इन विट्रो विषाक्तता मॉडल और कोशिका-आधारित परख

इन विट्रो विषाक्तता मॉडल जीवित पशु के बाहर पदार्थों के हानिकारक प्रभावों की जांच के लिए संवर्धित कोशिकाओं, ऊतकों और पुनर्निर्मित जैविक प्रणालियों का उपयोग करते हैं। वे पशु परीक्षण को प्रतिस्थापित करने, कम करने और परिष्कृत करने के प्रयास के केंद्र में हैं, और वे विषाक्त प्रतिक्रियाओं जैसे कि साइटोटॉक्सिसिटी, जीनोटॉक्सिसिटी और मार्ग गड़बड़ी के तंत्र-केंद्रित, अक्सर उच्च-थ्रूपुट, माप को सक्षम करते हैं।

Definition

इन विट्रो विषाक्तता मॉडल पृथक कोशिकाओं, ऊतकों, या पुनर्निर्मित अंग सरोगेट्स पर आधारित प्रायोगिक प्रणालियाँ हैं जिनका उपयोग पूरे पशु का उपयोग किए बिना पदार्थों के विषाक्त प्रभावों और उनके अंतर्निहित तंत्रों का पता लगाने और उन्हें चिह्नित करने के लिए किया जाता है।

Scope

यह प्रविष्टि इन विट्रो विषाक्तता प्रणालियों के तर्क और प्रकारों को शामिल करती है, सरल कोशिका-व्यवहार्यता परख से लेकर रिपोर्टर-जीन और ऑर्गेनोटाइपिक मॉडल तक, उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग कार्यक्रमों में उनके उपयोग, और इन विट्रो सांद्रता को पूरे शरीर के संपर्क से संबंधित करने और नियामक उपयोग के लिए इन तरीकों को मान्य करने की चुनौतियां। यह एक पद्धतिगत विषय है और परख प्रोटोकॉल या पदार्थ-विशिष्ट सुरक्षा निष्कर्ष प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• कोशिका- और ऊतक-आधारित प्रणालियों में किन विषाक्त तंत्रों का पता लगाया और मापा जा सकता है?
• इन विट्रो परख को बड़ी संख्या में रसायनों को कुशलता से स्क्रीन करने के लिए कैसे बढ़ाया जा सकता है?
• इन विट्रो सांद्रता प्रासंगिक इन विवो जोखिमों से कैसे संबंधित हैं?
• नियामक स्वीकृति के लिए एक इन विट्रो विधि को मान्य करने के लिए क्या आवश्यक है?

Key concepts

• 3आर (प्रतिस्थापन, कमी, परिष्करण)
• साइटोटॉक्सिसिटी और व्यवहार्यता परख
• रिपोर्टर-जीन और मार्ग-आधारित परख
• उच्च-थ्रूपुट और उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग
• ऑर्गेनोटाइपिक और 3डी/ऑर्गन-ऑन-चिप मॉडल
• इन विट्रो से इन विवो एक्सट्रपलेशन (IVIVE)
• वैकल्पिक तरीकों का सत्यापन और नियामक स्वीकृति

Mechanisms

इन विट्रो मॉडल परिभाषित जैविक सामग्री को, अमर कोशिका लाइनों और प्राथमिक कोशिकाओं से लेकर पुनर्निर्मित ऊतकों और माइक्रोफिजियोलॉजिकल ऑर्गन-ऑन-चिप प्रणालियों तक, एक पदार्थ के संपर्क में लाते हैं और एक प्रतिक्रिया पढ़ते हैं। एंडपॉइंट्स में व्यवहार्यता का नुकसान, झिल्ली अखंडता, माइटोकॉन्ड्रियल फ़ंक्शन, डीएनए क्षति, और रिपोर्टर जीन या आणविक मार्करों के माध्यम से मापी गई विशिष्ट तनाव और सिग्नलिंग मार्गों का सक्रियण शामिल है। रोबोटिक उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग, जैसा कि Tox21 सहयोग द्वारा उदाहरण दिया गया है, हजारों रसायनों में ऐसी परख लागू करता है ताकि उनकी जैविक गतिविधि का मानचित्रण किया जा सके। एक लगातार चुनौती इन विट्रो से इन विवो एक्सट्रपलेशन है: संस्कृति में एक प्रभाव पैदा करने वाली एकाग्रता को एक अक्षुण्ण जीव में एक खुराक या जोखिम से संबंधित करना, जिसके लिए अवशोषण, वितरण, चयापचय और उन्मूलन के मॉडलिंग की आवश्यकता होती है जो डिश में नहीं पकड़े जाते हैं।

Clinical relevance

इन विट्रो विषाक्तता के तरीके दवाओं, सौंदर्य प्रसाधनों और पर्यावरणीय रसायनों के सुरक्षा मूल्यांकन में तेजी से योगदान करते हैं और गैर-पशु परीक्षण की ओर व्यापक बदलाव को रेखांकित करते हैं। ये परख क्या मापते हैं, इसकी जानकारी यांत्रिक सुरक्षा साक्ष्य का मूल्यांकन करने में मदद करती है। यह प्रविष्टि कार्यप्रणाली का वर्णनात्मक है और नैदानिक या जोखिम निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

इन विट्रो परख की बढ़ती संख्या को औपचारिक रूप से मान्य किया गया है और त्वचा और आंखों की जलन, त्वचा संवेदीकरण और जीनोटॉक्सिसिटी जैसे एंडपॉइंट्स के लिए ओईसीडी परीक्षण दिशानिर्देशों के रूप में अपनाया गया है, और वे परीक्षण और मूल्यांकन के लिए एकीकृत दृष्टिकोणों का तेजी से हिस्सा बन रहे हैं। फार्मास्युटिकल विनियमन के भीतर, कुछ इन विट्रो परीक्षण सुरक्षा पैकेजों के स्वीकृत घटक हैं। Tox21 और ToxCast जैसे बड़े स्क्रीनिंग कार्यक्रमों ने इन तरीकों को सूचित करने वाले सार्वजनिक डेटा उत्पन्न किए हैं। प्रणालीगत एंडपॉइंट्स के लिए पूरी तरह से गैर-पशु रणनीतियों की नियामक स्वीकृति आंशिक बनी हुई है और विकसित होती रहती है।

History

पशु परीक्षणों को बदलने के लिए वैचारिक आधार रसेल और बर्च के 1959 के 3आर के स्पष्टीकरण द्वारा रखा गया था। कोशिका-संस्कृति विष विज्ञान बीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में परिपक्व हुआ, और इस क्षेत्र ने राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद के 2007 के दृष्टिकोण से निर्णायक गति प्राप्त की, जिसने पूरे पशु परीक्षण से मार्ग-आधारित इन विट्रो दृष्टिकोणों की ओर बदलाव का आह्वान किया। बड़े सहयोगी स्क्रीनिंग प्रयासों, विशेष रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका के Tox21 कार्यक्रम का वर्णन Tice और सहयोगियों द्वारा किया गया है, फिर हजारों यौगिकों में उच्च-थ्रूपुट इन विट्रो परीक्षण को चालू किया गया।

Debates

क्या इन विट्रो प्रणालियाँ जटिल प्रणालीगत एंडपॉइंट्स के लिए पशु परीक्षणों को प्रतिस्थापित कर सकती हैं?

इन विट्रो तरीके स्थानीयकृत एंडपॉइंट्स के लिए अच्छी तरह से स्थापित हैं, लेकिन पूरे जीव प्रक्रियाओं जैसे कि बार-बार खुराक प्रणालीगत विषाक्तता, चयापचय और अंतर-अंग प्रभावों को पुन: उत्पन्न करना मुश्किल बना हुआ है, इसलिए इस बात पर बहस जारी है कि पशु परीक्षणों को कितनी दूर और कितनी तेजी से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

Key figures

• William Russell
• Rex Burch
• Thomas Hartung
• Raymond Tice
• Robert Kavlock

Seminal works

• russell-burch-1959
• nrc-2007
• tice-2013

Frequently asked questions

3आर क्या हैं और इन विट्रो मॉडल उनसे कैसे संबंधित हैं?

3आर पशु उपयोग का प्रतिस्थापन, कमी और परिष्करण हैं, जिसे रसेल और बर्च ने 1959 में स्पष्ट किया था। इन विट्रो मॉडल प्रतिस्थापन (गैर-पशु प्रणालियों को प्रतिस्थापित करना) और कमी (पशुओं के बिना कई रसायनों की स्क्रीनिंग) का समर्थन करते हैं।

इन विट्रो से इन विवो एक्सट्रपलेशन क्यों महत्वपूर्ण है?

संस्कृति वाली कोशिकाओं में प्रभाव पैदा करने वाली एकाग्रता सीधे पूरे जीव में एक खुराक के अनुरूप नहीं होती है, क्योंकि शरीर पदार्थों को अवशोषित करता है, वितरित करता है, चयापचय करता है और समाप्त करता है। इन विट्रो परिणामों को जोखिम-प्रासंगिक शब्दों में अनुवाद करने के लिए एक्सट्रपलेशन विधियों की आवश्यकता होती है।