Crédito: UC Riverside

Pesquisadores na Universidade da Califórnia, Riverside, fazem parte de um plano ambicioso na Agência de Proteção Ambiental dos EUA, ou EPA, para eliminar os testes em animais até 2035. Sua contribuição: desenvolver uma forma de testar se os produtos químicos causam defeitos de nascença músculo-esqueléticos usando tecido humano cultivado em laboratório, e não animais vivos.

Nicole zur Nieden, professora associada de biologia molecular, celular e de sistemas, e David Volz, professor associado de toxicologia ambiental, são ambos especialistas em alternativas aos testes de toxicidade regulatória e política e regulamentação de produtos químicos. Eles receberam US$849.811 para cultivar células-tronco humanas em tecido ósseo para testar produtos químicos industriais e ambientais que possam interferir com o crescimento fetal.

Problemas de nascimento que afetam os tecidos musculoesqueléticos podem ser causados por ingredientes químicos em pesticidas, fungicidas, tintas e aditivos alimentares. Os produtos químicos nocivos devem ser identificados através de testes para serem regulados. Atualmente, estes testes são feitos em animais vivos, geralmente roedores como ratos.

O projeto UC Riverside, liderado por zur Nieden, estimulará células-tronco pluripotentes humanas, que têm a capacidade de se desenvolver em qualquer tipo de célula, com agentes que as direcionam para formar células ósseas. As células passarão pelos mesmos estágios de desenvolvimento e estarão sujeitas aos mesmos sinais moleculares de um embrião humano. Os pesquisadores expõem as células a produtos químicos selecionados em momentos críticos, depois os avaliam usando imagens avançadas e técnicas de sequenciamento de próxima geração.

Células ósseas podem se desenvolver por três diferentes caminhos. zur Nieden usará produtos químicos conhecidos por afetar rotas específicas de desenvolvimento ósseo para procurar padrões na forma como os produtos químicos afetam essas origens. Os padrões servirão como plantas para testar produtos químicos desconhecidos. Em seguida, os pesquisadores testarão produtos químicos desconhecidos e os compararão com bibliotecas previamente compiladas de compostos que já foram testados em animais para ver a precisão da placa de petri, ou testes in vitro, para avaliar o risco.

Uma característica marcante das células formadoras de ossos é que elas fazem uma matriz óssea a partir de pequenos cristais chamados hidroxiapatita, que eventualmente formam fosfato de cálcio, o material branco na superfície de todos os ossos. A análise visual econômica pode ajudar a identificar defeitos no cálcio.

“Os cristais de cálcio parecem brancos quando vistos com os olhos”, disse zur Nieden. “Mas quando você vê as culturas usando microscopia de contraste de fase, ela inverte a luz para que os cristais normais pareçam pretos”. Os cristais anormais terão mais branco e tons de cinza. Você pode usar um algoritmo de análise de imagem para medir a negritude nas imagens para determinar se o cálcio se formou corretamente ou não”

Testes sem animais já são comuns

Os cientistas sabem há muito tempo que os animais diferem dos humanos em importantes formas de desenvolvimento e fisiológicas, e que os resultados dos testes em animais nem sempre são confiáveis para as pessoas. Além disso, a pesquisa em animais é cara e demorada, assim como cada vez mais insustentável por razões éticas. Alternativas não animais estão em desenvolvimento há quase 25 anos, e algumas já são padrão.

“Para o público em geral, o anúncio da EPA parece ter surgido do nada”, disse Volz, cujo laboratório irá sequenciar o RNA mensageiro em células ósseas expostas a produtos químicos do laboratório de zur Nieden para procurar por mudanças na expressão gênica. “Isso não aconteceu da noite para o dia. O trem já deixou a estação”

Volz disse que o Programa Ciência para Alcançar Resultados da EPA, através do qual a UC Riverside recebeu o novo subsídio, financia pesquisas sobre alternativas em animais há mais de 10 anos.

O plano da EPA para acabar com os testes em animais até 2035 segue as mudanças anteriores ao Toxic Substances Control Act, ou TSCA, promulgado em 1976. A TSCA autoriza a EPA a regular produtos químicos encontrados em produtos de consumo, como agentes de limpeza, móveis, tintas, carpetes, roupas e outros bens de consumo. A regulamentação sob TSCA não se aplica a produtos químicos em alimentos, drogas, cosméticos e pesticidas, que são regulamentados sob diferentes leis.

Even depois da TSCA, milhares de produtos químicos comuns usados em tudo, do plástico ao protetor solar, nunca foram testados quanto à segurança em humanos. Em 2016, o Congresso aprovou o Lautenberg Chemical Safety Act, emendando o TSCA para fechar a lacuna dos químicos industriais. A lei mandatou a EPA para avaliar as substâncias químicas existentes com prazos claros e aplicáveis, e para desenvolver avaliações químicas baseadas no risco. Ela promoveu o uso de métodos de testes sem animais, um movimento procurado tanto pela indústria quanto por grupos de direitos animais.

As alternativas anímicas podem ter limites

O novo plano da EPA introduz uma linha de tempo agressiva para acelerar o desenvolvimento de testes sem animais que podem prever com precisão a toxicidade em humanos. Volz disse que os Estados Unidos estão atrasados em relação a alguns outros países ao redor do mundo, que já reduziram muito os testes em animais. Ele disse que interage com cada vez menos estudantes interessados em pesquisas envolvendo experimentos com animais, e que nossa cultura está mudando para um desejo de reduzir o sofrimento animal.

Mas nem Volz nem zur Nieden estão certos de que os testes com animais podem ser substituídos completamente, uma posição ecoada pelo memorando da EPA, que afirma que após 2035, os testes com animais serão aprovados caso a caso. Alguns produtos químicos, por exemplo, não são directamente tóxicos para as células, mas tornam-se tóxicos depois de serem metabolizados no corpo.

“Se o seu resultado é que o produto químico não interfere com o desenvolvimento de uma célula estaminal humana num prato, como pode ter a certeza de que isso não está realmente a acontecer em humanos? A melhor maneira que temos de avaliar isso é um experimento com animais”, disse zur Nieden. “Ao mesmo tempo, queremos fazer isto de uma forma apropriada”. Temos que pensar, isto é realmente necessário? Podemos analisar a questão de outra forma?”

zur Nieden acha que precisamos de um sistema por níveis, com testes in vitro, eliminando primeiro os químicos mais tóxicos, e testes em animais usados onde os testes in vitro não revelam toxicidade.

“Se não for possível substituir totalmente um teste em animais por um método in vitro, você pode pelo menos diminuir o sofrimento do animal. Se você pensar em um produto químico altamente tóxico que tem efeitos sobre a mãe enquanto ela é exposta durante a gravidez, bem como sobre os embriões em desenvolvimento, se você puder usar um sistema de teste in vitro para encontrar todos esses produtos químicos tóxicos fortes, você não precisará testá-los em um animal”, disse ela.

Versões anteriores do sistema de teste que a Nieden usará para a nova pesquisa musculoesquelética foram capazes de identificar produtos químicos embriotóxicos para outros tecidos, como tecido cardíaco, com quase 100% de precisão.