{"id":16377,"date":"2026-07-27T16:46:45","date_gmt":"2026-07-27T14:46:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/thijs-moerenhout\/"},"modified":"2026-07-27T16:46:55","modified_gmt":"2026-07-27T14:46:55","slug":"thijs-moerenhout","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/thijs-moerenhout\/","title":{"rendered":"Thijs Moerenhout"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":16378,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-16377","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Next Generation Risk Assessment of Organophosphate Pesticides","samenvatting":"In dit proefschrift werden diervrije methoden voor de volgende generatie risicobeoordeling van organofosfaatpesticiden ge\u00ebvalueerd. Deze benaderingen zijn gebaseerd op in silico en in vitro methoden en werden ge\u00ebvalueerd voor het voorspellen van de veiligheid van menselijke blootstellingen, evenals startpunten (points of departure) voor de remming van acetylcholinesterase (AChE) door organofosfaatpesticiden. Dit werd bereikt door de ontwikkeling van een generiek fysiologisch gebaseerd kinetisch (PBK) model voor organofosfaatpesticiden, in vitro kwantificering van AChE-remming door verschillende organofosfaatpesticiden, blootstellingsveiligheidsevaluatie met behulp van de dietary comparator ratio (DCR) methode, en voorspelling van het startpunt voor gevarenkarakterisering met behulp van kwantitatieve in vitro naar in vivo extrapolatie (QIVIVE) van in vitro AChE-remming naar de in vivo situatie.\n\nHoofdstuk 1 introduceert essenti\u00eble informatie over organofosfaatpesticiden met betrekking tot hun gebruik, chemie, kinetiek en effecten. Ook wordt uitgelegd hoe traditionele risicobeoordeling wordt uitgevoerd en hoe diervrije in vitro en in silico methoden kunnen worden gebruikt om risicobeoordeling uit te voeren zonder dierproeven. Ten slotte wordt het doel van het proefschrift gepresenteerd.\n\nIn hoofdstuk 2 werd een PBK-model ontwikkeld om bloedconcentraties van acht organofosfaatpesticiden en hun metabolieten in ratten en mensen te voorspellen. Het ontwikkelde PBK-model voorspelt hoe organofosfaten worden geabsorbeerd, gedistribueerd, gemetaboliseerd en uitgescheiden in\/uit het lichaam, gebaseerd op in vitro of in silico afgeleide parameters. Het PBK-model werd gevalideerd met behulp van uit de literatuur verkregen bloedconcentratie-tijdgegevens van in vivo blootstellingsstudies. Bij het valideren van het model konden bloedconcentraties van de meeste organofosfaatpesticiden worden voorspeld binnen een factor 5 verschil van in vivo waarden. De pesticiden die minder goed werden voorspeld, bleken allemaal te behoren tot de subklasse van dimethyl-organofosfaatpesticiden.\n\nHet ontwikkelde PBK-model werd in hoofdstuk 3 gebruikt om te onderzoeken of de DCR-methode betrouwbaar kan worden gebruikt voor de veiligheidsevaluatie van organofosfaatpesticiden. Zes organofosfaatpesticiden werden gebruikt om de DCR-methode te evalueren. De DCR-methode voorspelde correct dat 70 van de 74 blootstellingen veilig waren wanneer deze inderdaad werden gerapporteerd als zijnde zonder nadelige effecten. Vier blootstellingsscenario's werden voorspeld als gevaarlijk, terwijl deze in de literatuur als veilig werden gerapporteerd. De vier fout-positieven waren allemaal voor dimethyl-organofosfaten. Er werd geconcludeerd dat de DCR-methode in de toekomst kan worden gebruikt voor de veiligheidsevaluatie van blootstellingen aan organofosfaatpesticiden, aangezien werd aangetoond dat deze nauwkeurig het optreden van nadelige effecten na blootstelling aan deze pesticiden voorspelt.\n\nIn hoofdstuk 4 werd onderzocht of de overvoorspelling van de dimethyl-organofosfaten fenitro-oxon, methyl-paraoxon en omethoaat te wijten zou kunnen zijn aan een metabole route die niet in het PBK-model was opgenomen. In vitro metabolismestudies toonden aan dat methyl-paraoxon en omethoaat werden gemetaboliseerd via een glutathione-gemedieerde route. Bovendien bleken ratten methyl-paraoxon vier keer sneller te metaboliseren dan mensen via deze route. Wanneer de glutathione-gemedieerde metabole route werd opgenomen in het PBK-model, verbeterden de bloedvoorspellingen voor methyl-paraoxon en fenitro-oxon van een meer dan 10-voudig verschil (wanneer glutathione-gemedieerd metabolisme niet was inbegrepen) naar minder dan 5- en vaak zelfs 2-voudige verschillen vergeleken met in vivo rattengegevens. Voor omethoaat werden geen significante veranderingen in voorspelde bloedconcentraties waargenomen. Voor mensen waren de voorspelde maximale concentraties voor blootstelling aan methyl-parathion en fenitrothion meer dan 12 keer lager wanneer glutathione-gemedieerd metabolisme in het model werd opgenomen.\n\nDe kwantitatieve in vitro naar in vivo extrapolatiebenadering werd gebruikt voor de bepaling van het startpunt van AChE-remming door organofosfaatpesticiden in hoofdstuk 5. Voor acht organofosfaatpesticiden en hun actieve metabolieten werden concentratie-responscurves afgeleid van in vitro AChE-remmingsassays met bloed of puur enzym. Voor elk pesticide werden zowel de volbloed- als de enzym-concentratie-responscurves vertaald naar dosis-responscurves met behulp van het aangepaste PBK-model ontwikkeld in hoofdstuk 4. Benchmark-dosismodellering werd gebruikt op de dosis-responscurves om startpunten te voorspellen, die vervolgens werden vergeleken met in vivo bepaalde startpunten gerapporteerd in de literatuur. Alle voorspelde startpunten, voor zowel ratten als mensen, lagen binnen een factor 4 van de in vivo bepaalde startpunten voor laagst-waargenomen-nadelig-effectniveaus (LOAELs) en waren hoger dan de gerapporteerde geen-waargenomen-nadelig-effectniveaus (NOAELs). Voor sommige organofosfaatpesticiden was het niet mogelijk een startpunt te bepalen op basis van volbloedgegevens, mogelijk als gevolg van niet-AChE-esterases die aanwezig zijn in volbloed. Er werd aangetoond dat op QIVIVE gebaseerde bepaling van het startpunt kan worden gebruikt voor diervrije gevarenkarakterisering van organofosfaatpesticiden wanneer puur enzym wordt gebruikt voor AChE-remmingsassays.\n\nIn hoofdstuk 6 worden de resultaten van elk experimenteel hoofdstuk samengevat. Overwegingen met betrekking tot chronische en mengselblootstellingen worden besproken en de associatie van organofosfaatpesticiden met neurodegeneratieve ziekten wordt kort aangestipt. Voor PBK-modellering worden enkele mogelijkheden in detail besproken, waarbij de focus ligt op voedseleffecten op orale absorptie, lymfetransport, het vereiste fysiologische detail dat nodig is in een PBK-model, groei- en populatiemodellering en beperkingen van en oplossingen voor in vitro en in silico afleiding van kinetische parameters. Ten slotte werden modelvalidatie en de adoptie van diervrije risicobeoordeling besproken.\n\nDe bevindingen in dit proefschrift laten zien hoe verschillende in vitro en in silico benaderingen kunnen worden gebruikt voor de volgende generatie veiligheidsbeoordeling van organofosfaatpesticiden. Het gebruik van deze benaderingen voor zowel ratten als mensen leverde ook waardevolle inzichten op in soortverschillen. Al deze bevindingen ondersteunen de gedachte dat dieren die worden gebruikt in toxiciteitstests mensen niet altijd goed vertegenwoordigen. Daarom zijn de mensgerichte gegevens geleverd door diervrije benaderingen essentieel voor de chemische risicobeoordeling voor mensen.","summary":"In this thesis animal-free methods for next generation risk assessment of organophosphate pesticides were evaluated. These approaches are based on in silico and in vitro methods, and were evaluated for predicting the safety of human exposures, as well as points of departure for acetylcholinesterase (AChE) inhibition by organophosphate pesticides. This was achieved by the development of a generic physiologically based kinetic (PBK) model for organophosphate pesticides, in vitro quantification of AChE inhibition by various organophosphate pesticides, exposure safety evaluation using the dietary comparator ratio (DCR) method, and point of departure prediction for hazard characterization using quantitative in vitro to in vivo extrapolation (QIVIVE) of in vitro AChE inhibition to the in vivo situation. \n\nChapter 1 introduces essential information of organophosphate pesticides on their use, chemistry, kinetics and effects. It is also explained how traditional risk assessment is performed and how animal-free in vitro and in silico methods can be used to perform risk assessment without animal testing. Lastly, the aim of the thesis is presented.\n\nIn chapter 2, a PBK model was developed to predict blood concentrations of eight organophosphate pesticides and their metabolites in rats and humans. The developed PBK model predicts how organophosphates are absorbed, distributed, metabolized and excreted in\/from the body, based on in vitro or in silico derived parameters. The PBK model was validated using literature derived blood concentration-time data from in vivo exposure studies data. When validating the model, blood concentrations of most of the organophosphate pesticides were predicted within 5-fold difference from in vivo values. Those pesticides that were less well predicted were all found to be in the dimethyl-organophosphate pesticide subclass.\n\nThe developed PBK model was used in chapter 3, to investigate if the DCR method can be reliably used for safety evaluation of organophosphate pesticides. Six organophosphate pesticides were used to evaluate the DCR method for organophosphate pesticides. The DCR method correctly predicted 70 out of 74 exposures to be safe when these were indeed reported to have no adverse effects. Four exposure scenarios were predicted to be dangerous, while in literature these were reported to be safe. The four false positives were all for dimethyl-organophosphates. It was concluded that in the future the DCR method can be used for safety evaluation of exposures to organophosphate pesticides, since it was shown to accurately predict the occurrence of adverse effects after exposure to these pesticides.\n\nIn chapter 4, it was investigated if the overprediction of the dimethyl-organophosphates fenitro-oxon, methyl-paraoxon and omethoate could be due to a metabolic pathway not incorporating in the PBK model. In vitro metabolism studies showed that methyl-paraoxon and omethoate were metabolized via a glutathione-mediated pathway. Furthermore, rats were found to metabolize methyl-paraoxon four times faster than humans via this pathway. When the glutathione-mediated metabolic pathway was incorporated in the PBK model, blood predictions for methyl-paraoxon and fenitro-oxon improved from over 10-fold difference when glutathione-mediated metabolism was not included, to less than 5- and often even 2-fold differences compared to in vivo rat data. For omethoate, no significant changes in predicted blood concentrations were observed. For humans, predicted maximum concentrations for methyl-parathion and fenitrothion exposures were more than 12-fold lower when glutathione-mediated metabolism was incorporated in the model.\n\nThe quantitative in vitro to in vivo extrapolation approach was used for point of departure determination of AChE inhibition by organophosphate pesticides in chapter 5. For eight organophosphate pesticides and their active metabolites, concentration-response curves derived from in vitro AChE inhibition assays using blood or pure enzyme. For each pesticide, both whole blood and enzyme concentration-response curves were translated to dose-response curves using the adjusted PBK model developed in chapter 4. Benchmark dose modelling was used on the dose-response curves to predict points of departure, which were then compared to in vivo determined points of departure reported in literature. All predicted points of departure, for both rats and humans, were within 4-fold from in vivo determined points of departure low-observed-adverse-effect levels (LOAELs) and higher than the reported no-observed-adverse-effect levels (NOAELs). For some organophosphate pesticides it was not possible to a point of departure based on whole blood data, possibly due to non-AChE esterases present in whole blood. It was shown that QIVIVE-based point of departure determination can be used for animal-free hazard characterization for organophosphate pesticides when pure enzyme is used for AChE inhibition assays.\n\nIn chapter 6, the results of each experimental chapter are summarized. Considerations with regard to chronic and mixture exposures are discussed and the association of organophosphate pesticides with neurodegenerative diseases briefly touched upon. For PBK modelling some opportunities are discussed in detail, focusing food effects on oral absorption, lymphatic transport, the required physiological detail that is needed in a PBK model, growth and population modelling and limitations of and solutions for in vitro and in silico derivation of kinetic parameters. Lastly, model validation and adoption of animal-free risk assessment were discussed.\n\nThe findings in this thesis show how several in vitro and in silico approaches can be used for next generation safety assessment for organophosphate pesticides. Using these approaches for both rats and humans also provided valuable insights into species differences. All these findings support the thought that animals used in toxicity testing do not always represent humans very well. Therefore the human centric data provided by animal-free approaches is essential for chemical risk assessment for humans.","auteur":"Thijs Moerenhout","auteur_slug":"thijs-moerenhout","publicatiedatum":"11 september 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/thijsmoerenhout?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/17bf4e2c-a5a5-4765-bda4-713b4be821aa\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"19242","isbn":"978-94-6534-510-9","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":16379,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16377","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=16377"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16377\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":16380,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16377\/revisions\/16380"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/16378"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=16377"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=16377"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}