选择的艺术

正在建设的压力。在某种程度上我们会爆炸,事情会改变。”托马斯。哈替代动物实验中心主任(CAAT)在美国约翰霍普金斯大学的实验室不谈论灾难,而是替代动物实验。

年的替代品的研究迄今为止只有50验证测试方法,其中没有一个可以作为一个真正的替代动物实验。验证方法是证明改变可以发生,哈尔顿说。但这些方法实际上是长在低处的水果·急性和局部毒性。的替代系统测试不存在生殖毒性、致癌性或repeat-dose毒性。

现在哈希望看到实际行动共同测试方法,结合信息从不同的测试,包括硅和体外,在一个“聪明的”或“综合”测试策略(它)。“人们一直在谈论[其]十年了,但实际进展非常有限,”他说。¹

肝脏和肺

人体器官模仿ITSs无疑将发挥重要作用。尽管这方面的研究成果集中在肝脏,处理有毒或潜在的有毒物质,在英国卡迪夫大学的一个小组建立了一个模型肺化学测试,使用人类的肺和肝细胞。

microlung由六种不同类型的肺细胞,建立像乐高,解释道凯利BeruBe卡迪夫的肺和粒子研究小组主任。不同的细胞类型分层模拟肺。例如,成纤维细胞结缔组织中创建一个膜,可以加上肺细胞。膜下坐血管细胞代表了肺部的血液屏障。测试物质可应用于肺部的顶端系统,他们通过各种细胞系统工作。通过增加肝细胞,团队还创建了一个“metabolung”,可以代谢试验的化学物质。

我们可以看看不同细胞类型相同的化学反应

Tilman Gocht

通过添加生物标记的细胞,研究人员声称能够监控关键的中毒事件,如活性氧的产生,在真正的时间。与此同时,他们可以使用标准分析代谢物的分析技术,如高效液相chromatograpy。

药物早期测试表明一个好的程度的与动物相关的测试结果。团队预测,肺系统可以用来衡量毒性在范围广泛的产品,从化妆品到杀虫剂,和希望验证来自经济合作与发展组织(OECD)。

与此同时,12个科学项目团队一起工作来创建一个“liver-simulating设备”或肝微流控生物反应器(HeMiBio)。HeMiBio更广泛的欧洲研究项目的一部分被称为安全性评价最终取代动物测试(修1),共同由欧盟和贸易协会欧洲化妆品。

在肝脏芯片,微流体通道连接井,直径300毫米,包含不同类型的肝细胞。的想法是一个测试物质注入设备的一端,通过各种类型的肝细胞。传感器密切关注细胞健康,测量pH值和葡萄糖和氧气水平。另一端电极测量酶丙氨酸转氨酶(ALT)水平上升的肝损伤。

到目前为止,集团开发了生物反应器九井还有计划扩大到96,说凯瑟琳Verfaillie跨部门的主任,比利时的鲁汶大学干细胞研究所,HeMiBio负责人。团队已经开始测试装置中的细胞如何在不同化合物的存在,但尚未开始化学毒性测试。

HeMiBio是一个非常有趣的项目,看到细胞生物学家和材料科学家、互动的说Tilman Gocht德国图宾根大学的Seurat-1协调团队工作。你需要材料专家,流动动力学和细胞培养,“他说。这是一项令人兴奋,”Verfaillie补充道。”我干细胞生物学家一直很启发与工程师合作开发这个。”

设计设备本身是一个艰巨的任务,并找到最佳组合的细胞模拟肝脏也很棘手。你不仅需要肝细胞也其他细胞能够充分的毒理学测试,“Verfaillie解释道。团队主要使用人类多能干细胞,它需要“教育”,告诉他们哪一种器官细胞形成,她解释说。这在很大程度上是通过使用生长因子。我们希望,如果我们可以一起正确的细胞就会彼此教育,”她说。

HeMiBio合作者之一,一家德国公司Medicyte正在使用“家乡”成熟的人类细胞生物反应器。在测试中,到目前为止,生物反应器使细胞健康的三周半。最终的计划是使用模型肝脏屏幕反复给药毒性物质,复制会发生什么与普通化妆品或药品的使用。

这项技术也可以用于创建其他设备,比如模拟人类肾脏,研究人员预测。Verfaillie希望能够监视代谢物形成的肝细胞,尽管她怀疑目前的分析技术是足够敏感测量微量的化学物质产生在这样一个小数量的细胞。

“美丽的方式”来推动干细胞工作是创建所谓的记者通过插入报告基因的细胞系,Gocht说。“这是Seurat-1的方式。我们可以把记者多能干细胞可以分化成不同的瀑特异性细胞类型。我们可以做毒性测试和观察不同瀑特异性细胞类型相同的化学反应。

跨大西洋的测试

Seurat-1也是合作有两个主要的美国化学筛查项目:Tox2121世纪(毒理学)和ToxCast(毒性预测)。ToxCast是由美国环境保护署(EPA)并使用高通量暴露在体外实验中细胞或蛋白质药物和工业化学品。ToxCast结果添加到Tox21,结合环保局、联邦机构合作国家环境健康科学研究所(NIEHS)和美国食品和药物管理局(FDA)。

Tox21有总体目标移动远离体内毒性测试模型在体外实验中。它使用机器人技术筛选数以千计的化学物质的潜在毒性,以优先需要成千上万的化学物质毒性测试。

Gocht看到秀兰的协作与Tox21 ToxCast作为一个巨大的进步。“全球战略和世界各地的大型项目之间的相互作用是至关重要的,”他补充道。“Seurat-1目前定义的案例研究和第一个问题是我们应该测试什么样的化学物质。我们的目标是使用化学物质,也包括在Tox-21计划。如果他们不包括,我们将询问他们是否可以。

CAAT哈尔顿的钦佩的协调方法替代测试通过。这是奇妙的,看看美国环保署,FDA和NIEHS合作开发工具。他们在司机的位置,”他说。

在欧盟,我们有一个完全不同的情况相同数量的钱花但它给很多地方没有适当的协调。欧洲有神奇的科学,但没有协调,”他补充道。因此,CAAT游说欧洲安全科学研究所建立协调欧洲努力替代测试。这将处理开发新的测试工具,同时也关注如何集成技术。

大型项目之间的全球战略是至关重要的

Tilman Gocht

Tox21需要所有可用的化验和产生大量的数据在许多化学物质前试图发掘毒性通路,Gocht说。Seurat-1却反其道而行之,他补充说,使用一组定义良好的化学物质和解决具体的毒性通路。Seurat-1尤其关注不良结果通路(aop)化学毒性,试图找到方法来监控所有的步骤,从“分子发起事件”后最终器官毒性的化学物接触。²

我们把知识来自Tox21为了帮助找出这些aop。然后,基于这些知识,我们正在开发集成测试策略是否aop意义,“Gocht解释道。

敏感的问题

也许最先进的替代测试是评估一个化学的可能造成皮肤过敏反应,称为皮肤敏化作用。皮肤敏化作用的化学步骤已经有了相当的了解,它已经受益于一个AOP,经合组织所制定的。³这套导致过敏反应的步骤,从感应阶段当过敏原或其代谢物结合蛋白在皮肤的上层,随后的免疫反应(见一个敏感的话题)。

特别是,3项皮肤敏感测试先进的评估和验证过程。的欧盟参考实验室动物实验的替代能源(EURL备选方案,验证测试,正式评估直接肽反应试验。宝洁(Procter & Gamble)开发试验,使用高效液相色谱法监测化学与合成肽的潜力。

EURL备选方案也为测试称为KeratinoSens,发表建议公司开发的香味奇监测变化的角化细胞化学暴露后的皮肤细胞。与此同时,日本公司的科学家们资生堂和花王已经开发出一种人类细胞系激活测试(h-CLAT)。测试之前表面蛋白标记细胞类似于树突细胞,这提醒免疫系统存在的过敏原。⁴

每个测试关注皮肤敏化作用的一个方面,EURL备选方案强调,他们应该作为它的一部分用来预测化学有可能引起过敏反应。EURL备选方案本身就是开发一个基于组合的皮肤敏化作用的硅和体外方法。⁵

系统毒理学部门负责人莫里斯·惠兰欧盟的卫生和消费者保护和研究所EURL备选方案,对未来寄予厚望的监管使用替代项皮肤敏感测试。合适解决方案基于集成测试策略可以满足信息需求在2018年达到登记截止日期,”他预测。

然而完全替代动物实验对皮肤敏化作用需要信息感光剂的效力,说EURL备选方案。收集此类信息是说起来容易做起来难,因为还不知道这事件确定过敏原的效力。

然而,科学家们正在推进效能预测。“我们从一开始就致力于替代方法允许我们评估潜在的力量皮肤过敏原,如LLNA(当地淋巴结试验啮齿动物),”乔安娜说Jaworska从宝洁在比利时。宝洁团队开发了一个使用贝叶斯网络,一种图形化的模型,确定出所有测试变量依赖于另一个。它结合了计算机信息和数据从一组替代测试,包括KeratinoSens和直接肽反应化验。

科学家们翻译皮肤敏化作用机制归纳成一个网络结构,之前测试用于观察过程映射到网络。在最近的一次试验中,他们报告说,其正确预测效能,基于LLNA数据,86%的化学物质在一个测试集。

设置场景

皮肤敏化作用的努力奠定了基础为开发测试其他类型的毒性。虽然交付可靠无动物的解决方案来有效地评估皮肤敏化作用是一个非常重要的目标的,工作在这一领域开拓与如何理解作用方式…可以用来合理设计和评估在体外和硅片的组合方法,“Whelan说,他是作者在2013年的一个进展报告。⁶

在过去的几年中,CAAT哈指出更多的呼吁作用方式毒性的机制和途径。未来,他说,在于用科学知识来回去,问我们需要测试。目前,我们主要是黑盒测试系统。甚至细胞培养,我们使用的是黑盒,我们真的不理解发生了什么。”

了解当前测试系统的局限性也是至关重要的,修的Gocht说。“一个巨大的挑战总是有一个知道体外系统是适合什么。一个体外测试将永远无法详细解释体内反应。一旦你从身体分离细胞,它将改变其信号通路。我们需要了解如何将我们获得的知识从体内体外系统的情况下,”他说。“这将是一个巨大的挑战。”

哈是肯定的,变化是在地平线上。“我强烈的信念是,我们会有一些类型的革命”。

艾玛·戴维斯是一个基于科学作家在主教的Stortford,英国