacte de la seva exposició sobre la salut ha esdevingut una prioritat en salut pública, particularment en poblacions vulnerables com ara els nens petits. Fins la data, l'estudi dels efectes de toxicitat derivats del THS es limita a mecanismes anticipats, estudiats mitjançant mètodes dirigits i reduccionistes. Aquesta tesi té com a objectiu ampliar el coneixement actual sobre els efectes sobre la salut derivats de l'exposició al THS utilitzant per primera vegada mètodes avançats de metabolòmica no dirigida. Per acomplir aquest objectiu, s'han utilitzat dos models de vertebrats: ratolins exposats a THS imitant l'exposició de no fumadors que conviuen amb no fumadors, i embrions de peix zebra, un model emergent per a estudiar la toxicitat durant el desenvolupament primerenc. Els resultats obtinguts demostren variacions metabòliques induïdes per l'exposició al THS, sent el metabolisme del triptòfan una de les principals vies alterades. Aquesta resposta està acompanyada amb un augment de l’estrès oxidatiu, efecte que es pot monitoritzar de forma no invasiva en orina.

El humo de tabaco residual (Thirdhand smoke en inglés, THS) es una forma de exposición pasiva a los residuos del humo del tabaco que se depositan, envejecen y permanecen en las partículas y las superficies mucho tiempo después de haber fumado. Debido a la presencia ubicua del THS, caracterizar el impacto de su exposición sobre la salud se ha convertido en prioridad de salud pública, particularmente en poblaciones vulnerables, incluidos los niños pequeños. Hasta la fecha, el estudio de los efectos de toxicidad derivados del THS se limita a mecanismos conocidos, estudiados a través de métodos dirigidos y reduccionistas. Esta tesis tiene como objetivo ampliar el conocimiento actual sobre los efectos en la salud derivados de la exposición al THS usando por primera vez métodos avanzados de metabolómica no dirigida. Se han utilizado dos modelos de vertebrados para este fin: ratones expuestos a THS que imitan la exposición de no fumadores que conviven con fumadores, y embriones de pez cebra, un modelo emergente para estudiar la toxicidad durante el desarrollo temprano. Los resultados obtenidos demuestran variaciones metabólicas inducidas por la exposición al THS, siendo el metabolismo del triptófano una de las principales vías alteradas. Esta respuesta está acompañada por un incremento del estrés oxidativo, efecto que se puede monitorizar de forma no invasiva en orina

Thirdhand smoke (THS) is a form of passive exposure to residues of tobacco smoke that deposits, ages and remains in fabrics, surfaces, and airborne and settled dust particles long after smoking has ceased. Due to the intrinsic ubiquitous presence of THS residues, characterizing the impact of THS exposure on health has turned into a major public health issue, particularly in vulnerable populations including young children. To date, the study of THS-derived toxicity effects is constrained to those anticipated mechanisms, studied through targeted and rather reductionist methods. This thesis aims to expand the current knowledge of the health effects derived from THS exposure by using advanced untargeted metabolomics approaches for the first time. Two vertebrate models have been used to this end: mice exposed to THS mimicking exposure of non-smokers living in smokers’ homes, and zebrafish embryos, an emerging model to study toxicity during early development. The results presented here demonstrate a THS-induced metabolic response in mice upon its exposure with the tryptophan metabolism among the top disrupted pathways. This response is compatible with increased oxidative stress, which can be monitored non-invasively in urine. The results also demonstrate that the exposure to specific THS toxicants induce embryotoxicity in an early development zebrafish model, and that this model is capable of metabolizing such toxicants indicating its suitability for THS-toxicity based assays as an alternative animal model compliant with the twenty-first century guidelines on toxicity testing.