Screening of different thermal receipt papers for their potential endocrine activity

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bisphenol A (BPA), a weak estrogenic chemical, is still widely used in industrial and consumer applications. Oral ingestion of BPA via contaminated food results in major BPA exposure for the most part, however contact to thermal receipt papers contributes to major non-dietary exposure to this important chemical. BPA is used as a color developer on a thermal receipt paper in color development process. BPA has endocrine disruptive effects; therefore, structural or functional alternatives to BPA have been replaced and manufactured. However, we have limited information on their potential adverse effects. In this study, we obtained three kinds of thermal receipt papers, i.e., BPA, BPA free, non-bisphenol thermal receipt papers, and screened for their potential endocrine effects. The extracts of three receipt papers were performed on GH3 and H295R cell lines to investigate their possible disruptive effects in thyroid or sex hormone systems. The amount of color developer on thermal receipt paper is equivalent to 1 % of total receipt paper weight. Both cell lines were exposed to the extracts with 0, 0.0015, 0.005, 0.015, 0.05, or 0.15 mg developer/g receipt paper in 0.1 % ethanol of cell medium. In GH3 cells, BPA and BPA free thermal receipt extracts reduced thyroid stimulating hormone (Tsh) gene expression level significantly. However, other thyroid hormone related genes such as Trα, Trβ, Dio1, and Dio2 did not showed any down- or up-regulations after the exposure. Those two extracts also reduced transcriptional levels in follicular stimulating hormone (Fsh), estrogen receptor α (Erα), and β (Erβ). Non-bisphenol thermal receipt paper extract did not show any alteration in both thyroid and gonad axis related genes. In H295R cell lines, all three thermal receipt paper extracts increased in production of 17β-estradiol at their highest concentrations (0.05 and 0.15 mg/g receipt paper). However, they did not lead to any changes in testosterone level and related gene transcription levels. In this study, all three investigated thermal receipt papers showed endocrine disruption potential on either thyroid or sex hormone system. The results of this study shows that BPA free and non-bisphenol thermal receipt papers may not be safer alternatives to BPA thermal receipt paper. This study showed possible toxic effects from all three extracts of thermal receipt papers. Further studies should follow to evaluate the toxicities of BPA free receipt paper in vivo to develop better substituting chemicals for color development process in receipt paper.

국문 초록 (Abstract)

Bisphenol A는 약한 에스트로겐 성질을 가진 화학물질로 알려져 있으나 여전히 많은 산업과 소비자 제품에 사용되고 있는 물질이다. 음식물 섭취를 통한 BPA 노출을 제외하면 영수증 접촉은 주요 BPA노출 원인이다. BPA는 감열지에서 색을 내는데 도움을 주는 현색제로 사용되고 있다. 하지만, BPA의 독성으로 인해 화학구조적으로 비슷하거나 기능이 비슷한 대체물질이 감열지에 사용되고 있다. 그러나 이러한 대체물질에 대한 독성정보는 BPA 독성정보에 비해 부족한 실정이다.
본 연구에서는 서로 다른 현색제가 입혀진 세 종의 감열영수증(BPA, BPA free, 무 비스페놀류 감열지 영수증)에 대한 독성을 비교하고자 하였다. GH3와 H295R 세포주에 감열영수증 추출액을 노출시켜 갑상선과 성선 호르몬에 미치는 독성영향을 비교하였다. 현색제의 양은 총 영수증 무게의 1 %에 해당한다고 기존 논문을 통해 가정하였다. GH3와 H295R 세포 모두 0, 0.0015, 0.005, 0.015, 0.05, 0.15 mg 현색제/g 감열지로 계산하여 0.1 % ethanol의 세포 미디어에 48시간 노출 시켰다. BPA와 BPA free 영수증 추출액은 GH3 세포에서 감상샘자극호르몬 (Tsh) 유전자 발현을 저해하였다. 하지만, 다른 유전자인 Trα, Trβ, Dio1, Dio2 에서는 발현량의 차이가 보이지 않았다. GH3 세포에서 성호르몬과 관련해서는 소낭자극호르몬(Fsh), 에스트로젠 수용체 α 와 β (Erα와 Erβ) 유전자 발현 또한 BPA, BPA free 감열지 추출액 노출 후 감소하였다. 무 비스페놀류 감열지 영수증에 노출된 세포는 유전자적 수준의 변화가 관찰되지 않았다. H295R 세포주에서는 BPA, BPA free, 무 비스페놀 영수증 추출액에 노출된 세포에서 에스트로겐 호르몬 양이 고농도군 (BPA 와 BPA free영수증: 0.05 mg/g; 무비스페놀: 0.15 mg/g)에서 유의하게 증가하였지만 테스토스테론 호르몬 양은 변화가 없었다.
본 연구에서는 세 종의 다른 현색제가 입혀진 감열영수증의 내분비계 교란영향을 확인 할 수 있었다. 하지만 본 연구의 한정적인 정보로 비스페놀류가 아닌 현색제가 사용된 영수증이 비스페놀류 현색제 감열영수증보다 안전하다고 판단하기는 어렵다. 그럼에도 불구하고, 본 연구는 비스페놀류 현색제가 입혀진 감열영수증의 독성을 확인 할 수 있는 연구이다. 추후 동물 모델을 이용하여 영수증 독성 확인이 필요 될 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 6
• 2.1. Chemicals 6
• 2.2. Thermal receipt papers 6
• 2.3. GH3 cell culture and exposure 6
• 2.4. H295R cell culture and exposure 7
• 2.5. Measurement of sex hormones 8
• 2.6. Measurement of transcriptional changes 8
• 2.9. Statistical analysis 9
• 3.1. Cytotoxicity test result from GH3 and H295R cells 11
• 3.2. Gene transcriptional changes in GH3 cells 14
• 3.3. Hormone synthesis and related gene transcription in H295R cell 18
• 4. Discussion 22
• 5. Conclusion 26
• Abstract in Korea 33