Hayvansız kimyasal testler için bir yol haritası

Avrupa Birliği uzun yıllardır hayvanlar üzerinde yapılan testlerin değiştirilmesini, azaltılmasını ve iyileştirilmesini (3R ilkesi) amaçlayan bir politika izlemektedir. 3R’lerin etik ilkesini uygulamaya koymak için Avrupa Komisyonu, kimyasalların güvenlik değerlendirmesinde hayvanlar üzerinde yapılan testlerin aşamalı olarak kaldırılmasına yönelik bir yol haritası yayınladı.

ASPA (Alternatif Güvenlik Profil Oluşturma Algoritması) iş akışı, tamamen hayvansız, risk bazlı güvenlik değerlendirmesi için merkezi, yapılandırılmış bir araçtır. Yol haritasını uygulamaya koymak için yeni yöntemlerin ve yazılım çözümlerinin geliştirildiği bir alan olan modern Yeni Nesil Risk Değerlendirmesinin (NGRA) en spesifik bilimsel kavramlarından biridir.

İş akışı, ONTOX, PrecisionTox ve RISK-HUNT3R projelerinin işbirliğiyle oluşturulan ASPIS kümesi tarafından geliştirildi. Fraunhofer ITEM’deki araştırmacılar, RISK-HUNT3R projesi kapsamında ASPA iş akışının geliştirilmesinde önemli bir rol oynadılar.

ASPA—modern risk değerlendirmesi için bir karar algoritması

Fraunhofer ITEM’de araştırma bilimcisi olan Sylvia Escher, “ASPA iş akışı, kimyasalların hayvan içermeyen Yeni Nesil Risk Değerlendirmesine yönelik şeffaf, tekrarlanabilir ve modüler bir yaklaşımdır. Hayvan içermeyen in silico ve in vitro yöntemleri kullanarak kimyasal riskleri değerlendirmemize olanak tanır” diyor.

“ASPA ile, bir dizi yeni yaklaşım metodolojisinden (NAM’ler), insan alımı ve maruziyetine ilişkin bilgilerden ve toksikolojik mekanizmalardan elde edilen biyolojik aktivite verilerini şeffaf bir şekilde entegre ediyoruz. Amaç, düzenleyici otoriteler tarafından kolaylıkla kullanılabilecek bilimsel açıdan sağlam güvenlik değerlendirmelerini mümkün kılmak ve kimyasalların oluşturduğu riskleri üç ana sütun temelinde tekrarlanabilir bir şekilde değerlendirmektir: toksikokinetik (absorbsiyon, dağıtım, metabolizma ve atılım), tehlike ve maruz kalma.”

NAM’ler, kimyasalların gelecekteki güvenlik değerlendirmesi için anahtar teknolojiler olarak kabul edilmektedir. Bunlar, in vitro ve ex vivo modeller gibi insanla ilgili hücresel test sistemlerinin yanı sıra bilgisayar tabanlı modelleri içerir. Birlikte NGRA’nın temelini oluştururlar. ASPA iş akışı güvenlik değerlendirmelerini destekler. Risk analizi için çok aşamalı, modüler bir strateji sağlayan yaklaşık 55 değerlendirme öğesi içerir.

ASPA’nın amacı, hangi adımların ve kararların nihai sonuca yol açtığını göstererek, alıcı (düzenleyici kurum gibi) için güvenlik değerlendirmelerini tamamen şeffaf hale getirmektir. ASPA, ara kararların kesin olarak gerekçelendirilmesini gerektirir ve bu da belirsizliklerin sürekli olarak değerlendirilmesini gerektirir. Bu karmaşık süreç, kullanıcılara ASPA’nın 55 değerlendirme modülünde adım adım rehberlik eden ve raporlama sürecini tekrarlanabilir ve standartlaştırılmış bir şekilde kolaylaştıran ASPA yardım yazılımı tarafından desteklenmektedir.

İnsan vücudunun maddeleri nasıl emdiğini, dağıttığını, metabolize ettiğini ve dışarı attığını açıklamak için bilgisayar tabanlı modeller kullanmak

Fraunhofer ITEM, toksikokinetik PBK (fizyolojik temelli kinetik) modellerin geliştirilmesi de dahil olmak üzere ASPA iş akışının çeşitli yönlerini geliştirmiştir. Farmakoloji ve toksikolojiden elde edilen bu matematiksel bilgisayar modelleri, kimyasalların nasıl emildiğini, dağıtıldığını, metabolize edildiğini ve atıldığını (ADME: emilim, dağıtım, metabolizma ve atılım) hesaplamak için insan vücudunu temsil eder.

Aslında kinetik modeller, bu süreçleri maddeye özgü ADME parametrelerinin yanı sıra anatomik ve fizyolojik verilere dayalı matematiksel denklemlere dönüştürür.

Fraunhofer PBK modeli, sıvı damlacıklardan veya katı parçacıklardan oluşan gazlar ve aerosoller dahil olmak üzere solunabilen maddelere odaklanır. İnhalasyon absorpsiyonuna yönelik mevcut PBK modelleri, gazlar ve buharlar veya havadaki parçacıklar için tasarlanmıştır ve akciğerin farklı bölgelerini yalnızca basitleştirilmiş biçimde temsil eder.

Escher, Fraunhofer ITEM’deki diğer ekiplerle birlikte çalışarak, havadaki maddelere maruz kalmanın ardından emilimi, metabolizmayı ve atılımı değerlendirmek için gereken spesifik ADME parametrelerini deneysel olarak belirleyebiliyor.

“Örneğin, toksisiteye neyin sebep olduğunu ve ne tür bir toksisite olduğunu araştırıyoruz. Bunu, biyolojik süreçleri ölçmemize olanak tanıyan in vitro modeller kullanarak belirliyoruz. PBK modelleriyle, in vitro test sistemlerinden elde edilen sonuçları, gerçek dünyadaki insan maruz kalma senaryolarına daha etkili bir şekilde çevirebiliyoruz. Petri kabında ölçülen dozları, insan vücudundaki gerçekçi dozlara dönüştürüyoruz” diye açıklıyor.

Araştırmadan düzenleyici uygulamalara

ASPA’nın ve in vitro ve in silico modellerinin pratikte test edilmesi ve belirsizliklerinin belirlenmesi için vaka çalışmaları önemlidir. Farklı yöntemleri ve veri kaynaklarını entegre bir değerlendirme yaklaşımı içinde birleştiren bir OECD IATA vaka çalışması için Fraunhofer ITEM’deki araştırmacılar, potansiyel sistemik toksisiteye sahip maddeleri önceliklendirmek için yüksek verimli in vitro analizleri biyokinetik modelleme ve makine öğrenimi yöntemleriyle birleştirdi.

Amaç, yüksek sistemik toksisiteye sahip maddeleri erken bir aşamada tanımlamak ve daha ileri değerlendirme için bunlara öncelik vermekti.

Risk değerlendirmesi için araştırmacılar, araştırılan maddelerin biyolojik aktivite profillerini karakterize etmek amacıyla kapsamlı omics verilerini kullandılar. Bu yüksek boyutlu veriler, hücresel ve moleküler düzeydeki değişikliklerin sistematik olarak değerlendirilmesini ve potansiyel olarak toksik maddelerin tespitine yönelik en öngörücü özelliklerin belirlenmesini mümkün kıldı.

OECD IATA vaka çalışması, modern veriye dayalı yaklaşımların düzenleyici karar alma süreçlerine nasıl uygulanabileceğini göstermektedir.

Amaç, tüm hayvan testlerinin derhal yasaklanması değil, koordineli bir düzenleme geçişidir. Avrupa Komisyonu, öncelikle RISK-HUNT3R gibi araştırma projeleri aracılığıyla geliştirilen yöntem ve kavramları resmi olarak bünyesine katıyor.

Araştırmacı, “Araştırma topluluğu için düzenleyici kabul çok önemli bir adımdır. Birçok NAM uzun süredir varlığını sürdürüyor ve bilimsel olarak zaten oldukça gelişmiş durumda. Asıl zorluk, düzenleyici otoritelerin onları kabul etmesi ve düzenleyici süreçlere entegre etmesi için bu modelleri doğrulamaya devam etmektir” diyor.

Yeni AB yol haritası Fraunhofer ITEM’in NGRA içindeki stratejik odağının altını çiziyor. Enstitü uzun yıllardır insanlarla ilgili modeller, inhalasyon toksikolojisi, PBK modelleri ve düzenleyici risk değerlendirmesine yönelik veri entegreli yaklaşımlar üzerinde çalışmaktadır.