40多年来,联合利华一直在研究和应用动物试验的替代品,与工业界、学术界、政府科学家和非政府组织合作,提供证据、教育、改变观念、挑战法规,最终开创一个不依赖于动物模型的可持续安全试验的新时代。

人类的生物学与大鼠、小鼠或兔子不同,不能保证动物实验的结果也适用于人类。尽管近年来在开发与人类更相关的替代品方面取得了巨大进展,但监管机构是否接受这些替代品仍然是个问题。

人类对化学物质的代谢往往与动物不同,这进一步降低了动物模型与接触化学物质的相关性。联合利华的计算科学家和团队负责人史蒂夫•古特塞尔(Steve Gutsell)说:“有时,身体会以激活某种物质的方式代谢某些物质,并使其变得更糟。安全及环境保障中心(SEAC)。他认为,许多动物和人类效应不同的例子都源于新陈代谢。

如果你与该领域的顶尖科学家交谈,动物模型现在已经过时了

Steve Gutsell,联合利华的计算科学家和团队负责人

大量的努力已经投入到与人类相关的细胞模型和方法的开发中,这些模型和方法可以更准确地评估人类的暴露,并且已经取得了巨大的进展。古塞尔说:“如果你和该领域的顶尖科学家交谈,你会发现动物模型现在已经过时了。”“标准的老鼠毒性研究已经半个多世纪没有进展了。”

联合利华大约在40年前开始认真考虑使用基于细胞的实验进行动物实验的问题。计算机建模现在也发挥着巨大的作用,SEAC团队包括30多名数学建模师、计算化学家和生物信息学家。

然而,很少有个别动物试验直接被非动物试验替代的具体例子。相反,成功的替代依赖于采取完全不同的方法。

以暴露为导向的风险评估可用于为安全决策提供信息。古特塞尔说:“你可以确定暴露程度,然后需要考虑哪些危害,从而确定最终的风险。”我们认为应该这样做。但你也可以用另一种方式,看看所有可能的危险,收集信息,确保安全。”

合作的进展

几项外部合作,尤其是与美国环境保护署(EPA)的合作,以及与剑桥大学化学家的合作,对联合利华的进步起到了重要作用。该公司还与其他公司和机构密切合作,作为欧盟ToxRisk研究计划,寻找方法使安全科学摆脱对动物试验的依赖。

化学受体相互作用的数量现在被编入目录,并在数据库中可用,这代表了一个真正的飞跃

史蒂夫Gutsell

以剑桥大学乔纳森·古德曼(Jonathan Goodman)团队的合作为例。不良结局途径(AOPs)的观点是毒理学是一个可以被绘制出来的事件的逻辑序列。古塞尔说:“如果你谈论的是由于接触某种化学物质而发生的不良事件,有两个定位点。”“对一个人来说,这是不利的结果——他们可能会出皮疹,行为改变,甚至死亡。”但第一个锚点是化学相互作用,即“分子启动事件”(MIE)。这是化学,不是生物学。”

如果一种化学物质引起与AOP相关的MIE,它可能(也可能不会)导致不良事件。但是,关键的是,如果它没有引起MIE,它就不能。他说:“例如,如果它不与雌激素受体结合,它就不会通过雌激素机制产生内分泌效应。”

古德曼意识到,更不用说地图了,密斯的地图集将是一个有价值的工具。Gutsell说:“化学受体相互作用的数量现在被分类并在数据库中可用,这代表了一个真正的变化。”“我一开始是通过建模做结构-活动关系的定量预测,大概有10到100个数据点。现在,每个模型通常有2000到10,000个数据点,剑桥小组已经为100多个密斯开发了预测模型。“它是如此的成功,地图集项目被授予Lush科学奖为2020年的动物试验替代努力。

最重要的是,联合利华现在有一个内部软件工具,可以使用人工智能和神经网络来进行预测。古特塞尔说:“你给它一个化学结构,它将它与100个潜在的密体进行筛选,并告诉你这种相互作用是否可能发生。”“这种笼统的方法在一定程度上保证了毒理学的广阔生物学空间正在被覆盖,并可以指导进一步的体外测试。”

第二项重要的合作始于2015年,与美国环保署合作。环境保护署的Toxcast该计划正在使用体外试验,优先选择那些最有可能有毒的化学物质进行进一步的动物试验。联合利华想知道是否可以根据体外数据,通过添加暴露场景来做出安全决策。

联合利华SEAC的化学科学负责人保罗·拉塞尔说:“你要找的是大范围的接触——暴露水平与你开始看到生物效应的水平之间的巨大差异。”“效果非常好。该检测试剂盒已经从当时的商业产品发展而来,现在它具有相当的针对性,而且更适合人类。它着眼于细胞的表型效应、受体相互作用以及转录变化。”

监管的皱纹

欧洲化学品署总部

来源:Vadelmavene, CC BY-SA 4.0

欧洲化学品管理局执行Reach法规,通常需要动物试验数据来验证安全性,即使危害和风险很低。联合利华正与其合作伙伴共同努力,以提高行业和监管机构对非动物方法如何确保化学品安全性的理解。

尽管从伦理和科学的角度来看,人们都希望放弃动物实验,但监管机构可能仍会要求进行动物实验。在欧盟,消费者安全科学委员会监督非食品消费品的安全,联合利华与他们讨论了如何将“下一代”安全科学的发展应用于化妆品。“他们很乐意将基于暴露的风险评估作为对产品做出安全决策的一种方式,而不是要求动物数据,”Gutsell说。

然而,有一个二分法——化妆品中的成分在欧盟生产或进口时,必须根据Reach(化学品的注册、评估、授权和限制)进行注册。而且注册过程总是需要动物试验的数据。

他说:“欧洲化学品管理局(ECHA)实施Reach法规的方式基本上是要求你做动物试验。”工业界已经尝试了包括各种替代品在内的提交材料,但这些文件经常被拒绝,ECHA要求进行90天啮齿动物喂养研究等测试。许多化学品供应商感到别无选择,只能进行动物试验。

我们需要更好地阐明这一点;ECHA需要更好地理解它。

史蒂夫Gutsell

不过,对于一些明确的终点,例如皮肤敏化,有经经合组织验证的体外方法,其价值是明确的。对于更复杂的系统效应,需要转变思维方式。古特塞尔说:“你永远找不到直接替代经典的90天啮齿动物喂养研究的方法,在这种研究中可能会发生很多系统性影响。”“想要有一种即时的替代方法,比如基于细胞的检测或计算机模型,是不现实的。”

我们需要真正转变心态。产品中某种成分的含量可能非常少,消费者使用时暴露量也很低。但欧洲化学品管理局也担心大量生产和使用这些化学品的工人的职业安全,而不仅仅是存在于个人消费品中的少量化学品。即便如此,在现实中,工厂环境中暴露的可能性可能非常低,尽管产量很大。

古特塞尔举了联合利华(Unilever)在生产肥皂产品的反应中使用的一种化学物质的例子。他说:“这种物质实际上没有任何危险:如果长时间与手接触,它会有轻微的刺激性。”“在工作中几乎不可能接触到它:操作人员唯一可能接触到它的时间是在没有正确遵守维护协议的情况下。即使这样,危害和风险也非常低。然而,ECHA表示,由于存在接触的可能性,无论这种可能性有多大,都需要进行检测。”

我们需要在世界各地免费提供翻译成多种语言的教育和培训材料,以便人们能够了解如何应用新工具进行风险评估

保罗·拉塞尔,联合利华化学科学领袖

Reach以二元的方式考虑有毒和无毒的方式是不科学的,他补充道。他说,这是一个浮动的比例,而且有完全可以接受的曝光量。更好的说法是,如果一种物质在这些控制下使用,或低于这些水平,那么它就是安全的。如果我们只花10%的精力来生成动物数据来了解工人在工厂里的实际暴露情况,我们就可以证明测试是不必要的。我们需要更好地阐明这一点;ECHA需要更好地理解这一点。”

罗素表示同意。他说:“我们需要在世界各地免费提供非动物方法评估安全性的教育和培训材料,翻译成多种语言,这样人们就能理解如何应用新工具来进行风险评估。”“采取以暴露为主导的方法是在没有动物的情况下做到这一点的关键。”“与国际人道协会合作的无动物安全评估合作和拯救拉尔夫运动等项目对于提高人们的意识很重要,许多其他行业合作伙伴也参与其中。”

他补充说,联合利华还大力倡导全球监管改革,并反对ECHA的要求,即无论如何使用化学品,都需要进行更多的动物试验。他说:“我们需要分享我们的科学,让我们在研究项目中所做的一切都可以公开。”“我们必须分享非动物方法应用的案例研究,以证明我们不需要使用动物。”科学已经存在了。我们需要利用它。”