The development and prevalidation of an in vitro mutagenicity assay based on MutaMouse primary hepatocytes, Part II: Assay performance for the identification of mutagenic chemicals

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dc.contributor.author

Cox, Julie A.

Zwart, Edwin P.

Luijten, Mirjam

White, Paul A.

dc.date.accessioned

2024-04-04T18:42:32Z

dc.date.available

2024-04-04T18:42:32Z

dc.date.issued

2019-02-03

dc.description - en

Risk assessments require the evaluation of a substance’s ability to cause genetic damage (i.e., genetic toxicity). Genetic toxicity tests using cultured cells (i.e., in vitro tests) are required in many jurisdictions, including Canada, for regulatory assessments of new substances. Existing and commonly used in vitro assays are not always reliable. Indeed, they have several known drawbacks, including inability to metabolically process chemicals. Additionally, there is a world-wide trend to reduce animal testing by developing and deploying novel in vitro genetic toxicity tests. In the companion to this paper (i.e., Part I), the isolation and characterization of liver cells (i.e., hepatocytes) from the MutaMouse, a mouse strain wherein mutations can be easily quantified, were described in detail. That work demonstrated that MutaMouse hepatocytes behave like normal liver cells, and are capable of metabolizing chemicals. In this study (i.e., Part II), the performance of an in vitro genetic toxicity assessment test based on MutaMouse hepatocytes was evaluated. The hepatocytes were exposed to 9 chemicals known to cause mutations, and 4 chemicals that do not cause mutations. These known genotoxicants represented different chemical classes with different modes of action. The performance of this assay exceeds the performance of other common in vitro assays; moreover, without the addition of rodent liver preparations (i.e., induced rat liver S9) to assist with the metabolism of chemicals tested in vitro. Taken together, the results of Part I and Part II demonstrate that a genetic toxicity assay based on cultured MutaMouse hepatocytes constitutes a promising tool for the reliable, cost-effective assessment of genotoxic hazard.

dc.description.abstract - en

As demonstrated in Part I, cultured MutaMouse primary hepatocytes (PHs) are suitable cells for use in an in vitro gene mutation assay due to their metabolic competence, their “normal” phenotype, and the presence of the MutaMouse transgene for reliable mutation scoring. The performance of these cells in an in vitro gene mutation assay is evaluated in this study, Part II. A panel of 13 mutagenic and nonmutagenic compounds was selected to investigate the performance of the MutaMouse PH in vitro gene mutation assay. The nine mutagens represent a range of classes of chemicals and include mutagens that are both direct-acting and requiring metabolic activation. All the mutagens tested, except for ICR 191, elicited significant, concentration-dependent increases in mutant frequency (MF) ranging from 2.6- to 14.4-fold over the control. None of the four nonmutagens, including two misleading, or “false,” positives (i.e., tertiary butylhydroquinone [TBHQ] and eugenol), yielded any significant increases in MF. The benchmark dose covariate approach facilitated ranking of the positive chemicals from most (i.e., 3-nitrobenzanthrone [3-NBA], benzo[a]pyrene [BaP], and aflatoxin B1 [AFB1]) to least (i.e., N-ethyl-N-nitrosourea [ENU]) potent. Overall, the results of this preliminary validation study suggest that this assay may serve as a complimentary tool alongside the standard genotoxicity test battery. This study, alongside Part I, illustrates the promise of MutaMouse PHs for use in an in vitro gene mutation assay, particularly for chemicals requiring metabolic activation.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Comme démontré dans la première partie, les hépatocytes primaires (PH) MutaMouse cultivés sont des cellules adaptées à une utilisation dans un test de mutation génique in vitro en raison de leur compétence métabolique, de leur phénotype « normal » et de la présence du transgène MutaMouse pour un score de mutation fiable. Les performances de ces cellules dans un test de mutation génique in vitro sont évaluées dans cette étude, partie II. Un panel de 13 composés mutagènes et non mutagènes a été sélectionné pour étudier les performances du test de mutation génique in vitro MutaMouse PH. Les neuf mutagènes représentent une gamme de classes de produits chimiques et comprennent des mutagènes à action directe et nécessitant une activation métabolique. Tous les mutagènes testés, à l'exception de l'ICR 191, ont provoqué des augmentations significatives et dépendantes de la concentration de la fréquence des mutants (MF) allant de 2,6 à 14,4 fois par rapport au contrôle. Aucun des quatre non mutagènes, y compris deux trompeurs ou « faux » positifs (c'est-à-dire la tert-butylhydroquinone [TBHQ] et l'eugénol), n'a entraîné d'augmentation significative de la MF. L'approche de covariable de dose de référence a facilité le classement des produits chimiques positifs, du plus important (c'est-à-dire la 3-nitrobenzanthrone [3-NBA], le benzo[a]pyrène [BaP] et l'aflatoxine B1 [AFB1]) au moins (c'est-à-dire le N-éthyl- N-nitrosourée [ENU]) puissant. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude de validation préliminaire suggèrent que ce test peut servir d’outil complémentaire à la batterie de tests de génotoxicité standard. Cette étude, parallèlement à la première partie, illustre la promesse des MutaMouse PH pour une utilisation dans un test de mutation génique in vitro, en particulier pour les produits chimiques nécessitant une activation métabolique.

dc.description.fosrctranslation - fr

Les évaluations des risques nécessitent l’évaluation de la capacité d’une substance à causer des dommages génétiques (c’est-à-dire une toxicité génétique). Des tests de toxicité génétique utilisant des cellules cultivées (c.-à-d. des tests in vitro) sont requis dans de nombreux pays, y compris le Canada, pour les évaluations réglementaires de nouvelles substances. Les tests in vitro existants et couramment utilisés ne sont pas toujours fiables. En effet, ils présentent plusieurs inconvénients connus, notamment leur incapacité à traiter métaboliquement les produits chimiques. De plus, il existe une tendance mondiale à réduire les tests sur les animaux en développant et en déployant de nouveaux tests de toxicité génétique in vitro. Dans le complément de cet article (c'est-à-dire la partie I), l'isolement et la caractérisation des cellules hépatiques (c'est-à-dire les hépatocytes) de MutaMouse, une souche de souris dans laquelle les mutations peuvent être facilement quantifiées, ont été décrites en détail. Ces travaux ont démontré que les hépatocytes MutaMouse se comportent comme des cellules hépatiques normales et sont capables de métaboliser des produits chimiques. Dans cette étude (c'est-à-dire la partie II), les performances d'un test d'évaluation de la toxicité génétique in vitro basé sur les hépatocytes MutaMouse ont été évaluées. Les hépatocytes ont été exposés à 9 produits chimiques connus pour provoquer des mutations et à 4 produits chimiques qui ne provoquent pas de mutations. Ces génotoxiques connus représentaient différentes classes chimiques avec différents modes d'action. Les performances de ce test dépassent celles des autres tests in vitro courants ; de plus, sans ajout de préparations de foie de rongeur (c.-à-d. foie de rat induit S9) pour faciliter le métabolisme des produits chimiques testés in vitro. Pris ensemble, les résultats des parties I et II démontrent qu'un test de toxicité génétique basé sur des hépatocytes MutaMouse en culture constitue un outil prometteur pour l'évaluation fiable et rentable du risque génotoxique.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1002/em.22277

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2218

dc.language.iso

en

dc.publisher

Wiley

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

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Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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The development and prevalidation of an in vitro mutagenicity assay based on MutaMouse primary hepatocytes, Part II: Assay performance for the identification of mutagenic chemicals

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Article

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