La mayoría de los consumidores se sentirían consternados por lo poco que sabemos sobre la mayoría de los productos químicos. Solo el 3 por ciento de los productos químicos industriales, en su mayoría medicamentos y pesticidas, se someten a pruebas exhaustivas. La mayoría de los 80, 000 a 140, 000 sustancias químicas en productos de consumo no se han probado en absoluto o simplemente se han examinado superficialmente para ver qué daño pueden causar localmente, en el lugar de contacto y en dosis extremadamente altas.

Soy médico y ex director del Centro Europeo para la Validación de Métodos Alternativos de la Comisión Europea (2002-2008), y me dedico a encontrar más rápido, métodos más baratos y precisos para comprobar la seguridad de los productos químicos. Con ese fin, Ahora dirijo un nuevo programa en la Universidad Johns Hopkins para renovar las ciencias de la seguridad.

Como parte de este esfuerzo, ahora hemos desarrollado un método informático para probar sustancias químicas que podría ahorrar más de mil millones de dólares al año y más de 2 millones de animales. Especialmente en tiempos en los que el gobierno está revocando las regulaciones sobre la industria química, los nuevos métodos para identificar sustancias peligrosas son fundamentales para la salud humana y ambiental.

Cómo la computadora reemplazó a la rata de laboratorio

Nuestras pruebas computarizadas son posibles gracias a REACH (Registro, Evaluación, Legislación de Autorizaciones y Restricciones de Sustancias Químicas:Fue la primera normativa mundial en registrar sistemáticamente las sustancias químicas industriales existentes. Durante un período de una década de 2008 a 2018, al menos los productos químicos producidos o comercializados a más de 1 tonelada por año en Europa tenían que registrarse con información de pruebas de seguridad cada vez mayor en función de la cantidad vendida.

Nuestro equipo publicó un análisis crítico de las demandas de pruebas europeas en 2009 que concluyó que las demandas de la legislación solo podían cumplirse mediante la adopción de nuevos métodos de análisis químico. Europa no registra nuevos productos químicos por debajo de un mercado anual o un volumen de producción de 1 tonelada. Pero la industria química de EE. UU. De tamaño similar produce 1, 000 productos químicos en este rango de tonelaje al mercado cada año. Sin embargo, Europa hace un trabajo mucho mejor al solicitar datos de seguridad. Esto también resalta cuántas sustancias nuevas deben evaluarse cada año, incluso cuando se producen en pequeñas cantidades por debajo de 1 tonelada. que no están regulados en Europa. Los métodos informáticos rápidos y económicos se prestan a este propósito.

Nuestro grupo aprovechó el hecho de que REACH puso a disposición del público sus datos de seguridad sobre sustancias químicas registradas. En 2016, reformateamos los datos de REACH, haciéndolo legible por máquina y creando la base de datos toxicológica más grande de la historia. Se registró 10, 000 productos químicos y los conectó al 800, 000 estudios asociados.

Esto sentó las bases para probar si las pruebas con animales, consideradas el estándar de oro para las pruebas de seguridad, eran reproducibles. Algunas sustancias químicas se probaron sorprendentemente a menudo en la misma prueba con animales. Por ejemplo, dos productos químicos se probaron más de 90 veces en ojos de conejo; Se probaron 69 sustancias químicas más de 45 veces. Este enorme desperdicio de animales, sin embargo, nos permitió estudiar si estas pruebas con animales arrojaron resultados consistentes.

Nuestro análisis mostró que estas pruebas, que consumen más de 2 millones de animales al año en todo el mundo, simplemente no son muy confiables:cuando se prueban en animales, una sustancia química conocida como tóxica solo se prueba en aproximadamente el 70 por ciento de las pruebas repetidas con animales. Estas fueron pruebas en animales realizadas de acuerdo con las directrices de prueba de la OCDE bajo Buenas Prácticas de Laboratorio, es decir, lo mejor que puedas conseguir. Esto muestra claramente que la calidad de estas pruebas está sobrevalorada y las agencias deben probar estrategias alternativas para evaluar la toxicidad de varios compuestos.

Big data más confiable que la experimentación con animales

Siguiendo la visión de la Toxicología para el siglo XXI, un movimiento liderado por agencias estadounidenses para renovar las pruebas de seguridad, trabajo importante fue realizado por mi Ph.D. el estudiante Tom Luechtefeld en el Centro Johns Hopkins para Alternativas a las Pruebas con Animales. Trabajando en equipo con Underwriters Laboratories, ahora hemos aprovechado una base de datos ampliada y el aprendizaje automático para predecir propiedades tóxicas. Como informamos en la revista Toxicological Sciences, Desarrollamos un algoritmo y una base de datos novedosos para analizar sustancias químicas y determinar su toxicidad, lo que llamamos relación de actividad de estructura de extrapolación, RASAR.

Para hacer esto, Primero creamos una enorme base de datos con 10 millones de estructuras químicas agregando más bases de datos públicas llenas de datos químicos, cuales, si haces los números, representan 50 billones de pares de sustancias químicas. Luego, una supercomputadora creó un mapa del universo químico, en el que los productos químicos se colocan muy juntos si comparten muchas estructuras en común y lejos donde no lo hacen. La mayor parte del tiempo cualquier molécula cercana a una molécula tóxica también es peligrosa. Incluso más probable si hay muchas sustancias tóxicas cerca, las sustancias inofensivas están lejos. Ahora se puede analizar cualquier sustancia colocándola en este mapa.

Si esto suena simple, no es. Requiere 500 millones de cálculos matemáticos por sustancia química para ver dónde encaja. La vecindad química se centra en 74 características que se utilizan para predecir las propiedades de una sustancia. Usando las propiedades de los químicos vecinos, podemos predecir si una sustancia química no probada es peligrosa. Por ejemplo, para predecir si una sustancia química causará irritación ocular, nuestro programa informático no solo utiliza información de productos químicos similares, que fueron probados en ojos de conejo, pero también información para la irritación de la piel. Esto se debe a que lo que suele irritar la piel también daña el ojo.

¿Qué tan bien identifica la computadora las sustancias químicas tóxicas?

Este método se utilizará para sustancias nuevas no probadas. Sin embargo, si hace esto para productos químicos para los que realmente tiene datos, y comparar la predicción con la realidad, puede probar qué tan bien funciona esta predicción. Hicimos esto por 48, 000 sustancias químicas bien caracterizadas por al menos un aspecto de toxicidad, y encontramos las sustancias tóxicas en el 89 por ciento de los casos.

Esto es claramente más preciso que las pruebas con animales correspondientes, que solo arrojan la respuesta correcta el 70 por ciento de las veces. El RASAR ahora será formalmente validado por un comité interinstitucional de 16 agencias de EE. UU., incluyendo la EPA y la FDA, que desafiará nuestro programa informático con productos químicos cuyo resultado se desconoce. Este es un requisito previo para la aceptación y el uso en muchos países e industrias.

El potencial es enorme:el enfoque RASAR se basa esencialmente en datos químicos que se registraron para los plazos REACH de 2010 y 2013. Si nuestras estimaciones son correctas y los productores de productos químicos no hubieran registrado productos químicos después de 2013, y en su lugar usamos nuestro programa RASAR, hubiéramos ahorrado 2.8 millones de animales y $ 490 millones en costos de pruebas, y hubiéramos recibido datos más confiables. Tenemos que admitir que este es un cálculo muy teórico, pero muestra cuán valioso podría ser este enfoque para otros programas regulatorios y evaluaciones de seguridad.

En el futuro, un químico podría comprobar RASAR incluso antes de sintetizar su próximo producto químico para comprobar si la nueva estructura tendrá problemas. O un desarrollador de productos puede elegir alternativas a las sustancias tóxicas para usar en sus productos. Esta es una tecnología poderosa, que apenas comienza a mostrar todo su potencial.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.