Учените в цяла Европа съчетават изкуствен интелект, човешки клетки и мини-органи, за да предвидят вредата от химическите въздействия, и така намаляват необходимостта от изпитвания върху животни.
От Гарет Уилмър
Всяка година в ЕС се използват около 150 000 животни, предимно плъхове и мишки, за изпитване на безопасността на химикалите за ежедневна употреба, но в тази област настъпват промени. Защитниците на правата на животните отдавна изразяват загриженост относно тази практика, но все още не е намерен отговор доколко резултатите, получени при животни, са приложими към хората.
Поради това изследователите са се заели да разработят по-надеждни и по-малко инвазивни методи за тестване на базата на вече наложената забрана на ЕС за изпитвания върху животни при производството на козметични продукти.
„Фирмите трябва да се регистрират и да докажат, че веществата, които произвеждат, са безопасни, за да получат достъп до европейския пазар“, заяви професор Джон Колборн, биолог, специализирал в областта на екологичната геномика в Университета в Бирмингам, Великобритания, където ръководи и Центъра за екологични изследвания и правосъдие.
Това задължение произтича от REACH (регламентът на ЕС, уреждащ безопасността на химичните вещества), който също така ангажира Европа с т.нар. „три R-та“ (заместване, намаляване, усъвършенстване) — заместване на опитите върху животни, където това е възможно; намаляване на броя на животните, използвани за изпитвания; и усъвършенстване на процедурите с цел минимизиране на страданията на животните.
Колборн ръководи една от трите тясно свързани изследователски инициативи, които от 2021 г. работят по различни направления, но с една и съща цел — замяната на тестовете за химическа безопасност върху животни с подходи, които не включват използването на животни, включително методи „ин витро“ и методи, базирани на изкуствен интелект. Изследването e проведено в рамките на ASPIS — изследователският клъстер на ЕС с бюджет от 60 милиона евро, посветен на тестовете за химическа безопасност от ново поколение.
В законодателството на ЕС се предвижда, че животните трябва да се използват само като последна мярка. Намаляването на изпитванията върху животни обаче е свързано и с безопасността на хората, както и с хуманното отношение към животните.
„Може би 50 % от експериментите с животни, които провеждаме, са приложими за хората“, отбеляза Матьо Винкен, преподавател по токсикология в Свободния университет в Брюксел, Белгия.
Винкен ръководи ONTOX — друга инициатива в рамките на ASPIS. Проектът, който ще продължи до ноември 2026 г., изследва как повтарящото се излагане на химични вещества уврежда бъбреците, черния дроб и мозъка.
По-бързо, по-евтино, по-добре
Друг фактор са разходите. „Тези изпитвания върху животни са наистина скъпи, особено изследванията за хронична токсичност“, разказа Винкен, отбелязвайки, че те могат да включват стотици животни. Изследванията за хронична токсичност имат за цел да установят вредите, причинени от продължително и повтарящо се излагане.
Когато започват изпитванията върху животни през 40-те и 60-те години на миналия век, никой не е очаквал че в крайна сметка ще трябва да бъдат оценени огромен брой химикали.
„Не се предполагаше, че всяка година на пазара ще се появяват хиляди нови химични вещества“, продължава Колборн. Изследователите също не са могли да предвидят колко трудно и скъпо ще се окаже тестването на всички тези вещества.
„Ако за всяко вещество са необходими до 15 милиона евро и от три до седем години, а имаме хиляди вещества за тестване, тогава просто трябва да променим подхода си“, твърди той.
Традиционните изпитвания върху животни могат да установят непосредствените токсични ефекти, но оценката на последиците от дългосрочната експозиция е много по-трудна. Някои заболявания могат да се развият след години на излагане на химични вещества, които предизвикват незабележими промени в клетките, а това може потенциално да повиши риска от рак или да увреди репродуктивното здраве.
„Истинското предизвикателство е да се предвиди токсичността в дългосрочен план“, отбеляза Винкен. Относително краткият живот на гризачите също затруднява възпроизвеждането на ефекти, които при хората могат да се проявят едва след десетилетия.
Екипът на Винкен е разработил няколко теста, при които се използват клетки, а не животни, а изкуственият интелект помага на изследователите да тълкуват резултатите по отношение на човешките органи. Някои подходи използват технология от типа „орган върху чип“ — малки устройства, съдържащи човешки клетки, които имитират различни аспекти от начина, по който даден реален орган реагира на даден химикал.
Резултатите от изследването предизвикаха интерес от страна на международни организации, сред които Организацията за икономическо сътрудничество и развитие (ОИСР). „По тяхно мнение информацията е наистина ценна“, коментира Винкен.
Тази работа се основава на по-дългосрочна промяна, която вече е в ход в Европа. Изпитването на козметични продукти върху животни беше преустановено постепенно и продължи две десетилетия, а пълната забрана за пускане на пазара в ЕС влезе в сила през 2013 г. Това допринесе за развитието на методи, които не включват използването на животни, включително модели от реконструирана човешка кожа, използвани за тестове за безопасност.
Извличане на поуки от други видове
Проектът „PrecisionTox“ — изследване в областта на безопасността на химикалите, ръководено от Колборн — сравнява реакциите на пет организма модели и човешки клетки към около 200 химични вещества и ще приключи през декември 2026 г.
Изследователите са работили с плодови мушици, кръгли червеи и водни бълхи, както и с рибки зебра и ембриони на жаби в етапи на развитие, които не попадат в обхвата на регулираните експерименти върху животни.
Тези видове се използват широко в биомедицинските изследвания, тъй като, въпреки очевидните си разлики, те имат много общи основни биологични процеси с хората. Еволюцията е запазила много от основните механизми, които поддържат жизнеността, размножаването и здравето на организмите при много различни видове.
„Процесите, необходими за поддържането на здравето, са възникнали още в ранните етапи на дървото на живота“, продължава Колборн. „Между животните има огромни разлики, но тези разлики не са свързани с това, което ни съхранява здрави и поддържа живота“.
Като сравняват резултатите от изследвания върху отдалечено родствени видове и човешки клетки, 14-те лаборатории, участващи в това изследване, могат да установят как химичните вещества въздействат върху тези общи биологични механизми и потенциално могат да причинят вреда.
„Опитваме се да стигнем до същината на нещата“, разказа Колборн. „Например, днес се справяме по-добре с лечението на рака, защото знаем как функционира той“.
По негово мнение токсикологията досега се е фокусирала върху определянето на концентрацията на дадено химично вещество, която причинява вреда на животното. „Това, което PrecisionTox се опитва да направи, е да разбере защо“.
Тази работа допринася за това, което учените наричат „методологии с нов подход“ — широк набор от клетъчни тестове, изчислителни инструменти и други методи, предназначени да намалят или заменят използването на животни, защитени съгласно правото на ЕС.
Тези подходи могат да спомогнат за защитата на дивата природа и екосистемите, както и на здравето на човека, тъй като вредните химикали могат да засегнат и двете.
Сглобяване на отделните елементи
Разбирането на това как дадено химично вещество може да причини вреда е само част от цялостната картина. Изследователите трябва също така да знаят каква е възможността хората да се сблъскат с тях в реалния живот.
Именно тук се вписва RISK-HUNT3R (третата инициатива в рамките на клъстера ASPIS). Тя съчетава резултати от изпитвания без животни с данни за експозицията в реални условия, за да се прецени дали даден химикал представлява риск за безопасността.
„Обединихме данни в проучвания на конкретни случаи и интегрирахме информацията, така че да можем да вземем решение [относно безопасността на даден химикал]“, поясни Боб ван де Ватер, биолог в Университета в Лайден, Нидерландия, който координира научните изследвания.
Екипът тества стратегията върху 60 химични вещества (половината от които токсични, а другата половина — нетоксични), за да провери дали комбинирането на информация за експозицията с резултати от тестове без използване на животни би могло да доведе до надеждни оценки на безопасността, каквито регулаторните органи, например Европейската агенция по химикалите, биха могли в крайна сметка да използват.
Целта е да се преосмисли начинът, по който се оценява безопасността на химичните вещества, а не просто да се замени всяко изпитване върху животни с лабораторна алтернатива. Това означава да се съчетаят биологичните знания, свързани с човека, данните за експозицията и изчислителните инструменти, за да се правят по-точни прогнози, като същевременно се намали използването на животни.
Винкен твърди, че пълното спиране на изпитванията върху животни все още не е възможно, но вече има значителни възможности за облекчаване на процедурите и намаляване на броя на използваните животни.
„AI ще играе важна роля за значителното намаляване на изпитванията върху животни в бъдеще“, заяви той.
Първоначално статията е публикувана в Horizon the EU Research and Innovation Magazine (Хоризонт — списание на ЕС за научни изследвания и иновации). Изследването, описано в тази статия, се финансира от програмата „Хоризонт“ на ЕС.
