第十二章体外试验与新生物技术在毒理学中的应用

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1、第十二章体外试验与生物新技术在毒理学中的应用第一节体外试验毒性试验的目的在于获取一定的数据，为社会需要的外源化学物的安全使用做出判断。过去利用整体实验动物模型或称体内试验(invivotest)模型所提供的资料，判断外源化学物及其制品和混合物等对人类健康是否具有损害作用。体外试验模型(invitrotest)在上述过程中也起着重要的作用，尤其是机理研究方面。但是，在毒理学研究中整体试验研究的观点仍占主导地位。目前，此种观点已发生变化，因为：①全世界每年约有千种以上的新化合物作为商品进入人类的环境。而且在现有的化合物中，还有

2、相当数量没有进行必要的毒理学评价。在此种情况下，利用经典的整体动物试验取得完整的毒理学资料极为困难。解决此种问题的重要方向是体外试验。②现有的整体动物毒性试验方法需消耗大量的时间和昂贵的经费，而体外试验则可节省时间和经费。③动物保护主义运动的兴起，要求尽量减少动物的使用，而且应当尽量减少痛苦地处理动物。④更重要的是由于生物技术的巨大进步，不仅表现在细胞组织及器官培养领域，而且在生物分子技术方面，也为毒性试验和研究提供了新的方法和工具。所以体外试验在毒理学研究中所占的地位日趋重要，甚至有占主导地位的趋势。但也需指出，体外试验

3、的发展，并不排斥体内试验本身的重要性，两者必须相互补充、相互验证才能为毒理学研究提供坚实的科学基础。一、概述(一)分类毒性试验的目的是提供一些适当的资料，以便确定有关化学物的毒理学性质。在有些情况下，是要决定一种化学物在所预期的条件下使用是否安全，如新药物开发即需要这一评价。在有些情况下，例如新工业品或日用化学品的开发，必须决定一种新化学物的接触安全限量。了解体外毒性试验在上述毒理学决策过程中有何意义，对于评价体外毒性试验在毒理学中的地位极有帮助。可依据体外试验在决策过程中所起的作用将其分为3类：①筛选试验。它仅提供决策过

4、程的最初的资料，还需要进行更权威的试验，无论是整体还是体外试验。②附加试验。它可为协作部门或法律部门的最终决策过程提供有用的资料，如机理的研究，但仅有它是不够充分的。③替代试验。它是在大量实验的基础上，使体外毒性试验能替代整体动物试验，以提供更多的信息。(二)基本原理体外试验的基本原理是所观察到的毒理学效应均是毒物和／或反应活性代谢产物在敏感性细胞上或敏感细胞内某一分子靶部位作用的结果。如将敏感细胞或某分子靶部位例如酶，在体外条件下，维持其正常的生理功能，并观察外源化学物对其的影响，即将毒理学中毒物中毒的启动阶段，在体外条

5、件下，观察其对外源化合物的反应和外源化学物对它的作用。基于上述原理，体外试验模型取材范围很宽，可取哺乳动物的离体脏器灌流、脏器切片温育、细胞培养、亚细胞器组份以及提纯的某些酶分子或DNA分子等等。(三)体外试验的优缺点386体外毒性试验的优点可归纳在表12—1。表12-1体外毒性试验系统的优点能控制环境因素可排除相互作用的系统如免疫系统、神经内分泌系统的影响每一剂量水平可利用大量的生物样品，如细胞，细胞器等试验间的误差较少可同时和／或反复多次取样可做成复杂的互相作用的试验系统，如复合细胞培养等较为快速和经济需要较小量的受试

6、化合物产生较小量的有毒废物可以利用人体细胞减少整体动物的使用其中特别值得一提的优点是体外试验的简便和易于利用人体细胞。体外毒性试验结果可迅速得出，将减少了解新化学物毒理学资料所需的时间，最终可以缩短从新化学物的合成到产品进人市场的时间过程。此外，对鉴定毒理学资料有问题的新化学物，可及时终止开发，减少由资源到产品的投入。在毒理学整体试验中禁止直接进行人体试验。但毒理学试验的目的是关心人类健康，目前主要是将动物试验结果外推至人类，物种间差异为其不确定因素之一。在体外试验中，利用人体细胞组织进行试验，可较好地解决物种差异的问题。

7、体外毒性试验系统的利用在目前尚有不足之处：①体外到体内外推的问题。体外试验是依据毒性作用的始发阶段及继续发生的分子与细胞反应，其与整体系统有差异，如何将产生体外毒性的体外浓度与相应体内剂量联系的问题是最终未解决的难题。它需要更好的工具——预测性毒物代谢动力学来解决，其关键在于发展有生理学基础的毒物代谢动力学模型。另一方面，体外毒性试验中缺乏毒理学反应的调控因素，如细胞与组织的修复过程和免疫系统的不同类型细胞间的相互影响等。假如有了更全面的毒理学过程的基础知识，可设计更符合整体动物模型的体外系统。但现阶段毒理学作为一个学科的

8、发展尚缺少许多重要的资料。②体外毒性试验难以预测慢性毒性。因为，慢性毒性病理过程的机理所知甚少，缺乏发展体外试验的理论依据，再者，某些体外系统仍难以达到长期维持生理状态的要求。二、体外试验系统(一)脏器灌流1.肝脏灌流是毒理学中研究外源化合物对肝脏损伤及代谢的常见方法。在灌流液中加入外源化学物，此外要维