Dokument: Test method development for the identification of endocrine disruption-mediated developmental neurotoxicity
| Titel: | Test method development for the identification of endocrine disruption-mediated developmental neurotoxicity | |||||||
| Weiterer Titel: | Entwicklung von Testmethoden zur Identifizierung von endokriner Disruption-vermittelter Entwicklungsneurotoxizität | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69603 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260601-092733-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Schlüppmann, Kevin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | developmental neutoxicity, endocrine disruption, new approach methodologies, test method development | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | The human brain develops in the complex, spatiotemporal interplay of a plethora of intricate processes. These processes are highly susceptible to chemical insults which cause developmental neurotoxicity (DNT). The underlying processes of brain development are partially reliant on endocrine signaling pathways, whose disruption by endocrine disrupting chemicals (EDCs) is associated with adverse neurodevelopmental outcomes such as attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD) and autism spectrum disorder (ASD). However, current EDC risk assessment is performed in animal studies and focuses on only few signaling pathways being estrogenic, androgenic, thyroidogenic, and steroidogenic (EATS) modalities thus creating a data gap regarding the effects of putative EDCs on other endocrine signaling pathways, such the retinoic acid receptor (RAR) or glucocorticoid receptor (GR) signaling. Moreover, inherent species differences with regards to brain development and hormonal involvement complicate the extrapolation from animal data to humans, and the resource and time-intensiveness of in vivo studies prevents the testing a high number of chemicals. This thesis focused on closing the scientific data gap regarding hormone-sensitive key neurodevelopmental processes (KNDPs) and developing New Approach Methodologies (NAMs) identifying EDCs causing endocrine disruption (ED)-mediated DNT. Here, this thesis applied the human Neurosphere Assay, a multiplexed, human-based NAM which models five different KNDPs and has been integrated into a DNT-in vitro battery (IVB) for DNT hazard assessment and chemical screening and prioritization. In manuscript 2.1 the Neurosphere Assay was scientifically validated to confirm the biological relevance of the test system and to evaluate its adequate responsiveness to physiological signaling pathway modulators and DNT compounds to increase confidence in its predictivity to detect DNT chemicals. The second manuscript (2.2) describes the efforts to close the scientific data gap on ED-DNT by investigating the effects of 14 endocrine signaling pathways on the KNDP modeled in the Neurosphere Assay in a comparative approach using rat and human-derived neural progenitor cells (NPCs). Modulation of 12 of the 14 signaling pathways affected at least one KNDP in human NPCs, with species differences being observed for nine of the pathways. Based on the newly identified hormone sensitive KNDPs, the NPC1_RAR_GR assay was developed to detect RAR- and GR-mediated proliferation arrest of human NPCs. Positive and negative controls were established and a set of putative EDCs was tested for their potential to disrupt RAR or GR signaling (manuscript 2.3). This thesis contributed to the scientific validation of the Neurosphere Assay and the advancing efforts to improve EDC risk assessment by the identification of KNDPs susceptible to EDC exposure and the development of a novel test methods capable of identifying chemicals causing ED-DNT by RAR and GR disruption.Das menschliche Gehirn entwickelt sich in einem komplexem räumlich-zeitlichen Zusammenspiel verschiedener Prozesse. Diese Prozesse sind anfällig für chemische Einflüsse, welche die Entstehung von Entwicklungsneurotoxizität (DNT) begünstigen. Die der Gehirnentwicklung zugrunde liegenden Prozesse sind teilweise von endokrinen Signalwegen abhängig. Eine Störung dieser Signalwege durch endokrine Disruptoren (EDCs) ist mit adverser neurologischer Entwicklung, wie Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) und Autismus-Spektrum-Störung (ASD) assoziiert. Die derzeitige Risikobewertung von EDCs erfolgt in Tierstudien und beschränkt sich auf wenige Signalwege, vornehmlich östrogene, androgene, thyroidale und steroidale (EATS) Modalitäten, wodurch eine Datenlücke in Bezug auf den Einfluss anderer endokriner Signalwege, wie dem Retinsäure-Rezeptor (RAR) und dem Glukokortikoid-Rezeptor (GR) Signalweg, entsteht. Zudem erschweren Speziesunterschiede eine Extrapolation der Daten von dem Tier auf den Menschen und der hohe Ressourcen- und Zeitaufwand der Tierstudien verhindert die Testung großer Mengen an Chemikalien. Hierfür wurde in dieser Arbeit der Fokus auf das Schließen der wissenschaftlichen Datenlücke im Feld der endokrinen Disruption (ED)- vermittelten DNT und auf die Entwicklung neuer alternativer Testmethoden (NAMs) zu Identifizierung von EDCs gelegt. Eine dieser Testmethoden basiert auf dem Neurosphärenassay, der es erlaubt fünf Schlüsselprozesse der Gehirnentwicklung (KNDP) zu modellieren. Dieser ist Teil der DNT-in vitro Batterie (DNT-IVB), einer Zusammenstellung von Testmethoden für die DNT Gefahrenbeurteilung und Testung von Chemikalien. In Manuskript 2.1 wurde hierzu der Neurosphärenassay wissenschaftlich validiert, um das Testsystem zu charakterisieren und die Reaktion auf spezifische Signalwege und definierte DNT-verursachen Substanzen zu bewerten und so die das Vertrauen in die Testmethoden zu erhöhen. Manuskript 2.2 beschreibt Versuche, um die wissenschaftliche Datenlücke in Bezug auf ED-DNT zu schließen. Hier wurde der Einfluss von 14 endokrinen Signalwegen auf KNDPs, die in dem Neurosphärenassay sowohl in neuralen Vorläuferzellen (NPC) der Ratte und des Menschen modelliert werden, untersucht. Veränderung der Aktivität von 12 der 14 Signalwege beeinflusste mindestens einen KNDP, wobei in neun dieser Signalwege Speziesunterschiede beobachtet wurden. Basierend auf diesen Beobachtungen wurde der NPC1_RAR_GR Assay entwickelt, um RAR- und GR-vermittelte Proliferationsstopps in humanen NPCs nachzuweisen (Manuskript 2.3). Es wurden Positiv- und Negativkontrollen etabliert und erste Substanzen getestet. Diese Arbeit leistete einen Beitrag zu der wissenschaftlichen Validierung des Neuosphärenassays und zur Entwicklung der Risikobewertung von EDCs durch die Identifizierung von ED-sensitiven KNDPs und der Entwicklung einer neuen Testmethode zu Identifizierung von ED-DNT | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.06.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 01.06.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 22.11.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 29.04.2025 |
