VYUŽITÍ BIOMARKERŮ V PREVENCI NÁDOROVÝCH ONEMOCNĚNÍ A V OBLASTI VEŘEJNÉHO ZDRAVÍ Prostředí Zdravotní stav BIOMARKERY Genetické vybavení

Biomarker může být výsledkem kombinace expozičních cest z více zdrojů Rozdělení biomarkerů Biomarker může být výsledkem kombinace expozičních cest z více zdrojů Biomarkery expozice Biomarkery účinku Biomarkery vnímavosti

Biomarker může být výsledkem kombinace expozičních cest z více zdrojů Rozdělení biomarkerů Biomarkery expozice: Xenobiotikum nebo jeho metabolit nebo produkt interakce mezi xenobiotikem a cílovou buňkou či molekulou v organismu. Nejčastěji je využíván průkaz chemické látky nebo metabolitu v tělních tekutinách a exkretech Biomarker může být výsledkem kombinace expozičních cest z více zdrojů

Interní (absorbovaná) dávka Biologicky aktivní dávka Expozice Interní (absorbovaná) dávka Tkáňová dávka Buněčná dávka Makromolekulová dávka Dávka v kritickém místě Biologicky aktivní dávka Efekt Molekulární dosimetrie

Biomarkery expozice mohou charakterizovat: Interní dávku: došlo k expozici, sledovaná látka nebo její metabolity jsou přítomny v tělních tekutinách. Příklad: Pb v krvi, 1-OH pyren v moči, mutagenita moče Biologicky účinnou dávku: sledovaná látka se dostala k cílovým buňkám (molekulám) a reaguje s nimi. Příklad: adukty s proteiny, s DNA Dávku časného nežádoucího účinku: sledovaná látka či směs vyvolává změny buněk, které signalizují možné ireversibilní změny v dlouhodobém časovém horizontu. Příklad: chromozómové aberace

Biomarkery účinku Jsou jakékoliv měřitelné biochemické, fysiologické či jiné alterace, které souvisejí s prokázanými nebo potenciálními nežádoucími zdravotními účinky či onemocněním. Změny mohou být ve vztahu k dané látce specifické i nespecifické. Příklady: změny enzymových aktivit, fysiologické dysfunkce, biochemické změny, cytogenetické změny. Pozn.: chromozómové aberace mají současně i roli indikátoru expozice genotoxickým klastogenům.

Biomarkery vnímavosti Jsou indikátory dědičných nebo získaných omezení schopnosti organismu vyrovnávat se s expozicí. Tyto změny mohou vést např. ke zvýšení absorbované dávky, snížení biologicky aktivní dávky či citlivější odpovědi cílového místa. Hlavní příčinou individuální variability sledovaných ukazatelů jsou rozdíly v individuálním enzymovém vybavení. Příklady: genetický polymorfismus (GST, NAT, cytochom P450), poškození reparační kapacity genotoxických změn. Aplikaci je nutno posuzovat s ohledem na etiku a ochranu osobnosti.

Geneticky podmíněné nebo získané rozdíly v biotransformaci xenobiotika v  kapacitě enzymů opravujících poškození DNA I. fáze metabolické přeměny Genetický polymorfismus enzymů ze skupiny cytochromů P-450 (CYP1A1, 2D6, 2E1) II. fáze metabolické přeměny Glutation-S-transferáza M1 (u nulového genotypu vyšší riziko Ca plic, Ca tlustého střeva a rekta) N-acetyl transferáza (rychlí acetylátoři – vyšší riziko nádorů tlustého střeva pomalí acetylátoři – vyšší riziko Ca močového měchýře)

Obecné využití biomarkerů Při odhadu zdravotních rizik: Ke zpřesnění vztahu mezi expozicí, dávkou a nežádoucími zdravotními účinky. Při klinické diagnostice: K potvrzení diagnózy, k sledování účinnosti léčby, k hodnocení prognózy onemocnění. Pro monitorovací účely: K potvrzení expozice (zátěže) populace sledovanou látkou či faktorem. V epidemiologických studiích: Pro potvrzení a upřesnění expozičních údajů V kontrole účinnosti preventivních opatření

Využití biomarkerů v procesu hodnocení zdravotních rizik Při identifikaci nebezpečnosti: potvrzení, že sledovaný faktor je schopný vyvolat změny v organismu V posouzení dávkové závislosti: určení kvantitativního vztahu mezi dávkou a účinkem V odhadu expozice: Při identifikaci a definování expozice (zátěže), k níž dochází, nebo může dojít, u lidské populace.

Biologický monitoring Je systematické sledování vybraných biomarkerů vztahujících se k sledovaným expozičním faktorům prostředí či k možným nežádoucím zdravotním účinkům v tělních tekutinách a tkáních definované populační skupiny. Krev (plasma, sérum), moč, vlasy, nehty, sliny, zuby

Subsystém 4 – Dietární expozice Subsystém 5 – Biologický monitoring Systém monitorování zdravotního stavu české populace ve vztahu k životnímu prostředí – Subsystém 4 – Dietární expozice Subsystém 5 – Biologický monitoring

Cíle biomonitoringu Charakterizovat úroveň expozice populace významným kontaminantům prostředí (i saturaci benefitními prvky). Detekovat lokality s vyšší expozicí a populační skupiny s vyšším expozičním rizikem. Sledovat dlouhodobé časové trendy. Určit referenční hodnoty a referenční rozmezí pro populační skupiny a pro určité časové období. Získat data nezbytná pro preventivní opatření a kontrolu jejich účinnosti. Využít tato data pro hodnocení zdravotních rizik. Získat data nezbytná pro mezinárodní srovnání.

Využití biomarkerů k odhadu referenčních hodnot v dané populaci Normální hodnoty obvykle se vyskytující hladiny daného biomarkeru v populaci Referenční hodnoty charakterizují horní hranici hladiny daného biomarkeru u populace (obvykle 95% kvantil) Limitní hodnoty odvozené z výsledků epidemiologických a toxikologických studií, signalizují možnost nežádoucích zdravotních účinků

Hladina olova v krvi mužů

Hladina olova v krvi žen

Hladina olova v závislosti na věku

Hladina Cd v krvi kuřáků, nekuřáků a pasivních kuřáků

Hladina kadmia v krvi nekuřáků/ček

Koncentrace Cd v moči mužů a žen

Hladina selenu v krvi dospělých Pozn.: nekuřáci > kuřáci

Hladina indikátorových PCB v mateřském mléce vyjádřena jako suma kongenerů (138+153+180) x 1.7 – srovnání s výsledky v r. 1985

PCB v mateřském mléce (kongener 153)

Referenční hodnoty indikátorového kongeneru PCB 153 v tuku mateřského mléka - změny referenčních hodnot v průběhu času

Hladina indikátorového kongeneru PCB 153 (medián) v tuku mateřského mléka prvorodiček – závislost na věku

Hladina indikátorového kongeneru PCB 153 v séru

Malisch and van Leeuwen, Vol. 60-65, Dioxin 2003 Boston 2000/01 – 3. kolo mezinárodní srovnávací studie WHO– suma indikátorových PCB v mateřském mléce, ng/g tuku Malisch and van Leeuwen, Vol. 60-65, Dioxin 2003 Boston

Malisch and van Leeuwen, Vol. 60-65, Dioxin 2003 Boston Výsledky 3. kola srovnávací studie WHO; PCDD a PCDF - WHO-TEQ, pg/g tuku Malisch and van Leeuwen, Vol. 60-65, Dioxin 2003 Boston

Biomarkery účinku Jsou jakékoliv měřitelné biochemické, fysiologické či jiné alterace, které souvisejí s prokázanými nebo potenciálními nežádoucími zdravotními účinky či onemocněním. Změny mohou být ve vztahu k dané látce specifické i nespecifické. Příklady: změny enzymových aktivit, fysiologické dysfunkce, chromosomové aberace

Biomarkery vnímavosti Jsou indikátory dědičných nebo získaných omezení schopnosti organismu vyrovnávat se s expozicí. Tyto změny mohou vést např. ke zvýšení absorbované dávky, snížení biologicky aktivní dávky či citlivější odpovědi cílového místa. Příklady: genetický polymorfismus, alterace reparační kapacity genotoxických poškození

Biomarkery genotoxicity jsou zejména vhodné v případě, kdy dochází k expozici danému faktoru z více zdrojů několika expozičními cestami Uplatnění: v monitorování expozice genotoxickým látkám v monitorování časných účinků s predikčním významem v identifikaci jedinců s vyšším rizikem onemocnění v hodnocení zdravotních rizik na populační úrovni zvyšují informační výtěžnost epidemiologických studií snižují časové prodlevy mezi expozicí a projevy onemocnění

BIOMARKERY EXPOZICE GENOTOXICKÝM DÁVKÁM Interní dávka Genotoxiny nebo jejich metabolity v tělních tekutinách Mutagenita moče - vhodná zejména při sledování expozice polycyklickým aromatickým uhlovodíkům (např. koksovny, petrochemie, kuřáctví, pobyt ve výrazně znečištěném ovzduší) a cytostatikům.

Biologicky účinná dávka BIOMARKERY EXPOZICE Biologicky účinná dávka DNA adukty Adukty s proteinem (hemoglobin, albumin) Comet assay (oxidativní poškození)

ČASNÉHO NEŽÁDOUCÍHO BIOLOGICKÉHO ÚČINKU BIOMARKERY ČASNÉHO NEŽÁDOUCÍHO BIOLOGICKÉHO ÚČINKU Chromozómové aberace FISH Výměny sesterských chromatid (?) Mikrojádra Mutace v genu hypoxantin-guanin fosforibosyltransferázy (HPRT) Aktivace onkogenů kódujících syntézu proteinů p53 a p21

V ČR JE CYTOGENETICKÁ ANALÝZA UŽÍVÁNA PRO MONITOROVÁNÍ OSOB PROFESIONÁLNĚ EXPONOVANÝCH MUTAGENŮM A KARCINOGENŮM JIŽ od roku 1974 Skupinový expoziční test: Do 2% aberantních buněk ve skupině = hodnoty pozadí 2 – 4% aberantních buněk ve skupině = zvýšená expozice Nad 4 % aberantních buněk ve skupině = vysoká expozice

KONVENČNÍ TECHNIKA

SCE

MIKROJÁDRA

FISH

COMET

FREKVENCE CHROMOZÓMOVÝCH ABERACÍ U SESTER APLIKUJÍCÍCH CYTOSTATIKA

PROFESIONÁLNÍ EXPOZICE % AB.B. spontánní úroveň - 1.77

Výsledky monitorování spontánní frekvence chromosomových změn u české neexponované populace

Závěr Informace o expozici/dávce jsou rozhodující v procesu hodnocení zdravotních rizik (bez expozice není riziko) Kombinace kalkulace expozice a biologického monitorování poskytuje vzájemně se doplňující informace v oblasti vztahu zdraví a prostředí (jedno bez druhého není možné) Biologické monitorování směřuje k molekulární dosimetrii a molekulární epidemiologii V Česku je biologický monitoring u běžné populace systematicky realizován od r. 1994 Biologický monitoring populace USA provádí CDC v Atlantě V rámci EU probíhá projekt Human biological monitoring – pilotní projekt v r. 2006 V USA realizuje biomonitoring CDC v Atlantě