Undgå dyreforsøg med forbedrede metoder til kemisk risikovurdering

Det er stadig sådan, at der kræves data fra dyreforsøg for at kunne vurdere et stofs sikkerhed for mennesker. Imidlertid, Fraunhofer Institut for Toksikologi og Eksperimentel Medicin ITEM er gået sammen med 39 partnere fra 13 lande om en række projekter, som alle har et fælles mål:at skabe et paradigmeskifte – væk fra dyreforsøg og hen imod en dybere forståelse af, hvordan kemiske stoffer virker.

I Tyskland, antallet af forsøgsdyr har stort set været det samme i en årrække nu. Ifølge det tyske Fødevare- og Landbrugsministerium (BMEL), i alt 2, 825, 066 dyr blev brugt i dyreforsøg i 2018. Dr. Sylvia Escher, leder af afdelingen for in-silico toksikologi hos Fraunhofer ITEM i Hannover, søger at udvikle alternativer til dyreforsøg. "På vores institut, vi arbejder med forskellige grupper om nye koncepter for kemisk risikovurdering, " forklarer kemikeren. De to eksempler, hun nævner, er EXITOX- og EU-ToxRisk-projekterne. Begge disse har til formål at udvikle teststrategier baseret på humane cellelinjer og organsektioner, som har til formål at reducere og På lang sigt, erstatte dyreforsøg.

Et bedre og mere konservativt alternativ

Målet er at udvikle et alternativ, der ikke kun er mere konservativt, men også bedre. I konventionelle dyreforsøg, videnskabsmænd observerer indtræden af ​​toksiske virkninger, såsom betændelse eller vævsforandringer i det relevante organ, efter administration af teststoffet. I særdeleshed, de søger at afgøre, om vedvarende eksponering for et stof skader organismen, eller om en lav koncentration, som det, der absorberes dagligt fra luften, forbliver ukritisk. "I EU-ToxRisk og EXITOX, vi undersøger den virkemåde, der fører til den observerede toksiske effekt. Og i betragtning af at vi bruger menneskelige testsystemer i stedet for dyreforsøg, vi håber meget, at resultaterne vil være mere relevante for mennesker, siger Escher, påpeger fordelene ved denne tilgang.

En række arbejdsgrupper fra Fraunhofer ITEM er involveret i tre af de ni casestudier, der gennemføres som en del af EU-ToxRisk-projektet. Dr. Tanja Hansen, leder af arbejdsgruppen for in vitro testsystemer, undersøger i øjeblikket toksikologien af ​​flygtige forbindelser, ved at bruge diketoner som eksempel. Den bedst kendte repræsentant for denne stofgruppe er diacetyl, en kemisk forbindelse, der naturligt findes i smør. En industrielt fremstillet version bruges til at give en smørsmag til popcorn, for eksempel.

Simuleringer med menneskeligt væv

Hvad sker der, når folk inhalerer diacetyl? Kan det skade lungerne? For at besvare disse spørgsmål, Escher og Hansen bruger et apparat, der er udviklet hos Fraunhofer ITEM:P.R.I.T. ExpoCube. Dette gør dem i stand til at simulere virkningen af ​​flygtige stoffer på celler og væv.

For at simulere situationen i lungen, forskerne bruger menneskelige bronkiale epitelceller, der dyrkes på membraner ved luft-væske grænsefladen. Gasformig diacetyl ledes over overfladen af ​​disse celler ved hjælp af P.R.I.T. ExpoCube. Biokemiske metoder anvendes derefter til at undersøge effekten på cellerne. Efter en omfattende analyse af genekspression, forskere kan identificere, hvilke gener cellerne har aktiveret eller deaktiveret. De bruger derefter disse data til at bestemme, hvilke signalveje der blev aktiveret i cellen. Disse kan være signalveje, der fører til produktion af budbringerstoffer, der forårsager betændelse.

I næste trin, undersøgelsen skrider frem til organniveau. Her, forskere bruger levende vævssnit dyrket fra menneskelige lunger, som har mange funktioner af det faktiske organ. Ligesom med cellekulturerne, lungesnittene er nu udsat for diacetyl i P.R.I.T. ExpoCube og derefter analyseret.

For at simulere adfærden af ​​inhalerede stoffer i kroppen, projektpartnerne bruger komplekse beregningsmodeller kendt som "in silico-metoder". Disse computerstøttede modeller er i stand til med en høj grad af nøjagtighed at gengive, hvordan en organisme absorberer, fordeler og udskiller et inhaleret stof. "I kombination, in vitro og in silico data giver et mere præcist billede af, hvordan stoffer som diacetyl skader lungerne, " forklarer Escher.

Brug af data fra lignende stoffer

Et første skridt i retning af at inkorporere alternative metoder i risikovurdering er read-across-tilgangen. Hvis et nyt kemikalie skal godkendes efter denne metode, den første opgave er at opsøge lignende stoffer, for hvilke der allerede findes toksikologiske data fra dyreforsøg. I read-across tilgangen, disse data anvendes derefter på det nye kemikalie. "Denne tilgang er allerede i brug. I praksis imidlertid, det er stadig svært at påvise, at to kemikalier er så ens, at de faktisk har samme toksicitet, " siger Escher. "Det er grunden til, at gennemlæsningsmetoder ofte ikke accepteres af de regulerende myndigheder."

I casestudierne, projekthold undersøgte grupper af nært beslægtede stoffer og indsamlede omfattende in vitro- og in silico-data. På grund af disse undersøgelser, de var i stand til at vise, at de alternative metoder er perfekt i stand til at bestemme toksiciteten af ​​strukturelt beslægtede materialer.

Samråd med tilsynsmyndigheder

EU-ToxRisk-projektet involverer ikke kun universiteter, forskningsinstitutter og virksomheder men også regulerende myndigheder. Tæt samråd med toksikologer, der arbejder for regulerende organer, er afgørende, hvis disse nye integrerede teststrategier skal blive en succes. For det er kun, hvis nationale og EU-myndigheder godkender disse nyudviklede processer til vurdering af toksicitet, at dyreforsøg kan erstattes.