A combined oral contraceptive containing drospirenone changes neither endothelial function nor hemodynamic parameters in healthy young women: a prospective clinical trial

Background: Combined oral contraceptives (COCs) may lead to a rise in cardiovascular disease risk, possibly associated with changes in blood pressure and endothelial function. Study Design: The objective was to evaluate the impact of COC containing 20 mcg of ethinylestradiol (EE) and 3 mg of drospirenone (DRSP) on the arterial endothelial function, systolic and diastolic blood pressure (SBP and DBP, respectively), heart rate (HR), cardiac output (CO) and total peripheral resistance (TPR) of healthy young women. Of the 71 women in the study, 43 were evaluated before the introduction of COC and after 6 months of its use (case group) and 28, COC nonusers, were assessed for the same parameters at the same time interval (control group). Results: No significant changes in endothelium-dependent and endothelium-independent functions or in measures of SBP, DBP, HR, CO and TPR caused by COC use were observed in the case group (p>.05 for all variables) or in the control group. Conclusion: These data suggest COC with 20 mcg EE and 3 mg DRSP does not alter arterial endothelial function or hemodynamic parameters in healthy young women. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

An integrated approach to evaluate emerging contaminants in drinking water

The chemical stock of emerging contaminants in Brazilian drinking water is of great interest due to the poor water quality at surface water intakes. In addition, little is known about the effect of some contaminants, such as endocrine disrupting chemicals (EDCs), which may be present in both raw and treated water. The aim of this work was to evaluate selected emerging contaminants in Brazilian waters using both chemical and biological analyses. Sampling sites were established in different municipalities based upon raw water quality data. Estrone, 17 beta-estradiol, estriol, 17 alpha-ethinylestradiol, bisphenol A, 4-n-octylphenol and 4-n-nonylphenol were determined in the samples by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. A yeast assay using a Saccharomyces cerevisiae bioluminescent bioreporter was used to evaluate the estrogenic activity of the water samples. The first integrated results revealed similarities between the two individual approaches, since higher values for the bioassay were accompanied by significant concentrations of some selected compounds in surface water samples. No estrogenicity was observed for drinking water samples. Our results also indicate that the usual paradigm of evaluating water quality by measuring selected EDCs in a given water sample via chemical analysis, needs to be reviewed since the observed estrogenicity of a water sample is now a better guiding parameter to the selection of samples and substances to be chemically investigated in further analysis. So far, the data bank produced in this work, i.e., the comparison between chemical burden and observed estrogenicity, is not yet sufficiently robust to fully guide this decision. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

The juvenile three-spined stickleback : model organism for the study of estrogenic and androgenic endocrine disruption in laboratory and field

Industrial and domestic sewage effluents have been found to cause reproductive disorders in wild fish, often as a result of the interference of compounds in the effluents with the endocrine system. This thesis describes laboratory-based exposure experiments and a field survey that were conducted with juveniles of the three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus. This small teleost is a common fish in Swedish coastal waters and was chosen as an alternative to non-native test species commonly used in endocrine disruption studies, which allows the comparison of field data with results from laboratory experiments. The aim of this thesis was to elucidate 1) if genetic sex determination and differentiation can be disturbed by natural and synthetic steroid hormones and 2) whether this provides an endpoint for the detection of endocrine disruption, 3) to evaluate the applicability of specific estrogen- and androgen-inducible marker proteins in juvenile three-spined sticklebacks, 4) to investigate whether estrogenic and/or androgenic endocrine disrupting activity can be detected in effluents from Swedish pulp mills and domestic sewage treatment plants and 5) whether such activity can be detected in coastal waters receiving these effluents. Laboratory exposure experiments found juvenile three-spined sticklebacks to be sensitive to water-borne estrogenic and androgenic steroid substances. Intersex – the co-occurrence of ovarian and testicular tissue in gonads – was induced by 17β-estradiol (E2), 17α-ethinylestradiol (EE2), 17α-methyltestosterone (MT) and 5α-dihydrotestosterone (DHT). The first two weeks after hatching was the phase of highest sensitivity. MT was ambivalent by simultaneously eliciting masculinizing and feminizing effects. When applying a DNA-based method for genetic sex identification, it was found that application of MT only during the first two weeks after hatching caused total and apparently irreversible development of testis in genetic females. E2 caused gonad type reversal from male to female. E2 and EE2 induced vitellogenin - the estrogen-responsive yolk precursor protein, while DHT and MT induced spiggin – the androgen-responsive glue protein of the stickleback. None of the effluents from two pulp mills and two domestic sewage treatment plants had any estrogenic or androgenic activity. Juvenile three-spined sticklebacks were collected during four subsequent summers at the Swedish Baltic Sea coast in recipients of effluents from pulp mills and a domestic sewage treatment plant as well as remote reference sites. No sings of endocrine disruption were observed at any site, when studying gonad development or marker proteins, except for a deviation of sex ratios at a reference site. The three-spined stickleback – with focus on the juvenile stage – was found to be a sensitive species suitable for the study of estrogenic and androgenic endocrine disruption.

Evaluation of green algae deployment for organic pollutant removal in urban wastewater through ERE-CALUX potency assessment

The interest of the scientific community towards organic pollutants in freshwater streams is fairly recent. During the past 50 years, thousands of chemicals have been synthesized and released into the general environment. Nowadays their occurrence and effects on several organism, invertebrates, fish, birds, reptiles and also humans are well documented. Because of their action, some of these chemicals have been defined as Endocrine Disrupters Compounds (EDCs) and the public health implications of these EDCs have been the subject of scientific debate. Most interestingly, among those that were noticed to have some influence and effects on the endocrine system were the estrone, the 17β-estradiol, the 17α-estradiol, the estriol, the 17α-ethinylestradiol, the testosterone and the progesterone. This project focused its attention on the 17β-estradiol. Estradiol, or more precisely, 17β-estradiol (also commonly referred to as E2) is a human sex hormone. It belongs to the class of steroid hormones. In spite of the effort to remove these substances from the effluents, the actual wastewater treatment plants are not able to degrade or inactivate these organic compounds that are continually poured in the ecosystem. Through this work a new system for the wastewater treatment was tested, to assess the decrease of the estradiol in the water. It involved the action of Chlorella vulgaris, a fresh water green microalga belonging to the family of the Chlorellaceae. This microorganism was selected for its adaptability and for its photosynthetic efficiency. To detect the decrease of the target compound in the water a CALUX bioassay analysis was chosen. Three different experiments were carried on to pursue the aim of the project. By analysing their results several aspects emerged. It was assessed the presence of EDCs inside the water used to prepare the culture media. C. vulgaris, under controlled conditions, could be efficient for this purpose, although further researches are essential to deepen the knowledge of this complex phenomenon. Ultimately by assessing the toxicity of the effluent against C. vulgaris, it was clear that at determined concentrations, it could affect the normal growth rate of this microorganism.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Molecular docking and geographical information systems as tools to assess the potential impact of veterinary medicines on non-target organisms and the environment

Veterinary medicines (VMs) from agricultural industry can enter the environment in a number of ways. This includes direct exposure through aquaculture, accidental spillage and disposal, and indirect entry by leaching from manure or runoff after treatment. Many compounds used in animal treatments have ecotoxic properties that may have chronic or sometimes lethal effects when they come into contact with non-target organisms. VMs enter the environment in mixtures, potentially having additive effects. Traditional ecotoxicology tests are used to determine the lethal and sometimes reproductive effects on freshwater and terrestrial organisms. However, organisms used in ecotoxicology tests can be unrepresentative of the populations that are likely to be exposed to the compound in the environment. Most often the tests are on single compound toxicity but mixture effects may be significant and should be included in ecotoxicology testing. This work investigates the use, measured environmental concentrations (MECs) and potential impact of sea lice treatments on salmon farms in Scotland. Alternative methods for ecotoxicology testing including mixture toxicity, and the use of in silico techniques to predict the chronic impact of VMs on different species of aquatic organisms were also investigated. The Scottish Environmental Protection Agency (SEPA) provided information on the use of five sea lice treatments from 2008-2011 on Scottish salmon farms. This information was combined with the recently available data on sediment MECs for the years 2009-2012 provided by SEPA using ArcGIS 10.1. In depth analysis of this data showed that from a total of 55 sites, 30 sites had a MEC higher than the maximum allowable concentration (MAC) as set out by SEPA for emamectin benzoate and 7 sites had a higher MEC than MAC for teflubenzuron. A number of sites that were up to 16 km away from the nearest salmon farm reported as using either emamectin benzoate or teflubenzuron measured positive for the two treatments. There was no relationship between current direction and the distribution of the sea lice treatments, nor was there any evidence for alternative sources of the compounds e.g. land treatments. The sites that had MECs higher than the MAC could pose a risk to non-target organisms and disrupt the species dynamics of the area. There was evidence that some marine protected sites might be at risk of exposure to these compounds. To complement this work, effects on acute mixture toxicity of the 5 sea lice treatments, plus one major metabolite 3-phenoxybenzoic acid (3PBA), were measured using an assay using the bioluminescent bacteria Aliivibrio fischeri. When exposed to the 5 sea lice treatments and 3PBA A. fischeri showed a response to 3PBA, emamectin benzoate and azamethiphos as well as combinations of the three. In order to establish any additive effect of the sea lice treatments, the efficacy of two mixture prediction equations, concentration addition (CA) and independent action ii(IA) were tested using the results from single compound dose response curves. In this instance IA was the more effective prediction method with a linear regression confidence interval of 82.6% compared with 22.6% of CA. In silico molecular docking was carried out to predict the chronic effects of 15 VMs (including the five used as sea lice control). Molecular docking has been proposed as an alternative screening method for the chronic effects of large animal treatments on non-target organisms. Oestrogen receptor alpha (ERα) of 7 non-target bony fish and the African clawed frog Xenopus laevis were modelled using SwissModel. These models were then ‘docked’ to oestradiol, the synthetic oestrogen ethinylestradiol, two known xenoestrogens dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) and bisphenol A (BPA), the antioestrogen breast cancer treatment tamoxifen and 15 VMs using Auto Dock 4. Based on the results of this work, four VMs were identified as being possible xenoestrogens or anti-oestrogens; these were cypermethrin, deltamethrin, fenbendazole and teflubenzuron. Further investigation, using in vitro assays, into these four VMs has been suggested as future work. A modified recombinant yeast oestrogen screen (YES) was attempted using the cDNA of the ERα of the zebrafish Danio rerio and the rainbow trout Oncorhynchus mykiss. Due to time and difficulties in cloning protocols this work was unable to be completed. Use of such in vitro assays would allow for further investigation of the highlighted VMs into their oestrogenic potential. In conclusion, VMs used as sea lice treatments, such as teflubenzuron and emamectin benzoate may be more persistent and have a wider range in the environment than previously thought. Mixtures of sea lice treatments have been found to persist together in the environment, and effects of these mixtures on the bacteria A. fischeri can be predicted using the IA equation. Finally, molecular docking may be a suitable tool to predict chronic endocrine disrupting effects and identify varying degrees of impact on the ERα of nine species of aquatic organisms.