In Vitro Assessment of Pesticides Toxicity and Data Correlation with Pesticides Physicochemical Properties for Prediction of Toxicity in Gastrointestinal and Skin Contact Exposure.
Toxics · 2022 · 10 · PMID 35878283 · 등급6 세포·모델 in vitro · 물질과 작용기전 > 화학·물성 · 세포
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본 연구에서는 서로 다른 물리화학적 특성을 가진 세 가지 농약인 글리포세이트(제초제), 이미다클로프리드(살충제) 및 이마잘릴(살균제)을 선정하여 위장관 및 피부 노출과 잠재적인 전신 영향을 모방하기 위해 다양한 세포 모델(Caco-2, HepG2, A431, HaCaT, SK-MEL-5 및 RAW 264.7 세포)에 대한 세포독성을 평가하였다. 선정된 농약의 서로 다른 농도로 세포를 24시간 또는 48시간 동안 처리하였다. 세포 생존율은 Alamar Blue 분석법으로, 형태학적 변화는 명시야 현미경으로 평가하였으며 IC50 값을 산출하였다. 세포독성 프로파일은 농약의 물리화학적 매개변수, 즉 분자량, 수용해도, n-옥탄올/물 분배계에서의 분배계수(Log Pow), 위상지 표면적(TPSA), 그리고 수소 결합 개수(주개/받개) 및 회전 가능한 결합 수를 이용하여 분석하였다. 결과에 따르면 글리포세이트는 세포 생존율을 감소시키지 않았으며(최대 1 mM까지), 이미다클로프리드는 중간 정도의 독성을 유발하였고(Caco-2 세포에서 IC50 > 1 mM, RAW 264.7 세포에서 IC50 = 305.9 ± 22.4 μM), 이마잘릴은 24시간 노출 후 높은 세포독성을 보였다(Caco-2 세포에서 IC50 > 253.5 ± 3.37, RAW 264.7 세포에서 IC50 = 31.3 ± 2.7 μM). 독성은 시간에 따라 의존적이었으며, 48시간 노출 시 IC50 값이 더 낮았고 세포 생존율 감소는 세포 형태 변화를 동반하였다. 농약의 독성은 Log Pow와 직접적으로 비례하는 것으로 나타나, 이는 세포막과 같은 친지질성 환경에 대한 친화도가 그 독성을 결정함을 시사한다. 독성은 농약의 TPSA에 반비례하지만, 낮은 TPSA가 막 투과를 선호하게 한다. Caco-2 세포에 대한 낮은 독성은 다양한 ABC 수송체를 갖춘 세포 장벽의 생리 및 대사에 기인한 것으로 해석되었다. 결론적으로, Log Pow, TPSA 및 H-bond와 같은 물리화학적 인자는 농약 유도 독성과 직접적인 상관관계를 가질 가능성이 높으며, 따라서 다른 화합물의 독성을 예측할 수 있는 핵심 요소가 될 것이다.ORIGINAL ABSTRACT
In this work, three pesticides of different physicochemical properties, namely, glyphosate (herbicide), imidacloprid (insecticide) and imazalil (fungicide), were selected to assess their cytotoxicity against distinct cell models (Caco-2, HepG2, A431, HaCaT, SK-MEL-5 and RAW 264.7 cells) to mimic gastrointestinal and skin exposure with potential systemic effect. Cells were subjected to different concentrations of selected pesticides for 24 h or 48 h. Cell viability was assessed by Alamar Blue assay, morphological changes by bright-field microscopy and the IC50 values were calculated. Cytotoxic profiles were analysed using the physico-chemical parameters of the pesticides, namely: molecular weight, water solubility, the partition coefficient in the n-octanol/water (Log Pow) system, the topological polar surface area (TPSA), and number of hydrogen-bonds (donor/acceptor) and rotatable bonds. Results showed that glyphosate did not reduce cell viability (up to 1 mM), imidacloprid induced moderate toxicity (IC50 > 1 mM for Caco-2 cells while IC50 = 305.9 ± 22.4 μM for RAW 264.7 cells) and imazalil was highly cytotoxic (IC50 > 253.5 ± 3.37 for Caco-2 cells while IC50 = 31.3 ± 2.7 μM for RAW 264.7 cells) after 24 h exposure. Toxicity was time-dependent as IC50 values at 48 h exposure were lower, and decrease in cell viability was accompanied by changes in cell morphology. Pesticides toxicity was found to be directly proportional with their Log Pow, indicating that the affinity to a lipophilic environment such as the cell membranes governs their toxicity. Toxicity is inverse to pesticides TPSA, but lower TPSA favours membrane permeation. The lower toxicity against Caco-2 cells was attributed to the physiology and metabolism of cell barriers equipped with various ABC transporters. In conclusion, physicochemical factors such as Log Pow, TPSA and H-bond are likely to be directly correlated with pesticide-induced toxicity, thus being key factors to potentially predict the toxicity of other compounds.| 저자 | Silva, A. M.; Martins-Gomes, C.; Silva, T. L.; Coutinho, T. E.; Souto, E. B.; Andreani, T. |
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| 저널 | Toxics |
| 권·호·쪽 | 10(7) |
| PMID | 35878283 |
| DOI | 10.1517/17425247.2013.751370 |