طرق اختبار السموم
الكلمة العلامات البيولوجية هو اختصار للعلامة البيولوجية ، وهو مصطلح يشير إلى حدث قابل للقياس يحدث في نظام بيولوجي ، مثل جسم الإنسان. ثم يتم تفسير هذا الحدث على أنه انعكاس ، أو علامة ، لحالة أكثر عمومية للكائن الحي أو لمتوسط العمر المتوقع. في مجال الصحة المهنية ، يتم استخدام المرقم الحيوي بشكل عام كمؤشر على الحالة الصحية أو مخاطر المرض.
تستخدم المؤشرات الحيوية في الدراسات المختبرية وكذلك في الجسم الحي التي قد تشمل البشر. عادة ، يتم تحديد ثلاثة أنواع محددة من العلامات البيولوجية. على الرغم من صعوبة تصنيف عدد قليل من المؤشرات الحيوية ، إلا أنه يتم فصلها عادةً إلى مؤشرات حيوية للتعرض أو مؤشرات حيوية للتأثير أو مؤشرات حيوية للتأثر (انظر الجدول 1).
الجدول 1. أمثلة على المؤشرات الحيوية للتعرض أو المؤشرات الحيوية للتأثير المستخدمة في دراسات السمية في الصحة المهنية
عينة | مقاسات | الهدف |
المؤشرات الحيوية للتعرض | ||
الأنسجة الدهنية | الديوكسين | التعرض للديوكسين |
دم | قيادة | التعرض للرصاص |
عظم | الألومنيوم | التعرض للألمنيوم |
الزفير | التولوين | التعرض للتولوين |
الشعر | ميركوري | التعرض لميثيل الزئبق |
سيروم | البنزين | التعرض للبنزين |
بول | الفينول | التعرض للبنزين |
تأثير المؤشرات الحيوية | ||
دم | كاربوكسي هيموجلوبين | التعرض لأول أكسيد الكربون |
خلايا الدم الحمراء | الزنك بروتوبرفيرين | التعرض للرصاص |
سيروم | الكولين استريز | التعرض للفوسفات العضوي |
بول | ميكروغلوبولين | التعرض الكلوي |
خلايا الدم البيضاء | مقاربات الحمض النووي | التعرض للطفرات |
بالنظر إلى درجة مقبولة من الصلاحية ، يمكن استخدام المرقمات الحيوية لعدة أغراض. على أساس فردي ، يمكن استخدام المرقم الحيوي لدعم أو دحض تشخيص نوع معين من التسمم أو أي تأثير ضار ناتج كيميائيًا. في موضوع صحي ، قد يعكس المرقم الحيوي أيضًا فرط الحساسية الفردية لتعرضات كيميائية محددة ، وبالتالي قد يكون بمثابة أساس للتنبؤ بالمخاطر وتقديم المشورة. في مجموعات العمال المعرضين ، يمكن تطبيق بعض المؤشرات الحيوية للتعرض لتقييم مدى الامتثال للوائح مكافحة التلوث أو فعالية الجهود الوقائية بشكل عام.
المؤشرات الحيوية للتعرض
قد يكون المرقم الحيوي للتعرض مركبًا خارجيًا (أو مستقلبًا) داخل الجسم ، أو منتجًا تفاعليًا بين المركب (أو المستقلب) ومكون داخلي ، أو حدث آخر مرتبط بالتعرض. الأكثر شيوعًا ، تشتمل المؤشرات الحيوية للتعرض للمركبات المستقرة ، مثل المعادن ، على قياسات تركيزات المعادن في عينات مناسبة ، مثل الدم أو المصل أو البول. مع المواد الكيميائية المتطايرة ، يمكن تقييم تركيزها في الزفير (بعد استنشاق هواء خالٍ من التلوث). إذا تم استقلاب المركب في الجسم ، فيمكن اختيار واحد أو أكثر من المستقلبات كمؤشر حيوي للتعرض ؛ غالبًا ما يتم تحديد المستقلبات في عينات البول.
قد تسمح طرق التحليل الحديثة بفصل الأيزومرات أو متجانسات المركبات العضوية ، وتحديد انتواع المركبات المعدنية أو النسب النظيرية لعناصر معينة. تسمح التحليلات المتطورة بتحديد التغيرات في بنية الحمض النووي أو الجزيئات الكبيرة الأخرى الناتجة عن الارتباط بالمواد الكيميائية التفاعلية. لا شك في أن مثل هذه التقنيات المتقدمة ستكتسب أهمية كبيرة للتطبيقات في دراسات العلامات الحيوية ، ومن المحتمل أن تجعل حدود الكشف المنخفضة والصلاحية التحليلية الأفضل هذه المرقمات الحيوية أكثر فائدة.
حدثت تطورات واعدة بشكل خاص مع المؤشرات الحيوية للتعرض للمواد الكيميائية المسببة للطفرات. هذه المركبات تفاعلية ويمكن أن تشكل مقاربات مع جزيئات كبيرة ، مثل البروتينات أو الحمض النووي. يمكن الكشف عن مقاربات الحمض النووي في خلايا الدم البيضاء أو خزعات الأنسجة ، وقد تفرز أجزاء معينة من الحمض النووي في البول. على سبيل المثال ، يؤدي التعرض لأكسيد الإيثيلين إلى تفاعلات مع قواعد الحمض النووي ، وبعد استئصال القاعدة التالفة ، سيتم التخلص من الجوانين N-7 (2-hydroxyethyl) في البول. قد لا تشير بعض المقاربات مباشرة إلى تعرض معين. على سبيل المثال ، يعكس 8-hydroxy-2´-deoxyguanosine الضرر التأكسدي للحمض النووي ، وقد يتم تشغيل هذا التفاعل بواسطة عدة مركبات كيميائية ، يحفز معظمها أيضًا على أكسدة الدهون.
يمكن أيضًا تغيير الجزيئات الكبيرة الأخرى عن طريق تكوين التقارب أو الأكسدة. ذات أهمية خاصة ، مثل هذه المركبات التفاعلية قد تولد مقاربات الهيموجلوبين التي يمكن تحديدها كواسمات حيوية للتعرض للمركبات. الميزة هي أنه يمكن الحصول على كميات كبيرة من الهيموجلوبين من عينة الدم ، وبالنظر إلى عمر خلايا الدم الحمراء لمدة أربعة أشهر ، فإن التقارب المتكون من الأحماض الأمينية للبروتين سيشير إلى إجمالي التعرض خلال هذه الفترة.
يمكن تحديد المُقَدِّمات بواسطة تقنيات حساسة مثل كروماتوغرافيا الدهون عالية الأداء ، كما تتوفر أيضًا بعض الطرق المناعية. بشكل عام ، تعتبر الطرق التحليلية جديدة ومكلفة وتحتاج إلى مزيد من التطوير والتحقق من الصحة. يمكن الحصول على حساسية أفضل باستخدام 32فحص ما بعد وضع العلامات P ، وهو مؤشر غير محدد على حدوث تلف في الحمض النووي. من المحتمل أن تكون كل هذه التقنيات مفيدة للرصد البيولوجي وقد تم تطبيقها في عدد متزايد من الدراسات. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى طرق تحليلية أبسط وأكثر حساسية. نظرًا للخصوصية المحدودة لبعض الطرق عند التعرض منخفض المستوى ، فقد يؤثر تدخين التبغ أو عوامل أخرى بشكل كبير على نتائج القياس ، مما يتسبب في صعوبات في التفسير.
يمكن أيضًا تحديد التعرض للمركبات المطفرة ، أو المركبات التي يتم استقلابها إلى مطفرات ، من خلال تقييم الطفرات الجينية في البول من فرد معرض. يتم تحضين عينة البول بسلالة من البكتيريا يتم فيها التعبير عن طفرة نقطية معينة بطريقة يمكن قياسها بسهولة. إذا كانت هناك مواد كيميائية مطفرة في عينة البول ، فسيحدث زيادة في معدل الطفرات في البكتيريا.
يجب تقييم المؤشرات الحيوية للتعرض فيما يتعلق بالتغير الزمني في التعرض والعلاقة مع الأجزاء المختلفة. وبالتالي ، يجب تحديد الإطار (الأطر) الزمنية التي يمثلها المرقم الحيوي ، أي إلى أي مدى يعكس قياس المرقم الحيوي التعرض (التعرّض) السابق و / أو عبء الجسم المتراكم ، من البيانات الحركية السمية من أجل تفسير النتيجة. على وجه الخصوص ، ينبغي النظر في الدرجة التي يشير بها المرقم الحيوي إلى الاحتفاظ في أعضاء مستهدفة محددة. على الرغم من أن عينات الدم تُستخدم غالبًا في دراسات العلامات الحيوية ، إلا أن الدم المحيطي لا يُنظر إليه عمومًا على أنه مقصورة على هذا النحو ، على الرغم من أنه يعمل كوسيط نقل بين الأجزاء. تختلف الدرجة التي يعكس بها التركيز في الدم المستويات في الأعضاء المختلفة اختلافًا كبيرًا بين المواد الكيميائية المختلفة ، وعادةً ما تعتمد أيضًا على طول فترة التعرض وكذلك الوقت منذ التعرض.
في بعض الأحيان يتم استخدام هذا النوع من الأدلة لتصنيف المرقم الحيوي كمؤشر للجرعة الممتصة (الإجمالية) أو مؤشر للجرعة الفعالة (أي الكمية التي وصلت إلى النسيج المستهدف). على سبيل المثال ، يمكن تقييم التعرض لمذيب معين من خلال بيانات عن التركيز الفعلي للمذيب في الدم في وقت معين بعد التعرض. سيعكس هذا القياس كمية المذيب التي تم امتصاصها في الجسم. سيتم زفير بعض الكمية الممتصة بسبب ضغط بخار المذيب. أثناء الدوران في الدم ، سيتفاعل المذيب مع مكونات مختلفة من الجسم ، وسيصبح في النهاية عرضة للتحلل بواسطة الإنزيمات. يمكن تقييم نتائج عمليات التمثيل الغذائي عن طريق تحديد أحماض مركبتوريك معينة تنتج عن الاقتران مع الجلوتاثيون. قد يعكس الإفراز التراكمي لأحماض مركابتوريك الجرعة الفعالة بشكل أفضل من تركيز الدم.
قد تؤثر أحداث الحياة ، مثل التكاثر والشيخوخة ، على توزيع مادة كيميائية. يتأثر توزيع المواد الكيميائية داخل الجسم بشكل كبير بالحمل ، وقد تمر العديد من المواد الكيميائية حاجز المشيمة ، مما يتسبب في تعرض الجنين. قد تؤدي الرضاعة إلى إفراز المواد الكيميائية القابلة للذوبان في الدهون ، مما يؤدي إلى انخفاض احتباس الأم مع زيادة امتصاص الرضيع. أثناء فقدان الوزن أو تطور مرض هشاشة العظام ، قد يتم إطلاق مواد كيميائية مخزنة ، والتي يمكن أن تؤدي بعد ذلك إلى تعرض الأعضاء المستهدفة المتجدد والمطول. قد تؤثر العوامل الأخرى على الامتصاص الفردي ، والتمثيل الغذائي ، والاحتفاظ وتوزيع المركبات الكيميائية ، وتتوفر بعض المؤشرات الحيوية للحساسية (انظر أدناه).
المؤشرات الحيوية للتأثير
قد تكون علامة التأثير مكونًا داخليًا ، أو مقياسًا للقدرة الوظيفية ، أو بعض المؤشرات الأخرى لحالة أو توازن الجسم أو نظام العضو ، كما يتأثر بالتعرض. علامات التأثير هذه بشكل عام مؤشرات ما قبل السريرية للشذوذ.
قد تكون هذه المؤشرات الحيوية محددة أو غير محددة. تعتبر المؤشرات الحيوية المحددة مفيدة لأنها تشير إلى تأثير بيولوجي لتعرض معين ، وبالتالي توفر أدلة يمكن استخدامها لأغراض وقائية. لا تشير المؤشرات الحيوية غير المحددة إلى سبب فردي للتأثير ، ولكنها قد تعكس التأثير الكلي والمتكامل بسبب التعرض المختلط. لذلك قد يكون لكلا النوعين من المؤشرات الحيوية فائدة كبيرة في الصحة المهنية.
لا يوجد تمييز واضح بين المؤشرات الحيوية للتعرض والمؤشرات الحيوية للتأثير. على سبيل المثال ، يمكن القول أن تكوين التقارب يعكس تأثيرًا بدلاً من التعرض. ومع ذلك ، تشير المؤشرات الحيوية للتأثير عادةً إلى تغييرات في وظائف الخلايا أو الأنسجة أو الجسم الكلي. يُدرج بعض الباحثين تغييرات جسيمة ، مثل زيادة وزن الكبد لحيوانات المختبر المكشوفة أو انخفاض نمو الأطفال ، كمؤشرات حيوية للتأثير. لغرض الصحة المهنية ، يجب أن تقتصر المؤشرات الحيوية للتأثير على تلك التي تشير إلى تغيرات كيميائية حيوية تحت إكلينيكية أو قابلة للعكس ، مثل تثبيط الإنزيمات. من المحتمل أن يكون المرقم الحيوي للتأثير الأكثر استخدامًا هو تثبيط إنزيم الكولينستيراز الناجم عن بعض المبيدات الحشرية ، أي الفوسفات العضوي والكاربامات. في معظم الحالات ، يكون هذا التأثير قابلاً للانعكاس تمامًا ، ويعكس تثبيط الإنزيم التعرض الكلي لهذه المجموعة المعينة من المبيدات الحشرية.
لا تؤدي بعض حالات التعرض إلى تثبيط الإنزيم بل تؤدي إلى زيادة نشاط الإنزيم. هذا هو الحال مع العديد من الإنزيمات التي تنتمي إلى عائلة P450 (انظر "المحددات الجينية للاستجابة السامة"). قد تكون ناتجة عن التعرض لبعض المذيبات والهيدروكربونات متعددة الحلقات (PAHs). نظرًا لأن هذه الإنزيمات يتم التعبير عنها بشكل أساسي في الأنسجة التي قد يكون من الصعب الحصول على خزعة منها ، يتم تحديد نشاط الإنزيم بشكل غير مباشر في الجسم الحي عن طريق إدارة مركب يتم استقلابه بواسطة هذا الإنزيم المعين ، ثم يتم قياس منتج الانهيار في البول أو البلازما.
قد تؤدي حالات التعرض الأخرى إلى تخليق بروتين وقائي في الجسم. ربما يكون أفضل مثال على ذلك هو الميتالوثيونين ، الذي يربط الكادميوم ويعزز إفراز هذا المعدن ؛ يعد التعرض للكادميوم أحد العوامل التي تؤدي إلى زيادة التعبير عن جين الميتالوثيونين. قد توجد بروتينات وقائية مماثلة ولكن لم يتم استكشافها بعد بشكل كافٍ لتصبح مقبولة كمؤشرات حيوية. من بين المواد المرشحة للاستخدام المحتمل كمؤشرات حيوية ما يسمى ببروتينات الإجهاد ، والتي يشار إليها في الأصل ببروتينات الصدمة الحرارية. يتم إنشاء هذه البروتينات من قبل مجموعة من الكائنات الحية المختلفة استجابة لمجموعة متنوعة من التعرض الضار.
يمكن تقييم الضرر التأكسدي عن طريق تحديد تركيز malondialdehyde في مصل الدم أو زفير الإيثان. وبالمثل ، يمكن استخدام إفراز البول للبروتينات ذات الوزن الجزيئي الصغير ، مثل الألبومين ، كعلامة بيولوجية لتلف الكلى المبكر. قد تكون العديد من المعلمات المستخدمة بشكل روتيني في الممارسة السريرية (على سبيل المثال ، هرمون المصل أو مستويات الإنزيم) مفيدة أيضًا كمؤشرات حيوية. ومع ذلك ، فإن العديد من هذه المعلمات قد لا تكون حساسة بدرجة كافية لاكتشاف الضعف المبكر.
مجموعة أخرى من معلمات التأثير تتعلق بالتأثيرات السامة للجينات (التغيرات في بنية الكروموسومات). يمكن الكشف عن هذه الآثار عن طريق الفحص المجهري لخلايا الدم البيضاء التي تخضع لانقسام الخلايا. يمكن رؤية الأضرار الجسيمة للكروموسومات - انحرافات الكروموسومات أو تكوين النوى الدقيقة - بالمجهر. يمكن أيضًا الكشف عن التلف عن طريق إضافة صبغة إلى الخلايا أثناء انقسام الخلية. يمكن بعد ذلك تصور التعرض لعامل سام للجينات على أنه تبادل متزايد للصبغة بين كروماتيدات كل كروموسوم (التبادل الكروماتيد الشقيق). ترتبط الانحرافات الصبغية بزيادة خطر الإصابة بالسرطان ، ولكن أهمية زيادة معدل التبادل الكروماتيد الشقيق أقل وضوحًا.
يعتمد التقييم الأكثر تعقيدًا للسمية الجينية على طفرات نقطية معينة في الخلايا الجسدية ، أي خلايا الدم البيضاء أو الخلايا الظهارية المأخوذة من الغشاء المخاطي للفم. قد تؤدي الطفرة في مكان معين إلى جعل الخلايا قادرة على النمو في مزرعة تحتوي على مادة كيميائية سامة (مثل 6-ثيوجوانين). بدلاً من ذلك ، يمكن تقييم منتج جيني معين (على سبيل المثال ، تركيزات مصل أو أنسجة البروتينات المسرطنة المشفرة بواسطة جينات مسرطنة معينة). من الواضح أن هذه الطفرات تعكس إجمالي الضرر الناجم عن السمية الجينية ولا تشير بالضرورة إلى أي شيء حول التعرض المسبب. هذه الأساليب ليست جاهزة بعد للاستخدام العملي في مجال الصحة المهنية ، ولكن التقدم السريع في هذا النوع من البحث يشير إلى أن مثل هذه الأساليب ستصبح متاحة في غضون بضع سنوات.
المؤشرات الحيوية للإصابة
علامة القابلية للإصابة ، سواء كانت وراثية أو مستحثة ، هي مؤشر على أن الفرد حساس بشكل خاص لتأثير الكائنات الحية الغريبة أو لتأثيرات مجموعة من هذه المركبات. تم تركيز معظم الاهتمام على القابلية الوراثية ، على الرغم من أن العوامل الأخرى قد تكون على الأقل بنفس الأهمية. قد تكون الحساسية المفرطة ناتجة عن سمة موروثة أو تكوين الفرد أو عوامل بيئية.
إن القدرة على استقلاب بعض المواد الكيميائية متغيرة ويتم تحديدها وراثيًا (انظر "المحددات الجينية للاستجابة السامة"). يبدو أن جينًا واحدًا يتحكم في العديد من الإنزيمات ذات الصلة. على سبيل المثال ، يتم إجراء أكسدة المواد الكيميائية الأجنبية بشكل أساسي من عائلة من الإنزيمات التي تنتمي إلى عائلة P450. تجعل الإنزيمات الأخرى المستقلبات أكثر قابلية للذوبان في الماء عن طريق الاقتران (على سبيل المثال ، N-acetyltransferase و μ-glutathion-S-ناقل). يتم التحكم في نشاط هذه الإنزيمات وراثيًا ويختلف بشكل كبير. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن تحديد النشاط بإعطاء جرعة صغيرة من الدواء ثم تحديد كمية المستقلب في البول. تم الآن توصيف بعض الجينات ، وهناك تقنيات متاحة لتحديد النمط الجيني. تشير الدراسات المهمة إلى أن خطر الإصابة بأشكال معينة من السرطان يرتبط بإمكانية استقلاب المركبات الأجنبية. لا تزال العديد من الأسئلة بلا إجابة ، وبالتالي في هذا الوقت يحد من استخدام هذه المؤشرات الحيوية للتأثر المحتمل في الصحة المهنية.
الصفات الموروثة الأخرى ، مثل ألفا1- نقص أنتيتريبسين أو نقص نازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات يؤدي أيضًا إلى ضعف آليات الدفاع في الجسم ، مما يسبب فرط الحساسية لتعرضات معينة.
تعاملت معظم الأبحاث المتعلقة بالحساسية مع الاستعداد الوراثي. تلعب العوامل الأخرى دورًا أيضًا وقد تم إهمالها جزئيًا. على سبيل المثال ، قد يكون الأفراد المصابون بمرض مزمن أكثر حساسية للتعرض المهني. أيضًا ، إذا تسببت عملية مرضية أو التعرض السابق للمواد الكيميائية السامة في بعض تلف الأعضاء تحت الإكلينيكي ، فمن المحتمل أن تكون القدرة على تحمل التعرض السام الجديد أقل. يمكن استخدام المؤشرات البيوكيميائية لوظيفة العضو في هذه الحالة كمؤشرات حيوية للتأثر. ربما يكون أفضل مثال على الحساسية المفرطة يتعلق باستجابات الحساسية. إذا أصبح الفرد حساسًا لتعرض معين ، فيمكن اكتشاف أجسام مضادة معينة في مصل الدم. حتى إذا لم يصبح الفرد حساسًا ، فإن التعرضات الحالية أو السابقة قد تزيد من مخاطر تطوير تأثير سلبي مرتبط بالتعرض المهني.
تتمثل المشكلة الرئيسية في تحديد التأثير المشترك للتعرضات المختلطة في العمل. بالإضافة إلى ذلك ، قد تؤدي العادات الشخصية وتعاطي المخدرات إلى زيادة القابلية للإصابة. على سبيل المثال ، يحتوي دخان التبغ عادة على كمية كبيرة من الكادميوم. وبالتالي ، مع التعرض المهني للكادميوم ، فإن المدخن الشره الذي تراكمت كميات كبيرة من هذا المعدن في الجسم سيكون أكثر عرضة للإصابة بأمراض الكلى المرتبطة بالكادميوم.
التطبيق في الصحة المهنية
تعتبر المؤشرات الحيوية مفيدة للغاية في أبحاث السموم ، وقد يكون الكثير منها قابلاً للتطبيق في المراقبة البيولوجية. ومع ذلك ، يجب أيضًا الاعتراف بالقيود. تمت دراسة العديد من المؤشرات الحيوية حتى الآن في حيوانات المختبر فقط. قد لا تعكس أنماط الحركة السمية في الأنواع الأخرى بالضرورة الوضع في البشر ، وقد يتطلب الاستقراء دراسات تأكيدية في متطوعين من البشر. أيضًا ، يجب مراعاة الاختلافات الفردية بسبب العوامل الوراثية أو الدستورية.
في بعض الحالات ، قد لا تكون المؤشرات الحيوية للتعرض ممكنة على الإطلاق (على سبيل المثال ، للمواد الكيميائية قصيرة العمر في الجسم الحي). قد يتم تخزين مواد كيميائية أخرى في ، أو قد تؤثر على ، أعضاء لا يمكن الوصول إليها عن طريق الإجراءات الروتينية ، مثل الجهاز العصبي. قد يؤثر مسار التعرض أيضًا على نمط التوزيع وبالتالي أيضًا على قياس المرقم الحيوي وتفسيره. على سبيل المثال ، من المرجح أن يفلت التعرض المباشر للدماغ عبر العصب الشمي من الكشف عن طريق قياس المؤشرات الحيوية للتعرض. فيما يتعلق بتأثير المؤشرات الحيوية ، فإن العديد منها ليس محددًا على الإطلاق ، ويمكن أن يكون التغيير بسبب مجموعة متنوعة من الأسباب ، بما في ذلك عوامل نمط الحياة. ربما على وجه الخصوص مع المؤشرات الحيوية للتأثر ، يجب أن يكون التفسير حذرًا للغاية في الوقت الحالي ، حيث لا تزال هناك العديد من الشكوك حول الأهمية الصحية العامة للأنماط الجينية الفردية.
في مجال الصحة المهنية ، يجب أن يفي المرقم الحيوي المثالي بعدة متطلبات. بادئ ذي بدء ، يجب أن يكون جمع العينات وتحليلها بسيطًا وموثوقًا به. للحصول على جودة تحليلية مثالية ، يلزم التوحيد القياسي ، لكن المتطلبات المحددة تختلف اختلافًا كبيرًا. مجالات الاهتمام الرئيسية تشمل: إعداد الأفراد ، وإجراءات أخذ العينات ومعالجة العينة ، وإجراءات القياس. وتشمل الأخيرة العوامل الفنية ، مثل إجراءات المعايرة وضمان الجودة ، والعوامل المتعلقة بالفرد ، مثل تعليم وتدريب المشغلين.
لتوثيق الصلاحية التحليلية وإمكانية التتبع ، يجب أن تستند المواد المرجعية إلى المصفوفات ذات الصلة وبتركيزات مناسبة من المواد السامة أو المستقلبات ذات الصلة عند المستويات المناسبة. لاستخدام المؤشرات الحيوية في المراقبة البيولوجية أو لأغراض التشخيص ، يجب أن يكون لدى المختبرات المسؤولة إجراءات تحليلية جيدة التوثيق مع خصائص أداء محددة ، وسجلات يمكن الوصول إليها للسماح بالتحقق من النتائج. في الوقت نفسه ، ومع ذلك ، يجب مراعاة اقتصاديات توصيف واستخدام المواد المرجعية لاستكمال إجراءات ضمان الجودة بشكل عام. وبالتالي ، فإن جودة النتائج التي يمكن تحقيقها ، والاستخدامات التي يتم استخدامها ، يجب أن تكون متوازنة مع التكاليف الإضافية لضمان الجودة ، بما في ذلك المواد المرجعية والقوى العاملة والأجهزة.
مطلب آخر هو أن المرمز الحيوي يجب أن يكون محددًا ، على الأقل في ظل ظروف الدراسة ، لنوع معين من التعرض ، مع علاقة واضحة بدرجة التعرض. خلاف ذلك ، قد يكون من الصعب للغاية تفسير نتيجة قياس المرقم الحيوي. من أجل التفسير الصحيح لنتيجة قياس المرقم الحيوي للتعرض ، يجب أن تكون الصلاحية التشخيصية معروفة (أي ترجمة قيمة المرقم الحيوي إلى حجم المخاطر الصحية المحتملة). في هذا المجال ، تعمل المعادن كنموذج لأبحاث العلامات الحيوية. أظهرت الأبحاث الحديثة مدى تعقيد ودقة علاقات الاستجابة للجرعة ، مع وجود صعوبة كبيرة في تحديد مستويات عدم التأثير ، وبالتالي أيضًا في تحديد التعرضات التي يمكن تحملها. ومع ذلك ، فقد أوضح هذا النوع من البحث أيضًا أنواع التحقيق والتحسين الضروريين للكشف عن المعلومات ذات الصلة. بالنسبة لمعظم المركبات العضوية ، لا تتوفر بعد الارتباطات الكمية بين حالات التعرض والآثار الصحية الضارة المقابلة ؛ في كثير من الحالات ، حتى الأعضاء المستهدفة الأولية غير معروفة على وجه اليقين. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يكون تقييم بيانات السمية وتركيزات المرقم الحيوي معقدًا بسبب التعرض لمزيج من المواد ، بدلاً من التعرض لمركب واحد في ذلك الوقت.
قبل تطبيق المرقم الحيوي لأغراض الصحة المهنية ، هناك بعض الاعتبارات الإضافية ضرورية. أولاً ، يجب أن يعكس المرقم الحيوي تغييرًا دون إكلينيكيًا وقابلًا للانعكاس فقط. ثانيًا ، نظرًا لإمكانية تفسير نتائج المرقم الحيوي فيما يتعلق بالمخاطر الصحية ، يجب أن تكون الجهود الوقائية متاحة ويجب اعتبارها واقعية في حالة ما إذا كانت بيانات المرقم الحيوي تشير إلى الحاجة إلى تقليل التعرض. ثالثًا ، يجب اعتبار الاستخدام العملي للعلامة الحيوية بشكل عام مقبولًا أخلاقياً.
يمكن مقارنة قياسات الصحة الصناعية بحدود التعرض المطبقة. وبالمثل ، يمكن مقارنة النتائج المتعلقة بالعلامات الحيوية للتعرض أو المؤشرات الحيوية للتأثير بحدود الفعل البيولوجي ، والتي يشار إليها أحيانًا بمؤشرات التعرض البيولوجي. يجب أن تستند هذه الحدود إلى أفضل نصيحة للأطباء والعلماء من التخصصات المناسبة ، ويجب على المسؤولين المسؤولين مثل "مديري المخاطر" أن يأخذوا في الاعتبار العوامل الأخلاقية والاجتماعية والثقافية والاقتصادية ذات الصلة. يجب أن يتضمن الأساس العلمي ، إن أمكن ، علاقات الاستجابة للجرعة تكملها معلومات عن الاختلافات في القابلية للتأثر داخل السكان المعرضين للخطر. في بعض البلدان ، يشارك العمال وأفراد الجمهور في عملية وضع المعايير ويقدمون مدخلات مهمة ، لا سيما عندما يكون عدم اليقين العلمي كبيرًا. تتمثل إحدى نقاط عدم اليقين الرئيسية في كيفية تحديد التأثير الصحي الضار الذي يجب منعه - على سبيل المثال ، ما إذا كان تكوين التقريب باعتباره مرمزًا حيويًا للتعرض يمثل بحد ذاته تأثيرًا ضارًا (أي تأثير المرقم الحيوي) الذي ينبغي منعه. من المحتمل أن تنشأ أسئلة صعبة عند تقرير ما إذا كان من الممكن الدفاع أخلاقيا ، لنفس المركب ، أن يكون له حدود مختلفة للتعرض العارض ، من ناحية ، والتعرض المهني ، من ناحية أخرى.
يجب عمومًا نقل المعلومات الناتجة عن استخدام المؤشرات الحيوية إلى الأفراد الذين تم فحصهم ضمن العلاقة بين الطبيب والمريض. يجب مراعاة المخاوف الأخلاقية على وجه الخصوص فيما يتعلق بتحليلات العلامات الحيوية التجريبية للغاية والتي لا يمكن تفسيرها حاليًا بالتفصيل من حيث المخاطر الصحية الفعلية. بالنسبة لعامة السكان ، على سبيل المثال ، توجد إرشادات محدودة في الوقت الحالي فيما يتعلق بتفسير المؤشرات الحيوية للتعرض بخلاف تركيز الرصاص في الدم. من المهم أيضًا الثقة في البيانات الناتجة (أي ، ما إذا كان قد تم أخذ العينات المناسبة ، وما إذا تم استخدام إجراءات ضمان الجودة السليمة في المختبر المعني). هناك مجال إضافي للقلق الخاص يتعلق بفرط الحساسية الفردية. يجب أن تؤخذ هذه القضايا في الاعتبار عند تقديم التغذية الراجعة من الدراسة.
يجب إشراك جميع قطاعات المجتمع المتأثرة أو المهتمة بإجراء دراسة العلامات الحيوية في عملية صنع القرار حول كيفية التعامل مع المعلومات الناتجة عن الدراسة. يجب وضع إجراءات محددة لمنع أو التغلب على النزاعات الأخلاقية التي لا مفر منها ضمن الأطر القانونية والاجتماعية للمنطقة أو البلد. ومع ذلك ، فإن كل موقف يمثل مجموعة مختلفة من الأسئلة والمزالق ، ولا يمكن تطوير إجراء واحد للمشاركة العامة لتغطية جميع تطبيقات المؤشرات الحيوية للتعرض.
تقييم السمية الجينية هو تقييم العوامل لقدرتها على إحداث أي من الأنواع الثلاثة العامة للتغييرات (الطفرات) في المادة الوراثية (DNA): الجين والكروموسومات والجينوم. في الكائنات الحية مثل البشر ، تتكون الجينات من الحمض النووي ، والذي يتكون من وحدات فردية تسمى قواعد النوكليوتيدات. يتم ترتيب الجينات في هياكل فيزيائية منفصلة تسمى الكروموسومات. يمكن أن تؤدي السمية الجينية إلى تأثيرات كبيرة لا رجعة فيها على صحة الإنسان. يعتبر الضرر الناجم عن السمية الجينية خطوة حاسمة في تحريض السرطان ويمكن أن يشارك أيضًا في تحريض العيوب الخلقية وموت الجنين. يمكن أن تحدث الفئات الثلاث من الطفرات المذكورة أعلاه داخل أي من نوعي الأنسجة التي تمتلكها الكائنات الحية مثل البشر: الحيوانات المنوية أو البويضات (الخلايا الجرثومية) والأنسجة المتبقية (الخلايا الجسدية).
المقايسات التي تقيس طفرة الجينات هي تلك التي تكشف عن استبدال أو إضافة أو حذف النيوكليوتيدات داخل الجين. المقايسات التي تقيس طفرة الكروموسومات هي تلك التي تكشف عن الانكسارات أو إعادة ترتيب الكروموسومات التي تنطوي على كروموسوم واحد أو أكثر. المقايسات التي تقيس الطفرات الجينومية هي تلك التي تكتشف التغيرات في عدد الكروموسومات ، وهي حالة تسمى اختلال الصيغة الصبغية. لقد تغير تقييم السمية الجينية بشكل كبير منذ أن قام هيرمان مولر في عام 1927 بتطوير أول مقايسة لاكتشاف العوامل السامة للجينات (المطفرة). ومنذ ذلك الحين ، تم تطوير أكثر من 200 فحص تقيس الطفرات في الحمض النووي. ومع ذلك ، يتم استخدام أقل من عشرة فحوصات بشكل شائع اليوم لتقييم السمية الوراثية. تستعرض هذه المقالة هذه المقايسات ، وتصف ما تقيسه ، وتستكشف دور هذه المقايسات في تقييم السمية.
تحديد مخاطر السرطان قبل تطوير علم السموم الوراثي الميداني
أصبح علم السموم الوراثي جزءًا لا يتجزأ من عملية تقييم المخاطر الشاملة واكتسب مكانة في الآونة الأخيرة كمؤشر موثوق للنشاط المسبّب للسرطان. ومع ذلك ، قبل تطوير علم السموم الوراثي (قبل عام 1970) ، كانت طرق أخرى وما زالت تستخدم لتحديد مخاطر السرطان المحتملة على البشر. هناك ست فئات رئيسية من الأساليب المستخدمة حاليًا لتحديد مخاطر الإصابة بالسرطان البشري: الدراسات الوبائية ، والمقايسات الحيوية طويلة المدى في الجسم الحي ، والمقايسات الحيوية متوسطة المدى في الجسم الحي ، والمقايسات الحيوية قصيرة المدى في الجسم الحي وفي المختبر ، والذكاء الاصطناعي (نشاط الهيكل) ، والاستدلال القائم على الآلية.
يعطي الجدول 1 مزايا وعيوب هذه الأساليب.
الجدول 1. مزايا وعيوب الأساليب الحالية لتحديد مخاطر الإصابة بالسرطان البشري
المزايا | عيوب | |
دراسات وبائية | (1) البشر هم المؤشرات النهائية للمرض ؛ (2) تقييم المجموعات السكانية الحساسة أو المعرضة للإصابة ؛ (3) مجموعات التعرض المهني ؛ (4) تنبيهات الحراسة البيئية |
(1) بأثر رجعي بشكل عام (شهادات الوفاة ، سحب التحيزات ، إلخ) ؛ (2) غير حساس ، مكلف ، طويل ؛ (3) بيانات التعرض الموثوقة غير متوفرة في بعض الأحيان أو يصعب الحصول عليها ؛ (4) التعرضات المركبة والمتعددة والمعقدة ؛ عدم وجود مجموعات مراقبة مناسبة ؛ (5) لم يتم إجراء تجارب على البشر ؛ (6) الكشف عن السرطان وليس الوقاية |
الاختبارات الحيوية طويلة المدى في الجسم الحي | (1) التقييمات (المصادقة) المستقبلية بأثر رجعي ؛ (2) الارتباط الممتاز مع المواد المسببة للسرطان البشرية المحددة ؛ (3) مستويات التعرض وظروفه المعروفة ؛ (4) يحدد السمية الكيميائية وآثار الإصابة بالسرطان ؛ (5) النتائج التي تم الحصول عليها بسرعة نسبية ؛ (6) المقارنات النوعية بين الفئات الكيميائية ؛ (7) أنظمة بيولوجية تكاملية وتفاعلية وثيقة الصلة بالبشر | (1) نادرًا ما يتم تكرارها ، وتتطلب موارد كثيرة ؛ (3) مرافق محدودة مناسبة لمثل هذه التجارب ؛ (4) مناقشة استقراء الأنواع ؛ (5) حالات التعرض المستخدمة غالبًا ما تكون بمستويات تزيد كثيرًا عن تلك التي يتعرض لها البشر ؛ (6) لا يحاكي التعرض لمادة كيميائية واحدة التعرض البشري ، والذي يكون عمومًا لمواد كيميائية متعددة في وقت واحد |
الاختبارات الحيوية على المدى المتوسط والقصير في الجسم الحي وفي المختبر | (1) أسرع وأقل تكلفة من المقايسات الأخرى ؛ (2) عينات كبيرة يسهل نسخها ؛ (3) يتم قياس نقاط النهاية ذات المعنى البيولوجي (الطفرة ، إلخ) ؛ (4) يمكن استخدامها كمقايسات غربلة لاختيار مواد كيميائية للمقايسات الحيوية طويلة الأجل |
(1) في المختبر لا تنبئ بشكل كامل في الجسم الحي ؛ (2) عادة كائن حي أو عضو محدد ؛ (3) قدرات لا يمكن مقارنتها بالحيوانات الكاملة أو البشر |
التركيب الكيميائي - جمعيات النشاط البيولوجي | (1) سهل نسبيًا وسريع وغير مكلف ؛ (2) يمكن الاعتماد عليها بالنسبة لفئات كيميائية معينة (على سبيل المثال ، أصباغ النيتروسامين والبنزيدين) ؛ (3) تم تطويرها من البيانات البيولوجية ولكنها لا تعتمد على التجارب البيولوجية الإضافية | (1) ليست "بيولوجية" ؛ (2) استثناءات عديدة للقواعد المصاغة ؛ (3) بأثر رجعي ونادراً (لكن تصبح) مستقبلية |
الاستدلالات الآلية | (1) دقيقة بشكل معقول لفئات معينة من المواد الكيميائية ؛ (2) يسمح بتنقيح الفرضيات ؛ (3) يمكن أن يوجه تقييمات المخاطر إلى الفئات السكانية الحساسة | (1) آليات التسرطن الكيميائي غير محدد ، ومتعدد ، ومن المحتمل أن يكون مادة كيميائية أو فئة محددة ؛ (2) قد تفشل في إبراز الاستثناءات من الآليات العامة |
الأساس المنطقي والمفاهيمي لمقايسات علم السموم الوراثي
على الرغم من أن الأنواع والأعداد الدقيقة للمقايسات المستخدمة لتقييم السمية الجينية تتطور باستمرار وتختلف من بلد إلى آخر ، فإن أكثرها شيوعًا تشمل فحوصات (1) طفرة جينية في البكتيريا و / أو خلايا الثدييات المستزرعة و (2) طفرة صبغية في خلايا الثدييات المستزرعة و / أو نخاع العظام داخل الفئران الحية. يمكن لبعض الاختبارات ضمن هذه الفئة الثانية أيضًا اكتشاف اختلال الصيغة الصبغية. على الرغم من أن هذه المقايسات لا تكتشف الطفرات في الخلايا الجرثومية ، إلا أنها تستخدم في المقام الأول بسبب التكلفة الإضافية والتعقيد في إجراء فحوصات الخلايا الجرثومية. ومع ذلك ، يتم استخدام فحوصات الخلايا الجرثومية في الفئران عندما تكون المعلومات حول تأثيرات الخلايا الجرثومية مطلوبة.
أدت الدراسات المنهجية على مدى فترة 25 عامًا (1970-1995) ، خاصة في البرنامج الوطني الأمريكي لعلم السموم في ولاية كارولينا الشمالية ، إلى استخدام عدد منفصل من المقايسات للكشف عن نشاط العوامل المسببة للطفرات. استند الأساس المنطقي لتقييم فائدة المقايسات إلى قدرتها على اكتشاف العوامل التي تسبب السرطان في القوارض والتي يشتبه في أنها تسبب السرطان لدى البشر (أي المواد المسرطنة). وذلك لأن الدراسات التي أجريت خلال العقود العديدة الماضية أشارت إلى أن الخلايا السرطانية تحتوي على طفرات في جينات معينة وأن العديد من المواد المسرطنة هي أيضًا مطفرة. وبالتالي ، يُنظر إلى الخلايا السرطانية على أنها تحتوي على طفرات في الخلايا الجسدية ، ويُنظر إلى التسرطن على أنه نوع من طفرات الخلايا الجسدية.
تم اختيار مقايسات السمية الوراثية الأكثر شيوعًا اليوم ليس فقط بسبب قاعدة بياناتها الكبيرة ، والتكلفة المنخفضة نسبيًا ، وسهولة الأداء ، ولكن لأنه ثبت أنها تكشف عن العديد من القوارض ، ومن المفترض أنها تكتشف مسببات السرطان البشرية. وبالتالي ، يتم استخدام فحوصات السمية الوراثية للتنبؤ بإمكانية التسبب في الإصابة بالسرطان من العوامل.
كان التطور المفاهيمي والعملي المهم في مجال علم السموم الوراثي هو الاعتراف بأن العديد من المواد المسرطنة قد تم تعديلها بواسطة الإنزيمات داخل الجسم ، مما أدى إلى تكوين أشكال متغيرة (نواتج الأيض) التي كانت في كثير من الأحيان الشكل النهائي المسرطنة والمطفرة للمادة الكيميائية الأم. لتكرار هذا التمثيل الغذائي في طبق بتري ، أظهر Heinrich Malling أن تضمين مستحضر من كبد القوارض يحتوي على العديد من الإنزيمات اللازمة لإجراء هذا التحويل الأيضي أو التنشيط. وبالتالي ، فإن العديد من فحوصات السمية الوراثية التي يتم إجراؤها في الأطباق أو الأنابيب (في المختبر) تستخدم إضافة مستحضرات إنزيمية مماثلة. تسمى الاستعدادات البسيطة S9 mix ، والمستحضرات النقية تسمى microsomes. تمت الآن هندسة بعض الخلايا البكتيرية والثديية وراثيًا لاحتواء بعض الجينات من القوارض أو البشر التي تنتج هذه الإنزيمات ، مما يقلل من الحاجة إلى إضافة مزيج S9 أو ميكروسومات.
فحوصات وتقنيات علم السموم الوراثي
النظم البكتيرية الأولية المستخدمة في فحص السمية الوراثية هي مقايسة الطفرات السالمونيلا (أميس) ، وبدرجة أقل بكثير ، سلالة WP2 من السالمونيلا (Ames). كولاي. أشارت الدراسات في منتصف الثمانينيات إلى أن استخدام سلالتين فقط من نظام السالمونيلا (TA1980 و TA98) كان كافياً لاكتشاف ما يقرب من 100٪ من مطفرات السالمونيلا المعروفة. وبالتالي ، يتم استخدام هاتين السلالتين في معظم أغراض الفحص ؛ ومع ذلك ، تتوفر سلالات أخرى مختلفة لإجراء اختبارات أكثر شمولاً.
يتم إجراء هذه المقايسات بعدة طرق ، ولكن هناك إجراءان عامان هما مقايسات التضمين الصفيحي ومقايسات التعليق السائل. في اختبار دمج الصفيحة ، تتم إضافة الخلايا والمادة الكيميائية للاختبار و (عند الرغبة) S9 معًا في أجار مُسال ويُسكب على سطح صفيحة بتري أجار. يصلب الأجار العلوي في غضون بضع دقائق ، ويتم تحضين الصفائح لمدة يومين إلى ثلاثة أيام ، وبعد ذلك نمت الخلايا الطافرة لتشكل مجموعات من الخلايا يمكن اكتشافها بصريًا تسمى المستعمرات ، والتي يتم حسابها بعد ذلك. يحتوي وسط الأجار على عوامل انتقائية أو يتكون من مكونات بحيث تنمو الخلايا المتحولة حديثًا فقط. يتشابه مقايسة الحضانة السائلة ، باستثناء الخلايا وعامل الاختبار و S9 معًا في سائل لا يحتوي على أجار مسال ، ثم يتم غسل الخلايا خالية من عامل الاختبار و S9 وبذرها على أجار.
تم الكشف عن الطفرات في خلايا الثدييات المستزرعة بشكل أساسي في أحد الجينين: com.hprt tk. على غرار المقايسات البكتيرية ، تتعرض سلالات خلايا الثدييات (التي تم تطويرها من القوارض أو الخلايا البشرية) لعامل الاختبار في أطباق أو أنابيب الزراعة البلاستيكية ثم يتم زرعها في أطباق المزرعة التي تحتوي على وسيط مع عامل انتقائي يسمح فقط للخلايا الطافرة بالنمو . تشمل الاختبارات المستخدمة لهذا الغرض CHO / HPRT ، و TK6 ، والورم الليمفاوي للفأر L5178Y / TK+/- المقاييس. تُستخدم أيضًا خطوط خلوية أخرى تحتوي على طفرات إصلاح مختلفة للحمض النووي وكذلك تحتوي على بعض الجينات البشرية المشاركة في عملية التمثيل الغذائي. تسمح هذه الأنظمة باستعادة الطفرات داخل الجين (الطفرة الجينية) وكذلك الطفرات التي تشمل مناطق من الكروموسوم المرافقة للجين (طفرة صبغية). ومع ذلك ، يتم استرداد هذا النوع الأخير من الطفرة إلى حد أكبر بكثير بواسطة tk أنظمة الجينات من com.hprt أنظمة الجينات بسبب موقع tk الجينات.
على غرار مقايسة الحضانة السائلة للطفرات البكتيرية ، تتضمن فحوصات الطفرات الجينية لخلايا الثدييات عمومًا تعرض الخلايا في أطباق أو أنابيب المزرعة في وجود عامل الاختبار و S9 لعدة ساعات. يتم بعد ذلك غسل الخلايا واستزراعها لعدة أيام أخرى للسماح بتحلل المنتجات الجينية الطبيعية (من النوع البري) والتعبير عن المنتجات الجينية الطافرة حديثًا وتجميعها ، ثم يتم زرعها في وسط يحتوي على عامل انتقائي يسمح فقط الخلايا الطافرة لتنمو. مثل المقايسات البكتيرية ، تنمو الخلايا الطافرة في مستعمرات يمكن اكتشافها بصريًا يتم عدها بعد ذلك.
يتم التعرف على طفرة الكروموسومات بشكل أساسي عن طريق المقايسات الوراثية الخلوية ، والتي تتضمن تعريض القوارض و / أو القوارض أو الخلايا البشرية في أطباق المزرعة لمادة كيميائية اختبار ، مما يسمح بحدوث انقسام خلوي واحد أو أكثر ، وتلطيخ الكروموسومات ، ثم فحص الكروموسومات بصريًا من خلال المجهر للكشف عن التغيرات في بنية أو عدد الكروموسومات. على الرغم من أنه يمكن فحص مجموعة متنوعة من نقاط النهاية ، فإن النقطتين اللتين تم قبولهما حاليًا من قبل الهيئات التنظيمية باعتبارها الأكثر أهمية هما الانحرافات الصبغية وفئة فرعية تسمى النوى الصغيرة.
مطلوب قدر كبير من التدريب والخبرة لتسجيل الخلايا لوجود الانحرافات الصبغية ، مما يجعل هذا الإجراء مكلفًا من حيث الوقت والمال. في المقابل ، تتطلب النوى الصغيرة القليل من التدريب ، ويمكن أتمتة اكتشافها. تظهر النوى الصغيرة كنقاط صغيرة داخل الخلية تختلف عن النواة التي تحتوي على الكروموسومات. تنتج النوى الدقيقة إما عن كسر الكروموسوم أو من اختلال الصيغة الصبغية. نظرًا لسهولة تسجيل النوى الصغيرة مقارنةً بالانحرافات الصبغية ، ولأن الدراسات الحديثة تشير إلى أن العوامل التي تحفز الانحرافات الصبغية في نخاع العظام للفئران الحية تحفز عمومًا النوى الصغيرة في هذا النسيج ، يتم الآن قياس النوى الصغيرة بشكل شائع كمؤشر على قدرة عامل للحث على طفرة الكروموسومات.
على الرغم من استخدام مقايسات الخلايا الجرثومية بشكل أقل تكرارًا من المقايسات الأخرى الموصوفة أعلاه ، إلا أنها لا غنى عنها في تحديد ما إذا كان العامل يشكل خطرًا على الخلايا الجرثومية ، وهي الطفرات التي يمكن أن تؤدي إلى آثار صحية في الأجيال التالية. أكثر فحوصات الخلايا الجرثومية شيوعًا هي في الفئران ، وتتضمن الأنظمة التي تكتشف (1) النقلات الوراثية (التبادلات) بين الكروموسومات (مقايسة الانتقال الوراثي) ، (2) الطفرات الجينية أو الصبغية التي تنطوي على جينات محددة (موضع محدد أو كيميائي حيوي محدد) المقايسات) ، و (3) الطفرات التي تؤثر على قابلية الحياة (المقايسة القاتلة السائدة). كما هو الحال مع فحوصات الخلايا الجسدية ، فإن الافتراض العملي مع فحوصات الخلايا الجرثومية هو أن العوامل الإيجابية في هذه المقايسات يُفترض أنها مطافرات محتملة للخلايا الجرثومية البشرية.
الوضع الراهن وآفاق المستقبل
أشارت الدراسات الحديثة إلى أن ثلاثة أجزاء فقط من المعلومات كانت ضرورية لاكتشاف ما يقرب من 90٪ من مجموعة من 41 مادة مسرطنة للقوارض (مثل مسببات السرطان المفترضة للإنسان ومطفرات الخلايا الجسدية). وشملت هذه (1) معرفة التركيب الكيميائي للعامل ، خاصةً إذا كان يحتوي على شقوق محبة للكهرباء (انظر القسم الخاص بعلاقات التركيب والنشاط) ؛ (2) بيانات طفرات السالمونيلا ؛ و (3) بيانات من فحص السمية المزمنة لمدة 90 يومًا في القوارض (الفئران والجرذان). في الواقع ، يمكن اكتشاف جميع مسببات السرطان البشرية المُعلن عنها من قبل IARC كمطفرات باستخدام مقايسة السالمونيلا وفحص نقي عظم الفأر. يتم دعم استخدام فحوصات الطفرات هذه للكشف عن مسببات السرطان البشرية المحتملة من خلال اكتشاف أن معظم المواد المسرطنة البشرية هي مواد مسرطنة في كل من الجرذان والفئران (مسببات السرطان العابرة للأنواع) وأن معظم مسببات السرطان العابرة للأنواع مسببة للطفرات في السالمونيلا و / أو تحفز النوى الدقيقة في نخاع عظم الفأر.
مع التقدم في تكنولوجيا الحمض النووي ، ومشروع الجينوم البشري ، والفهم المحسن لدور الطفرة في السرطان ، يتم تطوير فحوصات السمية الجينية الجديدة التي من المحتمل أن يتم دمجها في إجراءات الفحص القياسية. من بينها استخدام الخلايا المعدلة وراثيا والقوارض. الأنظمة المعدلة وراثيًا هي تلك التي يتم فيها إدخال جين من نوع آخر إلى خلية أو كائن حي. على سبيل المثال ، تُستخدم الفئران المعدلة وراثيًا حاليًا في الاستخدام التجريبي الذي يسمح باكتشاف الطفرة في أي عضو أو نسيج للحيوان ، بناءً على إدخال جين بكتيري في الفأر. تتوفر الآن الخلايا البكتيرية ، مثل السالمونيلا ، وخلايا الثدييات (بما في ذلك خطوط الخلايا البشرية) التي تحتوي على الجينات المشاركة في عملية التمثيل الغذائي للعوامل المسببة للسرطان / الطفرات ، مثل جينات P450. التحليل الجزيئي للطفرات الفعلية المستحثة في الجين العابر داخل القوارض المعدلة وراثيا ، أو داخل الجينات الأصلية مثل com.hprt، أو يمكن الآن إجراء الجينات المستهدفة داخل السالمونيلا ، بحيث يمكن تحديد الطبيعة الدقيقة للطفرات التي تحدثها المواد الكيميائية ، مما يوفر نظرة ثاقبة على آلية عمل المادة الكيميائية ويسمح بإجراء مقارنات مع الطفرات في البشر المعرضين المفترض للعامل. .
تتيح التطورات الجزيئية في علم الوراثة الخلوية الآن تقييمًا أكثر تفصيلاً للطفرات الصبغية. وتشمل هذه استخدام المجسات (قطع صغيرة من الحمض النووي) التي تربط (تهجين) بجينات معينة. يمكن بعد ذلك الكشف عن إعادة ترتيب الجينات على الكروموسوم من خلال الموقع المتغير للمسبارات ، والتي تكون متألقة ويمكن تصورها بسهولة على أنها قطاعات ملونة على الكروموسومات. يسمح اختبار الرحلان الكهربي أحادي الخلية لكسر الحمض النووي (المعروف باسم مقايسة "المذنب") باكتشاف فواصل الحمض النووي داخل الخلايا المفردة وقد يصبح أداة مفيدة للغاية بالاشتراك مع تقنيات الوراثة الخلوية للكشف عن تلف الكروموسومات.
بعد سنوات عديدة من الاستخدام وإنشاء قاعدة بيانات كبيرة ومتطورة بشكل منهجي ، يمكن الآن إجراء تقييم السمية الجينية ببضع فحوصات بتكلفة صغيرة نسبيًا في فترة زمنية قصيرة (أسابيع قليلة). يمكن استخدام البيانات التي تم إنتاجها للتنبؤ بقدرة العامل على أن يكون قوارضًا ، ومن المفترض أنه مادة مسرطنة بشرية / مطفرة للخلايا الجسدية. هذه القدرة تجعل من الممكن الحد من إدخال العوامل المسببة للطفرات والمسرطنات في البيئة وتطوير عوامل بديلة غير مسببة للطفرات. يجب أن تؤدي الدراسات المستقبلية إلى طرق أفضل مع قدر أكبر من التنبؤ من المقايسات الحالية.
أدى ظهور تقنيات معقدة في البيولوجيا الجزيئية والخلوية إلى حدوث تطور سريع نسبيًا في علوم الحياة ، بما في ذلك علم السموم. في الواقع ، يتحول تركيز علم السموم من حيوانات كاملة ومجموعات من حيوانات كاملة إلى خلايا وجزيئات الحيوانات الفردية والبشر. منذ منتصف الثمانينيات ، بدأ علماء السموم في استخدام هذه المنهجيات الجديدة في تقييم آثار المواد الكيميائية على النظم الحية. كتقدم منطقي ، يتم تكييف هذه الأساليب لأغراض اختبار السمية. عملت هذه التطورات العلمية جنبًا إلى جنب مع العوامل الاجتماعية والاقتصادية لإحداث تغيير في تقييم سلامة المنتج والمخاطر المحتملة.
ترتبط العوامل الاقتصادية بشكل خاص بحجم المواد التي يجب اختبارها. يتم إدخال عدد كبير من مستحضرات التجميل والأدوية ومبيدات الآفات والمواد الكيميائية والمنتجات المنزلية الجديدة في السوق كل عام. يجب تقييم كل هذه المنتجات لسميتها المحتملة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تراكم للمواد الكيميائية المستخدمة بالفعل ولم يتم اختبارها بشكل كافٍ. ستكون المهمة الهائلة المتمثلة في الحصول على معلومات سلامة مفصلة عن جميع هذه المواد الكيميائية باستخدام طرق اختبار الحيوانات الكاملة التقليدية مكلفة من حيث المال والوقت ، إذا كان من الممكن تحقيق ذلك.
هناك أيضًا مشكلات مجتمعية تتعلق بالصحة والسلامة العامة ، فضلاً عن زيادة القلق العام بشأن استخدام الحيوانات في اختبار سلامة المنتجات. فيما يتعلق بسلامة الإنسان ، تمارس جماعات المصلحة العامة والدعوة البيئية ضغوطًا كبيرة على الوكالات الحكومية لتطبيق أنظمة أكثر صرامة على المواد الكيميائية. ومن الأمثلة الحديثة على ذلك تحرك بعض المجموعات البيئية لحظر الكلور والمركبات المحتوية على الكلور في الولايات المتحدة. تكمن إحدى الدوافع لمثل هذا الإجراء المتطرف في حقيقة أن معظم هذه المركبات لم يتم اختبارها بشكل كافٍ. من منظور علم السموم ، فإن مفهوم حظر فئة كاملة من المواد الكيميائية المتنوعة على أساس وجود الكلور هو مفهوم غير سليم علميًا وغير مسؤول. ومع ذلك ، فمن المفهوم أنه من منظور الجمهور ، يجب أن يكون هناك بعض التأكيد على أن المواد الكيميائية المنبعثة في البيئة لا تشكل مخاطر صحية كبيرة. مثل هذا الموقف يؤكد الحاجة إلى طرق أكثر كفاءة وسرعة لتقييم السمية.
القلق المجتمعي الآخر الذي أثر في مجال اختبار السمية هو الرفق بالحيوان. أعرب العدد المتزايد من مجموعات حماية الحيوان في جميع أنحاء العالم عن معارضة كبيرة لاستخدام حيوانات كاملة في اختبار سلامة المنتجات. تم شن حملات نشطة ضد الشركات المصنعة لمستحضرات التجميل ومنتجات العناية المنزلية والشخصية والمستحضرات الصيدلانية في محاولة لوقف التجارب على الحيوانات. أدت هذه الجهود في أوروبا إلى تمرير التعديل السادس للتوجيه 76/768 / EEC (توجيه مستحضرات التجميل). نتيجة هذا التوجيه هو أن مستحضرات التجميل أو مكونات مستحضرات التجميل التي تم اختبارها على الحيوانات بعد 1 يناير 1998 لا يمكن تسويقها في الاتحاد الأوروبي ، ما لم يتم التحقق من صحة الطرق البديلة بشكل غير كاف. في حين أن هذا التوجيه ليس له سلطة قضائية على بيع مثل هذه المنتجات في الولايات المتحدة أو دول أخرى ، فإنه سيؤثر بشكل كبير على تلك الشركات التي لديها أسواق دولية تشمل أوروبا.
يتم تعريف مفهوم البدائل ، الذي يشكل الأساس لتطوير الاختبارات بخلاف تلك التي يتم إجراؤها على الحيوانات الكاملة ، من خلال الثلاثة Rs: تخفيض في عدد الحيوانات المستخدمة ؛ التنقيح من البروتوكولات بحيث تعاني الحيوانات من إجهاد أو انزعاج أقل ؛ و إستبدال من الاختبارات الحالية على الحيوانات مع الاختبارات في المختبر (أي الاختبارات التي أجريت خارج الحيوان الحي) ، أو النماذج الحاسوبية أو الاختبارات على أنواع الفقاريات أو اللافقاريات الدنيا. الثلاثة Rتم تقديمه في كتاب نشره عام 1959 عالمان بريطانيان هما WMS Russell و Rex Burch ، مبادئ التقنية التجريبية الإنسانية. أكد راسل وبورتش أن الطريقة الوحيدة التي يمكن من خلالها الحصول على نتائج علمية صحيحة هي من خلال المعاملة الإنسانية للحيوانات ، واعتقدوا أنه يجب تطوير طرق لتقليل استخدام الحيوانات واستبدالها في النهاية. ومن المثير للاهتمام أن المبادئ التي حددها راسل وبورتش لم تحظ باهتمام كبير حتى عودة ظهور حركة رعاية الحيوان في منتصف السبعينيات. اليوم مفهوم الثلاثة Rs هي في المقدمة إلى حد كبير فيما يتعلق بالبحث والاختبار والتعليم.
باختصار ، لقد تأثر تطوير منهجيات الاختبار في المختبر بمجموعة متنوعة من العوامل التي تقاربت على مدى السنوات العشر إلى العشرين الماضية. من الصعب التأكد مما إذا كان أي من هذه العوامل وحدها كان له مثل هذا التأثير العميق على استراتيجيات اختبار السمية.
مفهوم اختبارات السمية في المختبر
سيركز هذا القسم فقط على الطرق المختبرية لتقييم السمية ، كأحد البدائل للاختبار على الحيوانات الكاملة. تمت مناقشة البدائل الإضافية غير الحيوانية مثل النمذجة الحاسوبية والعلاقات الكمية بين البنية والنشاط في مقالات أخرى من هذا الفصل.
تُجرى الدراسات في المختبر عمومًا على خلايا أو أنسجة حيوانية أو بشرية خارج الجسم. تعني كلمة في المختبر حرفياً "في الزجاج" ، وتشير إلى الإجراءات التي يتم إجراؤها على المواد الحية أو مكونات المواد الحية المزروعة في أطباق بتري أو في أنابيب الاختبار في ظل ظروف محددة. قد تتناقض مع الدراسات التي أجريت في الجسم الحي ، أو تلك التي أجريت على "الحيوان الحي". في حين أنه من الصعب ، إن لم يكن من المستحيل ، إسقاط تأثيرات مادة كيميائية على كائن حي معقد عندما تقتصر الملاحظات على نوع واحد من الخلايا في طبق ، فإن الدراسات في المختبر توفر قدرًا كبيرًا من المعلومات حول السمية الجوهرية أيضًا كآليات خلوية وجزيئية من السمية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها توفر العديد من المزايا مقارنة بالدراسات المجراة من حيث أنها أقل تكلفة بشكل عام ويمكن إجراؤها في ظل ظروف أكثر تحكمًا. علاوة على ذلك ، على الرغم من حقيقة أن أعدادًا صغيرة من الحيوانات لا تزال مطلوبة للحصول على خلايا للزراعة في المختبر ، يمكن اعتبار هذه الطرق بدائل اختزال (نظرًا لاستخدام عدد أقل من الحيوانات مقارنة بالدراسات في الجسم الحي) وبدائل التنقية (لأنها تلغي الحاجة لإخضاع الحيوانات للعواقب السامة الضارة التي تفرضها التجارب في الجسم الحي).
من أجل تفسير نتائج اختبارات السمية في المختبر ، وتحديد فائدتها المحتملة في تقييم السمية وربطها بعملية السموم الكلية في الجسم الحي ، من الضروري فهم أي جزء من العملية السمية يتم فحصه. تتكون العملية السمية بأكملها من أحداث تبدأ بتعرض الكائن الحي لعامل فيزيائي أو كيميائي ، وتتقدم من خلال التفاعلات الخلوية والجزيئية وتتجلى في النهاية في استجابة الكائن الحي بأكمله. تقتصر الاختبارات في المختبر بشكل عام على جزء من عملية السموم التي تحدث على المستوى الخلوي والجزيئي. تشمل أنواع المعلومات التي يمكن الحصول عليها من الدراسات المختبرية مسارات التمثيل الغذائي ، وتفاعل المستقلبات النشطة مع الأهداف الخلوية والجزيئية ونقاط النهاية السامة التي يمكن قياسها والتي يمكن أن تكون بمثابة مؤشرات حيوية جزيئية للتعرض. في الحالة المثالية ، ستكون آلية سمية كل مادة كيميائية من التعرض لمظاهر الكائن الحي معروفة ، بحيث يمكن تفسير المعلومات التي تم الحصول عليها من الاختبارات المعملية بشكل كامل وترتبط باستجابة الكائن الحي بأكمله. ومع ذلك ، فإن هذا يكاد يكون مستحيلًا ، حيث تم توضيح عدد قليل نسبيًا من آليات السموم الكاملة. وبالتالي ، يواجه علماء السموم موقفًا لا يمكن فيه استخدام نتائج الاختبار المخبري كتنبؤ دقيق تمامًا للسمية في الجسم الحي لأن الآلية غير معروفة. ومع ذلك ، في كثير من الأحيان أثناء عملية تطوير اختبار في المختبر ، يتم توضيح مكونات الآلية (الآليات) الخلوية والجزيئية للسمية.
تتعلق إحدى القضايا الرئيسية التي لم يتم حلها والتي تحيط بتطوير وتنفيذ الاختبارات المعملية بالاعتبارات التالية: هل يجب أن تكون قائمة على أساس ميكانيكي أم أنها كافية لتكون وصفية؟ من الأفضل بلا شك من منظور علمي استخدام الاختبارات القائمة على ميكانيكي فقط كبدائل للاختبارات في الجسم الحي. ولكن في حالة عدم وجود معرفة آلية كاملة ، فإن احتمال تطوير اختبارات في المختبر لتحل محل الاختبارات الحيوانية بالكامل في المستقبل القريب يكاد يكون معدومًا. ومع ذلك ، فإن هذا لا يستبعد استخدام أنواع أكثر وصفية من المقايسات كأدوات فحص مبكرة ، وهذا هو الحال في الوقت الحاضر. أدت هذه الشاشات إلى انخفاض كبير في استخدام الحيوانات. لذلك ، حتى يحين الوقت الذي يتم فيه إنشاء المزيد من المعلومات الآلية ، قد يكون من الضروري استخدام اختبارات محدودة ترتبط نتائجها بشكل جيد مع تلك التي تم الحصول عليها في الجسم الحي.
الاختبارات المعملية للسمية الخلوية
في هذا القسم ، سيتم وصف العديد من الاختبارات في المختبر التي تم تطويرها لتقييم قدرة المادة الكيميائية على تسمم الخلايا. بالنسبة للجزء الأكبر ، تكون هذه الاختبارات سهلة الأداء ويمكن أتمتة التحليل. اختبار واحد شائع الاستخدام في المختبر للسمية الخلوية هو المقايسة الحمراء المحايدة. يتم إجراء هذا الاختبار على الخلايا الموجودة في المزرعة ، وبالنسبة لمعظم التطبيقات ، يمكن الحفاظ على الخلايا في أطباق المزرعة التي تحتوي على 96 بئراً صغيراً ، قطر كل منها 6.4 مم. نظرًا لأنه يمكن استخدام كل بئر لتحديد واحد ، فإن هذا الترتيب يمكن أن يستوعب تركيزات متعددة من المادة الكيميائية للاختبار بالإضافة إلى عناصر التحكم الإيجابية والسلبية مع عدد كافٍ من التكرارات لكل منها. بعد معالجة الخلايا بتركيزات مختلفة من المادة الكيميائية الاختبارية التي تتراوح على الأقل مرتين من حيث الحجم (على سبيل المثال ، من 0.01 م إلى 1 م م) ، بالإضافة إلى المواد الكيميائية الضابطة الإيجابية والسلبية ، يتم شطف الخلايا ومعالجتها باللون الأحمر المحايد ، صبغة لا يمكن تناولها والاحتفاظ بها إلا بواسطة الخلايا الحية. يمكن إضافة الصبغة عند إزالة المادة الكيميائية المختبرة لتحديد التأثيرات الفورية ، أو يمكن إضافتها في أوقات مختلفة بعد إزالة مادة الاختبار الكيميائية لتحديد التأثيرات التراكمية أو المتأخرة. تتوافق شدة اللون في كل بئر مع عدد الخلايا الحية في ذلك البئر. يتم قياس شدة اللون بواسطة مقياس طيف ضوئي يمكن أن يكون مزودًا بقارئ لوحة. تمت برمجة قارئ اللوحة لتوفير قياسات فردية لكل من الآبار الـ 96 في طبق الثقافة. تسمح هذه المنهجية الآلية للمحقق بإجراء تجربة تركيز - استجابة سريعًا والحصول على بيانات مفيدة إحصائيًا.
اختبار آخر بسيط نسبيًا للسمية الخلوية هو اختبار MTT. MTT (3 [4,5،2-dimethylthiazol-2,5-yl] -XNUMX،XNUMX-diphenyltetrazolium bromide) عبارة عن صبغة تترازوليوم يتم تقليلها بواسطة إنزيمات الميتوكوندريا إلى اللون الأزرق. فقط الخلايا التي تحتوي على ميتوكوندريا قابلة للحياة هي التي تحتفظ بالقدرة على تنفيذ هذا التفاعل ؛ لذلك ترتبط شدة اللون ارتباطًا مباشرًا بدرجة سلامة الميتوكوندريا. هذا اختبار مفيد للكشف عن المركبات السامة للخلايا العامة وكذلك تلك العوامل التي تستهدف الميتوكوندريا على وجه التحديد.
يستخدم قياس نشاط اللاكتات ديهيدروجينيز (LDH) أيضًا كمقايسة واسعة النطاق للسمية الخلوية. يوجد هذا الإنزيم عادة في سيتوبلازم الخلايا الحية ويتم إطلاقه في وسط استنبات الخلية من خلال أغشية الخلايا المتسربة للخلايا الميتة أو المحتضرة التي تأثرت سلبًا بعامل سام. يمكن إزالة كميات صغيرة من وسط المزرعة في أوقات مختلفة بعد المعالجة الكيميائية للخلايا لقياس كمية LDH المنبعثة وتحديد المسار الزمني للسمية. في حين أن مقايسة إطلاق LDH هي تقييم عام جدًا للسمية الخلوية ، إلا أنها مفيدة لأنها سهلة التنفيذ ويمكن إجراؤها في الوقت الفعلي.
هناك العديد من الطرق الجديدة التي يتم تطويرها لاكتشاف الضرر الخلوي. تستخدم الطرق الأكثر تعقيدًا مجسات الفلورسنت لقياس مجموعة متنوعة من المعلمات داخل الخلايا ، مثل إطلاق الكالسيوم والتغيرات في درجة الحموضة وإمكانات الغشاء. بشكل عام ، هذه المجسات حساسة للغاية وقد تكتشف تغييرات خلوية أكثر دقة ، مما يقلل من الحاجة إلى استخدام موت الخلية كنقطة نهاية. بالإضافة إلى ذلك ، قد تتم أتمتة العديد من فحوصات الفلورسنت هذه باستخدام لوحات 96-بئر وقارئات لوحة الفلورسنت.
بمجرد جمع البيانات عن سلسلة من المواد الكيميائية باستخدام أحد هذه الاختبارات ، يمكن تحديد السمية النسبية. يمكن التعبير عن السمية النسبية لمادة كيميائية ، كما هو محدد في اختبار في المختبر ، على أنها التركيز الذي يمارس تأثيرًا بنسبة 50٪ على استجابة نقطة النهاية للخلايا غير المعالجة. يشار إلى هذا التحديد باسم المفوضية الأوروبية50 (Eخامل Cالتركيز ل 50٪ من الخلايا) ويمكن استخدامها لمقارنة سمية المواد الكيميائية المختلفة في المختبر. (مصطلح مشابه يستخدم في تقييم السمية النسبية هو IC50، يشير إلى تركيز مادة كيميائية تسبب تثبيطًا بنسبة 50 ٪ لعملية خلوية ، على سبيل المثال ، القدرة على تناول اللون الأحمر المحايد.) ليس من السهل تقييم ما إذا كانت السمية النسبية للمواد الكيميائية في المختبر قابلة للمقارنة مع قريبها في سمية الجسم الحي ، نظرًا لوجود العديد من العوامل المربكة في نظام الجسم الحي ، مثل الحركية السمية ، والتمثيل الغذائي ، وآليات الإصلاح والدفاع. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن معظم هذه المقايسات تقيس نقاط نهاية السمية الخلوية العامة ، فإنها لا تستند إلى ميكانيكي. لذلك ، فإن الاتفاق بين السمية النسبية في المختبر وفي الجسم الحي هو ببساطة متلازم. على الرغم من التعقيدات والصعوبات العديدة في الاستقراء من المختبر إلى الجسم الحي ، فقد أثبتت هذه الاختبارات في المختبر أنها ذات قيمة كبيرة لأنها بسيطة وغير مكلفة في الأداء ويمكن استخدامها كشاشات لتحديد الأدوية أو المواد الكيميائية شديدة السمية في المراحل المبكرة من تطوير.
سمية الجهاز المستهدف
يمكن أيضًا استخدام الاختبارات المعملية لتقييم سمية الأعضاء المستهدفة المحددة. هناك عدد من الصعوبات المرتبطة بتصميم مثل هذه الاختبارات ، وأبرزها عدم قدرة الأنظمة المختبرية على الحفاظ على العديد من سمات العضو في الجسم الحي. في كثير من الأحيان ، عندما تؤخذ الخلايا من الحيوانات وتوضع في المزرعة ، فإنها تميل إما إلى التدهور بسرعة و / أو عدم التمايز ، أي تفقد وظائفها الشبيهة بالعضو وتصبح أكثر عمومية. وهذا يمثل مشكلة في أنه في غضون فترة قصيرة من الوقت ، عادةً بضعة أيام ، لم تعد الثقافات مفيدة لتقييم التأثيرات الخاصة بالأعضاء للسم.
يتم التغلب على العديد من هذه المشكلات بسبب التطورات الحديثة في البيولوجيا الجزيئية والخلوية. يمكن استخدام المعلومات التي يتم الحصول عليها حول البيئة الخلوية في الجسم الحي في تعديل ظروف الثقافة في المختبر. منذ منتصف الثمانينيات ، تم اكتشاف عوامل نمو وسيتوكينات جديدة ، والعديد منها متاح الآن تجاريًا. تساعد إضافة هذه العوامل إلى الخلايا في المزرعة على الحفاظ على سلامتها وقد تساعد أيضًا في الاحتفاظ بوظائف أكثر تمايزًا لفترات زمنية أطول. زادت الدراسات الأساسية الأخرى من المعرفة بالمتطلبات الغذائية والهرمونية للخلايا في المزرعة ، بحيث يمكن صياغة وسائط جديدة. تم إحراز تقدم حديث أيضًا في تحديد كل من المصفوفات خارج الخلية الطبيعية والاصطناعية التي يمكن استنبات الخلايا عليها. يمكن أن يكون لثقافة الخلايا على هذه المصفوفات المختلفة تأثيرات عميقة على كل من هيكلها ووظيفتها. الميزة الرئيسية المستمدة من هذه المعرفة هي القدرة على التحكم بشكل معقد في بيئة الخلايا في الثقافة والفحص الفردي لتأثيرات هذه العوامل على عمليات الخلية الأساسية وعلى استجاباتها للعوامل الكيميائية المختلفة. باختصار ، يمكن أن توفر هذه الأنظمة نظرة ثاقبة لآليات السمية الخاصة بالأعضاء.
يتم إجراء العديد من دراسات سمية الأعضاء المستهدفة في الخلايا الأولية ، والتي يتم عزلها حديثًا من عضو ما ، وعادةً ما تظهر عمرًا محدودًا في المزرعة. هناك العديد من المزايا لوجود مزارع أولية لنوع خلية واحدة من عضو لتقييم السمية. من منظور آلي ، هذه الثقافات مفيدة لدراسة أهداف خلوية محددة لمادة كيميائية. في بعض الحالات ، يمكن زراعة نوعين أو أكثر من أنواع الخلايا من العضو معًا ، وهذا يوفر ميزة إضافية تتمثل في القدرة على النظر في تفاعلات الخلايا الخلوية استجابةً للسم. تم تصميم بعض أنظمة الاستزراع المشترك للبشرة بحيث تشكل بنية ثلاثية الأبعاد تشبه الجلد في الجسم الحي. من الممكن أيضًا الاستزراع المشترك لخلايا من أعضاء مختلفة - على سبيل المثال ، الكبد والكلى. قد يكون هذا النوع من الزرع مفيدًا في تقييم التأثيرات الخاصة بخلايا الكلى ، لمادة كيميائية يجب تنشيطها بيولوجيًا في الكبد.
لعبت الأدوات البيولوجية الجزيئية أيضًا دورًا مهمًا في تطوير خطوط الخلايا المستمرة التي يمكن أن تكون مفيدة لاختبار سمية الأعضاء المستهدفة. يتم إنشاء خطوط الخلايا هذه عن طريق نقل الحمض النووي إلى الخلايا الأولية. في إجراء تعداء ، يتم معالجة الخلايا والحمض النووي بحيث يمكن للخلايا امتصاص الحمض النووي. عادة ما يكون الحمض النووي من فيروس ويحتوي على جين أو جينات ، عند التعبير عنها ، تسمح للخلايا بأن تصبح خالدة (أي قادرة على العيش والنمو لفترات طويلة في الثقافة). يمكن أيضًا تصميم الحمض النووي بحيث يتم التحكم في الجين الخالد بواسطة محفز محفز. ميزة هذا النوع من البناء هي أن الخلايا سوف تنقسم فقط عندما تتلقى المحفز الكيميائي المناسب للسماح بالتعبير عن الجين الخالد. مثال على هذا البناء هو جين مستضد T الكبير من Simian Virus 40 (SV40) (الجين الخالد) ، مسبوقًا بمنطقة المروج لجين الميتالوثيونين ، والذي يحدث بسبب وجود معدن في وسط الثقافة. وهكذا ، بعد نقل الجين إلى الخلايا ، يمكن معالجة الخلايا بتركيزات منخفضة من الزنك لتحفيز محفز MT وتشغيل التعبير عن جين مستضد T. في ظل هذه الظروف ، تتكاثر الخلايا. عند إزالة الزنك من الوسط ، تتوقف الخلايا عن الانقسام وتعود في ظل الظروف المثالية إلى الحالة التي تعبر فيها عن وظائفها الخاصة بالأنسجة.
ساهمت القدرة على إنتاج خلايا خالدة جنبًا إلى جنب مع التقدم في تقنية زراعة الخلايا بشكل كبير في إنشاء خطوط خلوية من العديد من الأعضاء المختلفة ، بما في ذلك الدماغ والكلى والكبد. ومع ذلك ، قبل أن يتم استخدام خطوط الخلايا هذه كبديل لأنواع الخلايا الحسنة النية ، يجب وصفها بعناية لتحديد مدى "طبيعتها" حقًا.
أنظمة أخرى في المختبر لدراسة سمية الأعضاء المستهدفة تنطوي على زيادة التعقيد. نظرًا لأن الأنظمة المختبرية تتقدم في التعقيد من خلية واحدة إلى زراعة أعضاء كاملة ، فإنها تصبح أكثر قابلية للمقارنة مع البيئة في الجسم الحي ، ولكن في نفس الوقت يصبح التحكم فيها أكثر صعوبة نظرًا للعدد المتزايد من المتغيرات. لذلك ، فإن ما يمكن اكتسابه من الانتقال إلى مستوى أعلى من التنظيم يمكن أن يضيع في عدم قدرة الباحث على التحكم في البيئة التجريبية. يقارن الجدول 1 بعض خصائص الأنظمة المختبرية المختلفة التي تم استخدامها لدراسة السمية الكبدية.
الجدول 1. مقارنة الأنظمة في المختبر لدراسات السمية الكبدية
تعقيد (مستوى التفاعل) |
القدرة على الاحتفاظ بوظائف الكبد | المدة المحتملة للثقافة | القدرة على التحكم في البيئة | |
خطوط الخلايا الخالدة | من خلية إلى أخرى (تختلف باختلاف خط الخلية) | فقير إلى جيد (يختلف باختلاف خط الخلية) | غير محدد | ممتاز |
ثقافات خلايا الكبد الأولية | خلية إلى أخرى | عادل إلى ممتاز (يختلف باختلاف ظروف الثقافة) | أيام إلى أسابيع | ممتاز |
الثقافات المشتركة لخلايا الكبد | خلية إلى أخرى (بين نفس أنواع الخلايا وأنواع مختلفة) | من جيد إلى رائع | أسابيع | ممتاز |
شرائح الكبد | خلية إلى أخرى (بين جميع أنواع الخلايا) | من جيد إلى رائع | ساعات إلى أيام | خير |
كبد معزول ومروي | خلية إلى خلية (من بين جميع أنواع الخلايا) ، وداخل العضو | ممتاز | ساعات | عادل |
يتم استخدام شرائح الأنسجة الدقيقة على نطاق واسع لدراسات السموم. هناك أدوات جديدة متاحة تمكن الباحث من قطع شرائح أنسجة موحدة في بيئة معقمة. تقدم شرائح الأنسجة بعض المزايا على أنظمة زراعة الخلايا من حيث أن جميع أنواع الخلايا في العضو موجودة وتحافظ على بنيتها في الجسم الحي وتواصلها بين الخلايا. وبالتالي ، يمكن إجراء دراسات في المختبر لتحديد نوع الخلية المستهدفة داخل العضو وكذلك للتحقيق في سمية العضو المستهدف المحدد. من عيوب الشرائح أنها تتحلل بسرعة بعد الـ 24 ساعة الأولى من الاستنبات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى ضعف انتشار الأكسجين إلى الخلايا الموجودة داخل الشرائح. ومع ذلك ، فقد أشارت الدراسات الحديثة إلى أنه يمكن تحقيق تهوية أكثر كفاءة عن طريق الدوران اللطيف. هذا ، إلى جانب استخدام وسط أكثر تعقيدًا ، يسمح للشرائح بالبقاء لمدة تصل إلى 96 ساعة.
تتشابه إإكسبلنتس الأنسجة من حيث المفهوم مع شرائح الأنسجة ويمكن أيضًا استخدامها لتحديد سمية المواد الكيميائية في أعضاء مستهدفة محددة. يتم إنشاء إإكسبلنتس الأنسجة عن طريق إزالة قطعة صغيرة من الأنسجة (لدراسات المسخ ، جنين سليم) ووضعها في المزرعة لمزيد من الدراسة. كانت الزراعة المستأصلة مفيدة لدراسات السمية قصيرة المدى بما في ذلك التهيج والتآكل في الجلد ودراسات الأسبستوس في القصبة الهوائية ودراسات السمية العصبية في أنسجة المخ.
يمكن أيضًا استخدام الأعضاء المروية المعزولة لتقييم سمية الأعضاء المستهدفة. تقدم هذه الأنظمة ميزة مماثلة لتلك الخاصة بشرائح الأنسجة والإكسبلنتس في أن جميع أنواع الخلايا موجودة ، ولكن بدون إجهاد الأنسجة التي أدخلتها التلاعبات المشاركة في تحضير الشرائح. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تسمح بالحفاظ على التفاعلات داخل الأعضاء. العيب الرئيسي هو قابليتها للبقاء على المدى القصير ، مما يحد من استخدامها في اختبار السمية في المختبر. من حيث العمل كبديل ، يمكن اعتبار هذه الثقافات تحسينًا لأن الحيوانات لا تعاني من العواقب السلبية للمعالجة في الجسم الحي بالسموم. ومع ذلك ، فإن استخدامها لا يقلل بشكل كبير من عدد الحيوانات المطلوبة.
باختصار ، هناك عدة أنواع من الأنظمة المختبرية المتاحة لتقييم سمية الأعضاء المستهدفة. من الممكن الحصول على الكثير من المعلومات حول آليات السمية باستخدام واحدة أو أكثر من هذه التقنيات. تظل الصعوبة في معرفة كيفية الاستقراء من نظام في المختبر ، والذي يمثل جزءًا صغيرًا نسبيًا من العملية السمية ، إلى العملية برمتها التي تحدث في الجسم الحي.
اختبارات في المختبر لتهيج العين
ربما يكون اختبار السمية للحيوان الأكثر إثارة للجدل من منظور الرفق بالحيوان هو اختبار Draize لتهيج العين ، والذي يتم إجراؤه في الأرانب. في هذا الاختبار ، يتم وضع جرعة ثابتة صغيرة من مادة كيميائية في إحدى عيني الأرنب بينما يتم استخدام العين الأخرى كعنصر تحكم. يتم تسجيل درجة التهيج والالتهاب في أوقات مختلفة بعد التعرض. يتم بذل جهد كبير لتطوير منهجيات لتحل محل هذا الاختبار ، والذي تم انتقاده ليس فقط لأسباب إنسانية ، ولكن أيضًا بسبب ذاتية الملاحظات وتنوع النتائج. من المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه على الرغم من الانتقادات القاسية التي تلقاها اختبار Draize ، فقد أثبت أنه ناجح بشكل ملحوظ في توقع مهيجات العين البشرية ، خاصة المواد المهيجة بشكل طفيف إلى معتدل ، والتي يصعب التعرف عليها بطرق أخرى. وبالتالي ، فإن الطلب على البدائل في المختبر كبير.
البحث عن بدائل لاختبار درايز أمر معقد ، وإن كان من المتوقع أن يكون ناجحًا. تم تطوير العديد من البدائل في المختبر وغيرها وفي بعض الحالات تم تنفيذها. بدائل الصقل لاختبار Draize ، والتي بحكم تعريفها ، أقل إيلامًا أو إزعاجًا للحيوانات ، تشمل اختبار العين منخفض الحجم ، حيث يتم وضع كميات أصغر من مواد الاختبار في عيون الأرانب ، ليس فقط لأسباب إنسانية ، ولكن أيضًا يحاكي عن كثب الكميات التي قد يتعرض لها الأشخاص عن طريق الخطأ. تحسين آخر هو أن المواد التي تحتوي على درجة حموضة أقل من 2 أو أكبر من 11.5 لم تعد مختبرة على الحيوانات حيث من المعروف أنها تسبب تهيجًا شديدًا للعين.
بين عامي 1980 و 1989 ، كان هناك انخفاض يقدر بنسبة 87 ٪ في عدد الأرانب المستخدمة لاختبار تهيج العين لمستحضرات التجميل. تم دمج الاختبارات في المختبر كجزء من نهج اختبار المستوى لتحقيق هذا الانخفاض الهائل في الاختبارات التي أجريت على الحيوانات بأكملها. هذا النهج هو عملية متعددة الخطوات تبدأ بفحص شامل لبيانات تهيج العين التاريخية والتحليل الفيزيائي والكيميائي للمادة الكيميائية المراد تقييمها. إذا لم تسفر هاتان العمليتان عن معلومات كافية ، فسيتم إجراء مجموعة من الاختبارات المعملية. قد تكون البيانات الإضافية التي تم الحصول عليها من الاختبارات المعملية كافية لتقييم سلامة المادة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستكون الخطوة الأخيرة هي إجراء اختبارات محدودة في الجسم الحي. من السهل أن نرى كيف يمكن لهذا النهج أن يقضي على أو على الأقل يقلل بشكل كبير من أعداد الحيوانات اللازمة للتنبؤ بسلامة مادة الاختبار.
تعتمد بطارية الاختبارات المختبرية المستخدمة كجزء من استراتيجية اختبار الطبقة هذه على احتياجات الصناعة المعينة. يتم إجراء اختبار تهيج العين بواسطة مجموعة متنوعة من الصناعات من مستحضرات التجميل إلى الأدوية إلى الكيماويات الصناعية. يختلف نوع المعلومات التي تتطلبها كل صناعة ، وبالتالي لا يمكن تحديد بطارية واحدة من الاختبارات المعملية. تم تصميم بطارية الاختبار بشكل عام لتقييم خمسة معايير: السمية الخلوية ، والتغيرات في فسيولوجيا الأنسجة والكيمياء الحيوية ، والعلاقات الكمية بين التركيب والنشاط ، ووسطاء الالتهاب ، والتعافي والإصلاح. مثال على اختبار السمية الخلوية ، وهو أحد الأسباب المحتملة للتهيج ، هو الفحص الأحمر المحايد باستخدام الخلايا المستنبتة (انظر أعلاه). يمكن تقييم التغيرات في فسيولوجيا الخلايا والكيمياء الحيوية الناتجة عن التعرض لمادة كيميائية في مزارع الخلايا الظهارية للقرنية البشرية. بدلاً من ذلك ، استخدم الباحثون أيضًا الأبقار أو مقل أعين الدجاج التي تم الحصول عليها من المسالخ سليمة أو مقطوعة. العديد من نقاط النهاية المقاسة في مزارع الأعضاء هذه هي نفسها التي تم قياسها في الجسم الحي ، مثل عتامة القرنية وتورم القرنية.
غالبًا ما يكون الالتهاب أحد مكونات إصابة العين الناتجة عن المواد الكيميائية ، وهناك عدد من الاختبارات المتاحة لفحص هذه المعلمة. تكتشف فحوصات كيميائية حيوية مختلفة وجود وسطاء تم إطلاقها أثناء العملية الالتهابية مثل حمض الأراكيدونيك والسيتوكينات. يمكن أيضًا استخدام الغشاء المشيمي (CAM) لبيضة الدجاجة كمؤشر على الالتهاب. في اختبار CAM ، تتم إزالة قطعة صغيرة من قشرة جنين كتكوت من 14 إلى XNUMX يومًا لفضح CAM. ثم يتم تطبيق المادة الكيميائية على الطبابة البديلة ويتم تسجيل علامات الالتهاب ، مثل نزيف الأوعية الدموية ، في أوقات مختلفة بعد ذلك.
واحدة من أصعب العمليات في الجسم الحي للتقييم في المختبر هي التعافي وإصلاح إصابة العين. أداة مطورة حديثًا ، مقياس السيليكون الدقيق ، تقيس التغيرات الصغيرة في درجة الحموضة خارج الخلية ويمكن استخدامها لمراقبة الخلايا المستنبتة في الوقت الفعلي. لقد ثبت أن هذا التحليل يرتبط بشكل جيد إلى حد ما مع الانتعاش في الجسم الحي وقد تم استخدامه كاختبار في المختبر لهذه العملية. كانت هذه لمحة موجزة عن أنواع الاختبارات المستخدمة كبدائل لاختبار Draize لتهيج العين. من المحتمل أنه خلال السنوات العديدة القادمة سيتم تحديد سلسلة كاملة من بطاريات الاختبار في المختبر وسيتم التحقق من صحة كل منها لغرضها المحدد.
التحقق
إن مفتاح القبول التنظيمي وتنفيذ منهجيات الاختبار في المختبر هو التحقق من الصحة ، وهي العملية التي يتم من خلالها تحديد مصداقية الاختبار المرشح لغرض محدد. بذلت جهود لتحديد وتنسيق عملية التحقق في كل من الولايات المتحدة وأوروبا. أنشأ الاتحاد الأوروبي المركز الأوروبي للتحقق من صحة الطرق البديلة (ECVAM) في عام 1993 لتنسيق الجهود هناك وللتفاعل مع المنظمات الأمريكية مثل مركز جونز هوبكنز لبدائل اختبار الحيوانات (CAAT) ، وهو مركز أكاديمي في الولايات المتحدة ، ولجنة التنسيق المشتركة بين الوكالات للتحقق من صحة الطرق البديلة (ICCVAM) ، المؤلفة من ممثلين من المعاهد الوطنية للصحة ، ووكالة حماية البيئة الأمريكية ، وإدارة الغذاء والدواء الأمريكية ، ولجنة سلامة المنتجات الاستهلاكية.
يتطلب التحقق من صحة الاختبارات المعملية تنظيمًا وتخطيطًا كبيرًا. يجب أن يكون هناك إجماع بين المنظمين الحكوميين والعلماء الصناعيين والأكاديميين حول الإجراءات المقبولة ، وإشراف كاف من قبل مجلس استشاري علمي لضمان أن البروتوكولات تفي بالمعايير المحددة. يجب إجراء دراسات التحقق من الصحة في سلسلة من المختبرات المرجعية باستخدام مجموعات معايرة من المواد الكيميائية من بنك كيميائي وخلايا أو أنسجة من مصدر واحد. يجب إثبات كل من قابلية التكرار داخل المختبر والتكاثر البيني للاختبار المرشح وإخضاع النتائج للتحليل الإحصائي المناسب. بمجرد تجميع النتائج من المكونات المختلفة لدراسات التحقق من الصحة ، يمكن للمجلس الاستشاري العلمي تقديم توصيات بشأن صحة اختبار (اختبارات) المرشح لغرض محدد. بالإضافة إلى ذلك ، يجب نشر نتائج الدراسات في المجلات التي راجعها النظراء ووضعها في قاعدة بيانات.
تعريف عملية التحقق من الصحة هو حاليا عمل قيد التقدم. ستوفر كل دراسة تحقق جديدة معلومات مفيدة لتصميم الدراسة التالية. يعد الاتصال والتعاون الدوليان ضروريين للتطوير السريع لسلسلة من البروتوكولات المقبولة على نطاق واسع ، لا سيما بالنظر إلى الإلحاح المتزايد الذي يفرضه مرور توجيه EC Cosmetics. قد يوفر هذا التشريع في الواقع الزخم المطلوب لبذل جهود تحقق جادة. لا يمكن البدء بقبول الأساليب المختبرية من قبل المجتمعات التنظيمية المختلفة إلا من خلال إكمال هذه العملية.
وفي الختام
قدمت هذه المقالة نظرة عامة واسعة على الوضع الحالي لاختبار السمية في المختبر. يعتبر علم السموم في المختبر حديثًا نسبيًا ، لكنه ينمو باطراد. يتمثل التحدي في السنوات المقبلة في دمج المعرفة الآلية الناتجة عن الدراسات الخلوية والجزيئية في المخزون الواسع للبيانات في الجسم الحي لتوفير وصف أكثر اكتمالاً لآليات السموم بالإضافة إلى إنشاء نموذج يمكن من خلاله استخدام البيانات المختبرية للتنبؤ بالسمية في الجسم الحي. لن يمكن تحقيق القيمة المتأصلة لهذه الأساليب في المختبر إلا من خلال الجهود المتضافرة لعلماء السموم وممثلي الحكومة.
تحليل علاقات نشاط الهيكل (SAR) هو استخدام المعلومات المتعلقة بالتركيب الجزيئي للمواد الكيميائية للتنبؤ بالخصائص المهمة المتعلقة بالثبات والتوزيع والامتصاص والامتصاص والسمية. SAR هو طريقة بديلة لتحديد المواد الكيميائية الخطرة المحتملة ، والتي تبشر بمساعدة الصناعات والحكومات في تحديد أولويات المواد لمزيد من التقييم أو لاتخاذ القرارات في مرحلة مبكرة للمواد الكيميائية الجديدة. علم السموم هو مهمة مكلفة بشكل متزايد وكثيفة الموارد. وقد دفعت المخاوف المتزايدة بشأن إمكانية تسبب المواد الكيميائية في إحداث آثار ضارة على السكان المعرضين للخطر الوكالات التنظيمية والصحية إلى توسيع نطاق وحساسية الاختبارات للكشف عن المخاطر السمية. في الوقت نفسه ، أثارت الأعباء الحقيقية والمتصورة للتنظيم على الصناعة مخاوف بشأن التطبيق العملي لطرق اختبار السمية وتحليل البيانات. في الوقت الحاضر ، يعتمد تحديد السرطنة الكيميائية على اختبار مدى الحياة لنوعين على الأقل ، كلا الجنسين ، بجرعات متعددة ، مع تحليل نسيج مرضي دقيق لأعضاء متعددة ، وكذلك الكشف عن التغيرات السابقة للأورام في الخلايا والأعضاء المستهدفة. في الولايات المتحدة ، تقدر تكلفة اختبار السرطان الحيوي بأكثر من 3 ملايين دولار (1995 دولار).
حتى مع وجود موارد مالية غير محدودة ، فإن عبء اختبار ما يقرب من 70,000 مادة كيميائية منتجة في العالم اليوم سوف يتجاوز الموارد المتاحة لعلماء السموم المدربين. قد تكون هناك حاجة لقرون لإكمال حتى تقييم المستوى الأول لهذه المواد الكيميائية (NRC 1984). في العديد من البلدان ، ازدادت المخاوف الأخلاقية بشأن استخدام الحيوانات في اختبار السمية ، مما أدى إلى ضغوط إضافية على استخدامات الطرق القياسية لاختبار السمية. تم استخدام SAR على نطاق واسع في صناعة المستحضرات الصيدلانية لتحديد الجزيئات التي يمكن أن تفيد في العلاج (Hansch and Zhang 1993). في سياسة الصحة البيئية والمهنية ، يستخدم SAR للتنبؤ بتشتت المركبات في البيئة الفيزيائية والكيميائية ولفرز المواد الكيميائية الجديدة لمزيد من التقييم للسمية المحتملة. بموجب قانون مراقبة المواد السامة في الولايات المتحدة (TSCA) ، استخدمت وكالة حماية البيئة منذ عام 1979 نهج SAR باعتباره "الشاشة الأولى" للمواد الكيميائية الجديدة في عملية إخطار ما قبل التصنيع (PMN) ؛ تستخدم أستراليا نهجًا مشابهًا كجزء من إجراء الإخطار الجديد بالمواد الكيميائية (NICNAS). يعد تحليل معدل الامتصاص النوعي في الولايات المتحدة أساسًا مهمًا لتحديد وجود أساس معقول لاستنتاج أن تصنيع المادة أو معالجتها أو توزيعها أو استخدامها أو التخلص منها سيشكل خطرًا غير معقول للإضرار بصحة الإنسان أو البيئة ، وفقًا لما يقتضيه القسم 5 (و) من TSCA. على أساس هذه النتيجة ، يمكن لوكالة حماية البيئة أن تطلب بعد ذلك اختبارات فعلية للمادة بموجب القسم 6 من TSCA.
حيثيات SAR
يستند الأساس المنطقي العلمي لـ SAR على افتراض أن التركيب الجزيئي لمادة كيميائية سيتنبأ بالجوانب المهمة لسلوكها في الأنظمة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية (Hansch and Leo 1979).
عملية SAR
تتضمن عملية مراجعة SAR تحديد التركيب الكيميائي ، بما في ذلك التركيبات التجريبية بالإضافة إلى المركب النقي ؛ تحديد المواد المماثلة من الناحية الهيكلية ؛ البحث في قواعد البيانات والأدب للحصول على معلومات حول النظائر الهيكلية ؛ وتحليل السمية والبيانات الأخرى على النظائر الهيكلية. في بعض الحالات النادرة ، يمكن أن تكون المعلومات المتعلقة بهيكل المركب وحده كافية لدعم بعض تحليل معدل الامتصاص النوعي ، بناءً على آليات مفهومة جيدًا للسمية. تم تجميع العديد من قواعد البيانات الخاصة بـ SAR ، بالإضافة إلى الطرق المعتمدة على الكمبيوتر للتنبؤ بالبنية الجزيئية.
باستخدام هذه المعلومات ، يمكن تقدير نقاط النهاية التالية باستخدام SAR:
وتجدر الإشارة إلى أن طرق SAR غير موجودة لنقاط النهاية الصحية الهامة مثل السرطنة ، والسمية التنموية ، والسمية الإنجابية ، والسمية العصبية ، والسمية المناعية أو غيرها من تأثيرات الأعضاء المستهدفة. ويرجع ذلك إلى ثلاثة عوامل: عدم وجود قاعدة بيانات كبيرة لاختبار فرضيات SAR ، ونقص المعرفة بالمحددات الهيكلية للعمل السام ، وتعدد الخلايا والآليات المستهدفة التي تشارك في هذه النقاط النهائية (انظر "الولايات المتحدة" نهج لتقييم مخاطر المواد السامة الإنجابية والعوامل السامة العصبية "). بعض المحاولات المحدودة لاستخدام معدل الامتصاص النوعي للتنبؤ بالحرائك الدوائية باستخدام معلومات عن معاملات التقسيم وقابلية الذوبان (Johanson and Naslund 1988). تم إجراء SAR كمي أكثر شمولاً للتنبؤ بالاستقلاب المعتمد على P450 لمجموعة من المركبات وربط الجزيئات الشبيهة بالديوكسين وثنائي الفينيل متعدد الكلور بمستقبلات العصارة الخلوية "الديوكسين" (Hansch and Zhang 1993).
تبين أن معدل SAR يحتوي على إمكانية متباينة للتنبؤ ببعض نقاط النهاية المذكورة أعلاه ، كما هو موضح في الجدول 1. يعرض هذا الجدول بيانات من مقارنتين للنشاط المتوقع مع النتائج الفعلية التي تم الحصول عليها عن طريق القياس التجريبي أو اختبار السمية. كان أداء SAR كما أجراه خبراء وكالة حماية البيئة الأمريكية أسوأ في التنبؤ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية مقارنة بالتنبؤ بالنشاط البيولوجي ، بما في ذلك التحلل البيولوجي. بالنسبة لنقاط نهاية السمية ، كان أداء معدل الامتصاص النوعي أفضل في توقع حدوث الطفرات. وجد Ashby and Tennant (1991) أيضًا في دراسة موسعة إمكانية التنبؤ الجيد بالسمية الجينية قصيرة المدى في تحليلهما للمواد الكيميائية NTP. هذه النتائج ليست مفاجئة ، بالنظر إلى الفهم الحالي للآليات الجزيئية للسمية الجينية (انظر "علم السموم الوراثي") ودور الألفة الكهربية في ربط الحمض النووي. وعلى النقيض من ذلك ، يميل SAR إلى عدم التنبؤ بالسمية النظامية ودون المزمنة في الثدييات وإلى المبالغة في التنبؤ بالسمية الحادة للكائنات المائية.
الجدول 1. مقارنة SAR وبيانات الاختبار: تحليلات OECD / NTP
نقطة النهاية | اتفاق (٪) | الخلاف (٪) | رقم الهاتف |
نقطة الغليان | 50 | 50 | 30 |
ضغط البخار | 63 | 37 | 113 |
الذوبان في الماء | 68 | 32 | 133 |
معامل التقسيم | 61 | 39 | 82 |
التحلل البيولوجي | 93 | 7 | 107 |
سمية الأسماك | 77 | 22 | 130 |
سمية برغوث الماء | 67 | 33 | 127 |
السمية الحادة للثدييات (LD50 ) | 80 | 201 | 142 |
تهيج الجلد | 82 | 18 | 144 |
تهيج العين | 78 | 22 | 144 |
حساسية الجلد | 84 | 16 | 144 |
السمية شبه المزمنة | 57 | 32 | 143 |
الطفرات2 | 88 | 12 | 139 |
الطفرات3 | 82-944 | 1-10 | 301 |
السرطنة3 : اختبار بيولوجي لمدة عامين | 72-954 | - | 301 |
المصدر: بيانات من OECD ، اتصال شخصي C. Auer ، US EPA. تم استخدام نقاط النهاية فقط التي توفرت لها تنبؤات SAR قابلة للمقارنة وبيانات اختبار فعلية في هذا التحليل. بيانات NTP مأخوذة من Ashby و Tennant 1991.
1 كان من دواعي القلق فشل SAR في التنبؤ بالسمية الحادة في 12٪ من المواد الكيميائية المختبرة.
2 بيانات منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي ، بناءً على توافق اختبار أميس مع معدل الامتصاص النوعي
3 بيانات NTP ، بناءً على مقايسات السموم الجينية مقارنة بتنبؤات معدل الامتصاص النوعي لعدة فئات من "المواد الكيميائية التنبيهية الهيكلية".
4 يختلف التوافق مع الطبقة ؛ كان أعلى توافق مع مركبات الأمينية / النيترو العطرية ؛ أدنى مع الهياكل "المتنوعة".
بالنسبة لنقاط النهاية السامة الأخرى ، كما هو مذكور أعلاه ، فإن معدل الامتصاص النوعي له فائدة أقل يمكن إثباتها. تتعقد تنبؤات السمية في الثدييات بسبب نقص معدل الامتصاص النوعي للحركية السمية للجزيئات المعقدة. ومع ذلك ، فقد بذلت بعض المحاولات لاقتراح مبادئ معدل الامتصاص النوعي لنقاط نهاية السمية المعقدة للثدييات (على سبيل المثال ، انظر برنشتاين (1984) لتحليل معدل الامتصاص النوعي للسموم التناسلية للذكور المحتملة). في معظم الحالات ، تكون قاعدة البيانات أصغر من أن تسمح باختبار صارم للتنبؤات القائمة على الهيكل.
في هذه المرحلة ، يمكن الاستنتاج أن SAR قد يكون مفيدًا بشكل أساسي لتحديد أولويات استثمار موارد اختبار السمية أو لإثارة مخاوف مبكرة بشأن المخاطر المحتملة. فقط في حالة الطفرات ، من المحتمل أن تحليل معدل الامتصاص النوعي في حد ذاته يمكن استخدامه بمصداقية لتوجيه قرارات أخرى. لعدم وجود نقطة نهاية ، من المحتمل أن يوفر SAR نوع المعلومات الكمية المطلوبة لأغراض تقييم المخاطر كما تمت مناقشته في مكان آخر في هذا الفصل و موسوعة.
"إخلاء المسؤولية: لا تتحمل منظمة العمل الدولية المسؤولية عن المحتوى المعروض على بوابة الويب هذه والذي يتم تقديمه بأي لغة أخرى غير الإنجليزية ، وهي اللغة المستخدمة للإنتاج الأولي ومراجعة الأقران للمحتوى الأصلي. لم يتم تحديث بعض الإحصائيات منذ ذلك الحين. إنتاج الطبعة الرابعة من الموسوعة (4). "