Credit: UC Riverside

Cercetătorii de la Universitatea din California, Riverside, fac parte dintr-un plan ambițios al Agenției pentru Protecția Mediului din SUA, sau EPA, de a elimina testarea pe animale până în 2035. Contribuția lor: dezvoltarea unei modalități de a testa dacă substanțele chimice cauzează defecte din naștere musculo-scheletice folosind țesuturi umane cultivate în laborator, nu animale vii.

Nicole zur Nieden, profesor asociat de biologie moleculară, celulară și a sistemelor, și David Volz, profesor asociat de toxicologie a mediului, sunt amândoi experți în alternative la testele de toxicitate reglementare și în politica și reglementarea substanțelor chimice. Aceștia au primit 849.811 dolari pentru a crește celule stem umane în țesuturi asemănătoare oaselor pentru a testa substanțele chimice industriale și de mediu care ar putea interfera cu creșterea fetală.

Defectele la naștere care afectează țesuturile musculo-scheletice pot fi cauzate de ingredientele chimice din pesticide, fungicide, vopsele și aditivi alimentari. Substanțele chimice dăunătoare trebuie să fie identificate prin testare pentru a fi reglementate. În prezent, aceste teste se fac pe animale vii, de obicei rozătoare, cum ar fi șoarecii.

Proiectul UC Riverside, condus de zur Nieden, va stimula celulele stem pluripotente umane, care au capacitatea de a se dezvolta în orice fel de celule, cu agenți care să le direcționeze să formeze celule osoase. Celulele vor trece prin aceleași etape de dezvoltare și vor fi supuse acelorași indicii moleculare ca și în cazul unui embrion uman. Cercetătorii vor expune celulele la substanțe chimice selectate în momente critice, apoi le vor evalua folosind tehnici avansate de imagistică și tehnici de secvențiere de generație următoare.

Celele osoase se pot dezvolta prin trei căi diferite. zur Nieden va folosi substanțe chimice cunoscute pentru a afecta rutele specifice de dezvoltare osoasă pentru a căuta modele în modul în care substanțele chimice afectează aceste origini. Tiparele vor servi ca planuri pentru testarea substanțelor chimice necunoscute. În continuare, cercetătorii vor testa substanțele chimice necunoscute și le vor compara cu bibliotecile de compuși compilate anterior, care au fost deja testate pe animale, pentru a vedea cât de precise sunt testele petri, sau testele in vitro, pentru a evalua riscurile.

O caracteristică distinctivă a celulelor formatoare de oase este aceea că ele produc o matrice osoasă din cristale mici numite hidroxiapatită, care în cele din urmă formează fosfatul de calciu, substanța albă de pe suprafața tuturor oaselor. Analiza vizuală cu costuri reduse poate ajuta la identificarea defectelor de calciu.

„Cristalele de calciu apar albe atunci când sunt privite cu ochii”, a spus zur Nieden. „Dar când vizualizați culturile cu ajutorul microscopiei cu contrast de fază, aceasta inversează lumina astfel încât cristalele normale apar negre. Cristalele anormale vor avea mai mult alb și nuanțe de gri. Puteți folosi un algoritm de analiză a imaginii pentru a măsura negrul din imagini pentru a determina dacă calciul s-a format corect sau nu.”

Testele fără animale sunt deja obișnuite

Științii știu de mult timp că animalele diferă de oameni în moduri importante de dezvoltare și fiziologice și că rezultatele testelor pe animale nu sunt întotdeauna fiabile pentru oameni. În plus, cercetarea pe animale este costisitoare și consumatoare de timp, precum și din ce în ce mai puțin sustenabilă din motive etice. Alternativele fără animale sunt în curs de dezvoltare de aproape 25 de ani, iar unele sunt deja standard.

„Pentru publicul larg, anunțul EPA a părut să vină de nicăieri”, a declarat Volz, al cărui laborator va secvenția ARN mesager în celulele osoase expuse la substanțe chimice din laboratorul lui zur Nieden pentru a căuta modificări în expresia genelor. „Nu s-a întâmplat peste noapte. Acel tren a plecat deja din gară.”

Volz a declarat că programul Science to Achieve Results al EPA, prin intermediul căruia UC Riverside a primit noua subvenție, finanțează cercetarea privind alternativele la animale de mai bine de 10 ani.

Planul EPA de a pune capăt testelor pe animale până în 2035 este urmarea unor modificări anterioare la Toxic Substances Control Act, sau TSCA, promulgat în 1976. TSCA autorizează EPA să reglementeze substanțele chimice care se găsesc în produsele de consum, cum ar fi agenții de curățare, mobila, vopseaua, covoarele, îmbrăcămintea și alte bunuri de consum. Reglementarea în temeiul TSCA nu se aplică substanțelor chimice din alimente, medicamente, produse cosmetice și pesticide, care sunt reglementate în temeiul unor legi diferite.

Chiar și după TSCA, mii de substanțe chimice comune utilizate în orice, de la plastic la cremă de protecție solară, nu au fost niciodată testate pentru siguranța la om. În 2016, Congresul a adoptat Legea Lautenberg privind siguranța chimică, modificând TSCA pentru a elimina această lacună pentru substanțele chimice industriale. Legea a mandatat EPA să evalueze substanțele chimice existente, cu termene clare și executorii, și să elaboreze evaluări chimice bazate pe riscuri. Ea a promovat utilizarea metodelor de testare fără animale, o mișcare dorită atât de industrie, cât și de grupurile pentru drepturile animalelor.

Alternativele la animale ar putea avea limite

Noul plan al EPA introduce un calendar agresiv pentru accelerarea dezvoltării de teste fără animale care pot prezice cu precizie toxicitatea la om. Volz a declarat că Statele Unite au rămas în urma altor țări din lume, care au redus deja foarte mult testele pe animale. El a spus că interacționează cu din ce în ce mai puțini studenți interesați de cercetări care implică experimente pe animale și că cultura noastră se îndreaptă spre o dorință de a reduce suferința animalelor.

Dar nici Volz, nici zur Nieden nu sunt siguri că testele pe animale vor putea fi vreodată înlocuite complet, o poziție reluată de memorandumul EPA, care precizează că, după 2035, testele pe animale vor fi aprobate de la caz la caz. Unele substanțe chimice, de exemplu, nu sunt direct toxice pentru celule, dar devin toxice după ce sunt metabolizate în organism.

„Dacă rezultatul dvs. este că substanța chimică nu interferează cu o celulă stem umană care se dezvoltă într-o farfurie, cât de sigur puteți fi că acest lucru nu se întâmplă cu adevărat la om? Cel mai bun mod pe care îl avem pentru a evalua acest lucru este un experiment pe animale”, a spus zur Nieden. „În același timp, dorim să facem acest lucru într-un mod adecvat. Trebuie să ne gândim: este acest lucru cu adevărat necesar? Putem să privim întrebarea într-un alt mod?”

zur Nieden crede că avem nevoie de un sistem etajat, cu teste in vitro care să elimine mai întâi cele mai toxice substanțe chimice, iar testele pe animale să fie folosite acolo unde testele in vitro nu relevă toxicitate.

„Dacă nu puteți înlocui complet un test pe animale cu o metodă in vitro, puteți cel puțin să diminuați suferința animalului. Dacă vă gândiți la o substanță chimică foarte toxică care are efecte asupra mamei pe măsură ce este expusă în timpul sarcinii, precum și asupra embrionilor în curs de dezvoltare, dacă puteți folosi un sistem de testare in vitro pentru a găsi toate aceste substanțe chimice puternic toxice, nu va fi nevoie să le testați pe un animal”, a spus ea.

Versiunile anterioare ale sistemului de testare pe care zur Nieden îl va folosi pentru noua cercetare musculo-scheletală au fost capabile să identifice substanțele chimice embriotoxice pentru alte țesuturi, cum ar fi țesutul cardiac, cu o acuratețe de aproape 100 %.

.