In Vitro Toksisite Modelleri ve Hücre Bazlı Testler
In vitro toksisite modelleri, canlı bir hayvanın dışında maddelerin zararlı etkilerini incelemek için kültürlenmiş hücreleri, dokuları ve yeniden yapılandırılmış biyolojik sistemleri kullanmaktadır. Bu modeller, hayvan testlerini değiştirme, azaltma ve iyileştirme çabalarının merkezinde yer almakta olup, sitotoksisite, genotoksisite ve yolak bozukluğu gibi toksik yanıtların mekanizma odaklı, genellikle yüksek verimli ölçümünü sağlamaktadır.
Tanım
In vitro toksisite modelleri, maddelerin toksik etkilerini ve bunların altında yatan mekanizmaları, bütün bir hayvan kullanmadan tespit etmek ve karakterize etmek için izole edilmiş hücrelere, dokulara veya yeniden yapılandırılmış organ vekillerine dayanan deneysel sistemlerdir.
Kapsam
Bu madde, basit hücre canlılığı testlerinden raportör gen ve organotipik modellere kadar in vitro toksisite sistemlerinin gerekçesini ve türlerini, yüksek verimli tarama programlarındaki kullanımlarını, in vitro konsantrasyonları tüm vücut maruziyetiyle ilişkilendirme zorluklarını ve bu yöntemlerin düzenleyici kullanım için doğrulanmasıyla ilgili zorlukları kapsamaktadır. Bu, metodolojik bir konudur ve test protokolleri veya maddeye özgü güvenlik sonuçları sunmamaktadır.
Temel sorular
- Hücre ve doku tabanlı sistemlerde hangi toksik mekanizmalar tespit edilebilir ve ölçülebilir?
- In vitro testler, çok sayıda kimyasalı verimli bir şekilde taramak için nasıl ölçeklendirilebilir?
- In vitro konsantrasyonlar, ilgili in vivo maruziyetlerle nasıl ilişkilendirilir?
- Bir in vitro yöntemin düzenleyici kabul için doğrulanması için ne gereklidir?
Anahtar kavramlar
- 3R'ler (değiştirme, azaltma, iyileştirme)
- Sitotoksisite ve canlılık testleri
- Raportör gen ve yolak tabanlı testler
- Yüksek verimli ve yüksek içerikli tarama
- Organotipik ve 3D/çip üstü organ modelleri
- In vitro'dan in vivo'ya ekstrapolasyon (IVIVE)
- Alternatif yöntemlerin doğrulanması ve düzenleyici kabulü
Mekanizmalar
In vitro modeller, ölümsüzleştirilmiş hücre hatları ve primer hücrelerden yeniden yapılandırılmış dokulara ve mikro fizyolojik çip üstü organ sistemlerine kadar değişen tanımlanmış biyolojik materyali bir maddeye maruz bırakmakta ve bir yanıtı okumaktadır. Son noktalar arasında canlılık kaybı, membran bütünlüğü, mitokondriyal fonksiyon, DNA hasarı ve raportör genler veya moleküler belirteçler aracılığıyla ölçülen spesifik stres ve sinyal yollarının aktivasyonu bulunmaktadır. Tox21 işbirliğinin örneklediği robotik yüksek verimli tarama, bu tür testleri binlerce kimyasal üzerinde uygulayarak biyolojik aktivitelerini haritalandırmaktadır. Sürekli bir zorluk, in vitro'dan in vivo'ya ekstrapolasyondur: kültürde bir etki üreten konsantrasyonu, sağlam bir organizmadaki bir doza veya maruziyete bağlamak; bu durum, petri kabında yakalanamayan absorpsiyon, dağılım, metabolizma ve eliminasyonun modellenmesini gerektirmektedir.
Klinik önem
In vitro toksisite yöntemleri, ilaçların, kozmetiklerin ve çevresel kimyasalların güvenlik değerlendirmesine giderek daha fazla katkıda bulunmakta ve hayvan dışı testlere yönelik daha geniş değişimin temelini oluşturmaktadır. Bu testlerin neyi ölçtüğüne aşina olmak, mekanistik güvenlik kanıtlarını değerlendirmede yardımcı olmaktadır. Bu madde, metodolojiyi tanımlayıcı nitelikte olup, klinik veya maruziyet kararları için bir temel değildir.
Kanıt ve kılavuzlar
Giderek artan sayıda in vitro test, cilt ve göz tahrişi, cilt hassasiyeti ve genotoksisite gibi son noktalar için OECD test kılavuzları olarak resmi olarak doğrulanmış ve kabul edilmiştir ve bunlar, test ve değerlendirmeye yönelik entegre yaklaşımların giderek daha fazla bir parçası haline gelmektedir. Farmasötik düzenlemeler içinde, belirli in vitro testler güvenlik paketlerinin kabul edilmiş bileşenleridir. Tox21 ve ToxCast gibi büyük tarama programları, bu yöntemleri bilgilendiren kamuya açık veriler üretmiştir. Sistemik son noktalar için tamamen hayvan dışı stratejilerin düzenleyici kabulü kısmi kalmakta ve gelişmeye devam etmektedir.
Tarihçe
Hayvan testlerinin değiştirilmesi için kavramsal temel, Russell ve Burch'un 1959'daki 3R'ler tanımıyla atılmıştır. Hücre kültürü toksikolojisi yirminci yüzyılın sonlarında olgunlaşmış ve bu alan, Ulusal Araştırma Konseyi'nin 2007'deki, bütün hayvan testlerinden yolak tabanlı in vitro yaklaşımlara geçiş çağrısı yapan vizyonundan belirleyici bir ivme kazanmıştır. Tice ve meslektaşları tarafından tanımlanan Amerika Birleşik Devletleri Tox21 programı gibi büyük işbirlikçi tarama çabaları, daha sonra binlerce bileşik üzerinde yüksek verimli in vitro testleri operasyonel hale getirmiştir.
Tartışmalar
- In vitro sistemler, karmaşık sistemik son noktalar için hayvan testlerinin yerini alabilir mi?
- In vitro yöntemler lokalize son noktalar için iyi bir şekilde yerleşmiş olsa da, tekrarlanan doz sistemik toksisitesi, metabolizma ve organlar arası etkiler gibi tüm organizma süreçlerini yeniden üretmek zor olmaya devam etmektedir; bu nedenle hayvan testlerinin ne kadar ve ne hızda değiştirilebileceği konusundaki tartışma sürmektedir.
Öne çıkan isimler
- William Russell
- Rex Burch
- Thomas Hartung
- Raymond Tice
- Robert Kavlock
İlgili konular
Temel eserler
- russell-burch-1959
- nrc-2007
- tice-2013
Sıkça sorulan sorular
- 3R'ler nelerdir ve in vitro modeller bunlarla nasıl ilişkilidir?
- 3R'ler, Russell ve Burch tarafından 1959'da tanımlanan hayvan kullanımının değiştirilmesi, azaltılması ve iyileştirilmesidir. In vitro modeller, değiştirmeyi (hayvan dışı sistemlerle ikame etme) ve azaltmayı (hayvan kullanmadan birçok kimyasalı tarama) desteklemektedir.
- In vitro'dan in vivo'ya ekstrapolasyon neden önemlidir?
- Kültürlenmiş hücrelerde bir etkiye neden olan bir konsantrasyon, bütün bir organizmadaki bir doza doğrudan karşılık gelmemektedir, çünkü vücut maddeleri absorbe etmekte, dağıtmakta, metabolize etmekte ve elimine etmektedir. In vitro sonuçları maruziyetle ilgili terimlere çevirmek için ekstrapolasyon yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır.