Sigue siendo cierto que se requieren datos de estudios en animales para evaluar la seguridad de una sustancia para los seres humanos. Sin embargo, El Instituto Fraunhofer de Toxicología y Medicina Experimental ITEM se ha asociado con 39 socios de 13 países en una variedad de proyectos, todos ellos tienen un objetivo común:lograr un cambio de paradigma, alejándose de la experimentación con animales y hacia una comprensión más profunda de cómo funcionan las sustancias químicas.

En Alemania, el número de animales de prueba ha permanecido prácticamente igual durante varios años. Según el Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura de Alemania (BMEL), un total de 2, 825, 066 animales se utilizaron en experimentos con animales en 2018. Dra. Sylvia Escher, jefe del Departamento de Toxicología In-silico en Fraunhofer ITEM en Hannover, busca desarrollar alternativas a la experimentación con animales. "En nuestro instituto, trabajamos con varios grupos en nuevos conceptos para la evaluación de riesgos químicos, "explica el químico. Los dos ejemplos que ella nombra son los proyectos EXITOX y EU-ToxRisk. Ambos tienen como objetivo desarrollar estrategias de prueba basadas en líneas celulares humanas y secciones de órganos, que están destinados a reducir y, a largo plazo, reemplazar los experimentos con animales.

Una alternativa mejor y más conservadora

El objetivo es desarrollar una alternativa que no solo sea más conservadora sino también mejor. En la experimentación convencional con animales, los científicos observan la aparición de efectos tóxicos, como inflamación o cambios tisulares en el órgano relevante, tras la administración de la sustancia problema. En particular, buscan determinar si la exposición continua a una sustancia daña el organismo o si una concentración baja, como el que se absorbe a diario del aire, permanece acrítico. "En EU-ToxRisk y EXITOX, estamos investigando el modo de acción que conduce al efecto tóxico observado. Y dado que estamos utilizando sistemas de prueba en humanos en lugar de pruebas en animales, esperamos que los resultados sean más relevantes para los humanos, "dice Escher, señalando los beneficios de este enfoque.

Varios grupos de trabajo de Fraunhofer ITEM participan en tres de los nueve estudios de casos que se están llevando a cabo como parte del proyecto EU-ToxRisk. Dra. Tanja Hansen, jefe del Grupo de Trabajo sobre Sistemas de Ensayos In vitro, actualmente está investigando la toxicología de compuestos volátiles, usando dicetonas como ejemplo. El representante más conocido de este grupo de sustancias es el diacetilo, un compuesto químico que se encuentra naturalmente en la mantequilla. Se utiliza una versión de producción industrial para dar un sabor a mantequilla a las palomitas de maíz, por ejemplo.

Simulaciones con tejido humano

¿Qué sucede cuando las personas inhalan diacetil? ¿Puede dañar los pulmones? Para responder a estas preguntas, Escher y Hansen utilizan un aparato que fue desarrollado en Fraunhofer ITEM:el P.R.I.T. ExpoCube. Esto les permite simular el efecto de sustancias volátiles en células y tejidos.

Para simular la situación en el pulmón, los científicos utilizan células epiteliales bronquiales humanas que se cultivan en membranas en la interfaz aire-líquido. El diacetilo gaseoso se pasa sobre la superficie de estas células por medio del P.R.I.T. ExpoCube. Luego se emplean métodos bioquímicos para examinar el efecto sobre las células. Tras un análisis exhaustivo de la expresión génica, los investigadores pueden identificar qué genes han activado o desactivado las células. Luego usan estos datos para determinar qué vías de señal se activaron dentro de la célula. Estas pueden ser vías de señales que conducen a la producción de sustancias mensajeras que causan inflamación.

En el siguiente paso, la investigación avanza a nivel de órganos. Aquí, los investigadores utilizan secciones de tejido vivo cultivadas a partir de pulmones humanos, que poseen muchas funciones del órgano actual. Al igual que con los cultivos celulares, las secciones de pulmón ahora están expuestas al diacetilo en el P.R.I.T. ExpoCube y luego analizado.

Para simular el comportamiento de sustancias inhaladas en el cuerpo, los socios del proyecto utilizan modelos de cálculo complejos conocidos como "métodos in silico". Estos modelos asistidos por computadora pueden reproducir con un alto grado de precisión cómo un organismo absorbe, distribuye y excreta una sustancia inhalada. "En combinación, Los datos in vitro e in silico proporcionan una imagen más precisa de cómo sustancias como el diacetilo dañan los pulmones, "Explica Escher.

Usando datos de sustancias similares

Un primer paso hacia la incorporación de métodos alternativos en la evaluación de riesgos es el enfoque de extrapolación. Si se va a aprobar una nueva sustancia química de acuerdo con este método, la primera tarea es buscar sustancias similares para las que ya existen datos toxicológicos de ensayos con animales. En el enfoque de extrapolación, estos datos luego se aplican a la nueva sustancia química. "Este enfoque ya está en uso. En la práctica, sin embargo, todavía está resultando difícil demostrar que dos productos químicos son tan similares que de hecho tienen la misma toxicidad, ", dice Escher." Esta es la razón por la que las autoridades reguladoras no suelen aceptar los enfoques de extrapolación ".

En los estudios de caso, Los equipos del proyecto investigaron grupos de sustancias estrechamente relacionadas y recopilaron datos completos in vitro e in silico. Sobre la base de estas investigaciones, pudieron demostrar que los métodos alternativos son perfectamente capaces de determinar la toxicidad de materiales estructuralmente relacionados.

Consulta con autoridades reguladoras

El proyecto EU-ToxRisk no solo involucra a universidades, institutos de investigación y empresas, sino también autoridades reguladoras. La consulta cercana con los toxicólogos que trabajan para los organismos reguladores es vital para que estas nuevas estrategias de pruebas integradas tengan éxito. Porque solo si las autoridades nacionales y de la UE aprueban estos procesos recientemente desarrollados para evaluar la toxicidad, las pruebas con animales pueden reemplazarse.