[Shiranee Pereira and Massimo Tettamanti.Testing Times in Toxicology – In Vitro vs In Vivo Testing. ALTEX: Current Proceedings: Vol 2, No. 1: 53-60/13, Proceedings of Animal Alternatives in Teaching, Toxicity Testing and Medicine ]
Sommario:
Iniziative come il “Human Toxome Project (Progetto Toxoma umano)” che ha l’obiettivo di mappare i “percorsi di tossicità” (PoT) nell’uomo, illustrano una tendenza che si allontana dalla nostra attuale dipendenza dagli studi di tossicità animale ad alte dosi, grazie ad un’ampia gamma di nuovi strumenti quali genomica funzionale, proteomica, metabolomica, screening da un elevato numero di dati, modellizzazione farmacocinetica e biologia dei sistemi per studiare gli effetti delle sostanze chimiche su cellule, tessuti, e organismi in maniera rapida ed economicamente efficiente.
Queste tecnologie stanno inoltre spianando la strada per migliorare la valutazione dei rischi per la salute derivanti dalle sostanze chimiche presenti a bassi livelli nell’ambiente. Questa convergenza di fattori, insieme alla necessità di valutare la sicurezza di un numero sempre più elevato di sostanze chimiche e loro miscele, ha richiesto un intervento per un cambiamento fondamentale di paradigma nei test tossicologici.
In questo scenario stiamo assistendo ad una transizione veloce e sicura dei test di tossicologia dagli animali ai metodi in vitro, su tessuti virtuali, automazione robotica, e oltre, dove la modellizzazione matematica, le relazioni struttura-attività chimica di molecole e tossicologia computazionale vengono utilizzati per predire la tossicità con precisione e produttività elevata.
Questo ci riporta alla filosofia eterna che dice che l’ultima ricerca della verità culmina con la nonviolenza. Come Indiani non possiamo che onorare il grande Mahatma, che ha detto, “Io aborro la vivisezione con tutta la mia anima. Tutte le scoperte scientifiche macchiate di sangue innocente le conto come di nessuna conseguenza.” La scienza delle alternative è sapere che la scienza umana è una scienza migliore, essendo più precisa, predittiva e senza dolore.
Introduzione
“L’assenza di evidenza non è l’evidenza dell’assenza” – Carl Sagan, astronomo americano (1934-1996)
Nel contesto dei test di tossicità sugli animali Hartung e Mcbride (2011) hanno evocato la citazione di cui sopra per spiegare gli errori che vediamo nella sperimentazione su animali vivi. Tuttavia, per ragioni sconosciute o forse a causa dell’insufficienza di una migliore e più umana strategia di test, la sperimentazione animale è stata in passato e, purtroppo, continua ad essere lo standard principe nella valutazione della tossicità dei prodotti farmaceutici, dei cosmetici, dei prodotti chimici di sintesi e dei prodotti chimici industriali. Anche con l’evoluzione della scienza verso alternative più robuste, precise, sia “humane and human”, il cambiamento è stato lento nonostante il fatto che le autorità di regolamentazione, sia negli USA che nell’UE, abbiano ritirato 50 importanti farmaci dal mercato negli ultimi 50 anni, dopo che erano stati provati come sicuri/efficaci, essendo stati testati con l’intera gamma di studi clinici su animali come prescritto dalle agenzie di regolamentazione. Le tragedie peggiori e più grandi sono state provocate dall’uso di talidomide e sulfanilamide. Un farmaco più recente (drotrecogin alfa), una volta creduto essere utile nel trattamento di pazienti con sepsi grave, è stato ritirato dal mercato perché nuove prove hanno rivelato – 10 anni dopo che il farmaco era stato approvato dalla US Food and Drug Administration (FDA) – che dopo tutto non era efficace per le sepsi gravi. Questo farmaco è stato ritirato dalla Eli Lilly and Company il 25 ottobre 2011.
I falsi negativi sono stati uno dei problemi più grandi ed apparentemente insormontabili della sperimentazione animale. Un test negativo sugli animali potrebbe significare nulla o tante cose. Una specie diversa o semplicemente una variante sperimentale diversa possono dare risultati positivi.
Gli animali hanno differenti meccanismi di difesa che possono portare a risultati falsi o distorti, e lo stress determinato dall’essere ingabbiato, detenuto in condizioni innaturali e manipolato, in sé, potrebbe essere responsabile di risultati inattesi. inoltre deve essere considerato il fattore di estrapolazione da roditore ad umano, che è intrinseco ed inevitabile per i dati di tossicità animale. Risposte fisiologiche allo stress possono essere un componente aggiuntivo per un risultato positivo, possono camuffare un indicatore di tossicità, rappresentare variazioni per un percorso di tossicità, esagerare o forse solo innescare un percorso di tossicità che possa essere assente in assenza di stress o di un’altra variabile.
La comprensione scientifica di come interagiscono geni, proteine e piccole molecole per formare pathways molecolari che mantengano la funzione delle cellule, si è evoluta rapidamente, grazie ai progressi degli strumenti molecolari e computazionali. Questa conoscenza dà metodi che non utilizzano animali e che sono migliori dei test in vivo, eliminando via via quel di più causato dalle variazioni che avvengono nella sperimentazione animale a causa del dolore, dello stress e dell’angoscia che gli animali da laboratorio patiscono durante un esperimento.
Questa variabile non valutata e non quantificata di stress, interferisce con i processi fisiologici e sconvolge percorsi critici, interferendo con il disegno sperimentale, i risultati e le osservazioni, sminuendo così o esagerando l’inferenza finale del livello di tossicità. L’assenza di questa variabile in sperimentazione non animale, rende i test più robusti, aggiunge alta velocità ed alta precisione, rendendo una previsione potenzialmente migliore.
Tessuti umani ricostruiti, “neuroni su microchip,” “organi su un circuito” “cervello in una provetta”, tossicologia computazionale e scienze “-omiche” hanno portato i test tossicologici ad una maggiore altezza nella valutazione del rischio nell’essere umano, permettendo agli scienziati di lavorare con livelli di esposizione umana reali e prevedibili, risultati umani di vita reale.
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Conclusioni
Qui il punto essenziale è comprendere che la scienza è in continua evoluzione ed evolve in modelli migliori, dalla maggiore precisione e velocità superiore, dandoci allo stesso tempo il vantaggio di stabilire gli standard umani nei test di tossicità. Una necessità benvenuta ed innegabile è che questi sviluppi sono il riconoscimento del desiderio di migliori norme mediche e standard di sicurezza per l’umanità. Una maggiore comprensione degli studi di tossicocinetica contribuirà a rendere i farmaci salvavita più sicuri e migliori e aiuterà a fissare standard robusti per una migliore assistenza sanitaria.
Tali iniziative globali ci spostano dal nostro attuale affidamento su studi di tossicità animale ad alto dosaggio ad una vasta gamma di nuovi strumenti quali genomica funzionale, proteomica, metabolomica, screening ad elevato contenuto di dati, modellazione farmacocinetica e biologia dei sistemi, per studiare gli effetti delle sostanze chimiche su cellule, tessuti e organismi in maniera rapida ed efficiente, e questo è il cambiamento radicale che osserviamo oggi nei test di tossicologia.
Studi di tossicità animale ad alto dosaggio e l’applicazione delle procedure di estrapolazione si focalizzano su segni di grave tossicità, che si traducono in incertezza quando utilizzati nella valutazione del rischio sulla salute umana, come osservato da tragedie associate a nuovi farmaci / terapie e decine di farmaci che sono stati messi fuori dal mercato nel secolo scorso, a causa dei loro effetti avversi in esseri umani, ma che non si manifestavano o non erano previsti da studi su animali. Quanto prima ci renderemo conto di questa necessità di cambiare in meglio. e ciò può essere semplicemente il realizzare che, come il dr. thomas hartung ha succintamente osservato, “non siamo topi 70 kg”.
La comprensione scientifica di come geni, proteine e piccole molecole interagiscano per formare pathways molecolari che mantengono la funzione delle cellule si è evoluta rapidamente, grazie ai progressi negli strumenti molecolari e computazionali.
Questa conoscenza dà ai metodi non animali superiorità rispetto ai metodi animali in vivo, portando via quel complemento di variazioni che c’è nella sperimentazione animale a causa del dolore e angoscia che gli animali da laboratorio patiscono durante un esperimento. Questa variabile non valutata e non quantificabile di stress, che interferisce con i processi fisiologici e sconvolge percorsi critici, interferisce con il disegno sperimentale, i risultati e le osservazioni e, quindi, compromette l’inferenza finale del livello di tossicità, essenzialmente sminuendo o esagerando la tossicità.
L’assenza di questa variabile nei test senza animali rende le prove più robuste, aggiunge alta velocità, alta precisione ed una potenziale previsione migliore. Tessuti umani ricostruiti, “neuroni su microchip,” “organi-on-a-chip” e andando ulteriormente avanti, la tossicologia computazionale e le scienze “-omiche”, hanno portato i test di tossicologia a livelli più alti nella valutazione del rischio umano, dando agli scienziati la possibilità di lavorare con i livelli reali di esposizione umana.
Per promuovere questa “scienza umana” di sperimentazione non animale, bisogna essere in grado di capire che questa è una scienza che deve essere promossa e praticata, non solo per motivi etici, ma in quanto dà un triplice vantaggio, è precisa, predittiva e priva di dolore (3 P – precisione, predizione e senza dolore).
Per citare William Russell e Rex Burch (1959): “Se vogliamo utilizzare un criterio per la scelta di esperimenti da eseguire, il criterio dell’umanità è il migliore che ci potremmo inventare. I più grandi successi scientifici sono sempre stati i più umani e più esteticamente attraenti, trasmettendo quel senso di bellezza ed eleganza che è l’essenza della scienza al suo maggior successo.”