为了评估某种物质对人类的安全性，仍然需要动物研究的数据。但是，弗劳恩霍夫毒理学与实验医学研究所ITEM与来自13个的39个合作伙伴合作进行了一系列项目，所有这些项目的共同目标都是：实现范式转变-从动物实验向更深入的了解化学物质的工作原理。

在德国，数年来，测试动物的数量大致保持不变。根据德国联邦粮食和农业部(BMEL)的数据，2018年共有2,825,066只动物用于动物实验。汉诺威Fraunhofer ITEM的硅毒理学系主任Sylvia Escher博士正在寻求开发动物试验的替代方法。化学家解释说：“在我们的研究所，我们与各个小组一起研究化学风险评估的新概念。” 她命名的两个示例是EXITOX和EU-ToxRisk项目。这两种方法都旨在开发基于人类细胞系和器官切片的测试策略，旨在减少并从长远来看替代动物实验。

更好，更保守的选择

目的是开发一种不仅更保守而且更好的替代方案。在常规动物测试中，科学家观察到在施用测试物质后是否发生了毒性作用，例如相关器官的炎症或组织变化。尤其是，他们试图确定是否持续暴露于某种物质会损害生物体，还是低浓度(例如每天从空气中吸收的浓度)是否仍然不重要。“在EU-ToxRisk和EXITOX中，我们正在研究导致观察到的毒性作用的作用方式。并且鉴于我们使用的是人体测试系统而不是动物测试，我们非常希望结果会更相关对人类而言。”埃舍尔指出这种方法的好处。

来自Fraunhofer ITEM的多个工作组参与了作为EU-ToxRisk项目一部分而进行的九个案例研究中的三个。体外测试系统工作组负责人Tanja Hansen博士目前正在以二酮为例，研究挥发性化合物的毒理学。该物质组的最著名代表是二乙酰基，这是一种天然存在于黄油中的化合物。例如，工业生产的版本用于为爆米花赋予黄油风味。

用人体组织模拟

人们吸入二乙酰时会怎样?会伤害肺吗?为了回答这些问题，Escher和Hansen使用了Fraunhofer ITEM开发的仪器：PRIT ExpoCube。这使他们能够模拟挥发性物质对细胞和组织的影响。

为了模拟肺部情况，科学家使用了在气液界面膜上培养的人支气管上皮细胞。气态二乙酰通过PRIT ExpoCube传递到这些细胞的表面。然后采用生化方法检查对细胞的影响。经过对基因表达的全面分析，研究人员可以确定细胞激活或失活了哪些基因。然后，他们使用该数据来确定细胞内哪些信号通路被激活。这些可能是导致产生引起炎症的信使物质的信号通路。

在下一步中，调查将进行到器官级别。在这里，研究人员使用从人体肺部培养的活组织切片，这些切片具有实际器官的许多功能。与细胞培养一样，现在将肺部暴露于PRIT ExpoCube中的二乙酰基中，然后进行分析。

为了模拟人体中吸入物质的行为，项目合作伙伴使用了称为“计算机方法”的复杂计算模型。这些计算机辅助模型能够高度精确地再现生物体如何吸收，分布和排泄吸入物质。Escher解释说：“结合体外和计算机模拟数据，可以更准确地了解二乙酰等物质如何损害肺部。”

使用类似物质的数据

将替代方法纳入风险评估的第一步是跨方法。如果要按照此方法批准一种新化学品，首要任务是寻找已经存在动物试验毒理学数据的类似物质。在交叉读取方法中，此数据随后应用于新化学品。埃舍尔说：“这种方法已经在使用。但是，在实践中，仍然很难证明两种化学物质是如此相似，以致于它们确实具有相同的毒性。” “这就是为什么监管机构通常不接受跨学科方法的原因。”

在案例研究中，项目团队调查了密切相关的物质组，并收集了完整的体外和计算机模拟数据。基于这些研究的力量，他们能够证明替代方法完全能够确定与结构相关的材料的毒性。

与监管机构协商

EU-ToxRisk项目不仅涉及大学，研究机构和公司，还涉及监管机构。要使这些新的综合测试策略取得成功，与监管机构工作的毒理学家进行密切咨询至关重要。因为只有和批准了这些新近开发的评估毒性的程序，才可以替代动物测试。