3R-aktiviteter i forskningsgruppen for Molekylær- og Reproduktionstoksikologi ved DTU Fødevareinstituttet

Af Eva Bay Wedebye, Marianne Dybdahl, Sofie Christiansen & Terje Svingen

Artiklen var et bidrag til Danmarks 3R-Centers Årsrapport 2017.

Traditionelt set har dyreforsøg spillet en stor rolle i kemikalie- vurderinger, og nogle spørgsmål kan stadig kun besvares vha. dyreforsøg. I vores gruppe på DTU Fødevareinstituttet forsker vi imidlertid blandt andet i at udvikle dyre-fri metoder for således at bidrage til et paradigmeskifte i, hvordan kemikalier kan risikovurderes i fremtiden.
Gruppen for Molekylær- og Reproduktionstoksikologi er en stor, multidisciplinær forskningsgruppe ved DTU Fødevareinstituttet. Vores overordnede ambition er at beskytte mennesker mod mulige sundhedsskadelige effekter, der kan opstå, når de udsættes for miljøkemikalier. Vi har en lang tradition for at undersøge især potentielle sundhedsskadelige effekter, der opstår, når et foster bliver udsat for kemikalier med hormonforstyrrende effekter.

For både at kortlægge hvilke effekter forskellige stoffer har og at rådgive myndigheder og andre om, hvorledes mennesker bedst kan beskyttes mod disse effekter, benytter vi forskellige strategier, der sammen bidrager til bedst muligt at opnå disse mål. Vi har en holistisk tilgang og anvender computermodelleringer, cellebaserede metoder og dyreforsøg til at belyse problemstillingen. Vi udfører dog kun dyreforsøg, hvor det er nødvendigt og bestræber os hele tiden på at basere vores forskning og rådgivning på 3R-principperne. Således arbejder gruppen på at finde alternativer til dyreforsøg (Replacement), udvikle metoder, der bruger så få dyr som muligt, og sikre, at man får mest ud af de forsøgsdyr, det stadigvæk er nødvendigt at anvende (Reduction), og at dyrene samtidig får de bedst mulige forhold (Refinement).

Vores forskningsgruppe har igennem to årtier udviklet mange Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) computermodeller, til at forudsige kemikaliers sundhedsskadelige virkninger ud fra deres kemiske struktur. Vores database med QSAR-forudsigelser gjorde vi i 2015 frit tilgængelig på internettet (qsar.food.dtu.dk). Modellerne bygger på tidligere resultater fra både menneske-, dyre- og cellemodeller.

Vi bruger QSAR-forudsigelser i vores vurderinger af kemikalier – som oftest sammen med information fra andre alternative metoder eller med historiske data fra dyreforsøg, der ikke har tilstrækkelig kvalitet til at stå alene. Modelforudsigelserne kan bruges til prioriteringer, så fokus rettes på de mest problematiske kemikalier, og de kan hjælpe i design af mere sikre kemikalier, der har mindre risiko for senere at vise sig problematiske med omfattende dyreforsøg til følge.

Vi udvikler og anvender også andre in silico-metoder i forskningsgruppen – eksempelvis såkaldt physiologically based kinetic (PBK) modellering. Med PBK-modeller kan man forudsige de kemiske stoffers skæbne i kroppen, dvs. absorption, fordeling, omsætning og udskillelse. Disse ting ligger integreret i dyremodellen, når man udfører dyreforsøg, og er vigtige også at dække i en alternativ tilgang baseret på cellebaserede forsøg og såkaldte non-test metoder.

Når computerberegninger og in vitro-testning ikke i sig selv giver nok viden til at kunne beskytte befolkningen mod mulige skadelige effekter fra miljøkemikalierne, har vi på DTU Fødevareinstituttet dyreforsøgsfaciliteter, der er indrettet til at kunne udføre dyreforsøg. Disse forsøg kan bidrage med oplysninger om farlige eller gavnlige virkninger af kostfaktorer, kemiske stoffer og produkter samt mikroorganismer – herunder gensplejsede mikroorganismer. I vores gruppe laver vi reproduktionsforsøg i drægtige dyr og ser på effekter af forskellige kemiske stoffer i afkommet. Fordelen ved in vivo-eksperimenter er, at man kan måle virkningen på hele organismen eller det udviklende foster.

Der anvendes mange forskellige dyreeksperimentelle metoder til at undersøge, om kemiske stoffer kan påvirke fostre og afkom. Mange af disse metoder er standardiserede, og fx har OECD udviklet guidelines (vejledende metodeforskrifter), som foreskriver, hvordan man bruger metoderne. Metoderne anvendes til regulatorisk testning af kemiske stoffer.

Udviklingen indenfor molekylærbiologi og toksikologi vil fremover bane vejen for også at udvikle bedre alternative metoder til kemikalievurdering. Brugen af traditionelle dyreforsøg til farevurdering af kemikalier vil efterhånden blive erstattet eller suppleret med brugen af alternative metoder såsom in vitro-undersøgelser og computerbaserede forudsigelser. Derudover forventes der med tiden at blive anvendt mere målrettede dyreforsøg i tilfælde, hvor de ikke kan undværes. Transformationen er allerede i gang, og vi bidrager aktivt til arbejdet bl.a. sammen med Miljøstyrelsen i OECD og EU-regi.

Vores forskningsgruppe deltager aktivt i OECD’s arbejde med udvikling af Adverse Outcome Pathways (AOP) og Integrated Approaches to Testing and Assessment (IATA). En AOP beskriver på en systematisk måde for hver enkelt skadelig effekt, den tilgængelige viden om de biologiske mekanismer, der fører til effekten. Ved at klarlægge sammenhænge og tilgrundliggende mekanismer vil man kunne udnytte relevant mekanistisk viden fra fx cellebaserede metoder og QSAR til at forudsige skadelige effekter i mennesker.
AOP’er, der dækker en lang række forskellige effekter indenfor fx kræft samt skader på reproduktion og nervesystem, er frit tilgængelige på AOP-wiki hjemmesiden (aopwiki.org/).
IATA kombiner al tilgængelig information fra både in silico-, in vitro- og in vivo-studier i forbindelse med en kemikalievurdering. Den kombinerede brug af metoderne kan styrke fortolkningen af de individuelle data, og IATA kan derfor medføre, at myndighederne i højere grad vil anvende data fra alternative metoder.

IATA kan også guide en teststrategi, hvor nye eksperimentelle undersøgelser er påkrævet. Vi bidrager sammen med Miljøstyrelsen til OECD’s arbejde, bl.a. i forhold til udvikling af
vejledninger vedrørende brug af IATA, der skal sikre, at myndighederne anvender mekanistisk viden på en ensartet måde. OECD’s Test Guideline Program (TGP) udvikler
internationalt anerkendte standard-testmetoder, der benyttes ifølge kemikalielovgivningen. Vores gruppe har siden 2010 stået for en af de to nationale (danske) koordinatorer
for OECD testguidelineprogrammet. Når en test er gennemført med en OECD testmetode, vil medlemslandene gensidigt acceptere de data, som bliver genereret i testen. Det
betyder, at firmaer ikke behøver teste deres stoffer for de samme effekter i forskellige forsøgsdesigns, alt afhængig af hvor på kloden stofferne anvendes. En række in vitro-metoder
er udviklet som OECD test-guidelines, og vores forskningsgruppe deltager aktivt i dette arbejde. Det tager ofte flere år at validere, standardisere, kommentere og vedtage disse
metoder. Vores forskningsgruppe har også været meget aktiv i arbejdet med at udvikle nye og forbedre eksisterende in vivo-reproduktionsguidelines
med forskellige hormonrelevante effektmål – såkaldte endpoints. Ved på denne måde at udvide testmetoderne, kan de nu i meget højere grad end tidligere bruges til at
bedømme kemiske stoffers mulige hormonforstyrrende effekter. Denne forbedring (Reduction) bliver foretaget uden at bruge flere dyr, end dem der allerede er i forsøget.