V laboratóriách po celom svete dnes rastú modely ľudskej kože, rohovky či pľúc, ktoré umožňujú výskum bez použitia laboratórnych zvierat. Tieto 3D tkanivové modely spolu s pokročilými počítačovými simuláciami a umelou inteligenciou, sa stávajú štandardom pri testovaní bezpečnosti a účinnosti chemikálií, kozmetiky, liekov aj zdravotníckych pomôcok. V Európskej únii už nahradili mnohé testy na zvieratách a ich význam rastie aj v globálnom meradle.
Jednou z vedúcich osobností tohto vývoja je slovenská vedkyňa Dr. Helena Kanďárová – riaditeľka Ústavu experimentálnej farmakológie a toxikológie Centra experimentálnej medicíny SAV a prezidentka Európskej spoločnosti pre toxikológiu in vitro (ESTIV).
Jej tím sa podieľal na vývoji a implementácii medzinárodných smerníc OECD a ISO pre alternatívne testovacie metódy a získal prestížne ocenenia na kongresoch v USA. V rozhovore hovorí o tom, ako sa Slovensko stáva súčasťou globálnej zmeny v prístupe k testovaniu bezpečnosti produktov.
„Umelá koža“ mala potenciál nahradiť testovanie na zvieratách. Ako sa jej využitie vyvinulo od roku 2020? Používa sa už v praxi?
Modely rekonštituovanej ľudskej kože sú už dnes bežne využívané v regulačnej praxi, predovšetkým na testovanie dráždivosti či leptavosti pokožky (tie sa používali už pred rokom 2020). Od roku 2020 bolo schválené ich použitie aj na hodnotenie fototoxicity či intrakutánnej dráždivosti zdravotníckych pomôcok.
Od roku 2020 sme zaznamenali výrazný posun v akceptácii alternatív zo strany viacerých regulačných úradov a zároveň vidíme aj dôveru priemyslu v alternatívne metódy, či už ide o kozmetiku, chemický alebo farmaceutický priemysel. Tieto metódy sú oficiálne uznané napr. OECD alebo ISO a nahrádzajú testy na zvieratách v mnohých krajinách sveta.
Mnohé štáty mimo EÚ, ako Kórea, India či Brazília už tieto metódy akceptovali, iné, ako napr. USA a Čína, si pre finálne rozhodnutie o bezpečnosti často ponechávajú možnosť testovať na zvieratách.
Aké nové technológie alebo zlepšenia ste v rámci tohto výskumu priniesli v posledných rokoch?
Podieľali sme sa na vývoji a legislatívnej implementácii novej metódy na hodnotenie fototoxicity, teda toho, či svetlom aktivované látky môžu spôsobiť poškodenie pokožky. V roku 2021 bola táto metóda oficiálne prijatá ako medzinárodná smernica OECD TG 498. Pracovali sme na nej niekoľko rokov spolu s partnermi z USA.
Rovnako sme pomáhali vyvinúť test na dráždivosť zdravotníckych pomôcok, ktorý sa stal súčasťou globálnej normy ISO. Obidvom testom som sa venovala ešte na mojom predchádzajúcom pracovisku, v spoločnosti MatTek, ktorú som 10 rokov viedla na Slovensku. Na mojom súčasnom pracovisku na SAV sme zároveň vyvinuli špeciálne testy na podráždenie slizníc – oka, úst a dýchacích ciest, ktoré umožňujú testovať rôznorodé chemické látky, ale aj prípravky, ktorým je človek v bežnom živote vystavený.
Rozšírili sme aj testovanie fototoxicity na model ľudskej rohovky, čo umožňuje overovať bezpečnosť produktov určených pre oči.
Dve z našich publikácií boli tento rok ocenené. Jedna z nich získala titul „Outstanding Publication“ vo vedeckom časopise Frontiers in Toxicology, druhá zvíťazila na kongrese toxikológov v USA. V súčasnosti sa podieľame na validačnej štúdii v USA, ktorá sa zameriava na bezpečnosť prípravkov pre intímnu hygienu. Zároveň spolupracujeme na projektoch, ktoré spájajú toxikológiu s umelou inteligenciou.
V akých konkrétnych oblastiach priemyslu alebo medicíny sa umelá koža aktuálne využíva?
Výsledky získané na rekonštituovanej pokožke, ale aj na modeloch rohovky, sa dnes využívajú najmä v kozmetickom priemysle, kde už úplne nahradili testovanie na zvieratách. Testovanie kozmetiky na zvieratách je v EÚ zakázané od roku 2004 a firmy ako L’Oréal či Unilever patria medzi priekopníkov v oblasti alternatívnych metód. L’Oréal si dokonca kúpil dve spoločnosti špecializované na výrobu 3D rekonštituovaných modelov kože – EPISKIN a SkinEthic.
Okrem kože sa pre testy bezpečnosti kozmetiky využívajú aj ďalšie 3D modely, napríklad epitel ústnej a vaginálnej sliznice, rohovka. Tieto 3D tkanivové modely umožňujú testovať rôzne typy výrobkov bez potreby použitia zvierat a zároveň prinášajú presnejšie a reprodukovateľnejšie výsledky.
Význam týchto modelov však siaha oveľa ďalej. Používajú sa aj v chemickom a agrochemickom priemysle pri hodnotení dráždivosti a leptavosti chemikálií. Farmaceutické firmy sa napokon stali lídrami v zavádzaní alternatívnych metód. Zistili, že mnohé látky, ktoré sa javili ako bezpečné a účinné na pokusných zvieratách, zlyhali v klinických štúdiách. Dnes preto veľkú časť predklinického vývoja robia aj na in vitro modeloch, vrátane 3D rekonštituovaných modelov ľudských tkanív.
Existujú na Slovensku laboratóriá, ktoré umelú kožu používajú pri testovaní?
Áno, aj na Slovensku existujú laboratóriá, ktoré používajú tieto modely, vrátane nášho pracoviska v rámci Centra experimentálnej medicíny SAV. Okrem výskumných projektov u nás vykonávame aj testy podľa OECD smerníc a ISO noriem v súlade so správnou laboratórnou praxou.
Vidíme rastúci záujem aj zo strany slovenských výrobcov a vývojárov zdravotníckych pomôcok, čo je veľmi pozitívny trend. Okrem nášho laboratória vieme o niektorých pracoviskách SAV, ktoré sa snažia tieto metódy aplikovať vo svojich výskumných aktivitách. V rámci súkromného sektora nesmieme zabudnúť na spoločnosť MatTek In Vitro Life Science Laboratories, ktorá tieto modely na Slovensku nielen vyrába, ale aj s nimi vykonáva aplikovaný výskum.
Hovorili ste, že umelá koža môže výrazne znížiť potrebu testovania na zvieratách. Vidíte dnes v Európe posun v tomto smere?
Rozhodne áno. Európa bola vždy lídrom vo vývoji a zavádzaní alternatívnych metód, no v posledných rokoch rýchlo ju dobiehajú aj krajiny mimo EÚ – najmä Kórea, India, Brazília a niektoré štáty USA.
Vznikajú nové interdisciplinárne oblasti, ktoré prepájajú in vitro toxikológiu s umelou inteligenciou. Objavujú sa technológie ako 3D biotlač, mikrofluidika či tzv. „orgány na čipe“, ktoré umožňujú simulovať celé procesy v ľudskom tele bez použitia zvierat. V niektorých prípadoch sú tieto modely dokonca presnejšie než klasické testy.
Zásadnú rolu zohrávajú aj nové výskumné iniciatívy – napríklad ASPIS cluster, ktorého sme súčasťou. Cieľom je prepojiť výskum, reguláciu a priemysel tak, aby sa testy na laboratórnych zvieratách dali plnohodnotne nahradiť tam, kde to veda už umožňuje.
Spomínali ste aj vývoj ďalších modelov – pľúc, tenkého čreva, ústnej dutiny. V čom sú tieto modely prelomové a aké majú praktické využitie?
Tieto modely predstavujú ďalší krok k tomu, aby sme napodobnili komplexné interakcie medzi chemickými látkami a ľudskými tkanivami. Modely pľúc napríklad umožňujú študovať inhaláciu chemických látok, aerosólov alebo mikroplastov, modely tenkého čreva sú využívané pri výskume perorálnej toxicity a absorpcie liečiv. Tenké črevo je extrémne dôležité, pretože príchádza do kontaktu so všetkým, čo zjeme – od výživových doplnkov až po liečivá. Je to jedna z dôležitých vstupných brán látok to organizmu. Modely ústnej dutiny sú zase relevantné pri hodnotení produktov každodennej hygieny a zubárskych implantátov.
Všetky tieto modely majú potenciál výrazne znížiť počet laboratórnych testov na zvieratách a zároveň zvýšiť relevantnosť výsledkov pre človeka, pretože sa kultivujú z primárnych ľudských buniek v špecifickom vysoko-kontrolovanom prostredí, ktoré má tiež výrazný vplyv na celkový výsledok testov. Ich prínos spočíva najmä v rýchlejšej predikcii účinkov látok na ľudský organizmus v porovnaní animálnymi modelmi a v ich vysokej senzitivite. Umožňujú študovať účinky látok rýchlejšie, etickejšie a často aj lacnejšie než testovanie na zvieratách.
Existuje nejaký výskum alebo projekt, na ktorom teraz pracujete, a ktorý považujete za obzvlášť sľubný?
Momentálne s naším tímom pracujeme na vývoji nových testovacích stratégií pre inhalačnú a intestinálnu toxicitu in vitro – čo sú dve veľké výzvy v oblasti náhrady laboratórnych zvierat. Máme k dispozícii moderné inhalačné zariadenia od nemeckej spoločnosti VitroCell, ktoré umožňujú testovať účinky aerosólov na dýchacie cesty v realistických podmienkach, vrátane presnej kvantifikácie ich depozitu na in vitro 3D modely pľúc.
Zároveň sa ako členka expertného panelu podieľam na aktualizácii smernice OECD o validácii metód – čo považujem za kľúčové pre to, aby boli nové prístupy akceptované aj na globálnej úrovni.
Ďalším dôležitým projektom je využitie kombinácie umelej inteligencie a in vitro modelov na predikciu toxicity. Cieľom je predpovedať účinky látok pri ich opakovanom podávaní – konkrétne sledujeme efekty na obličky, pečeň a vyvíjajúci sa mozog. Na projekte ONTOX spolupracuje 19 partnerov z Európy aj USA, a ja som jednou z dvoch zástupkýň hlavného koordinátora, ktorý pracuje na Vrije Universiteitv Bruseli.
Európske projekty sú mimoriadne kompetitívne, s úspešnosťou len 5 – 10 %. O to viac je dôležité, aby existovali stabilné národné grantové schémy, ktoré podporia excelentný a vizionársky výskum aj doma na Slovensku.
Ako je na tom Slovensko v oblasti vývoja a implementácie alternatívnych testovacích metód v porovnaní s ostatnými krajinami?
Slovensko má šikovných výskumníkov a výskumníčky, a kvalitné pracoviská, ale chýba systematická podpora. Napríklad na rozdiel od krajín ako Nemecko či Holandsko u nás neexistuje štátom financované tzv. 3R centrum, ktoré by zabezpečilo vývoj a validáciu a implementáciu alternatívnych metód.
Pritom je požiadavkou legislatívy EÚ, aby členské štáty zabezpečovali a prispievali implementácii aj na národnej úrovni. Na ÚEFT SAV vzniklo pracovisko SK-NETVAL, ktoré takýto odborný aj technologický potenciál má, ale bolo by potrebné ho dostatočne financovať, aby mohlo držať krok so zahraničím.
Vybaviť laboratórium nie je lacné – základné in vitro vybavenie stojí desiatky tisíc eur. Aj motivovaní mladí vedci často narazia na to, že nemajú financie ani na základné vybavenie, ako je laminárny box. Napriek tomu sa u nás snažíme udržať vysoký štandard – aj vďaka zahraničným grantom a partnerstvám. Oveľa ťažšie je zabezpečiť, aby vysoko-kvalifikovaný personál zotrval v nie veľmi atraktívne platenom sektore a neodišiel za hranice, napríklad do Viedne, ktorá je centrom biotechnologického a farmaceutického priemyslu už viacero dekád.
Ak má Slovensko zohrávať aktívnu rolu v oblasti modernej toxikológie, musí vytvoriť stabilné financovanie a vedecké zázemie, ktoré mladých výskumníkov udrží doma, prípadne bude natoľko atraktívne, aby sa zo zahraničia domom vrátili a rozvíjali túto perspektívnu oblasť aj na Slovensku.
Máte víziu, kam by sa mohol váš výskum posunúť v najbližších rokoch?
Mojim cieľom je vybudovať tréningové a referenčné centrum pre alternatívne metódy – priestor, ktorý bude prepájať výskum, prax a reguláciu. Chcem, aby výskumné kapacity neboli uzavreté len pre akademickú sféru, ale boli otvorené aj pre ďalších výskumníkov a firmy, ktoré potrebujú testovať bezpečnosť svojich produktov – bez toho, aby museli odchádzať do zahraničia.
Zároveň sa sústreďujem na podporu mladej generácie vedcov. Mojou ambíciou je vytvoriť im podmienky, v ktorých budú môcť v tejto oblasti zostať pracovať na Slovensku – nielen odborne, ale aj existenčne.
Ako prezidentka Európskej spoločnosti pre toxikológiu in vitro (ESTIV) sa snažím prenášať know-how do regiónu strednej a východnej Európy – formou tréningov, workshopov či medzinárodných podujatí priamo u nás. Verím, že Slovensko má potenciál stať sa lídrom v tejto oblasti, ak mu na to vytvoríme podmienky.
