Human Serum Teratogenicity Studied by Rat Embryo Culture: Epilepsy, Anticonvulsant Drugs, and Nutrition

Summary: Epileptic women have a greater risk for spontaneous abortions and children with birth defects than do nonepileptics. In a unique approach to identifying causes of these problems, we have cultured whole rat embryos for 48 h on blood sera from epileptics. In the first part of the study, three embryos were cultured on each serum sample from 128 different epileptics being treated with either single anticonvulsants or no drug to compare the teratogenicity of these drugs. Sera from subjects receiving either phenobarbital or no drug had comparable frequencies of cultured embryo abnormalities, which were lower than those from subjects taking phenytoin, valproic acid, or carbamazepine. In the second phase of the study, attempts to identify causes for serum teratogenicity led to the finding that the abnormalities and reduced embryo growth produced by many serum samples could be completely overcome by adding vitamins and/or amino acids to the serum. Of 53 samples tested, 32 (60%) were corrected by supplementation (17 of 23 phenytoin, seven of nine phenobarbital, six of 12 carbamazepine, none of six valproic acid, and two of three no drug). Although the results of this study provided a general assessment of drug teratogenicity that agreed with other studies and emphasized the role of nutrition in fetal defects, the importance of individual differences in causes of teratogenicity was also noted. RÉSUMÉ Les femmes épileptiques ont un plus grand risque que les autres ď avoir des avortements spontanés et des enfants atteints de malformations congénitales. Dans le but ď identifie'r les causes de ces problèmes, des embryons de rats ont été cultivés pendant 48 H sur du sérum sanguin de patients épileptiques. Dans la première partie de Ľétude 3 embryons ont ete cultivés sur des échantillons de sérum de 128 patients épileptiques différents, soit traités avec un seul médicament, soit ne prenant pas de médicament. Les sérums de sujets sans traitement ou sous phénobarbital ont des fréquences comparables ď anomalies des embryons cultivés qui étaient plus faibles que celles observées chez les sujets prenant de la phenytoine, de Ľ acide valproique ou de la carbamazépine. Dans une deuxiéme phase de Ľétude une recherche pour identifier les causes de la tératogénicité du sérum amena à la constatation que les anomalies foetales et la réduction de la croissance de Ľ embryon produite par beaucoup ďéchantillons de sérum pouvaient être complètement suppri‐mees en ajoutant des vitamines et/ou des amino‐acides au sérum. Sur 53 échantillons testés, 32 (60%) ont été corrigés par cette adjonction, (17 sur 23 sous phénytoine, 7 sur 9 sous phénobarbital, 6 sur 12 sous carbamazepine, 0 sur 6 sous acide valproique, 2 sur 3 sans médicament). Quoique cette étude apporte des résultats qui sont en accord avec ď autres études qui insistent sur le rôle des facteurs nutritionnel dans les malformations foetales, Ľ importance des différences individuelles dans les causes de tératogénicité a été aussi notée. RESUMEN Las mujeres epiléplicas poseen un mayor riesgo de abortos espontáneos y de tener niños con malformaciones que las noepilépticas. Mediante un original destinado a identificar las causas de eslos problemas, hemos cultivado embriones completos de rata durante 48 horas en suero sanguíneo de enfermos epilépticos distintos, tratados con un anticonvulsive único o sin medicación para poder comparar la capacidad teratogénica de las drogas. Los sueros de sujetos que recibían fenobarbital o ninguna droga moslraron anomalías congénitas de los embriones numéricamente comparables pero menos numerosas a las que presentaron los sujetos que tomaban, ya fuera fenitoina, ácido valpróico o carbamazepina. En la segunda fase del estudio, se intentaron identificar las causas de la teratogenicidad del suero, llegando al hallazgo de que las anomalías y la reducción del crecimiento embrionario, producidos por muchas muestras de sueros, podían ser contrarrestadas completamente si se añadían vitaminas y/o aminoácidos al suero. De las 53 muestras examinadas, 32 (60%) se corrigieron con suplementos (17 de 23 con fenitoina, 7 de 9 con fenobarbital, 6 de 12 con carbamazepina, 0 de 6 con ácido valpróico y 2 de 3 sin droga). Aunque los resul‐tados de este estudio proporcionan un asentimiento general concerniente a la teratogenicidad de las drogas. que está de acuerdo con otros estudios, e intensifica el papel que la nutrición juega en los defectos fetales, insiste en constatar las diferencias individuals en la producción de esta teratogenia. ZUSAMMENFASSUNG Epileptische Frauen haben ein gröBeres Risiko, spontane Aborte und Kinder mit Mißbildungen zu bekommen als nichl epileptische. In einem ungewöhnlichen Versuch, die Ursachen dieser Probleme zu erhellen, haben wir ganze Rattenembryos 48 Stunden lang mit Blutserum von epileptischen Patienten kultiviert. Im ersten Teil dieser Studie wurden 3 Embryos mit Serumproben von jedem von 128 verschiedenen anfallskranken Patienten kultiviert. Die Patienten wurden entweder mit einem An‐tikonvulsivum oder keinem Medikament behandelt. um die Teratogenität dieser Medikamente vergleichen zu können. Die Seren von Patienten, die entweder Phenobarbital oder kein Medikament erhielten, erzeugten bei kultivierten Embryos Missbildungen in vergleichbarer Häufigkeit; sie traten sellener auf als bei Patienten, die entweder Phenytoin, Valproat oder Carbamazepin erhielten. In der 2. Phase der Untersuchung führten die Versuche, die Gründe für die Tetatogenität des Serums zu erforschen, zu dem Ergebnis, daß die MiZbildungen und das re‐duzierte Washstum der Embryonen, das durch viele Serum‐proben hervorgerufen wurde, völlig aufgehoben werden konnten, wenn Vitamine oder/und Aminosäuren dem Serum zu‐gesetzt wurden. Von 53 Proben, die untersucht wurden. konnten 32 (60%) durch derartige Supplementierung “korrigiert” werden (17 von 23 mit Phenytoin, 7 von 9 mit Phenobarbital. 6 von 12 mit Carbamazepin, keiner von 6 mit Valproinsäure und 2 von 3 Patienten ohne Medikamente). Obgleich die Ergebnisse dieser Untersuchung Befunde zur Teratogenität der Medikamente er‐brachten, die mit anderen Untersuchungen übereinstimmten, und die Bedeutung der Ernährungsfaktoren für die Entstehung fetaler Defekte betonen, muß die Wichtigkeit individueller Un‐terschiede in der Verursachung der Teratogenität ebenso betont werden.