Suite aux restrictions de l’utilisation du Bisphénol A (BPA), les industriels l’ont progressivement remplacé par des molécules de structure analogue. Or, ces substituts ne sont pas encore réglementés et des études toxicologiques indiquent que le potentiel perturbateur endocrinien de la plupart de ces bisphénols (BPs) émergents est comparable à celui du BPA. Ainsi, pour éviter une substitution regrettable du BPA, il est nécessaire d’évaluer le potentiel d’exposition à ces substances, afin de contribuer à l’évaluation du risque lié à l’exposition humaine à ces bisphénols émergents.
Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse était (1) d’évaluer l’exposition fœtale humaine au BPA, au BPS et au BPF, (2) de déterminer le devenir de 12 à 15 analogues structuraux de BPs dans l’organisme en évaluant leurs mécanismes toxicocinétiques (TK) déterminant l’exposition interne maternelle et l’exposition fœtale, et (3) de développer des méthodes QSAR capables de prédire le transfert materno-fetal de ces bisphénols. Ces études ont nécessité divers développements analytiques adaptés pour atteindre ces objectifs.
Dans un premier temps, une méthode de dosage des métabolites glucuronide du BPA, BPS et BPF à l’état de traces avec une limite de quantification de 0,05 ng/mL, a été développée et a permis de quantifier ces métabolites dans le sang de cordon ombilical, démontrant ainsi leur capacité à franchir la barrière placentaire. Cela nous a conduit, dans un second temps, à évaluer les mécanismes de transfert placentaire materno-fœtal de quinze BPs sur un modèle ex vivo de placenta humain perfusé. Deux groupes de BPs ont ainsi été identifiés : 7 BPs dont le passage placentaire met en jeu un mécanisme de diffusion passive et 8 BPs dont le mécanisme de transfert par diffusion passive est très limité et qui pourrait impliquer des transporteurs d’efflux.
Le fœtus est exposé aux bisphénols via sa mère. Or, une étude précédente réalisée au laboratoire sur un modèle porcin, pertinent vis-à-vis de l’homme pour sa fonction digestive, a montré que l’exposition interne au BPS actif est 250 fois supérieure à celle du BPA, pour une exposition par voie orale similaire. Cette différence a mis en évidence la nécessité de caractériser les paramètres TK déterminant l’exposition interne maternelle à ces analogues du BPA. L’étude toxicocinétique, réalisée sur un modèle porcin, a montré une forte variation de la biodisponibilité orale de 12 BPs, de 1 % pour le BPA à 60 % pour le BPS. Ces résultats TK apportent des informations essentielles pour éviter la substitution du BPA par des BPs hormonalement actifs, présentant un potentiel d’exposition élevé.
Ces différences toxicocinétiques entre des BPs de structure similaire, renforcent la nécessité de développer des modèles prédictifs des mécanismes d’exposition. Pour établir la preuve de concept selon laquelle les descripteurs chromatographiques autres que les paramètres de rétention pourraient contribuer finement à la caractérisation du comportement moléculaire dans la biophase, nous avons développé un modèle de type relation structure-activité (QSAR) pour prédire le transfert placentaire des BPs. L’élaboration d’une base de données chromatographiques des quinze BPs sur treize colonnes analytiques a ainsi permis de construire et de valider un modèle prédictif du transfert placentaire materno-fœtal des BPs.
L’ensemble de ces données TK et le développement de modèle prédictif de l’exposition humaine permettront d’éclairer les décisions des agences réglementaires pour éviter les substitutions regrettables. |
Due to restrictions on the use of BPA, manufacturers have progressively replaced it with structurally related molecules. These substitutes are not yet regulated, but several toxicological studies indicate that the endocrine disrupting potential of most of these emerging bisphenols (BPs) is comparable to that of BPA. In order to avoid regrettable substitution and then to contribute to the risk assessment of human exposure to these BPs, it is necessary to evaluate the exposure potential of these substances.
In this context, the aim of this thesis was: (1) to assess human fetal exposure to BPA, BPS and BPF, (2) to evaluate the disposition of 12 to 15 structural analogues of BPs and the toxicokinetic (TK) mechanisms determining maternal and fetal internal exposure and (3) to develop QSAR methods to predict the materno-fetal transfer of these BPs. These studies required several analytical developments adapted to fullfill these objectives.
Firstly, the development of a method for the quantification of trace glucuronide metabolites of BPA, BPS and BPF with a limit of quantification of 0.05 ng/mL, made possible to detect the metabolites in human cord blood, demonstrating the capacity of these BPs to cross the placental barrier. That’s why, we evaluated in a second step, the materno-fetal placental transfer of fifteen bisphenols in an ex vivo perfused human placenta model. Two groups of BPs were characterized depending on their placental transfer mechanism, involving a passive diffusion mechanism for 7 BPs or with a very limited diffusion transfer, which may involve efflux transporters for 8 BPs.
The fetus is exposed to bisphenols via his mother. A previous study performed in our laboratory on a piglet model, relevant to humans for its digestive function, showed that, after a similar oral exposure, internal exposure to active BPS is 250 times higher than that of BPA. This great difference highlighted the need to characterise the TK parameters determining maternal internal exposure. A toxicokinetic study, performed on the same piglet model exposed to 12 BPs, showed great variation of oral bioavailability ranging from 1% for BPA to 60% for BPS. These TK results provide critical information to avoid substitution of BPA by hormonally active BPs with high exposure potential.
These toxicokinetic differences observed for structurally analogs BPs reinforce the need to develop models to predict their exposure mechanisms. To establish the proof of concept that chromatographic descriptors other than retention parameters could contribute finely to the characterisation of molecular behavior in the biophase, we developed a quantitative structure-activity relationship (QSAR) model to predict placental transfer of BPs. The development of a chromatographic database of the fifteen bisphenols on thirteen analytical columns allowed the building and validation a predictive model of the maternal-fetal placental transfer of BPs.
All of these TK data and the development of predictive model of human exposure are essential to inform decision-making processes for the regulatory agencies and to avoid regrettable substitutions of BPA. |