Cancer Risk Assessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Contaminated Soils Determined Using Bioassay-Derived Levels of Benzo[a]pyrene Equivalents

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dc.contributor.author

Lemieux, Christine L.

Long, Alexandra S.

Lambert, Iain B.

Lundstedt, Staffan

Tysklind, Mats

White, Paul A.

dc.date.accessioned

2024-04-26T14:42:11Z

dc.date.available

2024-04-26T14:42:11Z

dc.date.issued

2014-12-30

dc.description - en

Under the Federal Contaminated Sites Action Plan, Health Canada is an Expert Support Department, which means that it provides expert advice, guidance, training and tools on best practices and innovative methods for human health risk assessment to other federal departments. Health Canada has previously shown that the total mutagenic activity of complex mixtures extracted from contaminated soils appears to be dominated by a small number of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) that have been prioritised and whose toxicity is well characterised. The purpose of this study was to extend those analyses and estimate the excess lifetime cancer risk (ELCR) posed by the PAH-contaminated soils investigated. Risk was calculated using (1) the additive, priority PAH approach currently advocated by several regulatory agencies, and (2) a novel approach that employs a mouse cell bioassay response to assess the mutagenic activity of the complex PAH-containing extracts. The former involves chemical analyses for prioritised PAHs, conversion of the values to equivalents of the noteworthy carcinogen benzo[a]pyrene (BaP), and determination of risk using the total BaP equivalents. The latter involves comparing the mutagenic activity of the complex PAH-containing extract to that of BaP alone to determine a bioassay-derived level of BaP equivalents. In both cases, actual risk estimates were determined using the reported carcinogenic potency of BaP. The results show that ELCR values determined using the targeted, chemical-specific approach are within an order of magnitude (i.e., 10-fold) of values calculated using the bioassay-derived level of BaP equivalents. However, the bioassay-based approach is advantageous since it does not require a priori knowledge about the composition of the complex mixture under consideration, or an assumption of additivity. However, both methods still require the use of a BaP carcinogenic potency value, and there is no universal agreement regarding the most appropriate value for regulatory decision-making. Overall comparisons of ELCR estimates calculated using the two aforementioned methods revealed that values determined using an approach based on a small number of targeted substances are surprisingly close to values determined using a bioassay response to the complex mixture, and moreover, that the final risk estimate can be heavily influenced by the choice of a BaP carcinogenic potency value. Follow-up work is employing animal exposures (i.e., in vivo assessments) to validate the results obtained here and their relevance for human health risk assessments of PAH-contaminated soils.

dc.description.abstract - en

Here we evaluate the excess lifetime cancer risk (ELCR) posed by 10 PAH-contaminated soils using (i) the currently advocated, targeted chemical-specific approach that assumes dose additivity for carcinogenic PAHs and (ii) a bioassay-based approach that employs the in vitro mutagenic activity of the soil fractions to determine levels of benzo[a]pyrene equivalents and, by extension, ELCR. Mutagenic activity results are presented in our companion paper.1 The results show that ELCR values for the PAH-containing fractions, determined using the chemical-specific approach, are generally (i.e., 8 out of 10) greater than those calculated using the bioassay-based approach; most are less than 5-fold greater. Only two chemical-specific ELCR estimates are less than their corresponding bioassay-derived values; differences are less than 10%. The bioassay-based approach, which permits estimation of ELCR without a priori knowledge of mixture composition, proved to be a useful tool to evaluate the chemical-specific approach. The results suggest that ELCR estimates for complex PAH mixtures determined using a targeted, chemical-specific approach are reasonable, albeit conservative. Calculated risk estimates still depend on contentious PEFs and cancer slope factors. Follow-up in vivo mutagenicity assessments will be required to validate the results and their relevance for human health risk assessment of PAH-contaminated soils.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Nous évaluons ici le risque excessif de cancer au cours de la vie (ELCR) posé par 10 sols contaminés par des HAP en utilisant (i) l'approche chimique ciblée et spécifique actuellement préconisée qui suppose une additivité de dose pour les HAP cancérigènes et (ii) une approche basée sur des essais biologiques qui emploie le activité mutagène in vitro des fractions du sol pour déterminer les niveaux d'équivalents benzo[a]pyrène et, par extension, ELCR. Les résultats de l'activité mutagène sont présentés dans notre article complémentaire.1 Les résultats montrent que les valeurs ELCR pour les fractions contenant des HAP, déterminées à l'aide de l'approche chimique spécifique, sont généralement (c'est-à-dire 8 sur 10) supérieures à celles calculées à l'aide du test biologique. approche basée sur la base ; la plupart sont moins de 5 fois plus élevés. Seules deux estimations ELCR spécifiques à un produit chimique sont inférieures à leurs valeurs correspondantes dérivées des essais biologiques ; les différences sont inférieures à 10 %. L'approche basée sur les essais biologiques, qui permet d'estimer l'ELCR sans connaissance a priori de la composition du mélange, s'est avérée être un outil utile pour évaluer l'approche spécifique aux produits chimiques. Les résultats suggèrent que les estimations ELCR pour les mélanges complexes de HAP déterminés à l’aide d’une approche ciblée et spécifique à un produit chimique sont raisonnables, quoique conservatrices. Les estimations du risque calculées dépendent toujours de FEP controversés et de facteurs de pente du cancer. Des évaluations de mutagénicité in vivo de suivi seront nécessaires pour valider les résultats et leur pertinence pour l'évaluation des risques pour la santé humaine liés aux sols contaminés par des HAP.

dc.description.fosrctranslation - fr

Dans le cadre du Plan d'action pour les sites contaminés fédéraux, Santé Canada est un ministère de soutien expert, ce qui signifie qu'il fournit à d'autres ministères fédéraux des conseils d'experts, des orientations, de la formation et des outils sur les meilleures pratiques et les méthodes innovantes d'évaluation des risques pour la santé humaine. Santé Canada a déjà démontré que l'activité mutagène totale des mélanges complexes extraits de sols contaminés semble être dominée par un petit nombre d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui ont été priorisés et dont la toxicité est bien caractérisée. Le but de cette étude était d’étendre ces analyses et d’estimer le risque excessif de cancer au cours de la vie (ELCR) posé par les sols contaminés par les HAP étudiés. Le risque a été calculé à l’aide (1) de l’approche additive et prioritaire des HAP actuellement préconisée par plusieurs organismes de réglementation, et (2) d’une nouvelle approche qui utilise une réponse à un essai biologique sur des cellules de souris pour évaluer l’activité mutagène des extraits complexes contenant des HAP. La première implique des analyses chimiques pour les HAP prioritaires, la conversion des valeurs en équivalents du benzo[a]pyrène (BaP), un cancérigène remarquable, et la détermination du risque à l’aide des équivalents totaux du BaP. Cette dernière consiste à comparer l’activité mutagène de l’extrait complexe contenant des HAP à celle du BaP seul pour déterminer un niveau d’équivalents de BaP dérivé d’un essai biologique. Dans les deux cas, les estimations du risque réel ont été déterminées à l’aide du pouvoir cancérogène déclaré du BaP. Les résultats montrent que les valeurs ELCR déterminées à l’aide de l’approche ciblée et spécifique aux produits chimiques se situent dans un ordre de grandeur (c’est-à-dire 10 fois) des valeurs calculées à l’aide du niveau d’équivalents BaP dérivé d’un essai biologique. Cependant, l’approche basée sur les essais biologiques est avantageuse car elle ne nécessite pas de connaissance a priori de la composition du mélange complexe considéré, ni d’hypothèse d’additivité. Cependant, les deux méthodes nécessitent toujours l’utilisation d’une valeur de pouvoir cancérigène du BaP, et il n’existe pas d’accord universel concernant la valeur la plus appropriée pour la prise de décision réglementaire. Les comparaisons globales des estimations ELCR calculées à l'aide des deux méthodes susmentionnées ont révélé que les valeurs déterminées à l'aide d'une approche basée sur un petit nombre de substances ciblées sont étonnamment proches des valeurs déterminées à l'aide d'un essai biologique sur le mélange complexe et, de plus, que l'estimation finale du risque peut être fortement influencé par le choix d’une valeur de pouvoir cancérigène du BaP. Les travaux de suivi utilisent des expositions animales (c'est-à-dire des évaluations in vivo) pour valider les résultats obtenus ici et leur pertinence pour l'évaluation des risques pour la santé humaine liés aux sols contaminés par des HAP.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1021/es504466b

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2363

dc.language.iso

en

dc.publisher

American Chemical Society

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Cancer Risk Assessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Contaminated Soils Determined Using Bioassay-Derived Levels of Benzo[a]pyrene Equivalents

dc.type - en

Article

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