Credit: UC Riverside

A Kaliforniai Egyetem (Riverside) kutatói részt vesznek az amerikai Környezetvédelmi Ügynökség (EPA) ambiciózus tervében, amelynek célja az állatkísérletek megszüntetése 2035-ig. Hozzájárulásuk: olyan módszer kifejlesztése, amellyel nem élő állatok, hanem laboratóriumban növesztett emberi szövetek felhasználásával vizsgálható, hogy a vegyi anyagok okoznak-e mozgásszervi születési rendellenességeket.

Nicole zur Nieden, a molekuláris, sejt- és rendszerbiológia docense és David Volz, a környezeti toxikológia docense mindketten a hatósági toxicitási vizsgálatok alternatíváinak, valamint a vegyi anyagokkal kapcsolatos politikának és szabályozásnak a szakértői. Ők 849 811 dollárt kaptak arra, hogy emberi őssejteket növesszenek csontszerű szövetté, hogy olyan ipari és környezeti vegyi anyagokat teszteljenek, amelyek zavarhatják a magzati növekedést.

A mozgásszervi szöveteket érintő születési rendellenességeket okozhatják a peszticidekben, gombaölő szerekben, festékekben és élelmiszer-adalékanyagokban található vegyi összetevők. A káros vegyi anyagokat vizsgálatokkal kell azonosítani ahhoz, hogy szabályozni lehessen őket. Jelenleg ezeket a vizsgálatokat élő állatokon, általában rágcsálókon, például egereken végzik.

A zur Nieden által vezetett UC Riverside-i projektben olyan szerekkel fogják stimulálni az emberi pluripotens őssejteket, amelyek képesek bármilyen sejtté fejlődni, amelyek csontsejtek kialakítására irányítják őket. A sejtek ugyanazokon a fejlődési szakaszokon mennek keresztül, és ugyanazoknak a molekuláris jelzéseknek vannak kitéve, mint az emberi embrióban. A kutatók a sejteket a kritikus pontokon kiválasztott vegyi anyagoknak teszik ki, majd fejlett képalkotó és újgenerációs szekvenálási technikákkal értékelik őket.

A csontsejtek három különböző útvonalon keresztül fejlődhetnek. zur Nieden olyan vegyi anyagokat fog használni, amelyekről ismert, hogy befolyásolják a csontfejlődés bizonyos útvonalait, hogy mintákat keressenek abban, hogy a vegyi anyagok hogyan befolyásolják ezeket az eredeteket. A minták tervrajzként fognak szolgálni az ismeretlen vegyi anyagok teszteléséhez. Ezután a kutatók tesztelni fogják az ismeretlen vegyi anyagokat, és összehasonlítják azokat a korábban összeállított, állatokon már tesztelt vegyületkönyvtárakkal, hogy lássák, mennyire pontosak a petri-csészés, vagy in vitro tesztek a kockázat megítélésében.

A csontképző sejtek egyik jellemző tulajdonsága, hogy hidroxiapatitnak nevezett kis kristályokból csontmátrixot képeznek, amelyek végül kalcium-foszfátot, a fehér anyagot alkotják minden csont felszínén. A költségkímélő vizuális elemzés segíthet a kalciumhibák azonosításában.

“A kalciumkristályok szemmel nézve fehérnek tűnnek” – mondta zur Nieden. “De amikor a tenyészeteket fáziskontrasztmikroszkópiával nézzük, a fényt megfordítja, így a normális kristályok feketének tűnnek. A rendellenes kristályok több fehéret és szürke árnyalatot mutatnak. Egy képelemző algoritmus segítségével meg lehet mérni a feketeséget a képeken, hogy megállapítsuk, hogy a kalcium megfelelően képződött-e vagy sem.”

A nem állati tesztek már mindennaposak

A tudósok már régóta tudják, hogy az állatok fontos fejlődési és élettani szempontból különböznek az emberektől, és hogy az állatokon végzett tesztek eredményei nem mindig megbízhatóak az emberek esetében. Ráadásul az állatkísérletek drágák és időigényesek, valamint etikai okokból egyre inkább tarthatatlanok. Az állatokon kívüli alternatívákat már közel 25 éve fejlesztik, és néhány már szabványos.”

“A nagyközönség számára az EPA bejelentése a semmiből jöttnek tűnt” – mondta Volz, akinek laboratóriuma a zur Nieden laboratóriumából származó, vegyi anyagoknak kitett csontsejtek hírvivő RNS-ét fogja szekvenálni, hogy a génexpresszióban bekövetkező változásokat keresse. “Nem egyik napról a másikra történt. Ez a vonat már elhagyta az állomást.”

Volz elmondta, hogy az EPA Science to Achieve Results Programja, amelyen keresztül a UC Riverside megkapta az új támogatást, már több mint 10 éve finanszírozza az állati alternatívákkal kapcsolatos kutatásokat.

Az EPA terve, hogy 2035-ig megszünteti az állatkísérleteket, az 1976-ban hatályba lépett Toxic Substances Control Act (TSCA) korábbi módosításait követi. A TSCA felhatalmazza az EPA-t, hogy szabályozza a fogyasztói termékekben, például tisztítószerekben, bútorokban, festékekben, szőnyegekben, ruházati cikkekben és más fogyasztási cikkekben található vegyi anyagokat. A TSCA szerinti szabályozás nem vonatkozik az élelmiszerekben, gyógyszerekben, kozmetikumokban és növényvédő szerekben található vegyi anyagokra, amelyeket más törvények szabályoznak.

A TSCA után is, a műanyagtól a naptejig mindenben használt több ezer gyakori vegyi anyagot soha nem vizsgáltak meg embereken a biztonságosság szempontjából. 2016-ban a kongresszus elfogadta a Lautenberg Chemical Safety Act-et, amely módosította a TSCA-t, hogy bezárja az ipari vegyi anyagokra vonatkozó kiskapukat. A törvény arra kötelezte az EPA-t, hogy egyértelmű és végrehajtható határidőkkel értékelje a meglévő vegyi anyagokat, és kockázatalapú vegyi anyagértékeléseket dolgozzon ki. Előmozdította az állatokon kívüli vizsgálati módszerek alkalmazását, amit az ipar és az állatvédő csoportok egyaránt szorgalmaztak.

Az állatokon végzett alternatíváknak lehetnek korlátai

Az EPA új terve agresszív ütemtervet vezet be az olyan állatokon kívüli vizsgálatok fejlesztésének felgyorsítására, amelyek képesek pontosan megjósolni az emberre gyakorolt toxicitást. Volz szerint az Egyesült Államok elmarad a világ néhány más országától, amelyek már jelentősen csökkentették az állatkísérletek számát. Elmondta, hogy egyre kevesebb diákkal kerül kapcsolatba, akiket érdekelnek az állatkísérletekkel járó kutatások, és hogy a kultúránk egyre inkább az állatok szenvedésének csökkentésére törekszik.

De sem Volz, sem zur Nieden nem biztos abban, hogy az állatkísérletek valaha is teljesen kiválthatók, és ezt az álláspontot az EPA feljegyzése is megerősíti, amely szerint 2035 után az állatkísérleteket eseti alapon fogják jóváhagyni. Egyes vegyi anyagok például nem közvetlenül mérgezőek a sejtekre, hanem azután válnak mérgezővé, hogy a szervezetben metabolizálódnak.

“Ha az eredményed az, hogy a vegyi anyag nem zavarja az emberi őssejtek fejlődését egy edényben, mennyire lehetsz biztos abban, hogy ez nem történik meg az emberekben? A legjobb módszerünk ennek értékelésére egy állatkísérlet” – mondta zur Nieden. “Ugyanakkor ezt megfelelő módon akarjuk elvégezni. Át kell gondolnunk, hogy valóban szükség van-e erre? Meg tudjuk-e vizsgálni a kérdést másképp?”

zur Nieden szerint többszintű rendszerre van szükség, amelyben az in vitro tesztek először a legmérgezőbb vegyi anyagokat választják ki, és ahol az in vitro tesztek nem mutatják ki a toxicitást, ott állatkísérleteket alkalmaznak.

“Ha az állatkísérletet nem lehet teljesen helyettesíteni egy in vitro módszerrel, akkor legalább az állatok szenvedését lehet csökkenteni. Ha egy erősen mérgező vegyi anyagra gondolunk, amely hatással van az anyára, ahogyan a terhesség alatt ki van téve, valamint a fejlődő embriókra, ha egy in vitro tesztrendszerrel meg tudjuk találni ezeket az erősen mérgező vegyi anyagokat, akkor nem kell őket állatokon tesztelni” – mondta.

A zur Nieden által az új izom- és csontrendszeri kutatáshoz használni kívánt tesztrendszer korábbi változatai már képesek voltak más szövetek, például a szívszövet embriótoxikus vegyi anyagainak csaknem 100 százalékos pontossággal történő azonosítására.