Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Perfluoroktansulfonsyra (PFOS) är en kemikalie som har använts flitigt i produkter såsom matförpackningsmaterial, textilier, läder och brandskum. Trots att användningen av PFOS nu är förbjuden i många länder, EU inkluderat, finns det fortfarande kvar i miljön, djur och människor på grund av dess persistenta och bioackumulerande egenskaper. Flertalet studier på försöksdjur har visat att PFOS verkar hormonstörande och har toxiska effekter på reproduktion, samtidigt som kohortstudier på människor visar motsägande resultat. Syftet med den här studien var att undersöka PFOS effekt på tidig embryonal utveckling hos nöt in vitro som en möjlig modell för embryoutveckling hos människa.

Oocyter fick mogna, bli befruktade och utvecklas vidare i en in vitro modell för produktion av nötembryon. Oocyterna (n=847) togs från färska äggstockar som transporterats till labbet från ett slakteri. Tre oocytgrupper följdes under totalt 13 försöksomgångar, varav två var behandlingsgrupper som exponerades för antingen 20 nM PFOS (P20) eller 200 nM PFOS (P200) under mognadsfasen in vitro och en var kontrollgrupp (C) utan tillsats av PFOS under mognadsfasen. Koncentrationerna i detta experiment baserades på de PFOS-nivåer som uppmätts i follikelvätska hos kvinnor i en tidigare studie.

Andelen oocyter som hade delat sig 44 timmar efter fertilisering, blastocystutveckling och morfologi på dag 7 och 8 efter fertilisering var parametrar som användes för bedömning av oocyt- och embryoutveckling. Kärn- och lipidfärger användes för att färga blastocysterna på dag 8 efter fixering i paraformaldehyd. Ett konfokalmikroskop användes för analys av de färgade blastocysterna. Blastocysterna bedömdes därefter avseende antal kärnor, total lipidvolym, lipidvolym hos varje enskild blastocyst samt lipiddroppsstorlek.

Av totalt 847 oocyter utvecklades 162 stycken till blastocyster. Andelen oocyter som delat sig en gång och fler än en gång var signifikant lägre i P200-gruppen jämfört med kontrollgruppen, trots att ingen signifikant skillnad kunde ses på andelen utvecklade blastocyster dag 7 eller 8 mellan kontrollgruppen eller någon av behandlingsgrupperna. Blastocysternas utvecklingstadie var också signifikant lägre i P200-gruppen jämfört med C-gruppen. PFOS visade sig också ha en effekt på lipiddroppstorleken i de lägre utvecklingsstadierna av blastocyster i P200-gruppen.

Sammantaget visar resultaten från detta experiment indikationer på att kliniskt relevanta koncentrationer av PFOS har en toxisk effekt på tidig embryoutveckling hos nöt genom att försämra utvecklingsprocessen. PFOS verkar också i viss mån påverka storleken på lipiddroppar i blastocysterna. Ytterligare studier behövs dock för att kunna klargöra PFOS effekter på tidig embryoutveckling samt dess bakomliggande mekanismer.

Perfluorooctance sulfonic acid (PFOS) is a chemical that has been widely used in products like food packaging, textile, grease proofing treatments and fire fighting foams. Although its usage is now banned in many countries, including the EU, it is still present in nature, animals and humans due to its persistent and bioaccumulating properties. Several studies on laboratory animals have shown PFOS to be endocrine disruptive and have toxic effects on reproduction, while human cohorts show contradictory results. The aim of this study was to examine the effect of PFOS on bovine early embryo development in vitro as a possible model for human early embryo development.

Oocytes were matured, fertilized and cultured in a bovine in vitro embryo production (IVP) model. The oocytes (n=847) were collected from fresh ovaries, transported to the laboratory from a slaughterhouse. Three groups of oocytes were followed throughout the trial, two treatment groups exposed to either 20 nM PFOS (P20) or 200 nM PFOS (P200) during in vitro maturation and one control group (C) without the addition of PFOS during maturation. The used concentrations in this experiment were based on the PFOS levels found in human follicular fluid in a previous study.

Several parameters were used to assess the development of the oocytes and embryos including cleavage rate 44 hours post fertilization and day 7 and 8 blastocyst development and morphology. Nuclear and lipid stains were used to stain the day 8 blastocysts after fixation in paraformaldehyde. A confocal laser scanning microscopy was used for analysis of the stained blastocysts. Evaluations of the number of nuclei, total lipid volume, lipid volume of each blastocyst and lipid droplet size were made.

From 13 batches with a total of 847 oocytes, 162 blastocysts were developed. Cleavage rate and cleavage rate above the 2-cell stage were found to be significantly lower in the P200 group compared to the control group, although no significant difference could be seen on blastocyst development on day 7 and 8 between the same groups or between the control group and the P20 group. The blastocyst developmental stage was significantly lower in the P200 group compared to the C group. In addition, in the P200 group PFOS had an effect on lipid droplet size in the lower blastocyst stage.

Altogether the results from this experiment indicates that clinically relevant concentrations of PFOS shows toxic effects on bovine early embryo development by impairing the developmental process. PFOS also seems to impact the size of lipid droplets. More studies are needed to elucidate the mechanisms and effects of PFOS on the early embryo development.