Баннер 4

 

Методы токсикологических испытаний

Воскресенье, Январь 16 2011 18: 45

биомаркеры

Слово биомаркером сокращение от слова «биологический маркер», термин, который относится к измеримому событию, происходящему в биологической системе, например, в организме человека. Затем это событие интерпретируется как отражение или маркер более общего состояния организма или ожидаемой продолжительности жизни. В гигиене труда биомаркер обычно используется в качестве индикатора состояния здоровья или риска заболевания.

Биомаркеры используются для исследований in vitro, а также in vivo, которые могут включать людей. Обычно выделяют три конкретных типа биологических маркеров. Хотя несколько биомаркеров может быть трудно классифицировать, обычно их делят на биомаркеры воздействия, биомаркеры эффекта или биомаркеры чувствительности (см. таблицу 1).

Таблица 1. Примеры биомаркеров воздействия или биомаркеров эффекта, которые используются в токсикологических исследованиях в области гигиены труда

Образец Анализ эффективности Цель
Биомаркеры воздействия
Жировая ткань диоксин Воздействие диоксина
Кровь Вести Воздействие свинца
Bone алюминий Воздействие алюминия
Выдыхаемый воздух Толуол Воздействие толуола
Hair ртутный Воздействие метилртути
сыворотка Бензол Воздействие бензола
Моча Фенол Воздействие бензола
Биомаркеры эффекта
Кровь Карбоксигемоглобин Воздействие угарного газа
красные кровяные клетки Цинк-протопорфирин Воздействие свинца
сыворотка холинэстераза Воздействие фосфорорганических соединений
Моча микроглобулины Нефротоксическое воздействие
Белые клетки крови ДНК-аддукты Мутагенное воздействие

 

При приемлемой степени достоверности биомаркеры могут использоваться для нескольких целей. В индивидуальном порядке биомаркер может быть использован для подтверждения или опровержения диагноза определенного типа отравления или других побочных эффектов, вызванных химическими веществами. У здорового человека биомаркер может также отражать индивидуальную гиперчувствительность к определенным химическим воздействиям и, следовательно, может служить основой для прогнозирования риска и консультирования. В группах работников, подвергшихся воздействию, некоторые биомаркеры воздействия могут применяться для оценки степени соблюдения правил по борьбе с загрязнением или эффективности профилактических мер в целом.

Биомаркеры воздействия

Биомаркером воздействия может быть экзогенное соединение (или метаболит) в организме, продукт взаимодействия между соединением (или метаболитом) и эндогенным компонентом или другое событие, связанное с воздействием. Чаще всего биомаркеры воздействия стабильных соединений, таких как металлы, включают измерения концентрации металлов в соответствующих образцах, таких как кровь, сыворотка или моча. В случае летучих химических веществ можно оценить их концентрацию в выдыхаемом воздухе (после вдыхания чистого воздуха). Если соединение метаболизируется в организме, один или несколько метаболитов могут быть выбраны в качестве биомаркера воздействия; метаболиты часто определяются в образцах мочи.

Современные методы анализа могут позволить разделить изомеры или конгенеры органических соединений, а также определить состав соединений металлов или изотопные отношения определенных элементов. Сложные анализы позволяют определять изменения в структуре ДНК или других макромолекул, вызванные связыванием с реактивными химическими веществами. Такие передовые методы, несомненно, приобретут значительно большее значение для применения в исследованиях биомаркеров, а более низкие пределы обнаружения и лучшая аналитическая достоверность, вероятно, сделают эти биомаркеры еще более полезными.

Особенно многообещающие разработки произошли с биомаркерами воздействия мутагенных химических веществ. Эти соединения реакционноспособны и могут образовывать аддукты с макромолекулами, такими как белки или ДНК. Аддукты ДНК могут быть обнаружены в лейкоцитах или биоптатах тканей, а специфические фрагменты ДНК могут выделяться с мочой. Например, воздействие этиленоксида приводит к реакциям с основаниями ДНК, и после удаления поврежденного основания N-7-(2-гидроксиэтил)гуанин выводится с мочой. Некоторые аддукты могут не относиться непосредственно к конкретному воздействию. Например, 8-гидрокси-2'-дезоксигуанозин отражает окислительное повреждение ДНК, и эта реакция может быть вызвана несколькими химическими соединениями, большинство из которых также вызывают перекисное окисление липидов.

Другие макромолекулы также могут быть изменены путем образования аддукта или окисления. Особый интерес представляет то, что такие реактивные соединения могут образовывать аддукты гемоглобина, которые можно определить как биомаркеры воздействия соединений. Преимущество состоит в том, что из образца крови можно получить достаточное количество гемоглобина, и, учитывая четырехмесячное время жизни эритроцитов, аддукты, образующиеся с аминокислотами белка, будут указывать на общее воздействие за этот период.

Аддукты можно определить с помощью чувствительных методов, таких как высокоэффективная липидная хроматография, также доступны некоторые иммунологические методы. В целом аналитические методы являются новыми, дорогими и нуждаются в дальнейшей разработке и валидации. Лучшая чувствительность может быть получена с помощью 32Анализ P после мечения, который является неспецифическим признаком того, что имело место повреждение ДНК. Все эти методы потенциально полезны для биологического мониторинга и применяются во все большем числе исследований. Однако необходимы более простые и чувствительные аналитические методы. Учитывая ограниченную специфичность некоторых методов при низкоуровневом воздействии, курение табака или другие факторы могут существенно повлиять на результаты измерения, что вызовет трудности в интерпретации.

Воздействие мутагенных соединений или соединений, которые метаболизируются в мутагены, также можно определить путем оценки мутагенности мочи подвергшегося воздействию человека. Образец мочи инкубируют со штаммом бактерий, в котором экспрессируется определенная точечная мутация, которую можно легко измерить. Если в образце мочи присутствуют мутагенные химические вещества, то в бактериях будет происходить повышенная скорость мутаций.

Биомаркеры воздействия необходимо оценивать с точки зрения временных вариаций воздействия и отношения к различным компартментам. Таким образом, временные рамки, представленные биомаркером, то есть степень, в которой измерение биомаркера отражает прошлые воздействия и/или накопленную нагрузку на организм, должны быть определены на основе токсикокинетических данных для интерпретации результата. В частности, следует учитывать степень, в которой биомаркер указывает на задержку в конкретных органах-мишенях. Хотя образцы крови часто используются для исследования биомаркеров, периферическая кровь обычно не рассматривается как компартмент как таковой, хотя она действует как транспортная среда между компартментами. Степень, в которой концентрация в крови отражает уровни в различных органах, широко варьируется в зависимости от различных химических веществ и обычно также зависит от продолжительности воздействия, а также времени, прошедшего после воздействия.

Иногда этот тип доказательств используется для классификации биомаркера как показателя (общей) поглощенной дозы или показателя эффективной дозы (т. е. количества, достигшего ткани-мишени). Например, воздействие определенного растворителя можно оценить по данным о фактической концентрации растворителя в крови в определенное время после воздействия. Это измерение будет отражать количество растворителя, впитавшегося в организм. Часть абсорбированного количества будет выдыхаться из-за давления паров растворителя. Циркулируя в крови, растворитель будет взаимодействовать с различными компонентами организма и в конечном итоге подвергнется расщеплению ферментами. Исход метаболических процессов можно оценить, определяя специфические меркаптуровые кислоты, образующиеся при конъюгации с глутатионом. Кумулятивная экскреция меркаптуровых кислот может лучше отражать эффективную дозу, чем концентрация в крови.

Жизненные события, такие как размножение и старение, могут повлиять на распространение химического вещества. Беременность существенно влияет на распределение химических веществ в организме, и многие химические вещества могут проникать через плацентарный барьер, вызывая воздействие на плод. Лактация может приводить к экскреции жирорастворимых химических веществ, что приводит к уменьшению их удержания в организме матери и повышенному поглощению младенцем. Во время потери веса или развития остеопороза могут высвобождаться накопленные химические вещества, что затем может привести к возобновлению и длительному «эндогенному» воздействию на органы-мишени. Другие факторы могут влиять на индивидуальную абсорбцию, метаболизм, удержание и распределение химических соединений, и доступны некоторые биомаркеры восприимчивости (см. ниже).

Биомаркеры эффекта

Маркером эффекта может быть эндогенный компонент, или мера функциональной способности, или какой-либо другой показатель состояния или баланса организма или системы органов, затронутых воздействием. Такие маркеры эффекта обычно являются доклиническими индикаторами отклонений.

Эти биомаркеры могут быть специфическими или неспецифическими. Конкретные биомаркеры полезны, поскольку они указывают на биологический эффект конкретного воздействия, таким образом предоставляя доказательства, которые потенциально могут быть использованы в профилактических целях. Неспецифические биомаркеры не указывают на индивидуальную причину эффекта, но они могут отражать общий комплексный эффект из-за смешанного воздействия. Таким образом, оба типа биомаркеров могут иметь большое значение для гигиены труда.

Не существует четкого различия между биомаркерами воздействия и биомаркерами эффекта. Например, можно сказать, что образование аддукта отражает эффект, а не воздействие. Однако биомаркеры эффекта обычно указывают на изменения в функциях клеток, тканей или организма в целом. Некоторые исследователи включают грубые изменения, такие как увеличение веса печени лабораторных животных, подвергшихся воздействию, или снижение роста у детей, в качестве биомаркеров эффекта. В целях гигиены труда биомаркеры воздействия должны быть ограничены теми, которые указывают на субклинические или обратимые биохимические изменения, такие как ингибирование ферментов. Наиболее часто используемым биомаркером эффекта, вероятно, является ингибирование холинэстеразы, вызванное некоторыми инсектицидами, то есть органофосфатами и карбаматами. В большинстве случаев этот эффект полностью обратим, а ингибирование фермента отражает общее воздействие данной группы инсектицидов.

Некоторые воздействия приводят не к ингибированию фермента, а к повышению активности фермента. Это касается нескольких ферментов, принадлежащих к семейству Р450 (см. «Генетические детерминанты токсического ответа»). Они могут быть вызваны воздействием определенных растворителей и полиароматических углеводородов (ПАУ). Поскольку эти ферменты в основном экспрессируются в тканях, из которых трудно получить биопсию, активность фермента определяют косвенно in vivo путем введения соединения, которое метаболизируется этим конкретным ферментом, а затем измеряют продукт распада в моче или плазме.

Другие воздействия могут индуцировать синтез защитного белка в организме. Лучшим примером, вероятно, является металлотионеин, который связывает кадмий и способствует выведению этого металла из организма; воздействие кадмия является одним из факторов, приводящих к повышенной экспрессии гена металлотионеина. Подобные защитные белки могут существовать, но они еще недостаточно изучены, чтобы их можно было принять в качестве биомаркеров. Среди кандидатов на возможное использование в качестве биомаркеров есть так называемые белки стресса, первоначально называемые белками теплового шока. Эти белки вырабатываются рядом различных организмов в ответ на различные неблагоприятные воздействия.

Окислительное повреждение можно оценить, определив концентрацию малонового диальдегида в сыворотке крови или выдыхаемый этан. Точно так же экскреция с мочой белков с небольшой молекулярной массой, таких как альбумин, может быть использована в качестве биомаркера раннего повреждения почек. Некоторые параметры, обычно используемые в клинической практике (например, уровни гормонов или ферментов в сыворотке), также могут быть полезны в качестве биомаркеров. Однако многие из этих параметров могут быть недостаточно чувствительными для раннего выявления нарушений.

Другая группа параметров воздействия относится к генотоксическим эффектам (изменениям в структуре хромосом). Такие эффекты могут быть обнаружены при микроскопии лейкоцитов, которые подвергаются клеточному делению. Серьезные повреждения хромосом — хромосомные аберрации или образование микроядер — можно увидеть в микроскоп. Повреждение также может быть обнаружено путем добавления красителя к клеткам во время клеточного деления. Затем воздействие генотоксического агента может быть визуализировано как повышенный обмен красителя между двумя хроматидами каждой хромосомы (обмен сестринскими хроматидами). Хромосомные аберрации связаны с повышенным риском развития рака, но значение повышенной скорости обмена сестринскими хроматидами менее ясно.

Более сложная оценка генотоксичности основана на определенных точечных мутациях в соматических клетках, то есть в лейкоцитах или эпителиальных клетках, полученных из слизистой оболочки полости рта. Мутация в определенном локусе может сделать клетки способными расти в культуре, содержащей химическое вещество, которое в других отношениях является токсичным (например, 6-тиогуанин). В качестве альтернативы можно оценить специфический генный продукт (например, сывороточные или тканевые концентрации онкопротеинов, кодируемых конкретными онкогенами). Очевидно, что эти мутации отражают общее причиненное генотоксическое повреждение и не обязательно указывают на причинное воздействие. Эти методы еще не готовы для практического использования в области гигиены труда, но быстрый прогресс в этом направлении исследований предполагает, что такие методы станут доступными в течение нескольких лет.

Биомаркеры восприимчивости

Маркер восприимчивости, унаследованный или индуцированный, является индикатором того, что человек особенно чувствителен к действию ксенобиотика или к действию группы таких соединений. Наибольшее внимание было сосредоточено на генетической предрасположенности, хотя и другие факторы могут быть не менее важными. Гиперчувствительность может быть связана с унаследованной чертой, конституцией человека или факторами окружающей среды.

Способность метаболизировать определенные химические вещества вариабельна и определяется генетически (см. «Генетические детерминанты токсического ответа»). Несколько соответствующих ферментов, по-видимому, контролируются одним геном. Например, окисление чужеродных химических веществ в основном осуществляется семейством ферментов, принадлежащих к семейству Р450. Другие ферменты делают метаболиты более водорастворимыми за счет конъюгации (например, N-ацетилтрансфераза и μ-глутатион-S-трансфераза). Активность этих ферментов контролируется генетически и значительно варьирует. Как упоминалось выше, активность можно определить, введя небольшую дозу лекарства и затем определив количество метаболита в моче. Некоторые из генов в настоящее время охарактеризованы, и доступны методы определения генотипа. Важные исследования показывают, что риск развития некоторых форм рака связан со способностью метаболизировать чужеродные соединения. Многие вопросы до сих пор остаются без ответа, что в настоящее время ограничивает использование этих биомаркеров потенциальной восприимчивости в гигиене труда.

Другие унаследованные признаки, такие как альфа1Дефицит антитрипсина или дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы также приводят к нарушению защитных механизмов в организме, вызывая тем самым повышенную чувствительность к определенным воздействиям.

Большинство исследований, связанных с восприимчивостью, касались генетической предрасположенности. Другие факторы также играют роль, и ими частично пренебрегают. Например, люди с хроническими заболеваниями могут быть более чувствительны к профессиональному воздействию. Кроме того, если патологический процесс или предыдущее воздействие токсичных химикатов вызвало некоторое субклиническое повреждение органов, то способность противостоять новому токсичному воздействию, вероятно, будет меньше. В качестве биомаркеров чувствительности в этом случае можно использовать биохимические показатели функции органов. Возможно, лучший пример гиперчувствительности относится к аллергическим реакциям. Если человек стал сенсибилизированным к определенному воздействию, то в сыворотке могут быть обнаружены специфические антитела. Даже если человек не стал сенсибилизированным, другие текущие или прошлые воздействия могут увеличить риск развития неблагоприятных последствий, связанных с профессиональным воздействием.

Серьезной проблемой является определение совместного действия смешанных экспозиций на рабочем месте. Кроме того, личные привычки и употребление наркотиков могут привести к повышенной восприимчивости. Например, табачный дым обычно содержит значительное количество кадмия. Таким образом, при профессиональном воздействии кадмия заядлый курильщик, накопивший значительное количество этого металла в организме, подвергается повышенному риску развития связанного с кадмием заболевания почек.

Применение в области гигиены труда

Биомаркеры чрезвычайно полезны в токсикологических исследованиях, и многие из них могут быть применимы в биологическом мониторинге. Тем не менее, ограничения также должны быть признаны. Многие биомаркеры до сих пор изучались только на лабораторных животных. Токсикокинетические модели у других видов могут не обязательно отражать ситуацию у людей, и для экстраполяции могут потребоваться подтверждающие исследования на людях-добровольцах. Кроме того, необходимо принимать во внимание индивидуальные вариации, обусловленные генетическими или конституциональными факторами.

В некоторых случаях биомаркеры экспозиции вообще могут оказаться неосуществимыми (например, для химических веществ, которые недолговечны in vivo). Другие химические вещества могут накапливаться или воздействовать на органы, недоступные для обычных процедур, такие как нервная система. Путь воздействия также может влиять на характер распределения и, следовательно, на измерение биомаркеров и их интерпретацию. Например, прямое воздействие на мозг через обонятельный нерв, скорее всего, не будет обнаружено путем измерения биомаркеров воздействия. Что касается биомаркеров влияния, то многие из них вовсе не специфичны, и изменение может быть обусловлено самыми разными причинами, в том числе факторами образа жизни. Возможно, особенно в отношении биомаркеров восприимчивости, интерпретация в настоящее время должна быть очень осторожной, поскольку остается много неопределенностей в отношении общей значимости отдельных генотипов для здоровья.

В области гигиены труда идеальный биомаркер должен удовлетворять нескольким требованиям. Прежде всего, сбор и анализ проб должны быть простыми и надежными. Для оптимального аналитического качества необходима стандартизация, но конкретные требования значительно различаются. К основным областям, вызывающим озабоченность, относятся: подготовка человека, процедура отбора проб и обращение с пробами, а также процедура измерения; последний включает технические факторы, такие как процедуры калибровки и обеспечения качества, а также индивидуальные факторы, такие как образование и обучение операторов.

Для документирования аналитической достоверности и прослеживаемости эталонные материалы должны быть основаны на соответствующих матрицах и с соответствующими концентрациями токсичных веществ или соответствующих метаболитов на соответствующих уровнях. Чтобы биомаркеры можно было использовать для биологического мониторинга или в диагностических целях, ответственные лаборатории должны иметь хорошо документированные аналитические процедуры с определенными рабочими характеристиками и доступными записями, позволяющими проверить результаты. В то же время, тем не менее, необходимо учитывать экономические аспекты характеристики и использования эталонных материалов для дополнения процедур обеспечения качества в целом. Таким образом, достижимое качество результатов и способы их использования должны быть сбалансированы с дополнительными затратами на обеспечение качества, включая справочные материалы, рабочую силу и оборудование.

Еще одно требование состоит в том, что биомаркер должен быть специфичным, по крайней мере в условиях исследования, для определенного типа воздействия с четкой зависимостью от степени воздействия. В противном случае результат измерения биомаркера будет слишком сложно интерпретировать. Для правильной интерпретации результата измерения биомаркера воздействия должна быть известна диагностическая достоверность (т. е. перевод значения биомаркера в величину возможных рисков для здоровья). В этой области металлы служат парадигмой для исследования биомаркеров. Недавние исследования продемонстрировали сложность и тонкость взаимосвязей доза-реакция со значительными трудностями в определении уровней, не вызывающих воздействия, и, следовательно, также в определении переносимых воздействий. Тем не менее, такого рода исследования также продемонстрировали типы исследований и уточнения, которые необходимы для раскрытия соответствующей информации. Для большинства органических соединений количественные связи между воздействием и соответствующими неблагоприятными последствиями для здоровья пока недоступны; во многих случаях даже первичные органы-мишени точно не известны. Кроме того, оценка данных о токсичности и концентрации биомаркеров часто осложняется воздействием смесей веществ, а не воздействием одного соединения в данный момент времени.

Перед применением биомаркера в целях гигиены труда необходимо принять некоторые дополнительные меры. Во-первых, биомаркер должен отражать только субклинические и обратимые изменения. Во-вторых, учитывая, что результаты биомаркеров можно интерпретировать с точки зрения риска для здоровья, должны быть доступны профилактические меры, которые следует считать реалистичными в случае, если данные биомаркеров указывают на необходимость снижения воздействия. В-третьих, практическое использование биомаркера должно в целом рассматриваться как этически приемлемое.

Измерения промышленной гигиены можно сравнить с применимыми пределами воздействия. Точно так же результаты по биомаркерам воздействия или биомаркерам воздействия можно сравнивать с пределами биологического действия, иногда называемыми индексами биологического воздействия. Такие ограничения должны быть основаны на лучших советах клиницистов и ученых из соответствующих дисциплин, а ответственные администраторы в качестве «менеджеров риска» должны учитывать соответствующие этические, социальные, культурные и экономические факторы. Научная основа должна, по возможности, включать зависимости доза-реакция, дополненные информацией о вариациях восприимчивости в группе риска. В некоторых странах работники и представители общественности участвуют в процессе установления стандартов и вносят важный вклад, особенно когда научная неопределенность значительна. Одна из основных неопределенностей заключается в том, как определить неблагоприятное воздействие на здоровье, которое следует предотвратить, например, представляет ли образование аддукта в качестве биомаркера воздействия само по себе неблагоприятное воздействие (т. е. биомаркер воздействия), которое следует предотвратить. Трудные вопросы, вероятно, возникнут при принятии решения о том, является ли этически оправданным для одного и того же соединения разные пределы случайного воздействия, с одной стороны, и профессионального воздействия, с другой.

Информация, полученная при использовании биомаркеров, как правило, должна передаваться лицам, обследуемым в рамках отношений между врачом и пациентом. Этические проблемы должны быть особенно рассмотрены в связи с высоко экспериментальным анализом биомаркеров, который в настоящее время не может быть подробно интерпретирован с точки зрения реальных рисков для здоровья. Например, для населения в целом в настоящее время существует ограниченное руководство в отношении интерпретации биомаркеров воздействия, отличных от концентрации свинца в крови. Также важна уверенность в полученных данных (т.е. был ли сделан соответствующий отбор проб и использовались ли надежные процедуры обеспечения качества в задействованной лаборатории). Дополнительная область особого беспокойства связана с индивидуальной гиперчувствительностью. Эти вопросы необходимо учитывать при предоставлении обратной связи по результатам исследования.

Все слои общества, затронутые или заинтересованные в проведении исследования биомаркеров, должны быть вовлечены в процесс принятия решений о том, как обращаться с информацией, полученной в ходе исследования. Конкретные процедуры для предотвращения или преодоления неизбежных этических конфликтов должны быть разработаны в правовых и социальных рамках региона или страны. Однако каждая ситуация представляет собой отдельный набор вопросов и подводных камней, и невозможно разработать единую процедуру участия общественности, которая охватывала бы все области применения биомаркеров воздействия.

 

Назад

Воскресенье, Январь 16 2011 18: 49

Оценка генетической токсичности

Оценка генетической токсичности представляет собой оценку агентов по их способности вызывать любой из трех основных типов изменений (мутаций) в генетическом материале (ДНК): генные, хромосомные и геномные. В таких организмах, как человек, гены состоят из ДНК, которая состоит из отдельных единиц, называемых нуклеотидными основаниями. Гены организованы в дискретные физические структуры, называемые хромосомами. Генотоксичность может привести к значительным и необратимым последствиям для здоровья человека. Генотоксическое повреждение является критическим этапом в индукции рака, а также может быть вовлечено в индукцию врожденных дефектов и гибель плода. Три класса мутаций, упомянутых выше, могут возникать в любом из двух типов тканей, которыми обладают такие организмы, как люди: сперматозоиды или яйцеклетки (зародышевые клетки) и оставшаяся ткань (соматические клетки).

Анализы, которые измеряют мутацию гена, - это те, которые обнаруживают замену, добавление или делецию нуклеотидов в гене. Анализы, которые измеряют хромосомную мутацию, — это те, которые обнаруживают разрывы или хромосомные перестройки, затрагивающие одну или несколько хромосом. Анализы, которые измеряют геномную мутацию, - это те, которые обнаруживают изменения в числе хромосом, состояние, называемое анеуплоидией. Оценка генетической токсичности значительно изменилась с момента разработки Германом Мюллером в 1927 году первого теста для обнаружения генотоксических (мутагенных) агентов. С тех пор было разработано более 200 тестов для измерения мутаций в ДНК; однако сегодня для оценки генетической токсичности обычно используется менее десяти тестов. В этой статье рассматриваются эти анализы, описывается, что они измеряют, и исследуется роль этих анализов в оценке токсичности.

Выявление опасностей рака до разработки Область генетической токсикологии

Генетическая токсикология стала неотъемлемой частью общего процесса оценки риска и в последнее время приобрела статус надежного средства прогнозирования канцерогенной активности. Однако до развития генетической токсикологии (до 1970 г.) другие методы использовались и до сих пор используются для выявления потенциальной опасности рака для человека. Существует шесть основных категорий методов, используемых в настоящее время для выявления рисков рака у человека: эпидемиологические исследования, долгосрочные биоанализы in vivo, среднесрочные биоанализы in vivo, краткосрочные биоанализы in vivo и in vitro, искусственный интеллект (структура-активность), и вывод на основе механизмов.

В таблице 1 приведены преимущества и недостатки этих методов.

Таблица 1. Преимущества и недостатки современных методов определения риска развития рака у человека

  Преимущества Недостатки бонуса без депозита
Эпидемиологические исследования (1) люди являются конечными индикаторами болезни;
(2) оценить чувствительные или восприимчивые группы населения;
(3) когорты профессионального воздействия; (4) оповещения об охране окружающей среды
(1) обычно ретроспективные (свидетельства о смерти, предвзятость припоминания и т. д.); (2) нечувствительный, дорогостоящий, длительный; (3) надежные данные о воздействии иногда недоступны или их трудно получить; (4) комбинированное, многократное и комплексное воздействие; отсутствие соответствующих контрольных когорт; (5) эксперименты на людях не проводились; (6) обнаружение рака, а не профилактика
Долгосрочные биоанализы in vivo (1) перспективные и ретроспективные (валидационные) оценки; (2) отличная корреляция с идентифицированными человеческими канцерогенами; (3) известные уровни воздействия и условия; (4) идентифицирует эффекты химической токсичности и канцерогенности; (5) результаты получены относительно быстро; (6) качественные сравнения химических классов; (7) интегративные и интерактивные биологические системы, тесно связанные с человеком (1) редко воспроизводимые, ресурсоемкие; (3) ограниченное количество помещений, подходящих для таких экспериментов; (4) дебаты об экстраполяции видов; (5) используемые уровни воздействия часто намного превышают уровни, с которыми сталкиваются люди; (6) воздействие одного химического вещества не имитирует воздействие на человека, которое, как правило, связано с несколькими химическими веществами одновременно.
Среднесрочные и краткосрочные биоанализы in vivo и in vitro (1) быстрее и дешевле, чем другие анализы; (2) большие образцы, которые легко воспроизводятся;
(3) измеряются биологически значимые конечные точки (мутации и т. д.); (4) может использоваться в качестве скрининга для выбора химических веществ для долгосрочных биотестов
(1) in vitro не полностью предсказывает in vivo; (2) обычно специфический для организма или органа; (3) потенции, не сравнимые с целыми животными или людьми
Ассоциации химической структуры и биологической активности (1) относительно простой, быстрый и недорогой; (2) надежными для определенных химических классов (например, нитрозаминов и бензидиновых красителей); (3) разработан на основе биологических данных, но не зависит от дополнительных биологических экспериментов (1) не «биологический»; (2) множество исключений из сформулированных правил; (3) ретроспективные и редко (но становящиеся) перспективными
Выводы на основе механизма (1) достаточно точны для определенных классов химических веществ; (2) позволяет уточнять гипотезы; (3) может ориентировать оценку риска на чувствительные группы населения (1) механизмы химического канцерогенеза неопределенные, множественные и, вероятно, специфичные для химических веществ или классов; (2) может не выделять исключения из общих механизмов

 

Обоснование и концептуальная основа генетических токсикологических анализов

Хотя точные типы и количество анализов, используемых для оценки генетической токсичности, постоянно развиваются и варьируются от страны к стране, наиболее распространенные из них включают анализы (1) генных мутаций в бактериях и/или культивируемых клетках млекопитающих и (2) хромосомных мутаций в клетках млекопитающих. культивированные клетки млекопитающих и/или костный мозг живых мышей. Некоторые анализы из этой второй категории также могут обнаруживать анеуплоидию. Хотя эти анализы не выявляют мутации в зародышевых клетках, они используются главным образом из-за дополнительных затрат и сложности проведения анализов зародышевых клеток. Тем не менее, анализ зародышевых клеток на мышах используется, когда требуется информация об эффектах зародышевых клеток.

Систематические исследования в течение 25-летнего периода (1970-1995 гг.), особенно в рамках Национальной токсикологической программы США в Северной Каролине, привели к использованию дискретного ряда анализов для выявления мутагенной активности агентов. Обоснование оценки полезности анализов основывалось на их способности обнаруживать агенты, вызывающие рак у грызунов и подозреваемые в том, что они вызывают рак у людей (т.е. канцерогены). Это связано с тем, что исследования, проведенные в течение последних нескольких десятилетий, показали, что раковые клетки содержат мутации в определенных генах и что многие канцерогены также являются мутагенами. Таким образом, раковые клетки рассматриваются как содержащие мутации соматических клеток, а канцерогенез рассматривается как тип мутагенеза соматических клеток.

Анализы генетической токсичности, наиболее часто используемые в настоящее время, были выбраны не только из-за их большой базы данных, относительно низкой стоимости и простоты выполнения, но и потому, что было показано, что они обнаруживают многие канцерогены грызунов и, предположительно, человеческие канцерогены. Следовательно, анализы генетической токсичности используются для прогнозирования потенциальной канцерогенности агентов.

Важным концептуальным и практическим достижением в области генетической токсикологии стало признание того факта, что многие канцерогены модифицируются ферментами в организме, создавая измененные формы (метаболиты), которые часто являются конечной канцерогенной и мутагенной формой исходного химического вещества. Чтобы воспроизвести этот метаболизм в чашке Петри, Генрих Маллинг показал, что включение препарата из печени грызунов содержит многие ферменты, необходимые для осуществления этого метаболического преобразования или активации. Таким образом, во многих анализах генетической токсичности, проводимых в чашках или пробирках (in vitro), используется добавление аналогичных ферментных препаратов. Простые препараты называются S9 mix, а очищенные препараты называются микросомами. Некоторые клетки бактерий и млекопитающих теперь были генетически модифицированы, чтобы содержать некоторые гены грызунов или человека, которые производят эти ферменты, что снижает потребность в добавлении смеси S9 или микросом.

Генетические токсикологические анализы и методы

Основными бактериальными системами, используемыми для скрининга генетической токсичности, являются анализ мутагенности Salmonella (Ames) и, в гораздо меньшей степени, штамм WP2 Кишечная палочка. Исследования середины 1980-х показали, что использование только двух штаммов системы сальмонелл (ТА98 и ТА100) было достаточным для обнаружения примерно 90% известных мутагенов сальмонелл. Таким образом, эти два штамма используются для большинства целей скрининга; однако для более обширного тестирования доступны различные другие штаммы.

Эти анализы выполняются различными способами, но двумя общими процедурами являются анализы с включением планшета и анализы с жидкой суспензией. В анализе включения в чашку клетки, тестируемое химическое вещество и (при желании) S9 добавляют вместе в жидкий агар и выливают на поверхность чашки Петри с агаром. Верхний агар затвердевает в течение нескольких минут, и чашки инкубируют в течение двух-трех дней, после чего мутантные клетки вырастают, образуя визуально обнаруживаемые скопления клеток, называемые колониями, которые затем подсчитывают. Агаровая среда содержит селективные агенты или состоит из таких ингредиентов, что только новые мутировавшие клетки будут расти. Анализ с инкубацией в жидкости аналогичен, за исключением того, что клетки, тестируемый агент и S9 инкубируют вместе в жидкости, не содержащей жидкого агара, а затем клетки промывают от тестируемого агента и S9 и высевают на агар.

Мутации в культивируемых клетках млекопитающих обнаруживаются преимущественно в одном из двух генов: хпрт и tk. Подобно бактериальным анализам, клеточные линии млекопитающих (разработанные из клеток грызунов или человека) подвергают воздействию тестируемого агента в пластиковых культуральных чашках или пробирках, а затем высевают в культуральные чашки, содержащие среду с селективным агентом, который позволяет расти только мутантным клеткам. . Анализы, используемые для этой цели, включают CHO/HPRT, TK6 и мышиную лимфому L5178Y/TK.+/- пробы. Также используются другие клеточные линии, содержащие различные мутации репарации ДНК, а также содержащие некоторые человеческие гены, участвующие в метаболизме. Эти системы позволяют восстанавливать мутации внутри гена (генная мутация), а также мутации, затрагивающие участки хромосомы, фланкирующие ген (хромосомная мутация). Однако этот последний тип мутаций восстанавливается в гораздо большей степени с помощью tk генные системы, чем хпрт генные системы из-за расположения tk ген.

Подобно анализу бактериальной мутагенности в жидкостной инкубации, анализы мутагенности клеток млекопитающих обычно включают экспозицию клеток в культуральных чашках или пробирках в присутствии тестируемого агента и S9 в течение нескольких часов. Затем клетки промывают, культивируют еще несколько дней, чтобы продукты нормальных (дикого типа) генов расщепились, а продукты новых мутантных генов экспрессировались и накапливались, а затем их высевают в среду, содержащую селективный агент, который позволяет растут только мутантные клетки. Как и при бактериальном анализе, мутантные клетки вырастают в визуально обнаруживаемые колонии, которые затем подсчитывают.

Хромосомная мутация идентифицируется в первую очередь с помощью цитогенетических анализов, которые включают воздействие на грызунов и/или клетки грызунов или человека в культуральных чашках тестируемым химическим веществом, позволяя произойти одному или нескольким клеточным делениям, окрашивая хромосомы, а затем визуально исследуя хромосомы под микроскопом. для обнаружения изменений в структуре или числе хромосом. Хотя можно исследовать множество конечных точек, две из них в настоящее время признаны регулирующими органами наиболее значимыми: хромосомные аберрации и подкатегория, называемая микроядрами.

Для оценки клеток на наличие хромосомных аберраций требуется значительная подготовка и опыт, что делает эту процедуру дорогостоящей с точки зрения времени и денег. Напротив, микроядра требуют небольшого обучения, и их обнаружение может быть автоматизировано. Микроядра выглядят как маленькие точки внутри клетки, отличные от ядра, содержащего хромосомы. Микроядра возникают либо в результате поломки хромосом, либо в результате анеуплоидии. Из-за простоты подсчета микроядер по сравнению с хромосомными аберрациями, а также из-за того, что недавние исследования показали, что агенты, вызывающие хромосомные аберрации в костном мозге живых мышей, обычно индуцируют микроядра в этой ткани, микроядра в настоящее время обычно измеряются как показатель способности агент, вызывающий хромосомную мутацию.

Хотя анализы на зародышевые клетки используются гораздо реже, чем другие описанные выше анализы, они необходимы для определения того, представляет ли агент риск для зародышевых клеток, мутации в которых могут привести к последствиям для здоровья в последующих поколениях. Наиболее часто используемые анализы зародышевых клеток проводятся на мышах и включают системы, которые обнаруживают (1) наследуемые транслокации (обмены) между хромосомами (анализ наследуемых транслокаций), (2) генные или хромосомные мутации, затрагивающие определенные гены (видимые или биохимические специфические локусы). анализы) и (3) мутации, влияющие на жизнеспособность (доминантный летальный анализ). Как и в случае анализа соматических клеток, рабочее допущение в отношении анализа зародышевых клеток состоит в том, что агенты, положительные в этих анализах, считаются потенциальными мутагенами зародышевых клеток человека.

Текущее состояние и перспективы на будущее

Недавние исследования показали, что для обнаружения примерно 90% набора из 41 канцерогена для грызунов (т. е. предполагаемых канцерогенов человека и мутагенов соматических клеток) было необходимо всего три элемента информации. К ним относятся (1) знание химической структуры агента, особенно если он содержит электрофильные фрагменты (см. раздел о взаимосвязях структура-активность); (2) данные о мутагенности Salmonella; и (3) данные 90-дневного анализа хронической токсичности на грызунах (мышах и крысах). Действительно, практически все канцерогены человека, объявленные IARC, обнаруживаются как мутагены с использованием только анализа на сальмонеллу и микроядерного анализа костного мозга мыши. Использование этих анализов мутагенности для обнаружения потенциальных канцерогенов человека подтверждается тем фактом, что большинство канцерогенов человека являются канцерогенными как для крыс, так и для мышей (межвидовые канцерогены) и что большинство межвидовых канцерогенов являются мутагенными для сальмонелл и/или индуцируют микроядра. в костном мозге мыши.

Благодаря достижениям в технологии ДНК, проекту генома человека и лучшему пониманию роли мутаций в развитии рака разрабатываются новые анализы генотоксичности, которые, вероятно, будут включены в стандартные процедуры скрининга. Среди них использование трансгенных клеток и грызунов. Трансгенные системы — это системы, в которых ген другого вида был введен в клетку или организм. Например, в настоящее время в экспериментальных целях используются трансгенные мыши, которые позволяют обнаруживать мутацию в любом органе или ткани животного на основе введения бактериального гена в мышь. В настоящее время доступны бактериальные клетки, такие как Salmonella, и клетки млекопитающих (включая линии клеток человека), которые содержат гены, участвующие в метаболизме канцерогенных/мутагенных агентов, такие как гены P450. Молекулярный анализ фактических мутаций, индуцированных в трансгене у трансгенных грызунов или в нативных генах, таких как хпрт, или гены-мишени в пределах сальмонеллы теперь могут быть выполнены, чтобы можно было определить точную природу мутаций, вызванных химическими веществами, что дает представление о механизме действия химического вещества и позволяет сравнивать с мутациями у людей, предположительно подвергшихся воздействию агента. .

Молекулярные достижения в цитогенетике теперь позволяют более детально оценивать хромосомные мутации. К ним относится использование зондов (небольших фрагментов ДНК), которые прикрепляются (гибридизуются) к определенным генам. Затем перестройки генов на хромосоме можно выявить по измененному расположению зондов, которые флуоресцируют и легко визуализируются в виде цветных секторов на хромосомах. Гель-электрофорез отдельных клеток для выявления разрывов ДНК (обычно называемый «кометным» анализом) позволяет обнаруживать разрывы ДНК в отдельных клетках и может стать чрезвычайно полезным инструментом в сочетании с цитогенетическими методами для обнаружения хромосомных повреждений.

После многих лет использования и создания большой и систематически разрабатываемой базы данных оценка генетической токсичности теперь может быть выполнена с помощью всего нескольких анализов при относительно небольших затратах за короткий период времени (несколько недель). Полученные данные можно использовать для прогнозирования способности агента быть грызуном и, предположительно, канцерогеном/мутагеном соматических клеток человека. Такая способность позволяет ограничивать поступление в окружающую среду мутагенных и канцерогенных агентов и разрабатывать альтернативные, немутагенные агенты. Будущие исследования должны привести к еще более совершенным методам с большей предсказуемостью, чем текущие анализы.

 

Назад

Воскресенье, Январь 16 2011 18: 53

Тестирование токсичности in vitro

Появление сложных технологий в молекулярной и клеточной биологии стимулировало относительно быстрое развитие наук о жизни, включая токсикологию. По сути, фокус токсикологии смещается от целых животных и популяций целых животных к клеткам и молекулам отдельных животных и людей. С середины 1980-х годов токсикологи начали использовать эти новые методологии для оценки воздействия химических веществ на живые системы. В качестве логического развития такие методы адаптируются для целей тестирования на токсичность. Эти научные достижения в сочетании с социальными и экономическими факторами привели к изменениям в оценке безопасности продукции и потенциального риска.

Экономические факторы конкретно связаны с объемом материалов, которые должны быть испытаны. Каждый год на рынок выводится множество новых косметических, фармацевтических препаратов, пестицидов, химикатов и товаров для дома. Все эти продукты должны быть оценены на предмет их потенциальной токсичности. Кроме того, имеется запас уже используемых химикатов, которые не были должным образом протестированы. Колоссальная задача получения подробной информации о безопасности всех этих химических веществ с использованием традиционных методов испытаний на целых животных была бы дорогостоящей с точки зрения денег и времени, если бы ее вообще можно было выполнить.

Существуют также социальные проблемы, связанные со здоровьем и безопасностью населения, а также растущую обеспокоенность общественности по поводу использования животных для проверки безопасности продукции. Что касается безопасности человека, общественные интересы и группы защиты окружающей среды оказали значительное давление на правительственные учреждения, чтобы они применяли более строгие правила в отношении химических веществ. Недавним примером этого стало движение некоторых экологических групп за запрет хлора и хлорсодержащих соединений в Соединенных Штатах. Одна из причин таких экстремальных действий заключается в том, что большинство этих соединений никогда не подвергались адекватным испытаниям. С токсикологической точки зрения концепция запрета целого класса разнообразных химикатов, основанная только на наличии хлора, является научно несостоятельной и безответственной. Тем не менее, понятно, что с точки зрения общественности должны быть определенные гарантии того, что химические вещества, выбрасываемые в окружающую среду, не представляют значительного риска для здоровья. Такая ситуация подчеркивает необходимость более эффективных и быстрых методов оценки токсичности.

Другая общественная проблема, которая повлияла на область тестирования токсичности, - это благополучие животных. Растущее число групп по защите животных во всем мире решительно возражают против использования целых животных для проверки безопасности продукции. Ведутся активные кампании против производителей косметики, товаров для дома и личной гигиены, фармацевтических препаратов в попытках остановить испытания на животных. Такие усилия в Европе привели к принятию Шестой поправки к Директиве 76/768/ЕЕС (Директива о косметике). Следствием этой Директивы является то, что косметические продукты или косметические ингредиенты, которые были протестированы на животных после 1 января 1998 г., не могут продаваться в Европейском Союзе, за исключением случаев, когда альтернативные методы недостаточно проверены. Хотя эта Директива не имеет юрисдикции в отношении продажи таких продуктов в Соединенных Штатах или других странах, она существенно повлияет на те компании, у которых есть международные рынки, включая Европу.

Концепция альтернатив, которая лежит в основе разработки тестов, отличных от тестов на целых животных, определяется тремя Rs: снижение в количестве используемых животных; утонченность протоколов, чтобы животные испытывали меньше стресса или дискомфорта; и замена текущих испытаний на животных с тестами in vitro (т. е. тестами, проводимыми вне живых животных), компьютерными моделями или тестами на низших позвоночных или беспозвоночных. Три Rбыли представлены в книге, опубликованной в 1959 году двумя британскими учеными, У. М. С. Расселом и Рексом Берчем. Принципы гуманной экспериментальной техники. Рассел и Берч утверждали, что единственный способ получить действительные научные результаты - это гуманное обращение с животными, и считали, что следует разработать методы, позволяющие сократить использование животных и, в конечном итоге, заменить его. Интересно, что принципам, изложенным Расселом и Берчем, уделялось мало внимания до возрождения движения за защиту животных в середине 1970-х годов. Сегодня концепция трех Rs занимает лидирующие позиции в области исследований, тестирования и обучения.

Таким образом, на разработку методологий тестирования in vitro повлияло множество факторов, которые сошлись за последние десять-двадцать лет. Трудно установить, оказал ли бы какой-либо из этих факторов столь сильное влияние на стратегии тестирования токсичности.

Концепция испытаний на токсичность in vitro

В этом разделе основное внимание будет уделено исключительно методам оценки токсичности in vitro как одной из альтернатив тестированию на животных. Дополнительные альтернативы, не связанные с животными, такие как компьютерное моделирование и количественные отношения структура-активность, обсуждаются в других статьях этой главы.

Исследования in vitro обычно проводятся на животных или человеческих клетках или тканях вне организма. In vitro буквально означает «в стекле» и относится к процедурам, проводимым с живым материалом или компонентами живого материала, культивируемыми в чашках Петри или в пробирках при определенных условиях. Их можно противопоставить исследованиям in vivo или исследованиям, проведенным «на живых животных». Хотя трудно, если не невозможно, спроецировать воздействие химического вещества на сложный организм, когда наблюдения ограничиваются одним типом клеток в чашке, исследования in vitro также предоставляют значительный объем информации о внутренней токсичности. как клеточные и молекулярные механизмы токсичности. Кроме того, они обладают многими преимуществами по сравнению с исследованиями in vivo, поскольку они, как правило, менее дороги и могут проводиться в более контролируемых условиях. Кроме того, несмотря на то, что для получения клеток для культур in vitro по-прежнему требуется небольшое количество животных, эти методы можно рассматривать как альтернативы сокращения (поскольку по сравнению с исследованиями in vivo используется намного меньше животных) и альтернативы уточнения (поскольку они устраняют необходимость подвергнуть животных неблагоприятным токсическим последствиям, вызванным экспериментами in vivo).

Чтобы интерпретировать результаты тестов на токсичность in vitro, определить их потенциальную полезность при оценке токсичности и связать их с общим токсикологическим процессом in vivo, необходимо понять, какая часть токсикологического процесса исследуется. Весь токсикологический процесс состоит из событий, которые начинаются с воздействия на организм физического или химического агента, развиваются через клеточные и молекулярные взаимодействия и в конечном итоге проявляются в ответной реакции всего организма. Тесты in vitro обычно ограничиваются той частью токсикологического процесса, которая протекает на клеточном и молекулярном уровне. Типы информации, которую можно получить в результате исследований in vitro, включают пути метаболизма, взаимодействие активных метаболитов с клеточными и молекулярными мишенями и потенциально измеримые токсические конечные точки, которые могут служить молекулярными биомаркерами воздействия. В идеальной ситуации был бы известен механизм токсичности каждого химического вещества в результате воздействия на организм, чтобы можно было полностью интерпретировать информацию, полученную в результате испытаний in vitro, и соотнести ее с реакцией всего организма. Однако это практически невозможно, поскольку полных токсикологических механизмов выяснено относительно немного. Таким образом, токсикологи сталкиваются с ситуацией, когда результаты теста in vitro нельзя использовать в качестве абсолютно точного прогноза токсичности in vivo, поскольку механизм неизвестен. Однако часто в процессе разработки теста in vitro выясняются компоненты клеточного и молекулярного механизма(ов) токсичности.

Один из ключевых нерешенных вопросов, связанных с разработкой и внедрением тестов in vitro, связан со следующим соображением: должны ли они быть механистически обоснованы или достаточно, чтобы они были описательными? Бесспорно, с научной точки зрения лучше использовать только механистически обоснованные тесты вместо тестов in vivo. Однако при отсутствии полных механистических знаний перспектива разработки тестов in vitro, которые в ближайшем будущем полностью заменят тесты на целых животных, практически нулевая. Это, однако, не исключает использования более описательных типов анализов в качестве инструментов раннего скрининга, что имеет место в настоящее время. Эти экраны привели к значительному сокращению использования животных. Следовательно, до тех пор, пока не будет получено больше механистической информации, может оказаться необходимым использовать в более ограниченной степени тесты, результаты которых просто хорошо коррелируют с результатами, полученными in vivo.

Тесты in vitro на цитотоксичность

В этом разделе будет описано несколько тестов in vitro, разработанных для оценки цитотоксического потенциала химического вещества. По большей части эти тесты просты в выполнении, а анализ может быть автоматизирован. Одним из обычно используемых in vitro тестов на цитотоксичность является анализ нейтрального красного. Этот анализ проводится на клетках в культуре, и для большинства применений клетки можно поддерживать в культуральных чашках, которые содержат 96 небольших лунок, каждая диаметром 6.4 мм. Поскольку каждую лунку можно использовать для одного определения, такое расположение позволяет использовать несколько концентраций тестируемого вещества, а также положительные и отрицательные контроли с достаточным количеством повторов для каждого. После обработки клеток различными концентрациями испытуемого химического вещества в диапазоне не менее двух порядков (например, от 0.01 мМ до 1 мМ), а также химическими веществами положительного и отрицательного контроля клетки промывают и обрабатывают нейтральным красным, краситель, который может поглощаться и удерживаться только живыми клетками. Краситель может быть добавлен при удалении испытуемого химического вещества для определения немедленных эффектов или может быть добавлен в разное время после удаления испытуемого химического вещества для определения кумулятивных или отсроченных эффектов. Интенсивность цвета в каждой лунке соответствует количеству живых клеток в этой лунке. Интенсивность окраски измеряют с помощью спектрофотометра, который может быть оснащен планшетным ридером. Считыватель планшетов запрограммирован на выполнение индивидуальных измерений для каждой из 96 лунок чашки для культивирования. Эта автоматизированная методология позволяет исследователю быстро провести эксперимент по зависимости концентрации от реакции и получить статистически полезные данные.

Другим относительно простым тестом на цитотоксичность является МТТ-тест. МТТ (3[4,5-диметилтиазол-2-ил]-2,5-дифенилтетразолия бромид) представляет собой тетразолиевый краситель, который восстанавливается митохондриальными ферментами до синего цвета. Только клетки с жизнеспособными митохондриями сохранят способность осуществлять эту реакцию; поэтому интенсивность окраски напрямую связана со степенью митохондриальной целостности. Это полезный тест для обнаружения общих цитотоксических соединений, а также тех агентов, которые специально нацелены на митохондрии.

Измерение активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ) также используется в качестве универсального анализа цитотоксичности. Этот фермент в норме присутствует в цитоплазме живых клеток и высвобождается в культуральную среду через негерметичные клеточные мембраны мертвых или умирающих клеток, подвергшихся неблагоприятному воздействию токсического агента. Небольшие количества культуральной среды могут быть удалены в разное время после химической обработки клеток для измерения количества высвобождаемой ЛДГ и определения динамики токсичности во времени. Хотя анализ высвобождения ЛДГ является очень общей оценкой цитотоксичности, он полезен, поскольку его легко выполнить и его можно проводить в режиме реального времени.

В настоящее время разрабатывается много новых методов для обнаружения клеточных повреждений. Более сложные методы используют флуоресцентные зонды для измерения различных внутриклеточных параметров, таких как высвобождение кальция и изменения рН и мембранного потенциала. В целом, эти зонды очень чувствительны и могут обнаруживать более тонкие клеточные изменения, тем самым уменьшая необходимость использования гибели клеток в качестве конечной точки. Кроме того, многие из этих флуоресцентных анализов могут быть автоматизированы с использованием 96-луночных планшетов и ридеров для флуоресцентных планшетов.

После сбора данных о ряде химических веществ с использованием одного из этих тестов можно определить относительную токсичность. Относительная токсичность химического вещества, определенная в тесте in vitro, может быть выражена как концентрация, которая оказывает 50%-ное влияние на конечную реакцию необработанных клеток. Это определение упоминается как EC50 (Eрезультативный Cконцентрация на 50% клеток) и может использоваться для сравнения токсичности различных химических веществ in vitro. (Аналогичный термин, используемый при оценке относительной токсичности, — ICXNUMX).50, что указывает на концентрацию химического вещества, вызывающую 50% ингибирование клеточного процесса, например, способность поглощать нейтральный красный цвет.) Нелегко оценить, сопоставима ли относительная токсичность химических веществ in vitro с их относительной токсичностью в лабораторных условиях. токсичности в естественных условиях, поскольку в системе in vivo существует так много смешанных факторов, таких как токсикокинетика, метаболизм, репаративные и защитные механизмы. Кроме того, поскольку большинство этих анализов измеряют конечные точки общей цитотоксичности, они не основаны на механистическом подходе. Таким образом, совпадение относительной токсичности in vitro и in vivo является просто корреляционным. Несмотря на многочисленные сложности и трудности экстраполяции данных in vitro на in vivo, эти тесты in vitro оказались очень ценными, поскольку они просты и недороги в выполнении и могут использоваться в качестве скрининга для выявления высокотоксичных лекарств или химических веществ на ранних стадиях. разработка.

Токсичность органа-мишени

Тесты in vitro также можно использовать для оценки специфической токсичности органов-мишеней. Существует ряд трудностей, связанных с разработкой таких тестов, наиболее заметной из которых является неспособность систем in vitro поддерживать многие характеристики органа in vivo. Часто, когда клетки берут у животных и помещают в культуру, они склонны либо к быстрой дегенерации, либо к дедифференцировке, т. Это представляет собой проблему, заключающуюся в том, что в течение короткого периода времени, обычно нескольких дней, культуры перестают быть полезными для оценки органоспецифических эффектов токсина.

Многие из этих проблем решаются благодаря последним достижениям в области молекулярной и клеточной биологии. Информация, полученная о клеточной среде in vivo, может быть использована для модулирования условий культивирования in vitro. С середины 1980-х годов были открыты новые факторы роста и цитокины, и многие из них в настоящее время коммерчески доступны. Добавление этих факторов к клеткам в культуре помогает сохранить их целостность, а также может способствовать сохранению более дифференцированных функций в течение более длительных периодов времени. Другие фундаментальные исследования расширили знания о пищевых и гормональных потребностях клеток в культуре, так что теперь можно создавать новые среды. Недавние успехи также были достигнуты в идентификации как встречающихся в природе, так и искусственных внеклеточных матриц, на которых можно культивировать клетки. Культивирование клеток на этих различных матрицах может оказывать сильное влияние как на их структуру, так и на функцию. Основным преимуществом, полученным из этих знаний, является возможность сложно контролировать среду клеток в культуре и индивидуально исследовать влияние этих факторов на основные клеточные процессы и на их реакцию на различные химические агенты. Короче говоря, эти системы могут обеспечить глубокое понимание органоспецифических механизмов токсичности.

Многие исследования токсичности для органов-мишеней проводятся на первичных клетках, которые по определению являются свежевыделенными из органа и обычно демонстрируют ограниченное время жизни в культуре. Есть много преимуществ в получении первичных культур одного типа клеток из органа для оценки токсичности. С механистической точки зрения такие культуры полезны для изучения конкретных клеточных мишеней химического вещества. В некоторых случаях два или более типов клеток из органа могут культивироваться вместе, и это дает дополнительное преимущество, заключающееся в возможности изучения межклеточных взаимодействий в ответ на токсин. Некоторые системы совместного культивирования кожи были разработаны таким образом, что они образуют трехмерную структуру, напоминающую кожу in vivo. Также возможно совместное культивирование клеток из разных органов, например печени и почек. Этот тип культуры был бы полезен для оценки эффектов, характерных для клеток почек, химического вещества, которое должно быть биоактивировано в печени.

Молекулярно-биологические инструменты также сыграли важную роль в разработке непрерывных клеточных линий, которые могут быть полезны для тестирования токсичности органов-мишеней. Эти клеточные линии создаются путем трансфекции ДНК в первичные клетки. В процедуре трансфекции клетки и ДНК обрабатывают таким образом, чтобы ДНК могла быть поглощена клетками. ДНК обычно происходит от вируса и содержит ген или гены, экспрессия которых позволяет клеткам стать иммортализованными (т. е. способными жить и расти в течение продолжительных периодов времени в культуре). ДНК также можно сконструировать таким образом, чтобы ген иммортализации контролировался индуцируемым промотором. Преимущество этого типа конструкции состоит в том, что клетки будут делиться только тогда, когда они получат соответствующий химический стимул, позволяющий экспрессировать иммортализующий ген. Примером такой конструкции является большой ген Т-антигена вируса обезьян 40 (SV40) (ген иммортализации), которому предшествует промоторная область гена металлотионеина, который индуцируется присутствием металла в культуральной среде. Таким образом, после трансфекции гена в клетки клетки можно обработать низкими концентрациями цинка для стимуляции промотора МТ и включения экспрессии гена Т-антигена. В этих условиях клетки размножаются. При удалении цинка из среды клетки перестают делиться и в идеальных условиях возвращаются в состояние, в котором они проявляют свои тканеспецифические функции.

Способность генерировать иммортализованные клетки в сочетании с достижениями в технологии культивирования клеток в значительной степени способствовала созданию клеточных линий из многих различных органов, включая мозг, почки и печень. Однако, прежде чем эти клеточные линии можно будет использовать в качестве суррогата для настоящих типов клеток, их необходимо тщательно охарактеризовать, чтобы определить, насколько они «нормальны» на самом деле.

Другие системы in vitro для изучения токсичности органов-мишеней требуют все большей сложности. По мере того, как системы in vitro становятся все более сложными, от одной клетки к культуре целого органа, они становятся более сопоставимыми со средой in vivo, но в то же время их становится гораздо труднее контролировать, учитывая возросшее количество переменных. Следовательно, то, что можно получить при переходе на более высокий уровень организации, может быть потеряно из-за неспособности исследователя контролировать экспериментальную среду. В таблице 1 сравниваются некоторые характеристики различных систем in vitro, которые использовались для изучения гепатотоксичности.

Таблица 1. Сравнение систем in vitro для исследования гепатотоксичности

Система Многогранность
(уровень взаимодействия)
Способность сохранять специфические функции печени Потенциальная продолжительность культуры Способность контролировать окружающую среду
Увековеченные клеточные линии какая-то ячейка к ячейке (зависит от клеточной линии) от плохого к хорошему (зависит от клеточной линии) неопределенный отлично
Первичные культуры гепатоцитов ячейка к ячейке от удовлетворительного до отличного (зависит от условий выращивания) дни в недели отлично
Сокультуры клеток печени ячейка к ячейке (между одинаковыми и разными типами ячеек) от хорошего до отличного недель отлично
Кусочки печени клетка к клетке (среди всех типов клеток) от хорошего до отличного часы в дни хорошо
Изолированная перфузированная печень клетка к клетке (среди всех типов клеток) и внутриорганные отлично часов ярмарка

 

Прецизионные срезы тканей все шире используются для токсикологических исследований. Доступны новые инструменты, которые позволяют исследователю нарезать однородные срезы ткани в стерильной среде. Срезы ткани имеют некоторое преимущество перед системами культивирования клеток, поскольку присутствуют все типы клеток органа, и они сохраняют свою архитектуру in vivo и межклеточную связь. Таким образом, исследования in vitro могут быть проведены для определения типа клеток-мишеней в органе, а также для изучения специфической токсичности для органа-мишени. Недостатком срезов является то, что они быстро дегенерируют после первых 24 часов культивирования, в основном из-за плохой диффузии кислорода к клеткам внутри срезов. Однако недавние исследования показали, что более эффективная аэрация может быть достигнута за счет мягкого вращения. Это, вместе с использованием более сложной среды, позволяет ломтикам сохраняться до 96 часов.

Тканевые эксплантаты по своей концепции аналогичны срезам тканей и могут также использоваться для определения токсичности химических веществ в определенных органах-мишенях. Тканевые эксплантаты получают путем удаления небольшого кусочка ткани (для исследования тератогенности — интактного эмбриона) и помещения его в культуру для дальнейшего изучения. Культуры эксплантов были полезны для краткосрочных исследований токсичности, включая раздражение и коррозию кожи, исследования асбеста в трахее и исследования нейротоксичности в тканях мозга.

Изолированные перфузируемые органы также могут быть использованы для оценки токсичности органов-мишеней. Эти системы обладают тем же преимуществом, что и срезы тканей и эксплантаты, в том, что присутствуют все типы клеток, но без нагрузки на ткань, вызванной манипуляциями, связанными с приготовлением срезов. Кроме того, они позволяют поддерживать внутриорганные взаимодействия. Основным недостатком является их краткосрочная жизнеспособность, что ограничивает их использование для тестирования токсичности in vitro. В качестве альтернативы эти культуры можно считать усовершенствованием, так как животные не испытывают неблагоприятных последствий обработки токсикантами in vivo. Однако их использование не приводит к значительному уменьшению количества необходимых животных.

Таким образом, существует несколько типов систем in vitro для оценки токсичности органов-мишеней. Можно получить много информации о механизмах токсичности, используя один или несколько из этих методов. Остается трудность в том, чтобы узнать, как экстраполировать систему in vitro, которая представляет собой относительно небольшую часть токсикологического процесса, на весь процесс, происходящий in vivo.

Тесты in vitro на раздражение глаз

Возможно, наиболее спорным тестом на токсичность для целых животных с точки зрения благополучия животных является тест Дрейза на раздражение глаз, который проводится на кроликах. В этом тесте небольшая фиксированная доза химического вещества помещается в один глаз кролика, а другой глаз используется в качестве контроля. Степень раздражения и воспаления оценивают в разное время после воздействия. Предпринимаются серьезные усилия по разработке методологий замены этого теста, который подвергался критике не только из гуманных соображений, но и из-за субъективности наблюдений и изменчивости результатов. Интересно отметить, что, несмотря на резкую критику, которую получил тест Дрейза, он оказался чрезвычайно успешным в прогнозировании раздражителей глаз человека, особенно веществ от слабого до умеренно раздражающего, которые трудно идентифицировать другими методами. Таким образом, спрос на альтернативы in vitro велик.

Поиск альтернатив тесту Дрейза является сложным, хотя и прогнозируется, что он увенчается успехом. Были разработаны многочисленные in vitro и другие альтернативы, а в некоторых случаях они были реализованы. Усовершенствованные альтернативы тесту Дрейза, которые по определению являются менее болезненными или мучительными для животных, включают тест глаза с малым объемом, при котором меньшее количество тестовых материалов помещается в глаза кроликов не только из гуманных соображений, но и для более точно имитировать количество, которому люди могут фактически случайно подвергнуться воздействию. Еще одно уточнение заключается в том, что вещества с рН менее 2 или более 11.5 больше не тестируются на животных, поскольку известно, что они сильно раздражают глаза.

В период с 1980 по 1989 год количество кроликов, используемых для тестирования косметики на раздражение глаз, сократилось примерно на 87%. Тесты in vitro были включены как часть многоуровневого подхода к тестированию, чтобы добиться такого значительного сокращения тестов на целых животных. Этот подход представляет собой многоэтапный процесс, который начинается с тщательного изучения исторических данных о раздражении глаз и физического и химического анализа оцениваемого химического вещества. Если эти два процесса не дают достаточно информации, проводится ряд тестов in vitro. Дополнительные данные, полученные в результате испытаний in vitro, могут быть достаточными для оценки безопасности вещества. Если нет, то последним шагом будет проведение ограниченных тестов in vivo. Легко понять, как этот подход может устранить или, по крайней мере, резко сократить количество животных, необходимых для прогнозирования безопасности тестируемого вещества.

Набор тестов in vitro, который используется как часть этой стратегии многоуровневого тестирования, зависит от потребностей конкретной отрасли. Тесты на раздражение глаз проводятся в самых разных отраслях промышленности, от косметики до фармацевтики и промышленных химикатов. Тип информации, необходимой для каждой отрасли, различается, и поэтому невозможно определить единую группу тестов in vitro. Батарея тестов, как правило, предназначена для оценки пяти параметров: цитотоксичности, изменений в физиологии и биохимии тканей, количественных взаимосвязей между структурой и активностью, медиаторов воспаления, восстановления и репарации. Примером теста на цитотоксичность, которая является одной из возможных причин раздражения, является анализ нейтрального красного с использованием культивируемых клеток (см. выше). Изменения в клеточной физиологии и биохимии, возникающие в результате воздействия химического вещества, можно анализировать в культурах эпителиальных клеток роговицы человека. В качестве альтернативы исследователи также использовали целые или препарированные бычьи или куриные глазные яблоки, полученные на скотобойнях. Многие из конечных точек, измеренных в этих культурах целых органов, такие же, как и измеренные in vivo, такие как помутнение роговицы и отек роговицы.

Воспаление часто является компонентом вызванного химическими веществами поражения глаз, и существует ряд анализов, доступных для изучения этого параметра. Различные биохимические анализы определяют присутствие медиаторов, высвобождаемых во время воспалительного процесса, таких как арахидоновая кислота и цитокины. Хориоаллантоисная мембрана (ХАМ) куриного яйца также может быть использована в качестве индикатора воспаления. В анализе САМ небольшой кусочек скорлупы куриного эмбриона в возрасте от 14 до XNUMX дней удаляют, чтобы обнажить САМ. Затем на САМ наносят химическое вещество, и после этого в разное время оценивают признаки воспаления, такие как сосудистое кровоизлияние.

Одним из самых сложных процессов in vivo для оценки in vitro является восстановление и репарация травмы глаза. Недавно разработанный прибор, кремниевый микрофизиометр, измеряет небольшие изменения внеклеточного pH и может использоваться для мониторинга культивируемых клеток в режиме реального времени. Было показано, что этот анализ довольно хорошо коррелирует с восстановлением in vivo и использовался в качестве теста in vitro для этого процесса. Это был краткий обзор типов тестов, используемых в качестве альтернативы тесту Дрейза на раздражение глаз. Вполне вероятно, что в течение следующих нескольких лет будет определена полная серия наборов тестов in vitro, и каждый из них будет проверен для своей конкретной цели.

Проверка

Ключом к нормативному признанию и внедрению методологий тестирования in vitro является валидация, процесс, посредством которого устанавливается достоверность теста-кандидата для конкретной цели. Усилия по определению и координации процесса валидации были предприняты как в Соединенных Штатах, так и в Европе. Европейский союз учредил Европейский центр проверки альтернативных методов (ECVAM) в 1993 году для координации усилий и взаимодействия с американскими организациями, такими как Центр Джонса Хопкинса по альтернативам испытаниям на животных (CAAT), академический центр в Соединенных Штатах. и Межведомственный координационный комитет по проверке альтернативных методов (ICCVAM), состоящий из представителей Национальных институтов здравоохранения, Агентства по охране окружающей среды США, Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США и Комиссии по безопасности потребительских товаров.

Валидация тестов in vitro требует серьезной организации и планирования. Должен быть консенсус между государственными регулирующими органами, промышленными и академическими учеными в отношении приемлемых процедур, а также достаточный надзор со стороны научного консультативного совета, чтобы обеспечить соответствие протоколов установленным стандартам. Валидационные исследования следует проводить в ряде эталонных лабораторий с использованием калиброванных наборов химических веществ из банка химических веществ и клеток или тканей из одного источника. Должна быть продемонстрирована как внутрилабораторная воспроизводимость, так и межлабораторная воспроизводимость потенциального теста, а результаты должны быть подвергнуты соответствующему статистическому анализу. После того, как результаты различных компонентов валидационных исследований будут собраны, научный консультативный совет может дать рекомендации относительно валидности тестов-кандидатов для конкретной цели. Кроме того, результаты исследований должны быть опубликованы в рецензируемых журналах и помещены в базу данных.

Определение процесса проверки в настоящее время находится в стадии разработки. Каждое новое проверочное исследование будет предоставлять информацию, полезную для разработки следующего исследования. Международное общение и сотрудничество необходимы для быстрой разработки широко приемлемой серии протоколов, особенно с учетом повышенной срочности, вызванной принятием Директивы ЕС по косметике. Это законодательство действительно может дать необходимый импульс для проведения серьезной проверки. Только после завершения этого процесса может начаться принятие методов in vitro различными регулирующими органами.

Заключение

В этой статье представлен широкий обзор текущего состояния испытаний на токсичность in vitro. Наука in vitro токсикология относительно молода, но она развивается экспоненциально. Задача на ближайшие годы состоит в том, чтобы включить механистические знания, полученные в результате клеточных и молекулярных исследований, в обширный перечень данных in vivo, чтобы обеспечить более полное описание токсикологических механизмов, а также установить парадигму, с помощью которой можно использовать данные in vitro. для прогнозирования токсичности in vivo. Только совместными усилиями токсикологов и представителей правительства можно будет реализовать неотъемлемую ценность этих методов in vitro.

 

Назад

Воскресенье, Январь 16 2011 18: 56

Отношения структуры деятельности

Анализ зависимости структура-активность (SAR) представляет собой использование информации о молекулярной структуре химических веществ для прогнозирования важных характеристик, связанных с стойкостью, распределением, поглощением и абсорбцией, а также токсичностью. SAR — это альтернативный метод выявления потенциально опасных химических веществ, который обещает помочь промышленности и правительствам в определении приоритетности веществ для дальнейшей оценки или для принятия решений на ранней стадии в отношении новых химических веществ. Токсикология становится все более дорогостоящим и ресурсоемким направлением. Возросшие опасения по поводу того, что химические вещества могут вызывать неблагоприятные последствия для подвергающихся воздействию людей, побудили регулирующие органы и органы здравоохранения расширить диапазон и чувствительность тестов для выявления токсикологической опасности. В то же время реальное и предполагаемое бремя регулирования, ложащееся на промышленность, вызвало обеспокоенность по поводу практичности методов тестирования токсичности и анализа данных. В настоящее время определение химической канцерогенности зависит от прижизненного тестирования как минимум двух видов животных обоего пола в нескольких дозах с тщательным гистопатологическим анализом нескольких органов, а также выявлением предопухолевых изменений в клетках и органах-мишенях. В Соединенных Штатах стоимость биоанализа рака оценивается более чем в 3 миллиона долларов (в долларах 1995 года).

Даже при неограниченных финансовых ресурсах бремя тестирования примерно 70,000 1984 существующих химических веществ, производимых сегодня в мире, превысило бы доступные ресурсы подготовленных токсикологов. Потребуются столетия, чтобы завершить даже первую оценку этих химических веществ (NRC 1993). Во многих странах возросли этические опасения по поводу использования животных в тестах на токсичность, что создает дополнительные трудности при использовании стандартных методов тестирования на токсичность. SAR широко используется в фармацевтической промышленности для идентификации молекул, потенциально полезных для лечения (Hansch and Zhang, 1979). В политике охраны окружающей среды и гигиены труда SAR используется для прогнозирования дисперсии соединений в физико-химической среде и для проверки новых химических веществ для дальнейшей оценки потенциальной токсичности. В соответствии с Законом США о контроле за токсичными веществами (TSCA) Агентство по охране окружающей среды с 5 года использует подход SAR в качестве «первой проверки» новых химических веществ в процессе уведомления перед производством (PMN); Австралия использует аналогичный подход в рамках своей новой процедуры уведомления о химических веществах (НИКНАС). В SAR США анализ является важной основой для определения наличия разумных оснований для вывода о том, что производство, переработка, распространение, использование или удаление вещества будет представлять необоснованный риск причинения вреда здоровью человека или окружающей среде, как того требует Раздел 6(f) TSCA. На основании этого вывода Агентство по охране окружающей среды может потребовать реальных испытаний вещества в соответствии с разделом XNUMX TSCA.

Обоснование SAR

Научное обоснование SAR основано на предположении, что молекулярная структура химического вещества предсказывает важные аспекты его поведения в физико-химических и биологических системах (Hansch and Leo, 1979).

Процесс SAR

Процесс рассмотрения SAR включает идентификацию химической структуры, включая эмпирические составы, а также чистое соединение; идентификация структурно-аналогичных веществ; поиск в базах данных и литературе информации о структурных аналогах; анализ токсичности и другие данные о структурных аналогах. В некоторых редких случаях информации только о структуре соединения может быть достаточно для проведения анализа SAR, основанного на хорошо изученных механизмах токсичности. Было составлено несколько баз данных по SAR, а также компьютерные методы прогнозирования молекулярной структуры.

С помощью этой информации с помощью SAR можно оценить следующие конечные точки:

  • физико-химические параметры: температура кипения, давление паров, растворимость в воде, коэффициент распределения октанол/вода.
  • параметры биологической/экологической судьбы: биодеградация, сорбция почвой, фотодеградация, фармакокинетика
  • параметры токсичности: токсичность для водных организмов, абсорбция, острая токсичность для млекопитающих (предельный тест или LD50), раздражение кожи, легких и глаз, сенсибилизация, субхроническая токсичность, мутагенность.

 

Следует отметить, что не существует методов SAR для таких важных конечных точек для здоровья, как канцерогенность, токсичность для развития, репродуктивная токсичность, нейротоксичность, иммунотоксичность или другие воздействия на органы-мишени. Это связано с тремя факторами: отсутствием большой базы данных для проверки гипотез SAR, отсутствием знаний о структурных детерминантах токсического действия и множественностью клеток-мишеней и механизмов, которые вовлечены в эти конечные точки (см. подход к оценке риска репродуктивных токсикантов и нейротоксических агентов»). Некоторые ограниченные попытки использовать SAR для прогнозирования фармакокинетики с использованием информации о коэффициентах распределения и растворимости (Johanson and Naslund 1988). Для предсказания Р450-зависимого метаболизма ряда соединений и связывания диоксино- и ПХБ-подобных молекул с цитозольным «диоксиновым» рецептором был проведен более обширный количественный SAR (Hansch and Zhang 1993).

Было показано, что SAR имеет различную предсказуемость для некоторых из перечисленных выше конечных точек, как показано в таблице 1. В этой таблице представлены данные двух сравнений прогнозируемой активности с фактическими результатами, полученными путем эмпирических измерений или испытаний на токсичность. SAR, проведенный экспертами Агентства по охране окружающей среды США, оказался хуже для предсказания физико-химических свойств, чем для предсказания биологической активности, включая биодеградацию. Что касается конечных точек токсичности, SAR показал лучшие результаты для прогнозирования мутагенности. Ashby и Tennant (1991) в более расширенном исследовании также обнаружили хорошую предсказуемость краткосрочной генотоксичности при анализе химических веществ NTP. Эти результаты не удивительны, учитывая современные представления о молекулярных механизмах генотоксичности (см. «Генетическая токсикология») и роли электрофильности в связывании ДНК. Напротив, SAR имеет тенденцию занижать прогноз системной и субхронической токсичности у млекопитающих и завышать прогноз острой токсичности для водных организмов.

Таблица 1. Сравнение SAR и данных испытаний: анализ ОЭСР/НТП

Конечная точка Соглашение (%) Несогласие (%) Номер регистрации
Точка кипения 50 50 30
Давление газа 63 37 113
Растворимость воды 68 32 133
Коэффициент распределения 61 39 82
биологический распад 93 7 107
Токсичность рыбы 77 22 130
Токсичность дафнии 67 33 127
Острая токсичность для млекопитающих (LD50 ) 80 201 142
Раздражение кожи 82 18 144
Раздражение глаз 78 22 144
Сенсибилизация кожи 84 16 144
Субхроническая токсичность 57 32 143
Мутагенная2 88 12 139
Мутагенная3 82-944 1-10 301
канцерогенность3 : Двухлетний биотест 72-954 - 301

Источник: Данные ОЭСР, личное сообщение К. Ауэра, Агентство по охране окружающей среды США. В этом анализе использовались только те конечные точки, для которых были доступны сопоставимые прогнозы SAR и фактические данные испытаний. Данные NTP взяты из Ashby and Tennant 1991.

1 Обеспокоенность вызвала неспособность SAR предсказать острую токсичность 12% протестированных химических веществ.

2 Данные ОЭСР, основанные на соответствии теста Эймса SAR.

3 Данные NTP, основанные на анализах генетоксичности, по сравнению с прогнозами SAR для нескольких классов «химических веществ, вызывающих структурную тревогу».

4 Согласованность зависит от класса; наибольшая согласованность была с ароматическими амино/нитросоединениями; самый низкий с «разными» структурами.

Для других токсичных конечных точек, как отмечалось выше, SAR имеет менее доказуемую полезность. Прогнозы токсичности для млекопитающих осложняются отсутствием SAR для токсикокинетики сложных молекул. Тем не менее, были предприняты некоторые попытки предложить принципы SAR для сложных конечных точек токсичности млекопитающих (например, см. Bernstein (1984) для SAR-анализа потенциальных токсикантов мужской репродуктивной системы). В большинстве случаев база данных слишком мала, чтобы можно было провести тщательную проверку прогнозов на основе структуры.

На этом этапе можно сделать вывод, что SAR может быть полезен главным образом для определения приоритетности инвестиций в ресурсы для тестирования токсичности или для раннего выявления опасений относительно потенциальной опасности. Только в случае мутагенности вполне вероятно, что анализ SAR сам по себе может быть надежно использован для принятия других решений. Маловероятно, что SAR может предоставить тип количественной информации, необходимой для целей оценки риска, как описано в других разделах этой главы. Энциклопедия.

 

Назад

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание: