9 Toksyczność
Menadion promuje wątrobową biosyntezę czynników krzepnięcia krwi. Potencjał kancerogenny menadionu określono metodą polarografii DC w ściśle bezwodnym N,N-dimetyloformamidzie (DMF) w obecności kwasu alfa-liponowego. Tworzenie anionu ponadtlenkowego mierzono po inkubacji mikrosomów płuc, wątroby i nerek szczura z menadionem. Potencjał genotoksyczny menadionu badano za pomocą testu nieplanowanej syntezy DNA (UDS) oraz testu elucji alkalicznej. Parametr potencjalnej kancerogenności menadionu dla alfa wynosił 0,0025, co wskazuje na brak aktywności kancerogennej menadionu. Anion ponadtlenkowy był generowany w sposób zależny od stężenia i czasu, gdy menadion był inkubowany z mikrosomami. W komórkach ssaków (A 549) używanych do elucji alkalicznej i testów UDS, menadion był cytotoksyczny w stężeniach powyżej 20 nmol/mL. Zastosowanie frakcji S9 mix (aktywacja metaboliczna) zmniejszyło cytotoksyczność menadionu. W zakresie stężeń powyżej 20 nmol/mL menadion był genotoksyczny w teście UDS przy braku aktywacji metabolicznej. W obecności aktywacji metabolicznej indukowane przez menadion uszkodzenia DNA i ich naprawa były znacznie zredukowane. Poddawanie komórek płuc A 549 działaniu 4-nitrochinolino-N-tlenku (NQO) powodowało znaczące tworzenie się pojedynczych pęknięć nici DNA zarówno w nieobecności, jak i w obecności aktywacji metabolicznej. Poddanie komórek płuc A 549 działaniu menadionu powodowało tworzenie się jednoniciowych pęknięć DNA pod nieobecność mieszaniny S9. W obecności aktywacji metabolicznej menadion nie powodował znaczącego powstawania pęknięć nici DNA. Menadionowa naprawa DNA w komórkach A 549 była zależna od stężenia, czasu i temperatury. Pomiar nieplanowanej syntezy DNA (UDS) (naprawa) po traktowaniu NQO i menadionem dał silne odpowiedzi UDS w nieobecności mieszaniny S9. Łącznie wyniki tych badań sugerują potencjał mutagenny NQO i menadionu. Wyniki te wskazują, że menadion ulega cyklu redoks z tworzeniem reaktywnych form tlenu, które powodują uszkodzenia DNA i naprawy bez posiadania potencjału rakotwórczego .
Stres oksydacyjny został implikowany jako mechanizm dla różnych form uszkodzenia wątroby. Chociaż reaktywne formy tlenu (ROS) mogą bezpośrednio uszkadzać makromolekuły komórkowe, indukowana utleniaczem śmierć komórki może wynikać z efektów redoks na szlakach transdukcji sygnału. Aby zrozumieć mechanizmy śmierci hepatocytów w wyniku stresu oksydacyjnego, określono funkcje kinaz białkowych aktywowanych mitogenami (MAPK) podczas indukowanego oksydantami uszkodzenia hepatocytów przez menadion. Niskie, nietoksyczne i wysokie toksyczne stężenia menadionu, generatora ponadtlenku, zostały zastosowane w linii komórkowej szczurzych hepatocytów RALA255-10G. Śmierć spowodowana menadionem była blokowana przez katalazę i ebselen, wskazując, że śmierć była wtórna do generowania oksydantów, a nie arylacji. Traktowanie nietoksycznym stężeniem menadionu powodowało krótkotrwałą aktywację kinazy regulowanej sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK) i kinazy c-Jun N-końcowej (JNK). Natomiast leczenie toksycznym stężeniem menadionu powodowało przedłużoną aktywację zarówno ERK, jak i JNK. Chemiczna inhibicja funkcji ERK uwrażliwiła hepatocyty RALA na śmierć spowodowaną wcześniej nietoksycznymi stężeniami menadionu w połączeniu z trwałą aktywacją JNK. Adenowirusowa ekspresja białka dominującego-negatywnego dla c-Jun, substratu downstream dla JNK, blokowała śmierć spowodowaną menadionem. Efekt pro-apoptotyczny c-Jun nie był mediowany przez mitochondrialną ścieżkę śmierci. Podsumowując, odporność hepatocytów RALA na śmierć indukowaną oksydantem z menadionu jest zależna od ERK, podczas gdy śmierć komórek jest pośredniczona przez aktywację AP-1. Wyniki te identyfikują szlaki sygnalizacyjne, które mogą być celem terapeutycznym w zapobieganiu lub leczeniu uszkodzeń wątroby wywołanych przez oksydanty.
Katalizowana przez menadion produkcja H2O2 przez żywe komórki była proporcjonalna do liczby żyjących komórek, a oznaczenie tej produkcji H2O2 zostało zastosowane do testu cytotoksyczności 17 substancji, które zostały użyte do międzynarodowej walidacji procedury stałej dawki jako alternatywy dla klasycznego testu LD(50). Cytotoksyczność badanych substancji obserwowano po 4 h od inkubacji z komórkami zwierzęcymi, a żywotność określano w ciągu 10 min według testu produkcji H2O2 katalizowanego menadionem. IC(50) każdej z substancji wymagane do 50% zahamowania katalizowanej menadionem produkcji H2O2 było podobne dla komórek HepG2, HuH-6KK, HUVE, Vero, Intestine 407, NIH/3T3 i Neuro-2a. Dwanaście substancji, trzy substancje i dwie substancje wykazywały różnicę jednego, dwóch i trzech rzędów wielkości pomiędzy LD(50) i IC(50), odpowiednio. Wyniki te pokazują, że katalizowana menadionem analiza produkcji H2O2 jest przydatna do szybkiego wykrywania związków toksycznych mających podstawową cytotoksyczność wspólną dla różnych komórek, ale nie nadaje się do wykrywania związków toksycznych specyficznych dla danego narządu.
Podniesienie wewnątrzkomórkowego Ca2 + w różnych tkankach przez stres oksydacyjny wywołany menadionem zostało dobrze udokumentowane. Wzrost poziomu Ca2 + w płytkach krwi prowadzi do ich agregacji. Aby sprawdzić hipotezę, że indukowane menadionem podwyższenie poziomu Ca2 + może odgrywać rolę w agregacji płytek krwi, badaliśmy wpływ menadionu na agregację płytek krwi izolowanych od samic szczurów. Leczenie menadionem do PRP, które okazało się odpowiednim systemem, wydawało się indukować zależne od dawki zmiany zmętnienia płytek krwi do 60% .
.