DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2024.1345992
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38515841
تاريخ النشر: 2024-03-07
المؤلف: Johanna Ebmeyer وآخرون
الموضوع الرئيسي: اختبار الحيوانات والبدائل
نظرة عامة
في هذا القسم، يقدم المؤلفون تقييمًا للمخاطر من الجيل التالي (NGRA) لمكون العطر بنزيل ساليسيلات (BSal)، موضحين نهجًا غير حيواني لتقييم السمية الجهازية. استخدم التقييم منهجيات جديدة (NAMs) مثل اختبارات امتصاص الجلد، واستقلاب الكبد، ونمذجة الديناميكا الدوائية القائمة على الفسيولوجيا (PBPK). تم تقييم التأثيرات الديناميكية السمية من خلال اختبارات متنوعة، بما في ذلك ملف تعريف الصيدلة واختبارات السمية الخلوية. حدد كل من NGRA والتقييم التقليدي للمخاطر حمض الساليسيليك (SA) كعامل السمية الرئيسي (“toxdriver”). أشار نموذج PBPK الحتمي إلى أن التركيز الأقصى ($C_{max}$) لـ BSal كان أقل بكثير من ذلك لـ SA، مما أدى إلى مزيد من اختبارات الديناميكا السمية لـ SA.
تشير النتائج إلى أن BSal يتم استقلابه في الجلد إلى SA ومواد استقلابية أخرى، مع كون SA الأكثر صلة بتقييم السلامة بسبب تركيزاته النظامية الأعلى. خلصت كلتا طريقتي التقييم إلى أن تطبيق يومي بنسبة 0.5% من BSal في كريم وجه تجميلي آمن للاستخدام البشري. ومع ذلك، يؤكد البحث على الحاجة إلى إرشادات أوضح لاشتقاق نقاط الانطلاق (PoDs) من بيانات السمية الجينية، حيث يمكن أن تؤدي الاختلافات في معالجة البيانات إلى نقاط انطلاق مختلفة وتؤثر على حسابات هامش التعرض الداخلي (MoIE). بشكل عام، تدعم هذه الدراسة حالة دمج NAMs في نهج NGRA المتدرج لتقييم سلامة مكونات مستحضرات التجميل.
مقدمة
تستعرض المقدمة تطور تقييمات السلامة لمكونات مستحضرات التجميل بعد التوجيه الأوروبي 76/768/EEC، الذي يحظر اختبار الحيوانات. استجابةً لذلك، طورت صناعة مستحضرات التجميل تقييمات مخاطر من الجيل التالي (NGRAs) تعتمد فقط على منهجيات غير حيوانية، بما في ذلك بيانات in vitro وin silico وin chemico، لضمان سلامة المستهلك. بدأ برنامج استراتيجية العلوم طويلة المدى لمستحضرات التجميل في أوروبا (LRSS) دراسات حالة للتحقق من تطبيق هذه المنهجيات، موضحًا فعاليتها من خلال أمثلة تتعلق بالكافيين، والبارابين، والفينوكسي إيثانول.
تركز الدراسة الحالية على بنزيل ساليسيلات (BSal)، وهو عطر طبيعي ومثبت ضوء يستخدم في مستحضرات التجميل، لتقييم جدوى سير العمل القائم فقط على NAM لتقييم السلامة النظامية دون الاعتماد على بيانات in vivo التقليدية. تهدف الدراسة إلى وضع قرارات السلامة بناءً على بيانات النشاط الحيوي ونمذجة الديناميكا الدوائية القائمة على الفسيولوجيا (PBPK)، والتي تتنبأ بمستويات التعرض الداخلي ذات الصلة باستخدام المستهلك. من خلال مقارنة نتائج هذا التقييم القائم على NAM مع الطرق التقليدية، تسعى الأبحاث إلى تعزيز مبدأ “الحماية وليس التنبؤ”، مما يبرز هدف ضمان مستويات التعرض الآمنة بدلاً من مجرد التنبؤ بالتأثيرات الضارة.
طرق
تم إجراء تقييم سلامة BSal باستخدام نهج متدرج كما هو موضح من قبل Berggren وآخرون (2017) وDesprez وآخرون (2018). شملت المنهجية تقنيات كل من in silico وin vitro، مع بروتوكولات مفصلة متاحة في المواد التكميلية S2. يتم تلخيص الخصائص الفيزيائية الكيميائية الرئيسية التي تؤثر على التوافر الحيوي لـ BSal ومواد استقلابه في الجدول التكميلية S1.
في المستوى الأول (Tier 0)، ركزت الدراسة على سيناريو يتضمن تطبيق موضعي مرتين يوميًا لكريم وجه يحتوي على 0.5% BSal، مما أسفر عن تعرض يومي نسبي محسوب قدره 25.6 ملغ/كغ من وزن الجسم/يوم لشخص بالغ يزن 60 كغ. يترجم هذا التعرض إلى 128 ميكروغرام/كغ من وزن الجسم/يوم، متجاوزًا عتبات القلق السمي (TTC) للمواد الكيميائية غير الجينية، والتي تم تحديدها عند 46 و2.3 ميكروغرام/كغ من وزن الجسم/يوم لفئات Cramer I وIII، على التوالي. على الرغم من تحديد أن BSal غير جيني بناءً على اختبارات in vitro المختلفة وتنبؤات in silico، إلا أن التعرض المحسوب لا يزال يتجاوز TTC للسمية النظامية للمواد غير الجينية من فئة Cramer III. وبالتالي، خلصت الدراسة إلى أنه لا يمكن تطبيق TTC، مما يتطلب مزيدًا من التحقيقات في سلامة BSal.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الأبحاث التوافر الحيوي النظامي، والاستقلاب، والإزالة لـ BSal ومواد استقلابه بعد التطبيق الموضعي. باستخدام جلد خنزير طازج، وُجد أنه بعد 24 ساعة من تطبيق تركيبة تحتوي على 0.5% BSal، بقيت الغالبية العظمى من المركب دون تغيير على سطح الجلد، مع اختراق 2.2% فقط للجلد كالمركب الأصلي. من الجدير بالذكر أن حمض الساليسيليك (SA) والكحول البنزيلي (BAlc) كانا هما المادتان الاستقلابيتان الوحيدتان اللتان تم اكتشافهما في السائل المستقبِل، مما يشير إلى استقلاب كبير من المرحلة الأولى لـ BSal في الجلد. كان إجمالي اختراق الجلد لـ BSal وSA هو 9.1% من الجرعة المطبقة، متماشيًا مع إرشادات منظمة التعاون والتنمية الاقتصادية (OECD). أشارت التنبؤات في silico إلى مسارات استقلابية متعددة لـ BSal، تتضمن بشكل أساسي التحلل المائي إلى SA وBAlc، مع مزيد من الاستقلاب يؤدي إلى حمض الهيبوريك.
أظهر استقلاب BSal في خلايا الكبد البشرية الأولية في vitro تصفية سريعة، حيث تبقى 10% فقط من التركيز الأولي بعد 30 دقيقة. برز SA كونه مادة استقلابية مستقرة، بينما تم استقلاب BAlc وحمض البنزويك (BA) بسرعة. قدّر نموذج الديناميكا الدوائية تركيزات البلازما بعد التطبيق، كاشفًا أن SA كانت المادة الاستقلابية الأكثر صلة بالتعرض النظامي، مما دفع إلى مزيد من الاختبارات السمية. أشارت اختبارات in vitro إلى أنه بينما يمكن أن يتفاعل BSal مع النظام الغدد الصماء، فإن SA كانت غير جينية وليست مثبطة للغدد الصماء. أظهرت اختبارات الديناميكا السمية أن SA نشطت مسارات التهابية لكنها لم تظهر سمية خلوية كبيرة أو تأثيرات ضارة على التعبير الجيني في خلايا HepG2 وMCF-7، مما أدى إلى الاستنتاج بأن SA يجب أن تكون أولوية لمزيد من تقييمات السلامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2024.1345992
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38515841
Publication Date: 2024-03-07
Author(s): Johanna Ebmeyer et al.
Primary Topic: Animal testing and alternatives
Overview
In this section, the authors present an ab initio next-generation risk assessment (NGRA) for the fragrance ingredient benzyl salicylate (BSal), illustrating a non-animal approach to evaluate systemic toxicity. The assessment utilized new approach methodologies (NAMs) such as skin absorption assays, hepatocyte metabolism, and physiologically based pharmacokinetic (PBPK) modeling. Toxicodynamic effects were evaluated through various assays, including pharmacology profiling and cytotoxicity tests. Both the NGRA and traditional risk assessment identified salicylic acid (SA) as the primary toxicological driver (“toxdriver”). The deterministic PBPK model indicated that the maximum concentration ($C_{max}$) of BSal was significantly lower than that of SA, leading to further toxicodynamics testing of SA.
The findings suggest that BSal is metabolized in the skin to SA and other metabolites, with SA being the most relevant for safety assessment due to its higher systemic concentrations. Both assessment approaches concluded that a daily application of 0.5% BSal in a cosmetic leave-on face cream is safe for human use. However, the study emphasizes the need for clearer guidelines on deriving points of departure (PoDs) from toxicogenomics data, as variations in data processing can lead to differing PoDs and affect margin of internal exposure (MoIE) calculations. Overall, this case study supports the integration of NAMs in tiered NGRA approaches for cosmetic ingredient safety evaluations.
Introduction
The introduction outlines the evolution of safety assessments for cosmetic ingredients following the European Directive 76/768/EEC, which prohibits animal testing. In response, the cosmetics industry has developed next-generation risk assessments (NGRAs) that rely solely on non-animal methodologies, including in vitro, in silico, and in chemico data, to ensure consumer safety. The Cosmetics Europe Long Range Science Strategy (LRSS) program has initiated case studies to validate the application of these methodologies, demonstrating their effectiveness through examples involving caffeine, parabens, and phenoxyethanol.
The current study focuses on benzyl salicylate (BSal), a natural fragrance and light stabilizer used in cosmetics, to evaluate the feasibility of an NAM-only workflow for assessing systemic safety without relying on traditional in vivo data. The study aims to establish safety decisions based on bioactivity data and physiologically based pharmacokinetic (PBPK) modeling, which predicts internal exposure levels relevant to consumer use. By comparing the outcomes of this NAM-based assessment with traditional methods, the research seeks to reinforce the principle of “Protection not Prediction,” emphasizing the goal of ensuring safe exposure levels rather than merely predicting adverse effects.
Methods
The safety assessment of BSal was conducted using a tiered approach as outlined by Berggren et al. (2017) and Desprez et al. (2018). The methodology included both in silico and in vitro techniques, with detailed protocols available in Supplementary Material S2. Key physicochemical properties influencing the bioavailability of BSal and its metabolites are summarized in Supplementary Table S1.
In the initial tier (Tier 0), the study focused on a scenario involving a twice-daily topical application of a face cream containing 0.5% BSal, resulting in a calculated relative daily exposure of 25.6 mg/kg body weight/day for a 60 kg adult. This exposure translates to 128 μg/kg body weight/day, exceeding the Thresholds of Toxicological Concern (TTC) for non-genotoxic chemicals, which are set at 46 and 2.3 μg/kg body weight/day for Cramer Classes I and III, respectively. Although BSal was determined to be non-genotoxic based on various in vitro assays and in silico predictions, the calculated exposure still surpassed the TTC for systemic toxicity for non-genotoxic Cramer Class III compounds. Consequently, the study concluded that the TTC could not be applied, necessitating further investigations into the safety of BSal.
Discussion
In this section, the research discusses the systemic bioavailability, metabolism, and elimination of BSal and its metabolites following topical application. Using fresh pig skin, it was found that after 24 hours of applying a formulation containing 0.5% BSal, the majority of the compound remained unchanged on the skin surface, with only 2.2% penetrating the dermis as the parent compound. Notably, salicylic acid (SA) and benzyl alcohol (BAlc) were the only metabolites detected in the receptor fluid, indicating significant first-pass metabolism of BSal in the skin. The total dermal penetration of BSal and SA was 9.1% of the applied dose, aligning with OECD guidelines. In silico predictions indicated multiple metabolic pathways for BSal, primarily hydrolysis to SA and BAlc, with further metabolism leading to hippuric acid.
The in vitro metabolism of BSal in primary human hepatocytes demonstrated rapid clearance, with only 10% of the initial concentration remaining after 30 minutes. SA emerged as a stable metabolite, while BAlc and benzoic acid (BA) were quickly metabolized. The pharmacokinetic modeling estimated plasma concentrations post-application, revealing that SA was the most relevant metabolite for systemic exposure, prompting further toxicological testing. In vitro assays indicated that while BSal could interact with the endocrine system, SA was non-genotoxic and not an endocrine disruptor. Toxicodynamic testing showed that SA activated inflammatory pathways but did not exhibit significant cytotoxicity or adverse effects on gene expression in HepG2 and MCF-7 cells, leading to the conclusion that SA should be prioritized for further safety assessments.