Master 2 Mention Toxicologie toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

1. Master 2 Mention Toxicologie toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances Modèles d'exposition temporelle, voies d'exposition, indicateurs d'exposition : produits uniques ou mélanges  "Exemples pratiques«  30 Septembre 2013 Laurent Bodin, Laurent.bodin@anses.fr

2. Plan de la présentation I-Toxicologie: -rappel des objectif -toxicologie aigue -Toxicologie chronique -Relation dose réponse II-Exemple de Toxicologie de la reproduction -Construction d’une VTR - Choix de la dose critique -facteurs d’incertitudes - l’allométrie III-Exemple de Toxicologie à long terme- Cancérogenèse -Cancérogène génotoxique /non génotoxique - altérations de l’ADN

3. Objectifs des essais toxicologiques Médicaments Évaluation du Rapport Bénéfice / Risque pour l'homme. Objectif des études toxicologiques = caractérisation du danger afin de pouvoir réaliser une évaluation du risque pour l'homme dans les conditions d'utilisation clinique du médicament Pesticides Évaluation des risques directs et/ou indirects pour l'homme, l'environnement et les animaux. Pas de bénéfice direct pour la santé de l'homme. Objectif des études toxicologiques = caractérisation du danger afin de pouvoir faire une évaluation de risque.

4. Objectifs des essais(suite) Cosmétiques Évaluation de la tolérance et/ou du risque d'intolérances éventuelles. Pas de bénéfice pour la santé de l'homme Objectif des études toxicologiques - Matières premières = Évaluation du Danger - Spécialités = Tolérance (Évaluation du risque) Produits Chimiques Évaluation et classification en fonction du danger Objectif des études = Évaluation d'un danger

5. Études de Toxicologie réglementaires Toxicologie Générale,recherche les impacts sur l'ensemble des organes ou systèmes Toxicologie de la reproduction,étudie les effets sur la fertilité, le développement embryonnaire et le développement périnatal Mutagenèse, recherche les impacts sur le génome : mutations géniques et aberrations chromosomiques Cancérogenèse,pouvoir ou non d'une substance d'induire des tumeurs (cancérogènes génotoxiques) ou d'augmenter l’incidence de tumeursspontanées (promoteurs). Microbiologie, hypersensibilité, phototoxicité, tests spécifiques effectués selon les besoins Tolérance chez l’homme, étudie les effets secondaires et les signes d'intolérance générale aux doses préconisées et la marge de sécurité • Trois formes essentielles de toxicité • Toxicité aiguë • Toxicité à court terme (subaiguë ou subchronique) • Toxicité à long terme (ou chronique)

6. Lignes directrices pour les essais de produits chimiques

7. TOXICITÉ AIGUË TOXICITÉ AIGUË = durée exposition courte Concentration seuil Effet néfaste Concentration Durée d’exposition (minutes, heures)

8. x x x x x x x x : TOXICITÉ CHRONIQUE TOXICITÉ CHRONIQUE = durée d’exposition longue, répétée Concentration seuil Effet néfaste Concentration Durée d’exposition (semaine, année)

9. Relation dose-effet LA RELATION DOSE-EFFET EST D'UNE TELLE IMPORTANCE QU'ELLE DOIT FAIRE PARTIE INTEGRANTE DE LA DEFINITION DE LA TOXICOLOGIE EN FAIT C'EST CE PRINCIPE MEME QUE LE TERME DE "QANTITATIVE” FIGURANT DANS LA DEFINITION SIGNIFIE. Dosis sola facit venenum "SEULE LA DOSE FAIT LE POISON"

10. études de Toxicologie = ce qu’il faut retenir Elles doivent apporter des réponses aux questions suivantes : • quels organes, tissus ou cellules sont la cible d'un impact toxique et • -quelles fonctions physiologiques sont affectées par les effets toxiques du produit ? • quelle est la plus forte dose administrée sans effet toxique et par conséquent la marge de sécurité ? • quel est le risque de causer des dommages génétiques, des • malformations congénitales ou destumeurs ?

11. Interprétations des études toxicologiques • Observations (effet, réponse) pour chaque groupe y compris les témoins • -Comparaison des niveaux de réponse observés dans les groupes exposés par rapport aux groupe témoin • -Indicateurs de toxicité • La dose létale (mortalité) • Une dose minimale toxique (LOAEL) • Une dose maximale non toxique (NOAEL) • Des descripteurs statistiques plus complexes • Tenir compte des pathologies • spontanées en fonction de l’espèce • S’assurer que l’effet engendré • est bien le reflet de la toxicité de la • substance (facteur de confusion)

12. Caractérisation du danger • Types de données • études toxicologiques • études épidémiologiques • Types d’effets • Reprotoxicité • Cancérogénicité • Génotoxicité • Neurotoxicité • Immunotoxicité etc. • Types de contextes d’exposition • Aigu : court terme - forte dose • Chronique: long terme - faible dose

13. VTR • Définition • Les VTR sont des valeurs permettant d’établir une relation entre une exposition à une substance chimique et un effet sanitaire chez l’Homme. • Elles sont spécifiques : • d’une substance, • d’une durée d’exposition • d’une voie d’exposition • Leur construction diffère en fonction de l’hypothèse formulée ou des données acquises sur les mécanismes d’action toxique de la substance. • Signification :la VTR est un indice toxicologique, prédictif: • de l’absence d’un effet chez l’Homme (VTR à seuil) → doses ou concentrations journalières admissibles • d’un risque sanitaire chez l’Homme (VTR sans seuil) → excès de risque unitaire (par µg.m3 par exemple)

14. Définitions et cadrage VTR Valeurs de référence sanitaires utilisables dans les ERS/études d’impact/élaboration VGAI… Détermination des VTR

15. estimation de la relation dose-réponse Réponse à la toxicité Dose externe Dose critique (NOAEL/LOAEL) Différences inter-espèces UFA = 10 Application de facteurs d’incertitudes Différences intra-individuelles UFH = 10 VTR = XX µg/l

16. estimation de la relation dose-réponse VTR sans seuil Excès de risque pour un effet donné Domaine des faibles doses/ faibles risques (= niveaux de Doses environnementaux) ERI acceptable (10-6) Pente ERI ERU Dose ou concentration 0 « Dose Virtuelle de Sécurité » 1 unité de dose Exposition estimée

17. Schéma général de construction Identification des effets néfastes-choix de l’effet critique Sélection d’un étude épidémiologique ou toxicologique Observations A seuil Sans seuil Modélisation des données Identification dose critique BMD, BMDL Extrapolation non linéaire Extrapolation linéaire Absence d’observation Excès de risque unitaire Niveau d’exposition de sécurité acceptable

18. Exemple de Toxicologie de la reproduction VTR* reprotoxique Evaluation des risques sanitaires liés aux sous-produits de désinfection dans les eaux de piscines : acide dichloroacétique (DCA) *Indice toxicologique qui permet de qualifier ou de quantifier un risque pour la santé humaine. Elle établit le lien entre une exposition à une substance toxique et l’occurrence d’un effet sanitaire indésirable

19. Construction d’une VTR 1-recenser et analyser les données de toxicité disponibles, identifier le ou les organes cibles et l’effet critique (celui qui apparaît à la plus faible dose), 2-identifier l’hypothèse de construction, à seuil ou sans seuil de dose, en fonction du mode d’action de la substance, choisir une étude clé de bonne qualité (épidémiologique ou toxicologique), 3-définir une dose critique chez l’homme ou l’animal à partir de cette étude ; éventuellement dans le cas d’une dose critique obtenue sur l’animal, d’ajuster cette dose à l’homme 4- pour une VTR à seuil, appliquer des facteurs d’incertitude à cette dose de manière à dériver une VTR applicable à l’ensemble de la population visée ; pour une VTR sans seuil, réaliser une extrapolation linéaire à l’origine afin de déterminer un excès de risque,

20. Reprotoxicité et effet critique • Effet :manifestation directe de la toxicité • Atteinte de la fertilité • Retard dans le développement • tératogénicité • Déficit fonctionnel Effet critique = premier effet qui survient lorsqu’on accroît la dose, et jugé pertinent chez l’homme pour l’élaboration d’une VTR*

21. Construction des VTR reprotoxiques de l’acide dichloroacétique -Effet sur la fertilité

22. LOAEL ? Réponse/Effet Dose 0 D1 D2 D3 … Choix de la dose critique Identification des LOAEL & NOAEL • Le test toxicologique : • La LOAEL est identifiée à partir d’un test statistique entre les doses testées • La NOAEL est définie comme la dose testée immédiatement inférieure à la LOAEL

23. Choix de la dose critique construction d’une BMD (1) Effet BMR 0 D1 D2 BMD Élaboration d’une BMD à partir des résultats de test : 1.Choix d’un modèle théorique de relation dose-réponse Modèle biologique, mathématique biologiquement acceptable 2.Ajustement du modèle sur les données expérimentales Plusieurs méthodes : MLE, Bayes Et critère d’ajustement (Chi2, analyse graphique) 3.Sélection du modèle le plus adapté aux données Critères de sélection : AIC, … Dose

24. Choix de la dose critique construction d’une BMD (2) Effet BMR 0 D1 D2 BMD BMDL Élaboration d’une BMD (suite) : 4.Choix d’un niveau d’effet Added risk ou extra risk ? Benchmark Response Level ou BMR (1%, 5%, 10% ?) 5.Calcul de l’intervalle de confiance (IC) Plusieurs méthodes : MLE, Bootstrap, Bayes 6.Choix de la borne de l’IC pour la valeur retenue Ex: BMD10L95 Dose

25. CONSTRUCTION BMD pour le DCA à partir du nombre de spermatozoïdes au niveau de l’épididyme * significatif p<0,05 nombre de spermatozoïdes (106)/g) au niveau de l’épididyme La BMR est fixé « conventionnellement » à la moyenne du groupe contrôle – 1 fois l’écart type du groupe contrôle Ce qui correspond à une diminution de 32.5% de spz

26. Construction des VTR reprotoxiques de l’acide dichloroacétique -Effet sur la fertilité Diminution du nombre de spermatozoïdes (106)/g) au niveau de l’épididyme suite à une exposition au DCA chez des rats males Long Evans) * significatif p<0,05

27. Construction des VTR reprotoxiques de l’acide dichloroacétique -Effet sur la fertilité Toxicocinétique 3,16 Différences inter-espèces (10) Toxicodynamie (sensibilité) 3,16 Toxicocinétique 3,16 Différences inter-individuelle Toxicodynamie 3,16 (10)

28. Affiner les facteurs d’incertitudes (a) Facteur des sécurité UF=100 FDA – 1950 Lehman, A. J., and Fitzhugh, O. G. Variabilité Intra-espèces UFa =10 Variabilité Inter-espèces UFa =10 WHO – 1987 Composante Toxicocinétique 4 Composante Toxicodynamique 2.5 Renwick (1993) IPCS, 2006 Chemical specific adjustment factors (WHO, 2001; IPCS, 2006)

29. Effet dose • Relation dose réponse: • Néfaste, mais néfaste comment ? Effet néfaste/ toxicité Dose associée à l’apparition d’un effet toxique

30. Effet dose • Relation dose réponse: • Néfaste, mais néfaste comment ? Effet néfaste/ toxicité Sujets plus sensibles Vulnérabilité identique Dose associée à l’apparition d’un effet toxique

31. Effet dose • Relation dose réponse: • Néfaste, mais néfaste comment ? Effet néfaste/ toxicité Sensibilité identique Sujets plus vulnérables Dose associée à l’apparition d’un effet toxique

32. Effet dose • Relation dose réponse: • Néfaste, mais néfaste comment ? Effet néfaste/ toxicité Différences intra-individuelles UFH = 10 Dose associée à l’apparition d’un effet toxique

33. Affiner les facteurs d’incertitudes (b) Utilisation de l’allométrie Avec p=0.67 c’est à dire 2/3 (loi des surface)

34. Conclusion Construction d’une VTR reprotoxique, voie orale → choix d’une étude → choix de l’effet critique → choix de la dose critique → application facteurs d’incertitudes Définir les conditions d’application de cette VTR: fertilité ≠développement

35. Fenêtre d’exposition critique Effet reprotoxique par voie orale, (chez l’homme)

36. Exemple de Toxicologie à long terme- Cancérogenèse VTR cancer

37. Threshold and non threshold (1) Genotoxic carcinogens Non-genotoxic carcinogens Garro, A.J., et al. Alcohol and cancer. 1992.

38. Threshold and non threshold (2) Genotoxic carcinogens Non-Threshold approach precautionary principle ? Non-genotoxic carcinogens Threshold approach

39. Exemple de construction de VTR cancérigènes Cancérogène non génotoxique Toxicity Altered Gene Expression Cell Proliferation Mutation initiatrice Multiple events Tumor L’effet dépend de la dose Cancérogène génotoxique Multiple events Mutation initiatrice Tumor L’effet apparaît quelle que soit la dose probabilité de survenue croît avec la dose

40. altérations de l’ADN en terme de lésions et de mutations D’après Orsière T., «  De la génotoxicologie à la biosurveillance »

41. Principaux tests de genotoxicité D’après Orsière T., «  De la génotoxicologie à la biosurveillance »

42. Principaux tests de génotoxicité • Plus de 200 tests existants mais aucun test unique ne détecte tous les agents génotoxiques batterie de 3 tests • 1 test in vitro de mutation génétique reverse / bactéries • 1 test in vitro / cellules eucaryotes • 1 test in vivo de mutation chromosomique / cellules hématopoïétiques de rongeurs

43. Qu’est ce qu’un génotoxique ? Cancérogène génotoxique : mécanisme stochastique ou non -génotoxicité directe = réactions chimiques possibles entre une substance d’intérêt et l’ADN comme des liaisons covalentes (adduits) ou des cassures du double brin (attaque électrophile). -génotoxicité indirecte pour décrire les autres mécanismes conduisant à des modifications du matériel génétique (stress oxydatif, par exemple). Cancérogène non génotoxique = épigénétique, c'est-à-dire sans altération de la molécule d’ADN

44. Évaluation des risques sanitaires liés à la présence de N-nitrosomorpholine dans les eaux destinées à la consommation humaine

46. Plan de situation Situation de contamination des eaux mise en évidence par la campagne nationale menée par le laboratoire d’hydrologie de Nancy (LHN) Captage de Bolbec - Gruchet le Valasse : 18 communes (23000 personnes)

47. Contamination des eaux • Méthode d’analyse du LHN : LC - MS MS • Limite de quantification : 10 ng/L • Limite de détection : 3 ng/L • incertitude intra-laboratoire ~ 20 %

48. Propriétés physico-chimiques N-nitrosomorpholine Source : NTP, 2011

49. Utilisations et sources de contamination de l’environnement • industrie du caoutchouc ; • industrie de la chimie (utilisation de morpholine, synthèse organique par exemple polyacrylonitrile, industrie pharmaceutique…) ; • certains aliments transformés par l’industrie agro-alimentaire ; • fumée de cigarette ; • dans le cas présent : industrie pharmaceutique

50. Actions mises en œuvre • Distribution eaux embouteillées (3L/j/personne) • Recherche de substitution (pas d’interconnexion sur toutes les localités) • Information sur site internet (ARS – Communauté de Communes) • Lieux de distribution • usages de l’eau concernés • traitements permettant d’éliminer la N-nitrosomorpholine (carafe filtrante) • … • Plaquette (ARS – Communauté de Communes)