Effects of cytostatic compounds on zebrafish embryos

Abstract

Cytostatic drugs are a group of chemotherapeutic substances with different mechanisms of action and with a significant increase of usage. These drugs, mainly used in cancer treatment are, after their administration, excreted via the urine and/or feces of the patients being treated, and further released into the environment through hospital wastewater and/or domestic sewage. Due to the inefficiency of wastewater treatment plants, these compounds reach the environment affecting non-target animals, such as fish. Zebrafish is a biological model widely used in the study the development of vertebrates, the modeling of human diseases, such as cancer, and the evaluation of the effect of environmental contaminants. Its use in many fields of research has been increasing, given the advantages it presents in comparison to other traditional models such as mice (e.g. ease of handling, laboratory maintenance and genetic similarity with humans). This dissertation is divided into three chapters which includes a general introduction, a review article and the experimental work, and the principal aim of this work was to evaluate the physiological and biochemical as well as behavioral responses provoked by two cytostatic compounds, methotrexate and 5-fluorouracil, individually and in combination, in zebrafish, after short exposures (120h) to a range of concentrations, including environmentally relevant concentrations. Effects of both cytostatic compounds were detected in the evaluated parameters. With methotrexate these differences were detected predominantly at the highest concentration (1000 µg.L-1), while with 5-fluorouracil and the mixture there were differences in all tested concentrations. Both drugs have been shown to cause stress in the organisms and in general have caused changes in the heart level and tail of the zebrafish. This work will shed some light for the understanding of the consequences of the release of these compounds into the environment, to identify more sensitive biological responses and potential mechanisms of toxicity.

Os compostos citostáticos são um grupo de substâncias quimioterapêuticas com diferentes mecanismos de ação cuja utilização tem tido um aumento significativo. Estes compostos, usados principalmente no tratamento do cancro são, após a sua administração, excretados via urina e/ou fezes dos pacientes em tratamento e posteriormente libertados para o ambiente através de efluentes hospitalares e/ou esgotos domésticos. Devido à ineficiência das estações de tratamento de águas residuais, estes compostos chegam ao ambiente afetando animais não alvo como, por exemplo, os peixes. O peixe zebra é um modelo biológico muito utilizado no estudo do desenvolvimento de vertebrados, modelação de doenças humanas como o cancro e avaliação do efeito de contaminantes ambientais. A sua utilização em muitos campos de investigação tem vindo a aumentar, dadas as vantagens que apresenta comparativamente a outros modelos tradicionais como por exemplo os ratinhos (e.g. facilidade de manipulação, manutenção laboratorial, similaridade genética com humanos). Esta dissertação está dividida em três capítulos onde inclui uma introdução geral, um artigo de revisão e o trabalho experimental, e teve como principal objetivo avaliar as respostas fisiológicas, bioquímicas e comportamentais provocadas por dois compostos citostáticos, metotrexato e 5-fluorouracilo, individualmente e em combinação, no peixe zebra, após exposições de curta duração (120h) a uma gama de concentrações, incluindo concentrações ambientalmente relevantes. Foram detetados efeitos de ambos os compostos citostáticos nos parâmetros avaliados. Com o metotrexato estas diferenças foram detetadas predominantemente na concentração mais elevada (1000 µg.L-1), enquanto com o 5-fluorouracil e com a mistura há diferenças em todas as concentrações testadas. Ambos os fármacos mostraram provocar stress nos organismos e de um modo geral provocaram alterações ao nível cardíaco e na cauda do peixe zebra. Este trabalho irá contribuir para a compreensão das consequências da libertação destes compostos para o ambiente, identificar respostas biológicas mais sensíveis e potenciais mecanismos de ação tóxica.