Kredit: UC Riverside

Výzkumníci z Kalifornské univerzity v Riverside jsou součástí ambiciózního plánu americké Agentury pro ochranu životního prostředí neboli EPA, který má do roku 2035 eliminovat testování na zvířatech. Jejich přínos: vývoj způsobu, jak testovat, zda chemické látky způsobují vrozené vady pohybového aparátu, pomocí laboratorně vypěstované lidské tkáně, nikoliv živých zvířat.

Nicole zur Nieden, docentka molekulární, buněčné a systémové biologie, a David Volz, docent environmentální toxikologie, jsou odborníci na alternativy k regulačním testům toxicity a na politiku a regulaci chemických látek. Získali 849 811 dolarů na pěstování lidských kmenových buněk do tkáně podobné kosti, aby mohli testovat průmyslové a environmentální chemické látky, které by mohly narušovat růst plodu.

Vady při narození, které postihují svalové a kosterní tkáně, mohou být způsobeny chemickými složkami pesticidů, fungicidů, barev a potravinářských přísad. Škodlivé chemické látky musí být identifikovány prostřednictvím testování, aby mohly být regulovány. V současné době se toto testování provádí na živých zvířatech, obvykle na hlodavcích, jako jsou myši.

Projekt UC Riverside, který vede zur Nieden, bude stimulovat lidské pluripotentní kmenové buňky, které mají schopnost vyvinout se v jakýkoli druh buňky, látkami, které je nasměrují k tvorbě kostních buněk. Buňky budou procházet stejnými vývojovými stádii a budou podléhat stejným molekulárním pokynům jako v lidském embryu. Vědci vystaví buňky vybraným chemickým látkám v kritických okamžicích a poté je vyhodnotí pomocí pokročilých zobrazovacích technik a sekvenování nové generace.

Kostní buňky se mohou vyvíjet třemi různými cestami. zur Nieden použije chemické látky, o nichž je známo, že ovlivňují konkrétní cesty vývoje kostí, a bude hledat zákonitosti v tom, jak chemické látky ovlivňují tyto počátky. Tyto vzorce budou sloužit jako plány pro testování neznámých chemických látek. Dále budou vědci testovat neznámé chemické látky a porovnávat je s dříve sestavenými knihovnami sloučenin, které již byly testovány na zvířatech, aby zjistili, jak přesné jsou testy na Petriho misce neboli in vitro pro posouzení rizika.

Značným rysem buněk tvořících kosti je, že vytvářejí kostní matrici z malých krystalků zvaných hydroxyapatit, které nakonec tvoří fosforečnan vápenatý, bílou hmotu na povrchu všech kostí. Nákladná vizuální analýza může pomoci identifikovat defekty vápníku.

„Krystaly vápníku se při pohledu očima jeví jako bílé,“ řekl zur Nieden. „Ale když si kultury prohlédnete pomocí mikroskopie s fázovým kontrastem, dojde k inverzi světla, takže se normální krystaly jeví jako černé. Abnormální krystaly budou mít více bílé a odstíny šedé. Pomocí algoritmu analýzy obrazu můžete změřit černotu na snímcích a určit, zda se vápník vytvořil správně, nebo ne.“

Testy na zvířatech jsou již běžné

Vědci již dlouho vědí, že zvířata se od lidí liší v důležitých vývojových a fyziologických aspektech a že výsledky testů na zvířatech nejsou pro lidi vždy spolehlivé. Výzkum na zvířatech je navíc nákladný a časově náročný a z etických důvodů stále více neudržitelný. Alternativy bez použití zvířat se vyvíjejí již téměř 25 let a některé z nich jsou již standardem.

„Pro širokou veřejnost se zdálo, že oznámení EPA přišlo z ničeho nic,“ řekl Volz, jehož laboratoř bude sekvencovat messengerovou RNA v kostních buňkách vystavených chemickým látkám z laboratoře zur Niedena a hledat změny v genové expresi. „Nestalo se to ze dne na den. Ten vlak už odjel ze stanice.“

Volz uvedl, že program EPA Science to Achieve Results, prostřednictvím kterého UC Riverside získala nový grant, financuje výzkum alternativ na zvířatech již více než 10 let.

Plán EPA ukončit testování na zvířatech do roku 2035 navazuje na dřívější změny zákona Toxic Substances Control Act neboli TSCA, který byl přijat v roce 1976. TSCA opravňuje agenturu EPA k regulaci chemických látek, které se nacházejí ve spotřebitelských výrobcích, jako jsou čisticí prostředky, nábytek, barvy, koberce, oblečení a další spotřební zboží. Regulace podle TSCA se nevztahuje na chemické látky v potravinách, lécích, kosmetice a pesticidech, které jsou regulovány podle jiných zákonů.

I po přijetí TSCA nebyly tisíce běžných chemických látek používaných ve všech druzích výrobků od plastů po opalovací krémy nikdy testovány na bezpečnost u lidí. V roce 2016 Kongres schválil Lautenbergův zákon o chemické bezpečnosti, který novelizoval zákon TSCA a uzavřel tuto mezeru pro průmyslové chemikálie. Zákon pověřil agenturu EPA, aby vyhodnotila stávající chemické látky s jasnými a vymahatelnými lhůtami a vypracovala hodnocení chemických látek na základě rizik. Podpořil používání metod testování bez použití zvířat, o což usiloval jak průmysl, tak skupiny za práva zvířat.

Aternativy na zvířatech mohou mít své limity

Nový plán EPA zavádí agresivní časový plán pro urychlení vývoje testů bez použití zvířat, které mohou přesně předpovědět toxicitu u lidí. Volz uvedl, že Spojené státy zaostávají za některými dalšími zeměmi světa, které již výrazně omezily testování na zvířatech. Uvedl, že přichází do styku se stále menším počtem studentů, kteří se zajímají o výzkum zahrnující pokusy na zvířatech, a že naše kultura se posouvá směrem ke snaze omezit utrpení zvířat.

Volz ani zur Nieden si však nejsou jisti, že testy na zvířatech mohou být někdy zcela nahrazeny, což potvrzuje i memorandum EPA, v němž se uvádí, že po roce 2035 budou testy na zvířatech schvalovány případ od případu. Některé chemické látky například nejsou pro buňky přímo toxické, ale stávají se toxickými poté, co jsou v těle metabolizovány.

„Pokud je váš výsledek takový, že chemická látka nenarušuje vývoj lidské kmenové buňky v misce, jak si můžete být jisti, že se to ve skutečnosti neděje u lidí? Nejlepší způsob, jak to můžeme posoudit, je pokus na zvířeti,“ řekl zur Nieden. „Zároveň to chceme dělat vhodným způsobem. Musíme se zamyslet nad tím, zda je to opravdu nutné? Můžeme se na tuto otázku podívat nějakým jiným způsobem?“

zur Nieden si myslí, že potřebujeme odstupňovaný systém, kdy testy in vitro vyřadí nejprve nejtoxičtější chemické látky a testy na zvířatech se použijí tam, kde testy in vitro toxicitu neodhalí.

„Pokud nemůžete plně nahradit test na zvířatech metodou in vitro, můžete alespoň snížit utrpení zvířat. Pokud se zamyslíte nad vysoce toxickou chemickou látkou, která má účinky na matku, protože je jí vystavena během těhotenství, a také na vyvíjející se embrya, pokud můžete použít testovací systém in vitro, abyste našli všechny tyto silně toxické chemické látky, nebudete je muset testovat na zvířeti,“ řekla.

Předchozí verze testovacího systému, který zur Niedenová použije pro nový výzkum pohybového aparátu, dokázaly identifikovat embryotoxické chemické látky pro jiné tkáně, například srdeční tkáň, s téměř stoprocentní přesností.