Development of computational tools for the estimation of impacts on human health from exposure to environmental contaminants

Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για την αξιολόγηση της έκθεσης του ανθρώπου μέσω πολλαπλών περιβαλλοντικών μέσων καθώς και η συσχέτιση της με επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Η ακολουθούμενη προσέγγιση λαμβάνει υπόψη την έκθεση του ανθρώπου σε περιβαλλοντικούς ρύπους από την προγεννητική κιόλας περίοδο μέσω της οποίας τονίζεται η σημασία και η ανάγκη ενός ολοκληρωμένου μεθοδολογικού πλαισίου εκτίμησης της έκθεσης. Επιπλέον, εφαρμόστηκαν προηγμένες στατιστικές προσεγγίσεις μέσω της ευρείας κλίμακας συσχετίσεων περιβάλλοντος-υγείας (environment-wide association studies - EWAS) με στόχο τη συστηματική και ολοκληρωμένη συσχέτιση των περιβαλλοντικών παραμέτρων και πιθανών επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο απορρόφησης δέρματος που περιγράφει λεπτομερώς το ανθρώπινο δέρμα και ενσωματώθηκε σε ένα γενικευμένο βιοκιντικό μοντέλο βασισμένο στην ανθρώπινη φυσιολογία. Το γενικευμένο βιοκιντικό μοντέλο επιτρέπει την εκτίμηση της εσωτερικής δόσης, δηλαδή της συγκέντρωσης των χημικών ουσιών και των μεταβολιτών τους στους ανθρώπινους ιστούς και στα ανθρώπινα βιολογικά υγρά κάτω από διαφορετικά σενάρια έκθεσης, επιτρέποντας την αφομοίωση δεδομένων βιο-παρακολούθησης. Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα πλαίσιο μοντέλου αναδόμησης της έκθεσης χρησιμοποιώντας Μαρκοβιανές Αλυσίδες τεχνικής Μόντε Κάρλο αλλά και διαφορικής εξέλιξης. Το αναπτυχθέν γενικευμένο μοντέλο δοκιμάστηκε σε μία σειρά χημικών ουσιών όπως triclosan, bisfenol-A, BDE-47 κλπ. Ειδικότερα, μελετήθηκε η έκθεση σε δισφαινόλη-Α από πολλαπλές οδούς έκθεσης (μέσω στοματικής, αναπνευστικής και δερματικής οδούς) διερευνώντας τα επίπεδα βιο-διαθεσιμότητας στο Ευρωπαϊκό πληθυσμό. Επιπλέον, κατά την εφαρμογή των EWAS πραγματοποιήθηκε συσχέτιση περιβαλλοντικών, κοινωνικό-οικονομικών δεδομένων, δεδομένων έκθεσης και διατροφής αλλά και μεταβολικών οδών. Η προσέγγισης αυτή χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των δεδομένων από τις μελέτες PEPRO_PL και WAMAN. Από τη μελέτη των δεδομένων WAMAN διαπιστώθηκε ότι η έκθεση των παιδιών σε βαρέα μέταλλα και η απόσταση διαμονής τους από χώρους διαχείρισης αποβλήτων μπορεί να σχετίζεται με την ανάπτυξη νευρολογικών διαταραχών στο υπό μελέτη πληθυσμό. Ωστόσο οι επιδράσεις αυτές μεταβάλλονται σημαντικά λαμβάνοντας υπόψη κοινωνικό-οικονομικούς παραμέτρους καθώς και διατροφικές πληροφορίες. Στην περίπτωση της μελέτης του δείγματος της Πολωνίας, παρατηρήθηκαν παράγοντες οι οποίοι κατά την περίοδο της κύησης μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική επίδραση στη νευρική ανάπτυξη του παιδιού. Επιπλέον, η παρατήρηση των διαταραγμένων μεταβολικών μονοπατιών επέτρεψε την χρήση τους ως πρόσθετη πληροφορίας στην ανάλυση EWAS, επιτρέποντας εν συνεχεία την σύνδεση τους με την ανάπτυξη νευρολογικών διαταραχών. Συμπερασματικά, το ακολουθούμενο ολοκληρωμένο πλαίσιο υπολογισμού της έκθεσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση των επίπεδων έκθεσης σε περιβαλλοντικούς ρύπους εφαρμόζοντας σενάρια σε πραγματικό χρόνο, όπως αυτά που εξετάστηκαν στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Ως εκ τούτου, θα μπορούσε να αποτελέσει τις βάσεις ενός εργαλείου λήψης αποφάσεων, δεδομένου ότι παρέχει τη λειτουργική σύνδεση μεταξύ έκθεσης στο περιβάλλον, δεδομένων βιο-παρακολούθησης και αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Τέλος, μέσα από το ακολουθούμενο πλαίσιο μελέτης αναδεικνύεται ότι η προσέγγιση EWAS μπορεί να αποτελέσει τη βάση μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για την ανάδειξη περιβαλλοντικών μηχανισμών που σχετίζονται με φαινοτύπους ασθενειών.