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In vitro mutagenicity test using canine intestinal organoids
Hadi Shabanloo
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Iwan Burgener
DOI
10.25365/thesis.77042
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-18704.82930.955984-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Intestinale Organoide könnten für Genotoxizitätsstudien im Vergleich zu traditionellen Zelllinien wie den Ovarialzellen des Chinesischen Hamsters (CHO-Zellen) einen erheblichen Vorteil bieten, da sie eine höhere zelluläre Vielfalt und eine genauere Darstellung der intestinalen Umgebung aufweisen. Da der Darm ein Hauptort für die Exposition gegenüber Medikamenten und Toxinen ist, ermöglicht die Verwendung von aus Darmgewebe abgeleiteten Organoiden ein physiologisch relevanteres Modell. Diese Organoide enthalten verschiedene Zelltypen, einschließlich Enterozyten, Becherzellen und Stammzellen, die komplexe Interaktionen und Reaktionen auf genotoxische Agenzien besser nachahmen als die homogeneren CHO-Zellen. Das Hauptziel von Genotoxizitätsstudien mit intestinalen Organoiden könnte ein zuverlässigeres Modell zur Bewertung des genotoxischen Potenzials von Substanzen in einem Kontext sein, der in vivo-Bedingungen näher kommt. In dieser Studie führten wir eine vergleichende Untersuchung von intestinalen Organoiden des Hundes und CHO-Zellen durch, um das Mutagenitätspotenzial abzuschätzen. Das chemotherapeutische Medikament Cyclophosphamid (CPA) wurde auf beiden Modellen angewendet, um ihre Fähigkeit zu vergleichen, das mutagene Potenzial des Medikaments zu erkennen. CHO-Zellen, die aufgrund ihres schnellen Wachstums und ihrer einfachen genetischen Manipulierbarkeit häufig in der biologischen Forschung verwendet werden, dienten als Referenzmodell. CPA wird häufig als positiver Kontrollstoff in Genotoxizitätstests, insbesondere im Mikronukleus-Test (MN-Test), eingesetzt. Ziel dieser Studie war es, die Fähigkeit intestinaler Organoide zur Induktion von Mikronuklei, einem Marker für chromosomale Schäden, zu untersuchen. Diese Studie schlägt erstmals die Etablierung des Mikronukleus-Tests mit intestinalen Organoiden vor. Zum Vergleich und zur Validierung der Ergebnisse verwendeten wir ebenfalls CHO-Zellen, wobei ein Medikament als positive Kontrolle eingesetzt wurde. CPA, ein alkylierendes Mittel, ist dafür bekannt, DNA zu beeinflussen und chromosomale Schäden zu verursachen. Sein Wirkmechanismus umfasst die Alkylierung der DNA, was zur Quervernetzung von DNA-Strängen, Fehlpaarungen und Störungen der zellulären Prozesse, insbesondere während der Zellteilung, führt. Die Auswirkungen von CPA auf den Spindelapparat während der Metaphase erhöhen das Risiko chromosomaler Schäden, was möglicherweise die Zellviabilität beeinträchtigt. Durch einen Mikronukleus-Test unter Verwendung von Chromosomenfärbung und Fluoreszenzmikroskopie stellten wir fest, dass intestinale Organoide des Hundes in der Lage waren, die genotoxische Wirkung von CPA mittels Mikronukleus-Test zu erkennen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass CPA in beiden Modellen genotoxische Effekte hervorruft. Diese Studie hebt das Potenzial von intestinalen Organoiden des Hundes als zuverlässiges, kostengünstiges und ethisches alternatives Modellsystem zur Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Nahrung, Medikamenten und Darm, der Arzneimittelabsorption und der Genotoxizität hervor. Sie bietet eine vielversprechende Alternative zu Tierversuchen in der Arzneimittelentwicklung und der Toxikologieforschung und ebnet den Weg für neue Möglichkeiten in der präklinischen Forschung, insbesondere in der Veterinärmedizin, der Lebensmittelentwicklung und der Prüfung von Lebensmittel- und Arzneimittelallergien.
Abstract
(Englisch)
Intestinal organoids could offer a significant advantage for genotoxicity studies compared to traditional cell lines like Chinese Hamster Ovary (CHO) cells due to their higher cellular diversity and more accurate representation of the intestinal environment. As the intestine is a primary site for drug and toxin exposure, using organoids derived from intestinal tissue allows for a more physiologically relevant model. These organoids contain multiple cell types, including enterocytes, goblet cells, and stem cells, which better mimic the complex interactions and responses to genotoxic agents than the more homogenous CHO cells. The main goal of genotoxicity studies of intestinal organoids could be a more reliable model for assessing the genotoxic potential of substances in a context that closely mirrors in vivo conditions. In this study, we carried out a comparative study of intestinal canine organoids and Chinese Hamster Ovary (CHO) cells as models to estimate the mutagenicity potential. The chemotherapeutical drug cyclophosphamide (CPA) was used on both organoids and CHO cells to compare their ability of cell systems to detect the drug mutagenicity potential. CHO cells, widely used in biological research due to their rapid growth, ease of genetic manipulation, were used as a reference model. CPA is extensively employed as a positive control in genotoxicity testing, particularly in the micronucleus (MN) assay. This study aimed to explore intestinal organoid’s ability to induce micronuclei formation, a marker of chromosomal damage. This study proposes for the first time the establishing the micronuclei (MN) assay using intestinal organoid. For comparison and validation of the results, we also used CHO cells, which treated with CPA as the positive control. CPA as an alkylating agent, is known to affect DNA and cause chromosomal damage. Its mechanism of action involves DNA alkylation, leading to cross-linking of DNA strands, mispairing, and disruption of cellular processes, particularly during cell division. CPA’s impact on the spindle apparatus during metaphase increases chromosomal damage, potentially affecting cell viability. Through a micronucleus assay using chromosome staining and fluorescence microscopy, we found that canine intestinal organoids were able to detect the genotoxic effect of CPA via micronucleus test. These findings suggest that CPA induces genotoxic effects in both models. This study highlights the potential of canine intestinal organoids as a reliable, cost-effective, and ethical alternative model system for studying food-drug-gut interactions, drug absorption, and genotoxicity. It offers a promising alternative to animal testing in drug development and toxicology research, paving the way for new opportunities in preclinical research, especially in veterinary medicine, food development, and food-drug allergy testing.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Intestinale Organoide Genotoxizitätsstudien Chinesische Hamster-Ovarialzellen CHO Mutagenitätspotential Cyclophosphamid CPA Mikronukleus MN-Assay Chromosomenschäden Kanine Organoid/e DNA-Alkylierung
Autor*innen
Hadi Shabanloo
Haupttitel (Englisch)
In vitro mutagenicity test using canine intestinal organoids
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
61 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Iwan Burgener
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC17366394
Utheses ID
73587
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |