Sperimentazione senza animali: cosa succede nel mondo?

giugno 2012

Questo articolo è tratto dal numero di giungo 2012 di "Orizzonti", la rivista dell'associazione svizzera ATRA, a firma di Massimo Tettamanti.

Il cambiamento radicale che osserviamo oggi nei test tossicologici è il passaggio da studi sugli animali con alte dosi di tossicità ad una vasta gamma di nuovi strumenti come la genomica funzionale, la proteomica, la metabolomica, i modelli farmacocinetici e di biologia dei sistemi, per studiare gli effetti delle sostanze chimiche sulle cellule, sui tessuti e sugli organismi in modo rapido ed economico. Gli studi di tossicità sugli animali non sono utili nella valutazione del rischio per la salute umana, come dimostrano le tragedie associate a nuovi farmaci / terapie e le centinaia di farmaci ritirati dal mercato a causa dei loro effetti collaterali che non si sono manifestati negli studi su animali. Questo anche perché generalmente sugli animali si usano dosaggi elevatissimi delle sostanze chimiche da testare, dosaggi completamente diversi dalle dosi a cui l'uomo viene in contatto abitualmente.

I progressi della biologia molecolare, delle biotecnologie e in altri campi scientifici stanno anche aprendo la strada ad importanti miglioramenti che aiuteranno gli scienziati a valutare i rischi per la salute derivanti dalle sostanze chimiche potenzialmente tossiche presenti nell'ambiente. Questa convergenza di fattori, unitamente alla necessità di valutare la sicurezza di un numero sempre maggiore di sostanze chimiche e loro miscele, ha suscitato un appello per un cambiamento di paradigma fondamentale nei test tossicologici.

Progetti come AXLR8 e SEN-SI-TIV nell'Unione europea, e le iniziative TOX21, CAST TOX di EPA ed altre, sono le iniziative globali che stanno cercando di spostarsi verso veloci, robusti e affidabili metodi senza animali. Gli animali, oltre ad avere differenti meccanismi di difesa che portano a risultati falsi o distorti, sono sottoposti allo stress della detenzione in gabbia in condizioni innaturali e la loro gestione negli stabulari potrebbe essere responsabile dei falsi risultati a cui i ricercatori giungono basandosi sui dati estrapolati da questi esperimenti (la risposta fisiologica allo stress può camuffare un indicatore di tossicità, variare, esagerare o attivare un percorso di tossicità che può essere assente in mancanza di stress o di altre variabili).

Vediamo quindi cosa la scienza ha a disposizione già oggi per progredire nella ricerca.

Gli scienziati di tutto il mondo hanno avviato un progetto pionieristico chiamato "Toxoma umano" con l'idea di mappare i "percorsi di tossicità" (POT) nell'uomo, ovvero studiare i meccanismi del sistema endocrino, le perturbazioni del sistema ormonale o altre interruzioni fisiologiche che si manifestano come effetti avversi sulla salute, i tumori, i difetti di nascita, i disturbi dello sviluppo, ecc. Il progetto "Human Toxome" utilizzerà strategie di sperimentazione integrate che combinano avanzati metodi biologici con modelli informatici al fine di creare una banca dati pubblica di Pot, consentendone il pieno accesso ai ricercatori di tutto il mondo.

La comprensione scientifica di come i geni, le proteine e le piccole molecole interagiscono per formare percorsi molecolari che mantengono la funzione delle cellule si è evoluta rapidamente, grazie ai progressi degli strumenti molecolari e computerizzati.

1. Il programma ToxCast

La United States Environmental Protection Agency (EPA) ha lanciato ToxCast nel 2007 per sviluppare metodi per prevedere gli effetti delle migliaia di sostanze chimiche che hanno bisogno di test di tossicità. ToxCast utilizza strumenti scientifici avanzati per aiutare a capire come i processi del corpo umano sono interessati in seguito ad esposizioni a sostanze chimiche e aiuta a determinare quali esposizioni hanno più probabilità di portare ad effetti negativi sulla salute.

I metodi ToxCast includono oltre 650 test rapidi. La Fase I, chiamata "Proof of Concept", è stata completata nel 2009 e sono state studiate oltre 300 sostanze chimiche (soprattutto pesticidi). La Fase II sta attualmente esaminando 1.000 sostanze chimiche provenienti da una vasta gamma di fonti, compresi i prodotti industriali e di consumo, gli additivi alimentari e farmaci.

 

2. Il programma Tox21

I test elaborati da software altamente specializzati, basati sull'analisi di 10.000 composti, segnano l'inizio di una nuova fase nei test di tossicità. Una joint venture tra il National Institutes of Health, l'Environmental Protection Agency e la US Food and Drug Administration denominata Tox21, è stata avviata il 15 dicembre 2011. Si tratta di una collaborazione che fa notevolmente avanzare la ricerca. In questo programma 10.000 prodotti chimici saranno analizzati da un sistema robotizzato ad alta velocità di screening per valutarne la potenziale tossicità.

Il progetto mira a proteggere la salute umana, migliorando il modo in cui vengono testati i prodotti chimici negli Stati Uniti. I composti analizzati coprono una vasta gamma di prodotti di consumo, di additivi e sostanze chimiche ad uso industriale e medicinale. Ciascun composto subirà un'accurata analisi per verificarne la purezza, la concentrazione e il grado di stabilità chimica. Lo scopo delle prove è di fornire risultati che saranno utili per valutare se queste sostanze hanno il potenziale di distruggere i processi nel corpo umano, e determinare effetti negativi sulla salute.

La partnership Tox21 integra progressi della biologia molecolare, della chimica e dell'informatica in modo da consentire lo screening rapido e a basso costo delle migliaia di sostanze chimiche in uso e aiuterà a generare i dati di tossicità di queste sostanze chimiche, che a loro volta consentiranno la produzione di farmaci più sicuri e contribuiranno ad individuare farmaci pericolosi.

3. Il progetto "Human Toxome"

A far evolvere ancora di più i test di tossicità è il progetto pionieristico "Human Toxome", a cui abbiamo accennato all'inizio del nostro dossier. Responsabile del progetto, il Dott. Thomas Hartung, direttore del CAAT (Center for Alternatives to Animal Testing) della Johns Hopkins University.

Il nome prende lo spunto dal progetto di mappatura del genoma umano e prevede appunto la mappatura dei "percorsi di tossicità" (POT) nell'uomo. Attualmente i test di tossicità comportano lo studio dei risultati in animali sottoposti ad alte dosi di sostanze tossiche, con estrapolazione successiva alle risposte umane a dosi più basse. Al giorno d'oggi, gli esseri umani sono potenzialmente esposti a più di 80.000 sostanze chimiche per le quali non esistono dati sulla tossicità.

Le vie di tossicità (POT) saranno identificate nell'uomo attraverso quei sistemi in vitro che forniscono le informazioni più pertinenti per la valutazione del rischio tossicologico. L'obiettivo è di mappare la totalità del toxoma umano. La concentrazione alla quale una sostanza attiva un percorso di tossicità può essere estrapolata da metodi in vitro all'uomo. Inoltre, se una sostanza non innesca nessuna tossicità, può essere possibile stabilirne la sicurezza ad una data concentrazione.

Il progetto "Toxome Human" utilizzerà strategie di sperimentazione integrate che combinano metodi biologici con modelli informatici al fine di creare una banca dati pubblica di Pot, consentendo il pieno accesso ai ricercatori di tutto il mondo.

4. AXLR8

I progressi realizzati nel campo della biologia molecolare, delle biotecnologie ed in altri ambiti stanno spianando la strada ad importanti miglioramenti nel modo in cui gli scienziati valutano i rischi per la salute derivanti dalle sostanze chimiche potenzialmente tossiche presenti a bassi livelli nell'ambiente. Questi progressi renderanno i test di tossicità più veloci, meno costosi e, ovviamente, direttamente rilevanti per l'esposizione umana. Sulla base di tale premessa è stato lanciato dall'Unione Europea il programma AXLR8. AXLR8 mira a soddisfare la crescente esigenza di metodi tecnologicamente avanzati che non fanno uso di animali ed in particolare intende:

  • organizzare una serie di workshop annuali per monitorare i progressi della ricerca;
  • fornire una serie di strumenti e opportunità per una maggiore comunicazione interdisciplinare e internazionale al fine di massimizzare l'impatto delle risorse disponibili;
  • snellire le procedure di validazione e applicazione di metodi convalidati.

Obiettivi finali sono:

  • valutare più velocemente la sicurezza di sostanze e miscele;
  • utilizzare un metodo più rapido, efficiente e conveniente rispetto alla vivisezione.

Invece di concentrarsi sui segni di tossicità grave a dosi elevate in animali vivi, AXLR8 si concentrerà sulla comprensione di come le sostanze chimiche interagiscono con le cellule umane in dosaggi identici a quelli realmente presenti nell'ambiente.

L'automazione robotica di metodi in vitro permetterà la prova ad alta velocità di migliaia di sostanze in un solo giorno.

5.SEN-SI-TIV

28 gruppi, di cui 9 rappresentanti l'industria, 15 le università o gli istituti di ricerca e 4 le organizzazioni dell'UE si sono uniti per avviare questo programma. L'obiettivo finale di questo progetto è di sviluppare una strategia di test in vitro per predire l'effetto tossico sensibilizzante dei composti.

Ad oggi, non sono ancora stati convalidati dei modelli in vitro per la sensibilizzazione cutanea e respiratoria. Sen-si-tiv tenta di superare questi limiti attraverso l'esplorazione di approcci innovativi, integrando le conoscenze attuali sui meccanismi cellulari e molecolari coinvolti nella sensibilizzazione, al fine di creare un singolo test in vitro in grado di essere validato secondo gli standard internazionali.

Inoltre, poiché i modelli di coltura cellulare che verranno utilizzati in Sen-si-tiv sono di origine umana, potranno portare a una reale predittività degli effetti tossici nell'uomo. Questa nuova conoscenza aiuterà inoltre anche la progettazione di farmaci più sicuri.

Glossario

La genomica è una branca della biologia molecolare che si occupa dello studio del genoma degli organismi viventi.

La proteomica riguarda lo studio su grande scala della proteina, in particolare delle sue strutture e funzioni.

La metabolomica è lo studio sistematico delle uniche impronte chimiche lasciate da specifici processi cellulari.

La farmacocinetica è una branca della farmacologia che studia quantitativamente l'assorbimento, la distribuzione, il metabolismo e l'eliminazione dei farmaci.

La biologia dei sistemi è una disciplina biologica che studia gli organismi viventi in quanto sistemi che si evolvono nel tempo, ossia nell'interazione dinamica delle parti di cui sono composti.

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