Связь роста клеточной популяции с ростом целой рыбы

Ежегодно только в ЕС для токсикологических испытаний и научных исследований используется более миллиона рыб, и около 400 рыб требуется для одного стандартного теста на ранних стадиях жизни. Такие тесты часто требуются регулирующими органами для новых химических веществ, поскольку рыбы особенно чувствительны к загрязнителям в воде на ранних стадиях развития. Однако растущее использование подопытных животных этически сомнительно. Кроме того, классические тесты сложны, дороги и занимают недели или месяцы. Поэтому ученые, регуляторы и промышленность ищут альтернативные подходы. Многообещающий новый метод был продемонстрирован в исследовании Eawag, проведенном совместно с ETH, EPFL и Университетом Йорка (Великобритания).

Результаты опубликованы в журнале Science Advances: вместо живых рыб (in vivo) тесты проводятся на клетках рыб (in vitro). Уже через пять дней рост клеточной популяции, в большей или меньшей степени ингибированный под действием химического стресса — в сочетании с моделированием токсикологических эффектов — показывает отличное соответствие данным независимо проведенных экспериментов in vivo.

Экотоксиколог профессор Кристин Ширмер, возглавляющая в Eawag работу по сокращению использования подопытных животных, комментирует: «Это важный шаг к более простым, менее дорогим и быстрым токсикологическим тестам для авторизации и использования новых химикатов. Впервые мы смогли использовать культуры клеток для точного прогнозирования воздействия химических веществ на рост, которое у живых рыб проявлялось бы только через недели или даже месяцы». Механизм нового метода кажется простым: использованные в исследовании пестициды ингибируют рост рыб — чем выше концентрация воздействия, тем сильнее снижение роста. Те же эффекты были показаны для популяций клеток жабр, культивируемых в лаборатории. Кристин Ширмер объясняет: «Причина, по которой результаты так хорошо экстраполируются, в том, что более крупная рыба имеет не более крупные клетки, а больше клеток, и мы рассчитываем концентрацию вещества в клетках». Таким образом, модель предсказывает, что произойдет, если рыба подвергнется воздействию тестового вещества в воде, — что, в свою очередь, может помочь усовершенствовать другие тесты и прогностические модели.

Однако новый подход не так прост, как кажется изначально. Для определения концентраций в культивируемых клетках, оказывающих тот же эффект, что и у живой рыбы, требуется сложное моделирование и детальное знание свойств вещества. Кроме того, неясно, окажутся ли клетки жабр репрезентативными для всех типов тканей рыб. Другие клетки могут реагировать иначе, а другие вещества могут подвергаться биотрансформации. Тем не менее, исследование представляет значительный интерес для экспертов благодаря новому подходу.

Доктор Роман Ашауэр, инициировавший исследование и ныне работающий в Университете Йорка, говорит: «Традиционный рабочий процесс оценки химического риска был "сначала тест, потом интерпретация". Мы выбрали другой подход, сначала модифицировав относительно простую математическую модель роста рыбы, а затем загрузив в эту модель необходимые экспериментальные данные».

Авторы надеются, что этот подход будет использован другими учеными для проверки его более широкой применимости, и первые признаки обнадеживают: на ежегодном собрании Общества экологической токсикологии и химии (SETAC Europe) в Глазго первый автор исследования доктор Юлита Стадницка-Михаляк получила престижную премию для молодых ученых.