¿Cómo determinan los investigadores cómo son los químicos tóxicos? Toxicólogo explica alternativas al examen animal

La gran cantidad de productos químicos está registrado para la producción y uso en todo el mundo. Pero solo la parte se evalúa a fondo debido a su toxicidad debido a tiempo, costos, preocupaciones éticas y restricciones regulatorias.

Para proteger la salud pública, investigadores en organizaciones como la Agencia Americana de Protección Ambiental, Alimentos y Drogas y Agencias de Químicos Europeos y Químicos Europeos para la Seguridad de Químicos potencialmente peligrosos que pueden entrar en contacto significativo. Incluyen compuestos orgánicos volátiles como formaldehído, contaminantes del aire como dióxido de nitrógeno, productos químicos para el consumidor, como bisfenol y herbicidas como la atrazina. Recientemente, los “productos químicos para siempre” que persisten en el área, como el ácido perfluorooctanesulfónico (PFOS) y el ácido sulfónico perfluorobutáneo (PFB), fueron el foco de las toxicaciones humanas.

Hay miles de otros productos químicos utilizados por una industria que no ha sido probada a fondo. Para ser efectivos y rentables, estos productos químicos son prioridad para las pruebas específicas. Soy un toxicólogo que estudia cómo los productos químicos afectan la salud de las personas, especialmente cuando causan efectos nocivos. La mejor comprensión del proceso de determinar la toxicidad de los productos químicos podría ayudarlo a hacerlos más seguros.

Prueba de seguridad química y toxicidad

Históricamente, los investigadores probaron la seguridad y la toxicidad de los productos químicos utilizando pruebas biológicas o biológicamente. Estas pruebas incluyen exponer a los animales no no cognición, a menudo roedores como ratas o ratones, a una sustancia en condiciones controladas para estudiar sus efectos biológicos, incluido su daño potencial.

Los diferentes tipos de estudios están diseñados para el análisis de diferentes efectos de los productos químicos. Incluyen efectos inmediatos, efectos y exposición a corto y largo plazo y efectos reproductivos o de desarrollo. La suposición clave en el uso de animales biológicos en animales es que los investigadores pueden usar resultados para ayudar a comprender la seguridad de los productos químicos para las personas.

Sin embargo, existen restricciones significativas en el uso de animales que lideran estos estudios.

Los animales de laboratorio son de manera similar a las personas y diferentes en muchos otros. Dra_schwartz / e + sobre la imagen getti

Primero, puede ser difícil extrapolar los resultados obtenidos de los animales de laboratorio hacia las personas. Existen diferencias significativas en la anatomía, fisiología, bioquímica y genética entre animales de laboratorio y personas. En algunos casos, un químico que es muy tóxico para las personas puede ser relativamente inofensivo para otras especies. Además, incluso dentro de un tipo particular, puede haber diferencias significativas en la forma en que el cuerpo es moléculas rotas, el proceso es crucial para determinar la toxicidad de los productos químicos.

También puede ser una implementación costosa de la investigación en animales. Por ejemplo, una batería completa de pruebas de toxicología de pesticidas puede costar entre $ 8 millones y $ 16 millones. Muchos de estos estudios duran mucho tiempo, y algunos requieren hasta dos años.

También hay un cuidado ético del uso de animales para probar la toxicidad de los productos químicos. Muchas agencias gubernamentales y entidades comerciales se han comprometido con los esfuerzos que reemplazan, reducen o especifican el uso de animales en la investigación y las pruebas.

Los investigadores desarrollan varias formas de reemplazar las pruebas de animales en seguridad química. A menudo se les llama la nueva metodología de enfoque, estos métodos apuntan a ser relevantes para los humanos y científicamente claros. También quieren ser rentables, rápidos y ampliamente aplicables.

Pruebas in vitro

Las pruebas in vitro incluyen la exposición de materiales biológicos como células humanas o microorganismos a diferentes concentraciones de productos químicos de interés. Estas pruebas tienen varios beneficios, incluido el control simple sobre las condiciones experimentales, la aplicabilidad a las personas y la capacidad de estudiar rápidamente muchos productos químicos a la vez. El programa TOKSCast de la EPA utiliza datos de pruebas in vitro para estudiar miles de productos químicos.

Las pruebas in vitro generalmente se usan para estudiar la toxicidad química. Unol / istock a través de Getty Images Plus

Existen numerosas pruebas de especies in vitro, y cada estudio de cierta calidad asociada con toxicidad. Por ejemplo, la prueba de sostenibilidad celular mide el efecto del municipio químico químico y el crecimiento celular. La prueba de genotoxicidad evalúa si el químico puede dañar el material genético. Y las pruebas de unión al receptor evalúan si los productos químicos pueden comunicarse con células específicas en las células y desencadenar efectos nocivos.

Un tipo de células células in vitro son cultivos organotípicos derivados de tejidos u órganos reales. Estos modelos conservan las cualidades estructurales y funcionales de su tejido original.

Otros modelos de células se originan a partir de células que se autoorganizan en tres dimensiones. Los ejemplos incluyen orzones y tejidos biopriantes que se pueden ajustar para representar ciertos tejidos, como el hígado, la piel y el corazón.

Los sistemas microfisiológicos u modelos de órganos en el chip usan cultivos de células 3D en miniatura de diferentes cuerpos, como el hígado, el corazón y los pulmones, para imitar para que estas autoridades funcionen en el cuerpo. Con estos modelos, los investigadores pueden evaluar cuántos productos químicos tóxicos son múltiples órganos, ya que se descompone en el cuerpo y cómo puede causar enfermedades. Esta técnica ofrece la capacidad de estudiar los efectos de los productos químicos en el cuerpo de una manera más realista y holística que con modelos específicos del órgano.

Los órganos en los chips son cultivos celulares que imitan los sistemas de órganos enteros. En el cuestionamiento químico

En las pruebas de Chemico, pruebas de laboratorio o experimentos que informan que los productos químicos se comunican con proteínas, lípidos u otros componentes celulares en una tubería de prueba u otra plataforma sintética. Son adecuados para estudios sobre mecanismos que son interacciones químicas básicas.

En comparación con los sistemas in vitro, las pruebas químicas pueden ser más rápidas y económicas. También pueden preferirse éticamente porque no se usan células o tejidos vivos.

Sin embargo, pueden tener una importancia biológica limitada porque no pueden explicar que estos productos químicos funcionarían en el organismo vivo. Tampoco son adecuados para el estudio de muchos aspectos de la toxicidad química, como cómo afecta la función general de una célula o cuerpo.

En métodos de silicio

Un aspecto importante de la toxicidad química se reduce que las dosis de productos químicos impulsan un efecto secundario de spam o su farmacodinámica. El segundo es cuántos productos químicos alcanzan su objetivo y en qué período de tiempo o su farmacocinética.

Cuando no hay datos experimentales disponibles sobre químicos, los investigadores a menudo confían en modelos de computadora o en métodos de silicio. El pronóstico de la reacción de dosificación química a menudo se basa en la idea de que los productos químicos con estructuras similares tendrán efectos biológicos similares. Entonces, si el investigador tiene datos sobre productos químicos similares a las estructuras en la química de la química, los modelos de computadora pueden estimar cómo afectará al cuerpo.

Fisiológicamente basado en el modelado farmacocinético matemáticamente comparte el cuerpo en secciones. Fuzzirandand / Vikimedia Commons, CC BI-ND

Los científicos a menudo usan lo que se llama modelos farmacocinéticos basados ​​en fisiológicamente para predecir cómo el medicamento viaja a través del cuerpo. Este enfoque comparte matemáticamente el cuerpo en secciones, como el hígado, el riñón o la sangre, y simula que el químico se mueve entre ellos en función de su propiedad y propiedades corporales. Otros enfoques en silicio, como modelos de tejido virtual y rutas cuantitativas para resultados no deseados, proporcionan información adicional sobre cómo los productos químicos causan efectos adversos para la salud.

En los métodos de silicio, ofrecen muchos beneficios en relación con los métodos tradicionales. Son más rápidos y más eficientes, y los investigadores pueden adaptar pruebas virtuales en escenarios simulados más precisos que de otro modo serían eficientes para el comportamiento. En los métodos de silicio, también se repiten fácilmente en el laboratorio y pueden ayudarlo a llenar los vacíos de datos.

Sin embargo, en los métodos de silicio, también tienen varias deficiencias. Incluyen una menor precisión con modelos defectuosos, necesidades de datos experimentales para el desarrollo del modelo y la falta de estándares para la evaluación, ya sea lo suficientemente creíble como para ser utilizados para su uso en la regulación.

Aceptación regulatoria

Los crimidores de políticas continúan desarrollando regulaciones para evaluar alternativas para examinar a los animales en busca de toxicidad química. Estas regulaciones varían según productos y agencias.

Por ejemplo, una organización para la cooperación y el desarrollo económico, que contiene 38 estados miembros, ha publicado casi 100 directrices sobre efectos químicos en la salud y el medio ambiente humanos.

La cooperación internacional en métodos de prueba alternativos se crea para facilitar la toxicidad química. Muchas organizaciones de asociación bajo esta asignación hacen esfuerzos para garantizar que los métodos alternativos sean científicamente sólidos, confiables y relevantes para la salud y la protección del medio ambiente y se pueden utilizar para reemplazar las pruebas de animales en la decisión regulatoria.

Con regulaciones claras y cooperación global, las alternativas de pruebas de animales pueden ayudar a mejorar la salud pública, la protección del medio ambiente y las pruebas.