联邦政府招募机器人进行化学测试

在我最后发表(在美国环境保护基金(Environmental Defense Fund)的化学与纳米材料博客上)，我介绍了美国环境保护署(EPA)的NexGen合作项目，并简要描述了支撑该项目的科学进展。在这篇文章中，我将探索环保署努力的一些潜在力量，这需要我们了解一些细节(书呆子剧透!)

NexGen专注于新的科学知识和技术能力如何与主要依赖于更昂贵和耗时的动物研究的传统危害和风险评估相互作用。

关于它的名字有很多争论化学物质的高通量(HT)测试．就在上周，环保局发布了一份公开声明描述一个新机器人国立卫生研究院化学基因组中心(NCGC)。我强烈推荐通过点击“机器人毒性测试系统”来观看机器人的行动视频链接可以在NIH国家人类基因组研究所的网站上找到。这个机器人计划测试10000种化学物质的潜在毒性!那么，这到底意味着什么呢?

环境保护署已将大量注意力集中在开发方法上，以允许更快速的高温测试和化学品筛选。环保署并不是唯一在做这些努力的机构。它是几个机构之一，像NIH NCGC，组成了一个跨部门合作的努力称为Tox21．通过Tox21，成员机构正在努力提高他们的集体能力，以便更好地筛选化学化合物以确保安全。环境保护署自己对Tox21高通量检测和筛选工作的贡献被它称为它的ToxCast程序。

高温试验的目的是评估化学物质在多大程度上可能破坏或扰乱任何数量的正常功能生物学途径对保持身体健康至关重要。美国国立卫生研究院(NIH)国家人类基因组研究所(National Human Genome Research Institute)将生物途径定义为“细胞内分子之间导致特定产物或细胞变化的一系列行动”。从消化食物到调节生殖周期，许多生物途径都负责我们许多身体功能的正常执行。

Tox21 HT测试的重点是检测化学诱导的生物通路扰动，这些扰动可能会引发级联的生理事件，最终导致不利的健康影响。当生物通路中的正常活动出现问题时，我们就有可能成为负面健康结果的接收端，比如糖尿病或癌症。

HT测试有两种基本口味:巧克力和香草。好吧,实际上并不是这样。两种主要类型的HT测试是细胞和非细胞，即那些涉及活细胞和那些涉及细胞成分，分别。

在细胞试验或试验中，细胞的培养(群体)暴露于化学物质中。在这种暴露期间或之后，对被检查的特定生物途径或途径的干扰进行监测。例如，利用培养的人类细胞进行HT试验可以检测出一种化学物质是否与人类雌激素受体结合。如果这样的一个交互被检测到，化学物质会被标记为潜在的内分泌干扰物)这是一种可能会干扰内分泌系统正常功能的化学物质，而内分泌系统是我们正常生殖发育的主要来源。

非细胞HT试验寻找化学物质和生物途径之间类似的相互作用，但不使用完整的细胞。相反，这些检测使用的是从细胞中提取的生物分子，比如酶。例如，在ToxCast项目中使用的一组非细胞分析使用一种叫做细胞色素P450，它参与分解或代谢进入我们身体的外来化合物，如药物和其他化学物质。在HT试验中，纯化的细胞色素P450与一种化学物质混合，并测量细胞色素P450活性受到抑制的程度。因此，抑制细胞色素P450可能表明，一种化学物质正在干扰我们的身体通常解毒外来物质的关键机制。

科学家们已经开发了数百种这种细胞和非细胞分析方法。那么，如何在大量的化学品上运行它们，这是“高通量”的本质?新技术，如上述机器人，允许在数百次分析中，在多种浓度下，对数百至数千种化学物质进行自动化和同步测试。

更重要的是，这些分析非常敏感，只需几滴液体就能完成!机器人在一个井内进行每一项试验多井板这里通常有96口井。在一个盘子上，可以进行96个化学毒性测试。美国国立卫生研究院(NIH)化学基因组学中心(Chemical Genomics Center)主任克里斯托弗·奥斯汀(Christopher Austin)博士在几个精彩的视频中很好地捕捉到了机器人能力的重要性。看到在这里和在这里．

大约1000种已经或即将在ToxCast项目中接受测试的化学物质可供使用在这里．一些化验结果是公开的在这里和ToxCast数据库可以通过化学名称或CAS编号进行搜索。

所以，除了更快更便宜，这些HT测试告诉我们什么不同于我们从实验室动物的传统测试中学到的东西吗?在传统的毒性试验中，目的是确定某一特定剂量的化学品是否会对整个动物的健康或正常功能造成可观察到的变化(例如，形成恶性肿瘤或丧失生育能力)。相比之下，HT测试在细胞或分子水平上寻找化学诱导的变化，这些变化发生在上游，但已知或认为会导致最终的疾病结果。

换句话说，HT检测可以发现可能最终导致不良健康影响的早期指标。它们提供了关于化学物质影响我们的机制的信息。这些变化不容易在整个动物水平上检测或测量。参见奥斯汀博士对高温测试系统的简明解释这个视频．

现在，所有这些都不应该被认为意味着所有的HT测试方法都是百分百可靠的。它们也有自己的问题和限制，我将在本系列的后续博文中讨论这个话题。

在我的下一篇文章中，我将使用这里建立的概念来介绍化学测试技术，这些技术与传统的毒性测试甚至有更大的区别:基于细胞和非细胞HT分析的技术，在计算机上模拟虚拟器官的功能“运行测试”。有趣的,是吗?在我发表下一篇文章之前，你要保持期待……

[编者按:本文最初发表在美国环境保护基金的C化学与纳米材料博客．]

_{试管- CC许可通过流浪的天使(Flickr)}