«Век биологии» – именно так ученые назвали XXI век еще до его наступления, пока он не стал повседневной реальностью для обычного человека, который продолжает пользоваться плодами «века физики» и, конечно же, «века химии».
Окруженные сотнями тысяч созданных цивилизацией химических веществ, мы начинаем все больше понимать, что вся эта химико-индустриальная мощь может быть опасна для нас самих и той среды, в которой мы существуем. Воздух, которым мы дышим, вода, которую пьем, почва, которая дает нам продукты питания, лекарства, которыми лечимся, строительные материалы для наших домов и многое другое – не представляют ли они угрозы для нашего здоровья и здоровья наших детей, не приведет ли их накопление до необратимых изменений в живой природе?
Как получить ответы на эти вопросы? За последние 10 лет появились крупные международные программы (европейские и американские), цель которых – проверить безопасность десятков тысяч химических соединений, объем производства которых в мире превышает одну тонну. Для реализации этих проектов выделяются большие средства, привлечены сотни высококвалифицированных специалистов, используется современное оборудование. Все, кажется, понятно: исследования ведутся, им уделяется должное внимание. И здесь на первый план выступает один из важнейших для современной токсикологии вопрос: как в сжатые сроки выполнить такой огромный массив работ по тестированию токсичности невероятного количества новых химических веществ, которые, к тому же, появляются каждый год?
Осведомленный читатель сразу возразит: а как же предназначенные для этого белые крысы, кролики и мыши, которых специально разводят в вивариях и о которых мы слышали еще на уроках биологии в школе? Ведь эти лабораторные животные используются не одно десятилетие, благодаря ним получены важные результаты для биологии и медицины. И, кстати, все тот же читатель спросит: разве все вышеупомянутые вещества (особенно лекарственные препараты) не должны проходить проверку перед тем, как будет разрешено их производство? Тогда в чем же проблема?
Проблем, как минимум, две. Первая: методы проверки токсичности, которые существуют сегодня, очень дорого стоят (речь идет о миллионах долларов на содержание вивариев и проведение тестов) и требуют достаточно много времени для получения достоверных результатов. Так, согласно законодательству разных стран, для проверки хронической токсичности требуется проведение непрерывного эксперимента продолжительностью от нескольких месяцев до двух лет.
Вторая проблема более серьезная: насколько надежны данные, полученные на лабораторных животных, при переносе (экстраполяции) их на организм человека. То есть насколько эти показатели токсичности будут совпадать с результатами, полученными с помощью наблюдений за пациентами в клиниках. Или, иначе говоря, какая их ценность при предвидении угрозы для здоровья человека.
И, наконец, этическая проблема: проведение широкомасштабных токсикологических экспериментов связано с гибелью сотен тысяч (даже миллионов) животных, таких же млекопитающих, как и человек.
Помочь в решении поставленных вопросов призваны альтернативные методы биотестирования, созданию и совершенствованию которых уделяется значительное внимание в течение последних 20 лет. Под биотестированием понимается использование систем, в которых применяются различные живые тест-объекты (растения и животные), включая микроорганизмы, изолированные клетки человека и даже очищенные из тканей или искусственно созданные молекулы.
В основе применения таких систем лежат две идеи. Первая – использование простых методик определения соединений на объектах с высокой чувствительностью к действию токсичных веществ. Вторая – изучение действия агентов, которые нас интересуют, на изолированные (как правило, культивируемые – т.е. поддерживаемые некоторое время в созданных искусственных условиях) клетки человека и животных с целью выявления прямого эффекта токсиканта на ткани-мишени.
Обычно среди преимуществ биотестирования выделяют малое время, необходимое для проведения анализа образца (от нескольких часов до нескольких суток), и сравнительную доступность таких методов, включая достаточно простое оборудование для содержания в лаборатории мелких беспозвоночных и позвоночных животных, таких как ракообразные дафнии или рыбки данио-рерио, а также культур клеток млекопитающих и микроорганизмов.
Показательным примером проведения биотестирования может служить использование клеток человека, выращенных в специальных 96-луночных планшетах. После того, как клетки прикрепляются ко дну лунок и адаптируются к условиям микроокружения, в разные лунки добавляют образцы жидкой среды, содержащие возрастающие количества тестируемого вещества. Через 1-3 суток определяют с помощью специальных красителей жизнеспособность клеток во всех лунках. Там, где наблюдается выраженное действие добавленного агента на клетки, можно предполагать наличие токсического эффекта этой концентрации вещества на соответствующие ткани организма.
Другим интересным объектом является икринки рыбы. Они быстро развиваются, формируя личинки. Можно регистрировать последовательные стадии этого процесса. Если добавить токсичное вещество в водную среду, то наблюдаются различные нарушения и отклонения в развитии эмбрионов, вплоть до их гибели. Чувствительность некоторых водных беспозвоночных животных может быть очень высокой, такой, что превосходит в десятки раз чувствительность изолированных клеток. Этим определялось первоначальное использование таких тестов для обнаружения токсичных веществ в окружающей среде, что входило (и входит) в комплекс мероприятий по экологическому мониторингу.
Несмотря на очевидную перспективность и возможные преимущества альтернативных способов биотестирования, сейчас в мире ни один из них не принят на вооружение как официально разрешенный метод проверки токсичности лекарственных препаратов или химических веществ бытового назначения.
Одним из немногих исключений является применение искусственно выращенных аналогов кожи человека, что позволяет заменить широко используемый в течение многих десятилетий тест на раздражение кожи, в ходе которого исследуемый препарат наносится на глаз кролика (тест Драйза, очень болезненный для животного).
Применение аналогов кожи проходит заключительные стадии апробации в Европейском Союзе. Интересно отметить, что в разработке доступной коммерческой модели на основе трехмерных культур клеток кожи активно участвовала одна из крупнейших косметологических фирм мира, ведь новые директивы Евросоюза резко ограничивают опыты на животных при создании косметологических препаратов. Можно также вспомнить и перспективные разработки в области определения генотоксичности, основанные на молекулярно-биологических подходах.
В чем же причина сложившейся ситуации с «узаконением» альтернативных методов в токсикологии? Ведь существует насущная потребность в использовании новых методов, есть многолетние интересные работы многих лабораторий, причем методы тестирования на культивируемых клетках активно применяются ведущими фармацевтическими фирмами на этапах разработки и отбора новых препаратов. Что останавливает широкое внедрение этих методов с целью замены (или существенного сокращения) опытов на животных-млекопитающих? А дело просто в рутинной практике использования давно принятых, хотя и несовершенных методов. Люди с опаской реагируют на все новое, и в этом наша проблема.
Паламарчук Ирина
Окруженные сотнями тысяч созданных цивилизацией химических веществ, мы начинаем все больше понимать, что вся эта химико-индустриальная мощь может быть опасна для нас самих и той среды, в которой мы существуем. Воздух, которым мы дышим, вода, которую пьем, почва, которая дает нам продукты питания, лекарства, которыми лечимся, строительные материалы для наших домов и многое другое – не представляют ли они угрозы для нашего здоровья и здоровья наших детей, не приведет ли их накопление до необратимых изменений в живой природе?
Как получить ответы на эти вопросы? За последние 10 лет появились крупные международные программы (европейские и американские), цель которых – проверить безопасность десятков тысяч химических соединений, объем производства которых в мире превышает одну тонну. Для реализации этих проектов выделяются большие средства, привлечены сотни высококвалифицированных специалистов, используется современное оборудование. Все, кажется, понятно: исследования ведутся, им уделяется должное внимание. И здесь на первый план выступает один из важнейших для современной токсикологии вопрос: как в сжатые сроки выполнить такой огромный массив работ по тестированию токсичности невероятного количества новых химических веществ, которые, к тому же, появляются каждый год?
Осведомленный читатель сразу возразит: а как же предназначенные для этого белые крысы, кролики и мыши, которых специально разводят в вивариях и о которых мы слышали еще на уроках биологии в школе? Ведь эти лабораторные животные используются не одно десятилетие, благодаря ним получены важные результаты для биологии и медицины. И, кстати, все тот же читатель спросит: разве все вышеупомянутые вещества (особенно лекарственные препараты) не должны проходить проверку перед тем, как будет разрешено их производство? Тогда в чем же проблема?
Суть проблемы
Проблем, как минимум, две. Первая: методы проверки токсичности, которые существуют сегодня, очень дорого стоят (речь идет о миллионах долларов на содержание вивариев и проведение тестов) и требуют достаточно много времени для получения достоверных результатов. Так, согласно законодательству разных стран, для проверки хронической токсичности требуется проведение непрерывного эксперимента продолжительностью от нескольких месяцев до двух лет.
Вторая проблема более серьезная: насколько надежны данные, полученные на лабораторных животных, при переносе (экстраполяции) их на организм человека. То есть насколько эти показатели токсичности будут совпадать с результатами, полученными с помощью наблюдений за пациентами в клиниках. Или, иначе говоря, какая их ценность при предвидении угрозы для здоровья человека.
И, наконец, этическая проблема: проведение широкомасштабных токсикологических экспериментов связано с гибелью сотен тысяч (даже миллионов) животных, таких же млекопитающих, как и человек.
Биотестирование как спасение
Помочь в решении поставленных вопросов призваны альтернативные методы биотестирования, созданию и совершенствованию которых уделяется значительное внимание в течение последних 20 лет. Под биотестированием понимается использование систем, в которых применяются различные живые тест-объекты (растения и животные), включая микроорганизмы, изолированные клетки человека и даже очищенные из тканей или искусственно созданные молекулы.
В основе применения таких систем лежат две идеи. Первая – использование простых методик определения соединений на объектах с высокой чувствительностью к действию токсичных веществ. Вторая – изучение действия агентов, которые нас интересуют, на изолированные (как правило, культивируемые – т.е. поддерживаемые некоторое время в созданных искусственных условиях) клетки человека и животных с целью выявления прямого эффекта токсиканта на ткани-мишени.
Обычно среди преимуществ биотестирования выделяют малое время, необходимое для проведения анализа образца (от нескольких часов до нескольких суток), и сравнительную доступность таких методов, включая достаточно простое оборудование для содержания в лаборатории мелких беспозвоночных и позвоночных животных, таких как ракообразные дафнии или рыбки данио-рерио, а также культур клеток млекопитающих и микроорганизмов.
Объекты исследований
Показательным примером проведения биотестирования может служить использование клеток человека, выращенных в специальных 96-луночных планшетах. После того, как клетки прикрепляются ко дну лунок и адаптируются к условиям микроокружения, в разные лунки добавляют образцы жидкой среды, содержащие возрастающие количества тестируемого вещества. Через 1-3 суток определяют с помощью специальных красителей жизнеспособность клеток во всех лунках. Там, где наблюдается выраженное действие добавленного агента на клетки, можно предполагать наличие токсического эффекта этой концентрации вещества на соответствующие ткани организма.
Другим интересным объектом является икринки рыбы. Они быстро развиваются, формируя личинки. Можно регистрировать последовательные стадии этого процесса. Если добавить токсичное вещество в водную среду, то наблюдаются различные нарушения и отклонения в развитии эмбрионов, вплоть до их гибели. Чувствительность некоторых водных беспозвоночных животных может быть очень высокой, такой, что превосходит в десятки раз чувствительность изолированных клеток. Этим определялось первоначальное использование таких тестов для обнаружения токсичных веществ в окружающей среде, что входило (и входит) в комплекс мероприятий по экологическому мониторингу.
Проблемное «узаконивание»
Несмотря на очевидную перспективность и возможные преимущества альтернативных способов биотестирования, сейчас в мире ни один из них не принят на вооружение как официально разрешенный метод проверки токсичности лекарственных препаратов или химических веществ бытового назначения.
Одним из немногих исключений является применение искусственно выращенных аналогов кожи человека, что позволяет заменить широко используемый в течение многих десятилетий тест на раздражение кожи, в ходе которого исследуемый препарат наносится на глаз кролика (тест Драйза, очень болезненный для животного).
Применение аналогов кожи проходит заключительные стадии апробации в Европейском Союзе. Интересно отметить, что в разработке доступной коммерческой модели на основе трехмерных культур клеток кожи активно участвовала одна из крупнейших косметологических фирм мира, ведь новые директивы Евросоюза резко ограничивают опыты на животных при создании косметологических препаратов. Можно также вспомнить и перспективные разработки в области определения генотоксичности, основанные на молекулярно-биологических подходах.
В чем же причина сложившейся ситуации с «узаконением» альтернативных методов в токсикологии? Ведь существует насущная потребность в использовании новых методов, есть многолетние интересные работы многих лабораторий, причем методы тестирования на культивируемых клетках активно применяются ведущими фармацевтическими фирмами на этапах разработки и отбора новых препаратов. Что останавливает широкое внедрение этих методов с целью замены (или существенного сокращения) опытов на животных-млекопитающих? А дело просто в рутинной практике использования давно принятых, хотя и несовершенных методов. Люди с опаской реагируют на все новое, и в этом наша проблема.
Паламарчук Ирина
Поделитесь в соцсетях:
