体外毒理学展望
时间: 2015-11-09 12:28:45 来源: 申江替代论坛
“Mammalian tissue cultures have become one of the most important replacement techniques, and indeed one of the most important developments in biology”(Russell and Burch, 1959).
2015年奥地利因斯布鲁克医科大学教授Paul Jennings在Toxicology in Vitro杂志发表综述文章，阐述了体外毒理学展望。本文罗列文章重点内容，供大家参考。
1959年Russell和Burch提出“哺乳动物组织培养将成为最重要的替代技术之一”，提出3R原则。随着永生化细胞、材料科学以及生物工程技术的发展与应用，我们能够更好的了解化学物处理导致细胞干扰的机制，利用这些知识和工具以及生物动力学知识，我们能够有利于监管目的的策略。通过整合不同学科技方式，人体体外系统能够成为重要的毒理学工具，最终完全替代动物模型。
1959年Russell和Burch提出3R原则，在46年后的今天其中的许多原则仍然适用。尽管他们提出应减少动物试验的非人性化程序，但也承认需要借组现代医学和基础科学知识的发展。
体外技术发展的两大问题：
1. 太多选择：如靶器官、原代细胞与细胞系，2D与3D，固体载体与滤膜嵌入，静态培养与培养液灌注。其他因素如细胞外基质、基础培养基类型、补充因子、血清、氧饱和度等。这些因素并没有使得体外方法简单化，而是我们建立更为复杂和高端的器官类型细胞培养系统。
2. 没有一种方法能够模拟标准人体。由于人群具有的遗传多态性，其中一些基因多态性与疾病风险相关。另外，不同个体其生活方式，饮食习惯，暴露情况，组织健康水平等均不同。未来，体外系统将需要解决人群动态性的问题。
原代细胞 | 人细胞系和肿瘤来源细胞 | 人诱导的多能干细胞 |
优点 | ||
·已有成熟的分化类型 ·人类的，细胞周期调节无改变 ·供体表观遗传印记占优势 | ·寿命不限 ·容易标准化 ·高度可复制性 | ·能够吸收特定个体 ·遗传背景清楚 ·人类的（细胞周期调节无改变） ·相同遗传背景来源生成不同靶细胞 |
缺点 | ||
·去分化（适应细胞培养环境） ·通常缺少供体资料 ·可能来源于疾病组织 ·有限的传代能力（端粒缩短，p53活化） ·人体组织可获得性受限 ·每次分离需要鉴定 ·不易标准化
| ·可能获得或丢失一些特性 ·永生化可能导致细胞改变 ·遗传飘变可能抑制p53 | ·需要重新改变细胞并证明多能性 ·需要制定分化程序 ·可能导致混合细胞群体 ·复制分化程序困难 ·每次分化需要定性 ·与体内靶表型相似性不如原代细胞或细胞系 供体表观遗传印迹可能丢失 |
毒理学利用细胞培养最大的优势是能够研究毒理学机制。传统毒理学关注细胞死亡测试，如MTT，刃天青、caspase测试，然而这些体外毒理学采用死亡测试并不能推进体外毒理学的发展，因为机制和生物动力学可能被忽略。利用高内涵技术如代谢组学、蛋白质组学有利于研究分子机制，三种组学的整合能够对化学物干扰细胞生物学过程，激活防御的深入机制研究提供很大帮助。借助这些方法能够有利于理解化学物引起细胞应激的早期或邻近的事件，从而判断化学物在特定暴露环境的毒性。基于机制的毒性室Tox21概念的指导原则。
应激反应通路是高度保守的防御反应，确保细胞稳态，凋亡的策略也是在牺牲受损细胞的基础上保护组织。
图 应激反应通路、毒性通路和有害结局路径
iPSC用于药物和化学物安全性评估的组合方式
In vitro toxicology is a rapidly developing science and will form the basis of future human chemical safety assessment regimes ultimately replacing animal testing entirely, not because it is more ethical but because it is better.
体外毒理学是快速发展的学科，将成为未来人类化学物安全性评估的基础，最终将完全替代动物测试，不是因为其更具道德，而是比动物试验更好。
