DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-025-04103-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500488
تاريخ النشر: 2025-06-11
المؤلف: Stéphanie Simon وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الوراثة الدوائية واستقلاب الأدوية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الإمكانية الطفرية لـ N-nitroso-bisoprolol (NBP)، وهو شوائب نيتروزامين من البيسوبرولول، من خلال منهجيات مختبرية وحيوية. أظهرت التقييمات المختبرية، بما في ذلك اختبار إيمز المعزز (EAT) واختبار HPRT، أن NBP أظهر نشاطًا طفرًا تحت ظروف صارمة، خاصة في وجود S9 من الهامستر المحفز، بينما فشل في إظهار الطفرية في الاختبارات القياسية. كشفت الدراسات الحيوية باستخدام فئران NMRI من النوع البري وتقنيات التسلسل الجيني المتقدمة (ecNGS) عن تحفيز ضعيف لترددات الطفرات في عينات الكبد ونخاع العظام. حدد تحليل جرعة المعايير (BMD) حدود التعرض اليومي المسموح به (PDE) الجديدة بـ 400 ميكروغرام/شخص/يوم وحدود المدخول المقبول (AI) بـ 64 ميكروغرام/شخص/يوم لـ NBP، مما يشير إلى أن الحدود التنظيمية الحالية قد تكون متحفظة بشكل مفرط.
تسلط النتائج الضوء على أن NBP هو طفر ضعيف في الجسم الحي، مع BMDL قدره 140 ملغ/كغ من وزن الجسم/يوم في نخاع العظام و96 ملغ/كغ من وزن الجسم/يوم في الكبد، مما يتناقض بشكل حاد مع الطفر القوي نيتروزو-دي إيثيل أمين (NDEA). تؤكد الدراسة على فائدة ecNGS كطريقة متفوقة لاكتشاف الطفرات واستنتاج حدود السلامة المحددة للمواد، داعية إلى اعتمادها بدلاً من الطرق التقليدية. علاوة على ذلك، تقترح الأبحاث أن AI الحالي لـ NBP البالغ 1.5 ميكروغرام/يوم هو حذر بشكل مفرط، حيث إن الجرعة المعادلة المحسوبة للبشر للتأثيرات الطفرية أعلى بكثير من حدود السلامة المقترحة، مما يشير إلى هوامش أمان قوية لحماية المرضى.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية N-nitrosamines، وهي فئة من المركبات المعترف بها كمواد مسرطنة محتملة، خاصة في صناعة الأدوية. بعد اكتشاف هذه الملوثات في مضاد مستقبلات الأنجيوتنسين II فالسارتان في عام 2018، تصاعدت المخاوف بشأن وجودها في أدوية متنوعة، خاصة تلك التي تحتوي على أمينات ثانوية. وقد أدى ذلك إلى تحديد “شوائب المواد الدوائية المتعلقة بالنيتروزامين” (NDSRIs)، التي تشكل خطرًا عبر العديد من فئات الأدوية، بما في ذلك حاصرات بيتا مثل البيسوبرولول، وهو عامل قلبي وعائي مستخدم على نطاق واسع. وقد وضعت الوكالات التنظيمية، بما في ذلك EMA وFDA، مستويات مقبولة مؤقتة للاستهلاك اليومي (AI) لـ NDSRIs، حيث تم تحديد مشتق البيسوبرولول النيتروزامي، نيتروزو-بيسوبرولول (NBP)، عند 1500 نانوغرام/يوم.
تسلط الورقة الضوء أيضًا على التحديات في تقييم الطفرية لـ NDSRIs بسبب البيانات المحدودة حول السرطنة. لقد سهل إدخال نهج تصنيف قوة السرطنة (CPCA) في عام 2023 تعيينات AI المؤقتة ولكنه كشف أيضًا عن تناقضات في وجهات النظر التنظيمية. تم تطوير بروتوكولات اختبار إيمز المعزز (EAT) لتحسين حساسية تقييمات الطفرية، وأظهرت التقدمات الأخيرة في تقنيات التسلسل، وخاصة التسلسل المزدوج (DS)، وعدًا في اكتشاف الطفرات النادرة بدقة عالية. تهدف الدراسة إلى وضع حدود آمنة جديدة لـ NBP باستخدام نهج متكامل يجمع بين البيانات التجريبية والنمذجة الكمومية، مما يشير إلى أن مستويات AI الحالية قد تكون متحفظة بشكل مفرط وتستدعي إعادة التقييم بناءً على بيانات أكثر شمولاً.
طرق
تحدد قسم “الطرق” في ورقة البحث المواد والمنهجيات المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، عينات بيولوجية، أو معدات، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجيات تصميم التجربة، تقنيات جمع البيانات، والإجراءات التحليلية المطبقة لتقييم النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم أي طرق إحصائية مستخدمة لتحليل البيانات، بما في ذلك أدوات البرمجيات والاختبارات المحددة التي تم إجراؤها للتحقق من النتائج. بشكل عام، يعمل هذا القسم كدليل شامل لتكرار الدراسة وفهم العمليات الأساسية التي أدت إلى النتائج المبلغ عنها.
نتائج
تلخص نتائج اختبارات الطفرية لـ NBP، سواء في المختبر أو في الجسم الحي، في الجدول 3. يوضح هذا الجدول الظروف التجريبية المستخدمة خلال الاختبارات ويقدم النتائج المقابلة. لفهم أكثر شمولاً للمنهجيات والنتائج، يتم توجيه القراء إلى الأقسام 3.1 و3.3 من الورقة، التي تقدم تفاصيل إضافية حول إعداد التجربة والنتائج.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة المنهجيات والنتائج المتعلقة بتقييم الطفرية لـ نيتروزو-بيسوبرولول (NBP) باستخدام طرق تجريبية متنوعة، بما في ذلك اختبارات الطفرات العكسية البكتيرية واختبارات طفرات الجينات الثديية. أظهر اختبار إيمز، الذي تم إجراؤه تحت ظروف قياسية وظروف اختبار إيمز المعزز (EAT)، أن NBP لم يكن طفرًا في غياب التنشيط الأيضي (10% و30% من S9 الهامستر غير المحفز) ولكنه أظهر زيادات كبيرة في مستعمرات الرجوع في وجود 30% من S9 الهامستر المحفز لسلالات بكتيرية محددة (TA100 وTA1535). وهذا يشير إلى أن NBP قد يظهر إمكانية طفرية تحت ظروف أيضية معينة، مما يبرز أهمية استخدام بروتوكولات اختبار صارمة للمواد الطفيلية الضعيفة.
بالإضافة إلى ذلك، أكد اختبار الطفرات HPRT في خلايا V79 أن NBP لم يحفز طفرات جينية كبيرة، مما يعزز تصنيفه كمواد غير طفرية تحت الظروف المختبرة. دعم نموذج CADRE الحاسوبي هذه النتائج من خلال التنبؤ بأن NBP هو شوائب غير مسرطنة، مع جرعة عتبة (TD50) أكبر من 1.5 ملغ/كغ/يوم، مما يتناقض مع المسرطن الأقوى نيتروزو-ديبيوتيل أمين (NDBA). تؤكد هذه التحليلات الشاملة على فائدة دمج الاختبارات المختبرية مع النمذجة الحاسوبية المتقدمة لتقييم الإمكانية الطفرية للنيتروزامين، مما يوفر إطارًا قويًا لتقييم سلامة المواد الكيميائية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-025-04103-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500488
Publication Date: 2025-06-11
Author(s): Stéphanie Simon et al.
Primary Topic: Pharmacogenetics and Drug Metabolism
Overview
The research investigates the mutagenic potential of N-nitroso-bisoprolol (NBP), a nitrosamine impurity of bisoprolol, through both in vitro and in vivo methodologies. In vitro assessments, including the Enhanced Ames Test (EAT) and the HPRT assay, indicated that NBP exhibited mutagenic activity under stringent conditions, particularly in the presence of induced hamster S9, while failing to show mutagenicity in standard assays. In vivo studies using wild-type NMRI mice and advanced error-corrected next-generation sequencing (ecNGS) revealed a weak induction of mutation frequencies in liver and bone marrow samples. Benchmark dose analysis (BMD) established new permissible daily exposure (PDE) limits of 400 µg/person/day and acceptable intake (AI) limits of 64 µg/person/day for NBP, suggesting that existing regulatory limits may be overly conservative.
The findings highlight that NBP is a weak in vivo mutagen, with a BMDL of 140 mg/kg body weight/day in bone marrow and 96 mg/kg body weight/day in liver, contrasting sharply with the potent mutagen nitroso-diethylamine (NDEA). The study emphasizes the utility of ecNGS as a superior method for detecting mutations and deriving substance-specific safety limits, advocating for its adoption over traditional methods. Furthermore, the research suggests that the current AI for NBP of 1.5 µg/day is excessively cautious, as the calculated human equivalent dose for mutagenic effects is significantly higher than the proposed safety limits, indicating robust safety margins for patient protection.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of N-nitrosamines, a class of compounds recognized as potential carcinogens, particularly in the pharmaceutical industry. Following the detection of these contaminants in the angiotensin II receptor antagonist valsartan in 2018, concerns have escalated regarding their presence in various medications, especially those containing secondary amines. This has led to the identification of “nitrosamine drug substance-related impurities” (NDSRIs), which pose a risk across numerous drug classes, including beta-blockers like bisoprolol, a widely used cardiovascular agent. Regulatory agencies, including the EMA and FDA, have established provisional acceptable daily intake (AI) levels for NDSRIs, with bisoprolol’s nitrosamine derivative, nitroso-bisoprolol (NBP), set at 1500 ng/day.
The paper further highlights the challenges in assessing the mutagenicity of NDSRIs due to limited carcinogenicity data. The introduction of the Carcinogenicity Potency Categorization Approach (CPCA) in 2023 has facilitated provisional AI assignments but has also revealed discrepancies in regulatory perspectives. Enhanced Ames Test (EAT) protocols have been developed to improve the sensitivity of mutagenicity assessments, and recent advancements in sequencing technologies, particularly duplex sequencing (DS), have shown promise in detecting rare mutations with high fidelity. The study aims to establish new safe limits for NBP using an integrated in vivo-in silico approach, which combines empirical data with quantum-mechanical modeling, suggesting that existing AI levels may be overly conservative and warrant reevaluation based on more comprehensive data.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the materials and methodologies employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, biological samples, or equipment, ensuring reproducibility of the experiments. The methodologies encompass the experimental design, data collection techniques, and analytical procedures applied to assess the results.
Additionally, the section may describe any statistical methods utilized for data analysis, including software tools and specific tests performed to validate the findings. Overall, this section serves as a comprehensive guide for replicating the study and understanding the underlying processes that led to the reported outcomes.
Results
The results of the mutagenicity tests for NBP, both in vitro and in vivo, are summarized in Table 3. This table outlines the experimental conditions employed during the tests and presents the corresponding outcomes. For a more comprehensive understanding of the methodologies and findings, readers are directed to Sections 3.1 and 3.3 of the paper, which provide additional details on the experimental setup and results.
Discussion
In this section, the study discusses the methodologies and findings related to the mutagenicity assessment of Nitroso-bisoprolol (NBP) using various experimental approaches, including bacterial reverse mutation tests and mammalian gene mutation assays. The Ames test, conducted under both standard and Enhanced Ames Test (EAT) conditions, revealed that NBP was non-mutagenic in the absence of metabolic activation (10% and 30% uninduced hamster S9) but showed significant increases in revertant colonies in the presence of 30% induced hamster S9 for specific bacterial strains (TA100 and TA1535). This indicates that NBP may exhibit mutagenic potential under certain metabolic conditions, emphasizing the importance of using stringent testing protocols for weak mutagens.
Additionally, the HPRT mutation assay in V79 cells confirmed that NBP did not induce significant gene mutations, reinforcing its classification as non-mutagenic under the tested conditions. The CADRE computational model further supported these findings by predicting NBP as a non-carcinogenic impurity, with a threshold dose (TD50) greater than 1.5 mg/kg/day, contrasting with the more potent carcinogen N-nitroso-dibutylamine (NDBA). This comprehensive analysis underscores the utility of combining in vitro assays with advanced computational modeling to assess the mutagenic potential of nitrosamines, providing a robust framework for evaluating chemical safety.