Advanced

GARD - Genomic Allergen Rapid Detection. A Testing Strategy for Assessment of Chemical Sensitizers

Johansson, Henrik LU (2013)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Vi lever i en tid och i ett samhälle där kemikalier har blivit en naturlig del av vår industrialiserade vardag. Till stor del ligger kemikalieindustrin bakom flera av de stora tekniska framsteg som gör att västvärlden har den levnadsstandard den idag har. Tyvärr har den stora spridningen av icke naturligt förekommande kemikalier ibland också negativa effekter både på miljö och hälsa. Ett stort antal tungmetaller har visat sig ackumuleras i naturliga näringskedjor, för att slutligen lagras i mänsklig vävnad, med ännu ej helt fastställda konsekvenser. Flera kemiska bekämpningsmedel slår hårt mot naturliga ekosystem, men har också visat sig påverka människors hormonella balans, vilket bland annat... (More)
Popular Abstract in Swedish

Vi lever i en tid och i ett samhälle där kemikalier har blivit en naturlig del av vår industrialiserade vardag. Till stor del ligger kemikalieindustrin bakom flera av de stora tekniska framsteg som gör att västvärlden har den levnadsstandard den idag har. Tyvärr har den stora spridningen av icke naturligt förekommande kemikalier ibland också negativa effekter både på miljö och hälsa. Ett stort antal tungmetaller har visat sig ackumuleras i naturliga näringskedjor, för att slutligen lagras i mänsklig vävnad, med ännu ej helt fastställda konsekvenser. Flera kemiska bekämpningsmedel slår hårt mot naturliga ekosystem, men har också visat sig påverka människors hormonella balans, vilket bland annat kan leda till infertilitet. På liknande sätt har en mängd kemikalier associerats med ständigt ökande fall av cancer.



Ett snabbt växande problem i västvärlden är att allt fler människor drabbas av allergi. Allergi är ett tillstånd som induceras av vårt eget immunförsvar, som vid exponering av vissa proteiner eller kemikalier reagerar som om vi exponerades av en bakterie eller ett virus, trots att de aktuella proteinerna eller kemikalierna egentligen inte innebär någon direkt fara. Vid sidan av säsongsallergier, mot till exempel gräs och björk, samt allergier mot diverse djur eller födoämnen, är den ökande mängden kemikalier i samhället en starkt bidragande orsak till flera fall av allergier. Vad gäller kemikalieallergi är det främst vår hud som påverkas, genom så kallad kontaktallergi, mot till exempel nickel eller ingredienser i kosmetiska produkter.



För att minska risken för oönskade hälsoeffekter inducerade av kemikalier finns det inom EU lagar och bestämmelser för hur alla kemiska ämnen på marknaden skall risk-klassas. Dessa lagar innebär bland annat att producenten av kemiska produkter, såsom för kosmetika, själva måste ta reda på huruvida en kemikalie kan inducera allergi innan produkten får lanseras på marknaden. Sådana tester har fram tills idag uteslutande gjorts med hjälp av djurförsök. Nya regelverk, upprättade av EU, har nu bannlyst alla former av djurförsök inom kosmetikaindustrin. Av etiska skäl ses detta som en stor vinning inom forskarkåren, men det ställer också producenter inom kemikalieindustrin inför ett dilemma; å ena sidan har de krav på sig att testa alla

kemikalier på marknaden för att förhindra negativ hälso- och miljöpåverkan. Å andra sidan får de inte längre använda de test som har utvecklats under lång tid, och alternativ finns ännu inte tillgängliga.



Arbetet som presenteras i min avhandling har syftat till att utveckla en alternativ, icke djur-baserad metod för att testa om en kemikalie kan inducera allergi, som vi kallar Genome Allergen Rapid Detection, GARD. Metoden bygger på odlade immunceller, så kallade vita blodkroppar. Genom att stimulera cellodlingar med kemikalier kan vi mäta påslaget av vissa gener i cellerna. Dessa gener agerar som de av- och påknappar som bestämmer om den vita blodkroppen skall aktiveras eller inte. I de fall där cellerna aktiveras kan vi förutsäga att den testade kemikalien med stor sannolikhet kommer aktivera immunförsvaret om den skulle komma i kontakt även med vår kropp, och därmed kunna framkalla allergi.



Min avhandling är baserad på resultat från fem vetenskapliga artiklar. Jag beskriver hur metoden togs fram och hur den skall utföras i detalj. Vidare demonstrerar jag funktionaliteten av metoden, genom att korrekt klassificera en mängd kemikalier som allergiframkallande från en blind panel av kemikalier. Avslutningsvis diskuterar vi de fördelar som kommer med vår metod, jämfört med djurförsök. (Less)
Abstract
The modern world is increasingly dependent of the use of chemicals. The chemical industries have greatly contributed to the high standard of living in industrialised societies, and chemical compounds surround us in everyday life. Unfortunately, a vast number of chemicals cause adverse effects on the environment and human health. One such concern is chemical hypersensitivity, which is a state caused by the human immune system. Upon exposure of certain chemical substances, the body will in some instances mount immunologic responses, giving rise to clinical symptoms such as irritation and damage on skin and impaired function of the respiratory tract.



In order to limit the usage of chemical compounds that induce... (More)
The modern world is increasingly dependent of the use of chemicals. The chemical industries have greatly contributed to the high standard of living in industrialised societies, and chemical compounds surround us in everyday life. Unfortunately, a vast number of chemicals cause adverse effects on the environment and human health. One such concern is chemical hypersensitivity, which is a state caused by the human immune system. Upon exposure of certain chemical substances, the body will in some instances mount immunologic responses, giving rise to clinical symptoms such as irritation and damage on skin and impaired function of the respiratory tract.



In order to limit the usage of chemical compounds that induce hypersensitivity, often referred to as sensitizers, risk and hazard assessment of chemicals are crucial. Historically, toxicological hazard assessment has been performed using animal-based test methods. However, a number of factors, both political and ethical, make animal-based test methods for assessment of sensitizers unsuitable. Because of this, the development of alternative, animal-free test methods is very high priority research. However, no validated alternative is yet available that can singlehandedly replace the animal models used to date.



This thesis presents a novel in vitro assay for assessment of sensitization, called Genomic Allergen Rapid Detection – GARD. It describes the identification of a predictive genomic biomarker signature in MUTZ-3 cells, able to discriminate between cell samples stimulated with chemical skin sensitizers and non-sensitizers. These findings were used to formulate guidelines and protocols for the novel assay. The functionality and predictive performance of GARD have been demonstrated with results from predictions of blinded chemicals. In addition, GARD has been explored for the possibility to predict respiratory chemical sensitisers. The ability provide mechanistic information for two different endpoints makes GARD an attractive and unique assay for safety assessment of chemicals in an in vitro environment. In conclusion, this thesis discusses GARD in relation to trends in modern toxicology and demonstrates how accurate and safe assessment of chemical sensitizers can be performed without the use of animal experiments. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Martin, Stefan, University of Freiburg
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
In vitro assay. Sensitization. Predictive genomic biomarker signature.
pages
167 pages
defense location
Lecture hall K:C, Chemical Centre, Sölvegatan 39, Faculty of Engineering LTH, Lund University
defense date
2013-06-05 09:00
ISBN
978-91-7473-519-2
language
English
LU publication?
yes
id
a89e6d83-e639-49a4-aff1-db0ffdd05465 (old id 3736973)
date added to LUP
2013-05-13 14:15:51
date last changed
2016-09-19 08:45:18
@phdthesis{a89e6d83-e639-49a4-aff1-db0ffdd05465,
  abstract     = {The modern world is increasingly dependent of the use of chemicals. The chemical industries have greatly contributed to the high standard of living in industrialised societies, and chemical compounds surround us in everyday life. Unfortunately, a vast number of chemicals cause adverse effects on the environment and human health. One such concern is chemical hypersensitivity, which is a state caused by the human immune system. Upon exposure of certain chemical substances, the body will in some instances mount immunologic responses, giving rise to clinical symptoms such as irritation and damage on skin and impaired function of the respiratory tract.<br/><br>
<br/><br>
In order to limit the usage of chemical compounds that induce hypersensitivity, often referred to as sensitizers, risk and hazard assessment of chemicals are crucial. Historically, toxicological hazard assessment has been performed using animal-based test methods. However, a number of factors, both political and ethical, make animal-based test methods for assessment of sensitizers unsuitable. Because of this, the development of alternative, animal-free test methods is very high priority research. However, no validated alternative is yet available that can singlehandedly replace the animal models used to date.<br/><br>
<br/><br>
This thesis presents a novel in vitro assay for assessment of sensitization, called Genomic Allergen Rapid Detection – GARD. It describes the identification of a predictive genomic biomarker signature in MUTZ-3 cells, able to discriminate between cell samples stimulated with chemical skin sensitizers and non-sensitizers. These findings were used to formulate guidelines and protocols for the novel assay. The functionality and predictive performance of GARD have been demonstrated with results from predictions of blinded chemicals. In addition, GARD has been explored for the possibility to predict respiratory chemical sensitisers. The ability provide mechanistic information for two different endpoints makes GARD an attractive and unique assay for safety assessment of chemicals in an in vitro environment. In conclusion, this thesis discusses GARD in relation to trends in modern toxicology and demonstrates how accurate and safe assessment of chemical sensitizers can be performed without the use of animal experiments.},
  author       = {Johansson, Henrik},
  isbn         = {978-91-7473-519-2},
  keyword      = {In vitro assay. Sensitization. Predictive genomic biomarker signature.},
  language     = {eng},
  pages        = {167},
  school       = {Lund University},
  title        = {GARD - Genomic Allergen Rapid Detection. A Testing Strategy for Assessment of Chemical Sensitizers},
  year         = {2013},
}