カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者は、米国環境保護庁（EPA）が2035年までに動物実験を廃止するという野心的計画の一翼を担っています。 彼らの貢献は、化学物質が筋骨格系の先天性欠損症を引き起こすかどうかを、生きた動物ではなく、実験室で育てたヒトの組織を用いて試験する方法を開発することです。

分子・細胞・システム生物学の准教授であるNicole zur Niedenと環境毒性学の准教授David Volzは、規制毒性試験への代替と化学政策・規制に関する専門家です。 彼らは、胎児の成長を妨げる可能性のある産業化学物質や環境化学物質を試験するために、ヒト幹細胞を骨のような組織に成長させるために、84万9811ドルを受け取りました。

筋骨格組織に影響する出生異常は、農薬、殺菌剤、塗料、食品添加物の化学成分によって引き起こされる可能性があります。 有害な化学物質は、規制されるためには、試験により特定されなければならない。 現在、このテストは生きた動物、通常はマウスなどのげっ歯類で行われています。

zur Niedenが率いるUC Riversideプロジェクトは、任意の種類の細胞への成長能力を持つヒト多能性幹細胞に、骨細胞形成に向ける薬剤を刺激することにしました。 この細胞は、ヒトの胚と同じ発生段階を経て、同じ分子的な合図を受けることになる。 研究者たちは、重要な局面で選択した化学物質に細胞をさらし、高度なイメージングと次世代シーケンサー技術を使って評価します。

骨細胞は3つの異なる経路で発生します。 このパターンは、未知の化学物質をテストするための青写真となる。

骨を形成する細胞の特徴は、ハイドロキシアパタイトと呼ばれる小さな結晶から骨のマトリックスを作ることで、これが最終的にすべての骨の表面にある白い物質であるリン酸カルシウムを形成するのです。 コストを抑えた視覚的分析により、カルシウムの欠陥を特定することができます。

「カルシウムの結晶は、目で見ると白く見えます」と、Zur Niedenは述べています。 「しかし、位相差顕微鏡を使って培養物を見ると、光が反転して、正常な結晶が黒く見えるのです。 異常な結晶は、白やグレーの濃淡が多くなります。 画像解析アルゴリズムを使って画像の黒さを測定し、カルシウムが正しく形成されたかどうかを判断することができます」

動物以外のテストはすでに当たり前

科学者は長い間、動物は発達や生理の面で人間と異なることや、動物テストの結果が必ずしも人間に対して信頼できるとは限らないことを知ってきました。 さらに、動物研究は高価で時間がかかるだけでなく、倫理的な理由からますます受け入れられなくなっています。 動物実験によらない代替法は、25 年近く前から開発されており、すでに標準的なものもあります。

「一般の人には、EPA の発表は突然やってきたように見えました」と、ヴォルツ教授は語ります。 「一夜にしてこうなったわけではありません。 2035年までに動物実験を廃止するというEPAの計画は、1976年に制定された有害物質規制法 (Toxic Substances Control Act, TSCA) に対する以前の変更に続いて行われたものです。 TSCA は、洗浄剤、家具、塗料、カーペット、衣類などの消費者製品に含まれる化学物質を規制する権限を EPA に与えています。 TSCAによる規制は、食品、医薬品、化粧品、農薬に含まれる化学物質には適用されず、これらは別の法律で規制されています

TSCA以降も、プラスチックから日焼け止めまであらゆるものに使用されている何千もの一般的な化学物質は、ヒトでの安全性がテストされたことがありません。 2016年、議会はローテンバーグ化学物質安全法を可決し、TSCAを改正して工業化学物質の抜け穴を塞ぎました。 この法律により、EPAは明確で強制力のある期限を設けて既存の化学物質を評価し、リスクベースの化学物質評価を策定することが義務付けられました。 これは、産業界と動物保護団体の両方が求めていた動きでした。

Animal alternatives might have limits

EPA の新しい計画では、ヒトにおける毒性を正確に予測できる非動物実験の開発を強化するための積極的なスケジュールを導入しています。 ボルツ氏は、米国は、すでに動物実験を大幅に減らしている世界のいくつかの国々に遅れをとっていると指摘します。 しかし、Volz 氏も zur Nieden 氏も、動物実験が完全に置き換えられるとは考えていません。これは、2035 年以降、動物実験はケースバイケースで承認されるとする EPA のメモにも反映されています。 たとえば、化学物質の中には、細胞に対して直接毒性がなく、体内で代謝された後に毒性を発揮するものがあります。

「化学物質が皿の中で成長するヒト幹細胞を妨げないという結果が出たとして、それが実際にヒトで起こっていないことをどれだけ確信できるでしょうか」。 それを評価するのに最適な方法は、動物実験です」と、zur Niedenは述べています。 「同時に、我々はこれを適切な方法で行いたいのです。 これは本当に必要なことなのか？ 動物実験を試験管内の方法で完全に置き換えることができない場合、少なくとも動物の苦痛を減らすことができます。 妊娠中の母親がさらされることで発生中の胚に影響を及ぼす毒性の高い化学物質について考えてみると、体外試験システムを使って、これらの強い毒性の化学物質をすべて見つけることができれば、動物で試験する必要はなくなるでしょう」と彼女は言います。