Nová platforma TKPlate pro modelování a předpovídání toxicity chemických látek a toho, co se s nimi děje v těle člověka a zvířat, představuje důležitý milník na cestě k budoucnosti s minimem nebo žádnými testy na zvířatech v oblasti bezpečnosti potravin.

Historicky se posuzování bezpečnosti chemických látek v potravinách a krmivech (stejně jako u léčiv, spotřebních výrobků, průmyslových a dalších chemických látek) opíralo o důkazy z pokusů na zvířatech. Tato základní praxe při hodnocení rizik chemických látek zajišťuje bezpečnost našich potravin v podstatě již od 50. let 20. století.

Společnost a vědci však tuto praxi stále více zpochybňují, a to jak z etických, tak z vědeckých důvodů. Všichni chceme snížit utrpení zvířat – v posledních letech došlo ke zlepšení díky propagaci tří R (to replace, reduce, and refine) – nahradit, omezit a zdokonalit pokusy na zvířatech.

Také využívání alternativních nástrojů k získání reprezentativnějších informací o toxikokinetice (TK) (studium procesů, jak tělo nakládá s potenciálně toxickými látkami) a toxicitě/toxikodynamice (TD) (proces interakce chemických látek s tělem a následných reakcí vedoucích k nepříznivým účinkům) se stává realitou.

Krok vpřed, „TKPlate“!

Předpovídání toxikokinetiky a toxicity pomocí softwaru s otevřeným přístupem

Vědci úřadu EFSA a několika špičkových evropských výzkumných organizací se spojili, aby vytvořili „TKPlate„. Jedná se o online platformu, která vědcům a regulačním orgánům nabízí prostor a sadu nástrojů pro modelování a předpovídání vlastností TK a TD.

V úřadu EFSA jsou hlavními vedoucími  této práce vědci toxikolog Jean-Lou Dorne a statistik (statistické modelování) Jose Cortiñas Abrahantes.

Jean-Lou: „Myšlenka na vytvoření platformy TKPlate vznikla v roce 2014, kdy byla vypracována vědecká zpráva o alternativních metodách k testování na zvířatech, které by mohli využívat odborníci úřadu EFSA. Zpráva navrhovala vývoj řady modelů TK a TD. Toxikokinetika vysvětluje, jak tělo chemickou látku absorbuje, distribuuje, metabolizuje a vylučuje. Toxikodynamika zkoumá toxické účinky chemických látek na molekuly, buňky, tkáně, orgány nebo celý organismus.“

Jose: „Úřad EFSA vyvíjel v letech 2015-2020 modely TK a vypracoval mnoho případových studií pro řadu druhů důležitých pro práci úřadu EFSA: lidé, pokusná zvířata (jako potkani a myši), hospodářská zvířata a další druhy jako jsou např. žížaly, které hrají roli v potravinovém a krmivovém řetězci.

Úřad EFSA zadal důležité části práce akademickým partnerům a národním agenturám, přičemž za úspěšný výzkum v této oblasti získalo několik mladých vědců doktorát.“

Jedinečnost v oblasti bezpečnosti potravin – co umí TKPlate?

Jean-Lou: „Platforma TKPlate je v oblasti bezpečnosti potravin a krmiv jedinečná.“

„Platforma umožňuje hodnotitelům rizik a dalším osobám zabývajícím se toxikologií modelovat procesy TK a TD u všech druhů zahrnutých do platformy. V podstatě si vyberete druh, chemickou látku nebo skupinu chemických látek, vstupní parametry, jako je typ expozice, a pak modely spustíte jedním kliknutím.

„Platforma TKPlate vypočítá koncentrace chemických látek v těle z příjmu (TK) a předpoví účinky (TD), které mohou způsobit. Tyto výsledky mohou přímo nahradit údaje z testů na zvířatech, čímž se sníží potřeba nových experimentů. Platforma funguje i v opačném směru; můžeme odhadnout expozici, pokud máme k dispozici údaje, jako jsou koncentrace chemických látek v krvi nebo moči. TKPlate má mnoho dalších funkcí, včetně modelování TK-TD a nástroje pro posuzování rizik chemických směsí.

„Na konci práce s platformou TKPlate dostanete automatizovanou zprávu, která obsahuje podrobnosti o všech vstupech a výstupech, údaje a grafy. Tato zpráva může být přímo zahrnuta do vědeckého posouzení jako součást důkazní základny.“

Vytvoření platformy TKPlate – obrovské úsilí

TKplate je víc než jen modely, ale ty jsou důležitou součástí toho, co platforma nabízí.

Jose: „Typy modelů v TKPlate jsou složité na vývoj, protože odrážejí koncepční rámec toho, jak látka interaguje s organismem. Všechny modely jsou samozřejmě zjednodušením reality, takže výzva spočívá ve snaze zachytit proces co nejpřesněji, snížit složitost a dosáhnout něčeho zobecnitelného.“

„Snaha napodobit celý proces v organismu není reálná, takže úkolem je zvážit, které složky zachovat, aby byly co nejodolnější, pokud by naše předpoklady byly nepřesné nebo chybné.“

„Vývoj takovýchto dobře propracovaných modelů, včetně testování a ověřování, trvá nejméně rok, v závislosti na složitosti organismu a všech složek, které chceme zahrnout. Je to skutečně mamutí úsilí a výzkumníkům, kteří modely vytvořili, patří náš dík. Kromě modelů vytvořených v letech 2015 až 2020 se dosud stále vyvíjí další nové modely.“

Spolehlivost modelů TK

Vzhledem k tomu, že se nástroje, jako je TKPlate, stávají životaschopnými, je potřeba se zaměřit na jejich spolehlivost jako zdrojů důkazů.

Jean-Lou: „Stejně jako u všech vědeckých informací mají předpovědi poskytované těmito modely variabilitu a nejistotu, v závislosti na dostupných údajích pro daný druh a testovanou chemickou látku. Ty jsou transparentně uváděny v řadě případových studií s využitím mezinárodních standardů pro posouzení spolehlivosti každého modelu.“

Jose: „Veškeré modelovací práce, které jsme zadali externím dodavatelům, vyžadovaly rozsáhlé ladění, testování a validaci, a to nejen s využitím existujících údajů z testů na pokusných zvířatech, ale také dalších laboratorních údajů vytvořených dodavateli. Případové studie testovaly výsledky modelů v různých souvislostech a pro různé druhy a přinesly výsledky, které odpovídají našim očekáváním. Díky tomu jsme si jisti spolehlivostí a robustností modelů.“

Používá se již TKPlate při hodnocení rizik?

Integrace modelů TK do uživatelsky přívětivého rozhraní – aktuálně spuštěná platforma – je důležitým krokem k zavedení jejich používání při hodnocení chemických rizik v úřadu EFSA i mimo něj.

Carlos Gonçalo das Neves je hlavním vědeckým pracovníkem úřadu EFSA a horlivým propagátorem vývoje „metodik nového přístupu“ (NAM), jako je TKPlate.

Carlos: „Potenciál TKPlate a dalších podobných nástrojů NAMs je ohromující. Některé softwarové NAM se již v EFSA používají a hrají stále větší roli v některých našich hodnoceních rizik.“

„Platforma TKPlate se zatím v hodnoceních EFSA nepoužívá, ale aplikace jeho modelů se zkoumají s cílem optimalizovat platformu a upřednostnit školení našich zaměstnanců a odborníků v celé Evropě. To podpoří využití platformy při hodnocení rizik vědeckými panely EFSA, doufejme, že již v blízké budoucnosti. A samozřejmě můžeme a chceme tuto podporu rozšířit i na další agentury EU a vnitrostátní orgány.“

„Stojíme na prahu nové éry v oblasti hodnocení chemických rizik, která přinese nejen vítané snížení potřeby testování na zvířatech, které si občané velmi přejí, ale také další zlepšení kvality a relevance údajů používaných při hodnocení. Pevně doufám, že platforma TKPlate bude v tomto směru představovat velký krok vpřed.“ 

„Vědecké poradní orgány, jako je EFSA, již čekají na možnost poskytování hodnocení rizik pomocí NAM.  Je důležité, aby regulační orgány a společnost měly jistotu, že všechny výstupy pro podporu rozhodování jsou založeny na spolehlivých vědeckých poznatcích. Jsme přesvědčeni, že platforma TKPlate splní svůj úkol.“

• Editorial – TKPlate 1.0: An Open-access platform for Toxicokinetic and Toxicodynamic modelling of chemicals in food and feed safety
• Technical report – User Guide for TKPlate 1.0: An open access platform for implementing new approach methodologies in chemical risk assessment through toxicokinetic and toxicodynamic modelling
• Technical report – Applications of TKPlate 1.0 for toxicokinetic and toxicodynamic modelling of chemicals: Case Studies
• External scientific report – Further development of a web-based open-source platform for Toxicokinetic and Toxicodynamic modelling: TKPlate 1.0

Interaktivní platforma TKPlate pro modelování: TKPlate Interactive Modelling Platform

Zdroj: EFSA, (Introducing TKPlate – food safety without animal testing?)