L’origine: Il Principio delle 3Rs
Il principio delle 3Rs riguardanti la sperimentazione animale è stato postulato nel 1959 da William Russell e Rex Burch in un libro intitolato “Principles of Humane Experimental Technique”. Esso è oggi ampiamente riconosciuto a livello internazionale dagli scienziati quasi come un obbligo morale. È inoltre richiamato in molte legislazioni nazionali ed internazionali (es. regolamenti europei) riguardanti la sicurezza delle sostanze chimiche. Consiste, in breve, in tre azioni:
Sostituzione (Replacement). Sviluppo di metodi che consentono di raggiungere un determinato scopo senza bisogno di condurre esperimenti o altre procedure scientifiche sugli animali. Riduzione (Reduction). Sviluppo di metodi che permettono di ottenere livelli comparabili di informazioni impiegando un minor numero di animali nelle procedure scientifiche o che permettono di ricavare maggiori informazioni dallo stesso numero di animali. Perfezionamento (Refinement). Sviluppo di metodi che alleviano o riducano al minimo il dolore, la sofferenza e l’ansietà potenziali e che migliorino il benessere degli animali.
Qual è l’approccio dei metodi di predizione “in silico”?
Lo sviluppo di metodi alternativi “in silico” si inserisce a tutti gli effetti nel Principio di Sostituzione precedentemente affermato nell’ambito delle 3Rs cercando di portare ad un minore utilizzo di animali (in particolare vertebrati) nella ricerca sperimentale. Con la definizione “metodi in silico” si indicano un insieme di tecniche che permettono di ottenere informazioni sulle proprietà chimico-fisiche ed attività biologiche di sostanze chimiche utilizzando unicamente strumenti di tipo informatico (da qui il termine “in silico”). In particolare, tra di essi uno dei metodi più rilevanti ed utilizzati è rappresentato dall’approccio Relazione-quantitativa-struttura-attività (Quantitative Structure-Activity Relashionship: QSAR). Esso è nato in ambito farmacologico molti anni fa ma ha avuto negli ultimi 10-15 anni un notevole sviluppo grazie alla sua introduzione nei regolamenti europei (e non solo) riguardanti la sicurezza delle sostanze chimiche, in primis il Reg. 1907/2006 (REACH). I metodi “in silico” mettono in relazione la struttura chimica della sostanza in studio con la possibilità di mostrare una proprietà biologica (tossicologica) della stessa valutando specifici end-points.
Come lavorano i QSAR?
Nel QSAR si sviluppano modelli matematici che legano la struttura teorica di un composto a una determinata proprietà di interesse. Questo viene fatto attraverso diverse tecniche di Machine Learning che per costruire il modello hanno bisogno di un insieme di dati noti per l’apprendimento. Dunque, in parole semplici, il punto di partenza è un insieme di molecole per le quali è noto sperimentalmente il valore della proprietà di interesse e questo insieme viene usato per apprendere quali caratteristiche delle strutture chimiche possono essere legate a valori maggiori o minori della proprietà (e infatti l’insieme viene chiamato training set). Questo processo di apprendimento porta alla creazione dello specifico modello che sarà poi in grado di fornire una predizione della proprietà per qualsiasi nuova struttura sia fornita in input. Quindi i QSAR sono modelli matematici costruiti attraverso un processo di estrazione di informazioni utili da un insieme di dati noti di apprendimento, in genere si applicano sistemi esperti (Rule-based expert) e sistemi statistici (Statistical-based). Tutti i sistemi di predizione, se applicati in ambito regolatorio, devono essere affidabili, essere condotti secondo i criteri dell’OECD, rispondere ai criteri di classificazione del regolamento CLP ed i loro report devono essere validati.
Chi può utilizzare con successo i metodi di predizione:
L’applicazione di questi metodi alternativi necessità di esperti e di grande esperienza maturata sul campo (Learning by doing). In genere, le persone che si avvicinano e si appassionano a questi approcci sono laureate in Chimica, Farmacia, CTF ma non dimentichiamo l’importanza del lavoro di team. Soprattutto nel settore della tossicologia regolatoria, la presenza di un tossicologo (background di tipo biologico) nelle valutazioni finali degli out-put dell’approccio in silico è fondamentale. Il costante confronto tra dati ottenuti da fonti bibliografiche, dati sperimentali su sostanze similari, dati su end-point tossicologici affini ed i risultati delle predizioni “in silico” rende la valutazione finale robusta ed accettabile ai fini regolatori.
Quanti tipo di metodi in silico esistono?
Tantissimi! Nel settore della “safety” sono stati sviluppati tanti metodi in relazione all’alto numero di end-points di sicurezza da studiare. Molti, soprattutto quelli relativi agli end-points ambientali, sono reperibili gratuitamente su Internet….ma attenzione alla loro applicazione se non siete esperti. Risultati fuorvianti sono altamente possibili! Altri, più sofisticati e supportati da dati qualitativamente e quantitativamente più significativi, sono offerti in licenza da ditte specializzate. Un buon approccio consiste nell’applicare più metodi/approcci per end-point e poi effettuare una valutazione del consenso. E’ suggeribile pertanto ottenere più metodi ed effettuare sempre un lavoro di comparazione dei risultati per emettere il “verdetto” finale.
Continuerà lo sviluppo di tali metodi?
Si…sicuramente per due fondamentali ragioni: 1) la costante volontà di perseguire la riduzione degli animali sperimentali nella ricerca biomedica, 2) la necessità di studiare nuove proprietà tossicologiche (richieste da vari regolamenti). Ne è un esempio la valutazione della proprietà di interferenza endocrina, complessa valutazione anche del meccanismo di azione.
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