6.2: Ідентифікація небезпеки

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24798

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Метою ідентифікації небезпеки в токсикології є виявлення або розробка інформації, яка передбачає або підтверджує, що хімічна речовина (або, наприклад, споживчий продукт) представляє або не представляє потенційної небезпеки для людини.

Протягом попередніх років токсикології цей процес спирався насамперед на дані епідеміології людини та на різні типи даних тестування на тварин, доповнені в останні роки розвитком методів in vitro, таких як ті, що зосереджені на оцінці потенціал для мутацій і пошкодження ДНК. Майбутнє ідентифікації небезпеки є перспективним, і токсикологи тепер мають різні типи методів in vitro для дослідження для ідентифікації небезпеки, поряд з появою «чіп» підходів.

Малюнок\(\PageIndex{1}\). Ідентифікація небезпеки є першим компонентом оцінки ризику
(Джерело зображення: ORAU, ©)

Ці нові методи засновані, частково, на (кількісній) структурній діяльності або (Q) методах SAR. Методи Q (SAR), такі як комп'ютерні моделі, допомагають токсикологам та іншим розглядати тісно пов'язані хімічні речовини як групу або хімічну категорію, а не як окремі хімічні речовини. Не кожну хімічну речовину потрібно перевіряти для кожної кінцевої точки токсичності, а дані про хімічні речовини та кінцеві точки, які були перевірені, використовуються для оцінки відповідних властивостей для інших хімічних речовин та кінцевих точок інтересу. Дані з хімічної категорії повинні оцінюватися як адекватні для підтримки принаймні ідентифікації небезпеки на рівні «скринінгу».

Один підхід передбачає використання інформації про кінцеву точку для однієї хімічної речовини для прогнозування тієї ж кінцевої точки для іншої хімічної речовини, яка певним чином вважається «подібною» (наприклад, має структурну подібність та подібні властивості та/або діяльність).

Читання поперек

Інший підхід для ідентифікації небезпеки, який використовується приблизно з 2000 року, - це зчитування. Зчитування може бути якісним або кількісним:

При якісному зчитуванні, наявність (або відсутність) властивості/діяльності, такі як конкретний тип токсичного ефекту для хімічної речовини, що представляє інтерес, випливає з наявності (або відсутності) тієї ж властивості/діяльності для одного або декількох інших хімічних речовин. Такий якісний підхід дає відповідь «так/ні».
Кількісне зчитування використовує інформацію для одного або декількох хімічних речовин, щоб оцінити, яким буде цікава хімічна речовина. Таким чином, кількісне зчитування може бути використано для отримання кількісного значення для кінцевої точки, такого як зв'язок доза-відповідь.

Шляхи несприятливих результатів (AOPs)

Новий підхід до ідентифікації небезпеки - це використання шляхів несприятливих результатів (AOPs). AOPs відображають рух у тестуванні токсичності від досліджень високих доз на лабораторних тварин до методів in vitro, які оцінюють зміни в нормальних клітинних сигнальних шляхах за допомогою клітин або тканин, що стосуються людини. Концепція AOP виникла як основа для підключення тестування токсичності з високою пропускною здатністю (HTT, або скринінг токсичності з високою пропускною здатністю, HTS) та інших результатів.

Навчальний канал AOP

Консорціум проекту токсикології людини надає колекцію інформаційних відео про AOPs для подальшого дослідження. Ці відео доступні на каналі навчання AOP.

Інші моделі комп'ютерів

Іншим новим терміном є (кількісний) in vitro до екстраполяції in vivo, або (Q) IVIVE, який використовується разом з тим, що називаються інтегрованими стратегіями тестування та інтегрованими підходами до тестування та оцінки (IATA) ).

Токсикологічне тестування в 21 столітті - нова стратегія

Ініціатива з високою пропускною здатністю скринінгу (HTS) є частиною нової стратегії токсикологічного тестування, розробленої на основі Бачення та Дорожньої карти Національної програми токсикології (NTP) 2004 року.

Традиційне токсикологічне тестування засноване багато в чому на використанні лабораторних тварин. Однак такий підхід страждає від низької пропускної здатності, високої вартості та труднощів, притаманних міжвидовій екстраполяції, що робить його обмеженим використанням при оцінці дуже великої кількості хімічних речовин з недостатніми токсикологічними даними.

NTP визнав, що драматичні технологічні досягнення в молекулярній біології та інформатиці дають можливість використовувати біохімічні та клітинні аналізи in vitro та моделі тварин, що не гризуни, для токсикологічного тестування. Ці аналізи дозволяють набагато вищу пропускну здатність при значно зниженій вартості. У деяких аналізах багато тисяч хімічних речовин можуть бути перевірені одночасно в дні.

Метою є перехід токсикології від переважно спостережної науки на рівні моделей, специфічних для захворювань, до переважно прогнозної науки, орієнтованої на широке включення цільових специфічних, механізму, біологічних спостережень.

Програма скринінгу високої пропускної здатності являє собою нову парадигму токсикологічного тестування. Програмний підхід HTS до екранів токсикологічного тестування механістичних мішеней, активних у клітинних шляхах, які вважаються критичними для несприятливих наслідків для здоров'я, таких як канцерогенність, репродуктивна токсичність та токсичність для розвитку, генотоксичність, нейротоксичність та імунотоксичність у людини.

Малюнок\(\PageIndex{2}\). Бачення та дорожня карта Національної програми токсикології
(Джерело зображення: Національна програма токсикології)

Цілі програми Тахрір Аль-Шам

Розставити пріоритети речовин для подальшої поглибленої токсикологічної оцінки.
Виявити механізми дії для подальшого дослідження (наприклад, захворювання -асоційовані шляхи).
Розробити прогностичні моделі біологічної відповіді in vivo (предиктивна токсикологія).

Довідка:
Національна програма токсикології. (2016, 21 березня). Токс 21. Міністерство охорони здоров'я та соціальних служб США. Отримано з http://ntp.niehs.nih.gov/results/tox21/index.html

Як описано в розділі «Тестування та оцінка токсичності», EPA розробляє «Віртуальні моделі тканин», такі як віртуальний ембріон (v- Embrion™). Ці типи вдосконалених комп'ютерних моделей розробляються таким чином, щоб бути здатними імітувати, як хімічні речовини можуть впливати на розвиток людини і сприятимуть зменшенню залежності від даних дослідження тварин. Вони також забезпечать більш швидкі способи розробки оцінки хімічного ризику.

Нарешті, також зазначено в розділі «Тестування та оцінка токсичності», що з'являються в ящику інструментів токсиколога - це моделі «чіпів» (наприклад, «орган на чіпі»). Одним із прикладів є «Lung-on-a-Chip», який «... пропонує новий підхід in vitro до скринінгу наркотиків, імітуючи складну механічну та біохімічну поведінку легенів людини».

Малюнок\(\PageIndex{3}\). Lung-on-a-Chip використовується для імітації набряку легенів
(Джерело зображення: Інститут біологічно натхненної інженерії Wyss)

Перевірка знань

Обширне тестування на токсичність тварин

Комп'ютерні моделі, такі як (Q) SAR

Стратегії оцінки ризиків

Відповідь: Комп'ютерні моделі типу (Q) SAR - це правильна відповідь.
Частина основи для нових підходів до ідентифікації небезпек, таких як оцінка потенційних мутацій та пошкодження ДНК, спирається на (Кількісну) Структурну активність (Q) методи SAR.

Шляхи несприятливих результатів (AOPs) - це методи ідентифікації небезпеки, які:

Оцініть зміни в нормальних клітинних сигнальних шляхах за допомогою клітин або тканин, що стосуються людини

Визначити несприятливі результати у випробовуваних, які вводять збільшення доз потенційних токсикантів

Вимірюйте інтенсивність, частоту та тривалість впливу на людину агентів

Оцініть вплив на здоров'я в різних умовах впливу на людину

Відповідь: Оцініть зміни в нормальних клітинних сигнальних шляхах за допомогою відповідних для людини клітин або тканин - Це правильна відповідь.
Шляхи несприятливих результатів (AOPs) - це методи in vitro, які оцінюють зміни в нормальних клітинних сигнальних шляхах за допомогою клітин або тканин, що стосуються людини.

Чи можна використовувати кількісне зчитування для визначення значення кінцевої точки, наприклад, відношення доза-відповідь?

Так

Ні

Відповідь: Так - це правильна відповідь.
Кількісне зчитування може призвести до вимірюваного значення для кінцевої точки, наприклад, співвідношення доза-відповідь.