INTRODUCTION The benchmark dose (BMD) is a dose that produces a predetermined change in the response rate of an adverse effect. This approach is increasingly utilized to analyze quantitative dose-response relationships. To proof this concept, statistical analysis was compared with the BMD approach in order to rank the sensitivity as well as the toxicity and to describe the mode of action. METHODS Bronchial (BEAS-2B) and alveolar epithelial cells (A549) were exposed to a wide concentration range (0.4 - 100 μg/mL) of five metal oxide nanoparticles (CeO2, CuO, TiO2, ZnO, ZrO2). Eight toxicity endpoints were determined representing integrity of lysosomal and cell membrane, oxidative stress level, glutathione based detoxification (glutathione S-transferase), oxidative metabolism (cytochrome P450), alteration of the mitochondrial membrane potential, alteration of phase II antioxidative enzyme (NAD(P)H:quinone oxidoreductase), and de novo DNA synthesis. RESULTS Based on the BMD calculated for the most sensitive test, the toxicity decreased in the following order: ZnO > CuO > TiO2>ZrO2>CeO2 in BEAS-2B. Both statistical evaluation methods revealed a higher sensitivity of BEAS-2B cells. The BMD-derived mode of action for CuO confirmed the existing hypotheses and provided insights into less known mechanisms. CONCLUSION The findings proofed that BMD analysis is an effective tool to evaluate different aspects of risk assessment.

中文翻译：

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肺细胞毒性终点的基准剂量分析提供金属氧化物纳米颗粒的敏感性和毒性排名，并深入了解作用模式

引言 基准剂量 (BMD) 是在不良反应的反应率中产生预定变化的剂量。这种方法越来越多地用于分析定量的剂量反应关系。为了证明这一概念，将统计分析与 BMD 方法进行了比较，以便对敏感性和毒性进行排序，并描述作用模式。方法 支气管 (BEAS-2B) 和肺泡上皮细胞 (A549) 暴露于宽浓度范围 (0.4 - 100 μg/mL) 的五种金属氧化物纳米粒子 (CeO2、CuO、TiO2、ZnO、ZrO2)。确定了八个毒性终点，代表溶酶体和细胞膜的完整性、氧化应激水平、基于谷胱甘肽的解毒（谷胱甘肽 S-转移酶）、氧化代谢（细胞色素 P450）、线粒体膜电位的改变、II 相抗氧化酶（NAD（P）H：醌氧化还原酶）的改变和 DNA 从头合成。结果 根据计算出的最敏感试验的 BMD，BEAS-2B 中的毒性按以下顺序降低：ZnO > CuO > TiO2>ZrO2>CeO2。两种统计评估方法都显示 BEAS-2B 细胞具有更高的灵敏度。CuO 的 BMD 衍生的作用模式证实了现有的假设，并提供了对鲜为人知的机制的见解。结论 研究结果证明 BMD 分析是评估风险评估不同方面的有效工具。两种统计评估方法都显示 BEAS-2B 细胞具有更高的灵敏度。CuO 的 BMD 衍生作用模式证实了现有的假设，并提供了对鲜为人知的机制的见解。结论 研究结果证明 BMD 分析是评估风险评估不同方面的有效工具。两种统计评估方法都显示 BEAS-2B 细胞具有更高的灵敏度。CuO 的 BMD 衍生的作用模式证实了现有的假设，并提供了对鲜为人知的机制的见解。结论 研究结果证明 BMD 分析是评估风险评估不同方面的有效工具。