LD50

지난 시간에 우리는 어떤 물질도 독성을 나타낼 수 있다. (물, 산소, 술, 커피, 에스트로겐, 인슐린, 탈리도마이드) 노출되는 경로에 따라 독성이 달라질 수 있다. 신약을 개발할 때 안전성을 검사하는 것이 매우 중요하다. 모든 위험을 다 대비하기는 어렵다. 동물실험결과를 사람에게 직접적용하기 어렵다. Extrapolation의 개념을 알고 있다.

Side effects therapeutic dose, non-targeted effects, sometimes beneficial minoxidil, prosca (hair-regrowth) viagra Adverse Drug Reaction therapeutic dose, targeted effects, harmful propranolol (asthma, hypotension), furosemide (orthostatic hypotension) Toxic effects overdose, any effects, harmful acetaminophen (hepatotoxicity) FOR REFERENCE

ONLY

1. Principles of toxicology -Poison (toxic substance, toxic chemical, and toxicant): Any substance injurious to humans may be classified as a poison (NaCl, ethanol, oxygen etc.) -“The dose makes the poison” -LD50: the dose of a chemical that kills 50% -acute toxicity: -subacute or subchronic: -chronic toxicity: -extrapolation

a single exposure several weeks to months of exposure several months to years of exposure

LD50 of representative chemicals

Agent LD50 (mg/kg) Ethyl alcohol Sodium chloride Ferrous sulfate Morphine sulfate Phenobarbital sodium Strychninie sulfate Nicotine d-Tubocurarine Tetrodotoxin TCDD Botulinum toxin

10,000 4,000 1,500 900 150 2 1 0.5 0.1 0.001 0.00001 FOR

REFERENCE ONLY

LD50 of Ethyl Alcohol로 extrapolation 해봅시다. 먼저, 소주 몇 병이 (반수)치사량이라고 생각되나요?

LD50 of Ethyl Alcohol 10,000 mg/kg = 10 g/kg =10 mg/g 소주 1병 20%= 20 g/100 ml =1 g/5 ml 72 g/360 ml/병

체중 에탄올 양 소주량

마우스 30 g mg ml

래트 300 g g ml

사람 70 kg g 병

체중 에탄올 양 소주량

마우스 30 g 300 mg 1.5 ml

래트 300 g 3 g 15 ml

사람 70 kg 700 g 10 병

LD50 of Ethyl Alcohol로 extrapolation 해봅시다. 소주 10병이 체중 70 kg 나가는 사람의 반수 치사량으로 extrapolation 했는데 신뢰가 가나요?

MSG (Monosodium glutamate) LD50 Rat NaCl 4 g/kg MSG 16 g/kg Human NaCl 280 g/70 kg MSG 1,120 g/70 kg

MSG (Monosodium glutamate) 동물실험결과 MSG의 LD50는 소금보다 4배 더 큽니다. 그렇다면 MSG는 소금보다 더 안전할까요?

Botulinum toxin - a protein produced by Clostridium botulinum - Botulism, sausage poison - attacks one of the fusion proteins (SNAP-25, syntaxin or synaptobrevin) at a neuromuscular junction, preventing vesicles from anchoring to the membrane to release acetylcholine. - interferes with nerve impulses and causes flaccid paralysis of muscles in botulism, as opposed to the spastic paralysis seen in tetanus. -Blepharospasm (excessive blinking), hemifacial spasm, strabismus, migraine, excessive sweating -Botox, typeA

http://en.wikipedia.org/wiki/Proteinhttp://en.wikipedia.org/wiki/Neuromuscular_junctionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Neuromuscular_junctionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Vesicle_(biology)http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_membranehttp://en.wikipedia.org/wiki/Acetylcholinehttp://en.wikipedia.org/wiki/Botulismhttp://en.wikipedia.org/wiki/Tetanus

LD50 and toxicity

Toxicity LD50 example Practically nontoxic Slightly toxic Moderately toxic Very toxic Extremely toxic Super toxic

>15 g/kg 5-15 g/kg 0.5-5 g/kg 50 500 mg/kg 5-50 mg/kg < 5 mg/kg

Food Ethanol Morphine Phenobarbital Picrotoxin TCDD

LD50 and route of expose PO slightly larger than IV general PO much larger than IV inactivation (GI, liver), less absorption PO similar to IV easy and rapid absorption

Advantage of LD50 test 1. First approximation of hazards to human 2. Information concerning mode of action 3. Rapidly completed 4. Information for experimental design Disadvantage of LD50 test 1. Depends on species, sex, age, weight 2. Chronic toxicity is more important 3. Extrapolation to human is difficult

Lethal dose (LD50)에 대해 조금 더 생각해 봅시다. 1. 어떻게 측정할까요? 2. 보통 몇 마리의 동물을 사용할까요? 3. 앞에서 말한 것 이외의 문제점은?

미국 FDA는 보톡스 판매를 위해 복강 주사 후 LD50 실험을 요구 한다. 보통 100 마리정도 사용한다. 근육마비, 시력손상, 횡경막 마비, 질식 사, 실험이 끝나 안락사 되기까지의 고통으로 미루어 잔인한 실험이다.

잠깐 쉽시다!

Perc

ent activi

ty

Lethal dose (LD50): ED50 TD50 Therapeutic index (TI): LD50/ED50 Margin of Safety (MOS): LD1/ED99

Toxicity testing General toxicity test Acute toxicity test Subacute toxicity test Chronic toxicity test Special toxicity test Local irritation test Allergic reaction test Teratogenicity test Reproduction test Carcinogenicity test Genotoxicity test Immunotoxicity test

FOR REFERENCE

ONLY

Acute toxicity test - a single exposure - up to 14 days - measure LD50, TI, MOS - 3 or more species (including nonrodent)

Subacute toxicity test - 1 or more exposure / day - 3 doses (therapeutic dose to toxic dose) - 4 to 13 weeks - 2 or more species(mouse, dog) - blood, liver, kidney function test - sacrifice, autopsy, histological exam

Dose-response experiment의 목적은? so that the best and safest dose can be found and to discover the point at which a compound is too poisonous to administer.

Toxi

city

Dose

Chronic toxicity test - 1 or more exposure / day - 3 doses (therapeutic dose to toxic dose) - 6 to 24 months - 2 or more species - blood test, function test during expose - fertility, carcinogenicity, teratogenicity…

독성시험의 주요 원칙 1 독성시험결과를 인체에 응용할 수 있는 적절한 방법이어야 한다. 물티슈 피부자극시험, 경구투여독성시험 가습기 세정제 흡입독성시험 동물 마다 독성이 다를 수 있다 TCDD Hamster 5 mg/kg female Guinea pig 0.0006 mg/kg

독성시험의 주요 원칙 2 고용량 실험으로 저용량의 위험성을 평가한다. 발암독성이 0.01% 발생한다고 가정할 때 인구 5천만명 당 5천명이 발생 실험동물 1만 마리당 1마리 발생 용인될 수 없는 독성임에도 불구하고 동물실험으로 검증할 수 없다는 문제가 발생

독성시험의 주요 원칙 3 물질이 어떠한 독성도 없다는 것을 증명하기는 어렵다.

화학물질의 안전성을 입증하기 보다, 오히려 어떤 독성이 있느냐를 특정 짓는 것이 목표

NOAEL/LOAEL From chronic toxicity test NOAEL: no-observed adverse effect level 독작용을 일으키지 않는 최대 용량 LOAEL: lowest-observed adverse effect level 독작용이 관찰되는 최소 용량 NOAEL과 LOAEL 둘 다 필요한가요?

ADI Acceptable daily intake (일일 섭취 허용량) 주로 식품첨가물 단위 mg/kg 만성노출에 대한 허용치를 결정하는 출발 ADI = NOAEL/100 scaled by safety factor (100) animal to human differences (10) differences between humans (10)

Generally acceptable risk of chemicals from 1/105 to 1/106 lethality

Accident mortality

Automobile Drowning Air travel Lightning Nuclear

1 in 5,000 1 in 30,000 1 in 100,000 1 in 2,000,000 1 in 5,000,000

Beneficial aspects Detrimental aspects

Economic growth Employment Increased quality of life Taxes generated

Decreased quality of life Health effects Loss of work Medical payments

이 물질을 섭취하면 ( )명당 한 명이 죽는답니다.

FOR REFERENCE

ONLY

Extrapolation

Human

?

http://blog.peta.org/archives/IMG_0667.JPG

The 3Rs principle Reduction: reduce the number of animals used in experiments, LD50 Refinement: reduce animals suffering, animal care facility Replacement: replacing experiments on animals with alternative techniques including cell culture, simulation

Extrapolation의 개념을 잘 이해하지 못하면… Earvin "Magic" Johnson, Jr. (born August 14, 1959) is a retired American professional basketball player who played point guard for the Los Angeles Lakers of the NBA. He won a championship and an NBA Finals Most Valuable Player Award in his rookie season, and won four more championships with the Lakers during the 1980s. Johnson retired abruptly in 1991 after announcing that he had contracted HIV, but returned to play in the 1992 All-Star Game, winning the All-Star MVP Award. After protests from his fellow players, he retired again for four years, but returned in 1996, at age 36, to play 32 games for the Lakers before retiring for the third and final time. Johnson's career achievements include three NBA MVP Awards, nine NBA Finals appearances, twelve All-Star games, and ten All-NBA First and Second Team nominations. He led the league in regular-season assists four times, and is the NBA's all-time leader in average assists per game, at 11.2.[3] Johnson was a member of the "Dream Team", the U.S. basketball team that won the Olympic gold medal in 1992. After leaving the NBA in 1992, Johnson formed the Magic Johnson All-Stars, a barnstorming team that travelled around the world playing exhibition games.[4]

http://en.wikipedia.org/wiki/Basketballhttp://en.wikipedia.org/wiki/Point_guardhttp://en.wikipedia.org/wiki/Los_Angeles_Lakershttp://en.wikipedia.org/wiki/Los_Angeles_Lakershttp://en.wikipedia.org/wiki/Bill_Russell_NBA_Finals_Most_Valuable_Player_Awardhttp://en.wikipedia.org/wiki/Bill_Russell_NBA_Finals_Most_Valuable_Player_Awardhttp://en.wikipedia.org/wiki/HIVhttp://en.wikipedia.org/wiki/1992_NBA_All-Star_Gamehttp://en.wikipedia.org/wiki/1992_NBA_All-Star_Gamehttp://en.wikipedia.org/wiki/1992_NBA_All-Star_Gamehttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_All-Star_Game_Most_Valuable_Player_Awardhttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_All-Star_Game_Most_Valuable_Player_Awardhttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_All-Star_Game_Most_Valuable_Player_Awardhttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_Most_Valuable_Player_Awardhttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_Finalshttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_Finalshttp://en.wikipedia.org/wiki/List_of_NBA_All-Starshttp://en.wikipedia.org/wiki/List_of_NBA_All-Starshttp://en.wikipedia.org/wiki/List_of_NBA_All-Starshttp://en.wikipedia.org/wiki/All-NBA_Teamhttp://en.wikipedia.org/wiki/All-NBA_Teamhttp://en.wikipedia.org/wiki/All-NBA_Teamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Assist_(basketball)http://en.wikipedia.org/wiki/1992_United_States_men%27s_Olympic_basketball_teamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Basketball_at_the_1992_Summer_Olympicshttp://en.wikipedia.org/wiki/Barnstorm_(sports)http://en.wikipedia.org/wiki/Exhibition_gamehttp://en.wikipedia.org/wiki/Exhibition_game

Extrapolation의 개념을 잘 이해하지 못하면…

Johnson was honored as one of the 50 Greatest Players in NBA History in 1996, and enshrined in the Basketball Hall of Fame in 2002.[5] He was rated the greatest NBA point guard of all time by ESPN in 2007.[6] Since his retirement, Johnson has been an advocate for HIV/AIDS prevention and safe sex,[5] as well as an entrepreneur,[7] philanthropist,[8] broadcaster and motivational speaker.[9] Named by Ebony Magazine as one of America's most influential black businessmen in 2009,[10] Johnson has numerous business interests, and was a part-owner of the Lakers for several years. Johnson also is part of a group of investors that purchased the Los Angeles Dodgers in 2012.

http://en.wikipedia.org/wiki/50_Greatest_Players_in_NBA_Historyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Basketball_Hall_of_Famehttp://en.wikipedia.org/wiki/ESPNhttp://en.wikipedia.org/wiki/AIDShttp://en.wikipedia.org/wiki/Safe_sexhttp://en.wikipedia.org/wiki/Entrepreneurhttp://en.wikipedia.org/wiki/Philanthropyhttp://en.wikipedia.org/wiki/NBA_Countdownhttp://en.wikipedia.org/wiki/Motivational_speakerhttp://en.wikipedia.org/wiki/Ebony_Magazinehttp://en.wikipedia.org/wiki/Los_Angeles_Dodgers

1990년대 초반 Magic Johnson HIV감염, Freddie Mercury 사망 등이 알려지면서 수십억 달러의 연구비를 동물실험에 사용 HIV 감염과 질병이 동물실험에서는 재현이 잘 되지 못함을 알고 막대한 연구비를 성교육, 일회용주사기, 콘돔의 무료배부에 사용했다면…

Extrapolation의 개념을 잘 이해하지 못하면…

動物의

靈魂들이여

品性은

각기

다르나

靈魂은

같으리라

아까운

生命이지만

의로운

죽음은

피하지

않음이니

人類 保健增進에

대한

그 崇高한

犧牲에

感謝하도다

하늘을 怨望하지

않고

사람을

怨望하지

않으리라

崇高한

그

靈魂을

위하여

默念하고

祝願冥福하노니

動物들의

靈魂이여

밝은

세계로

나아가길 바라노라

2

0

0

4年

4月

2 2日

정리하면 LD50의 의미와 구하는 방법을 알고 있다. LD50의 장점과 한계를 알고 있다. 일반독성시험과 특수독성시험을 구분할 수 있다. 급성독성시험, 아급성독성시험, 만성독성시험을 구분할 수 있다. 치료지수 TI의 의미를 알고 있다. 독성시험에 있어 Dose-response 실험이 중요함을 알고 있다. 독성시험은 인체에 적용할 수 있는 적절한 시험법을 사용해야 한다. 고용량실험으로 저용량의 위험성을 평가한다. 어떤 물질의 안전성을 입증하는 것보다 독성을 특정 짓는 것이 중요하다. NOAEL의 개념을 알고 있다. ADI의 개념을 알고 있다.

밥 먹고 다닙시다!

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