En un mar sin fin de productos químicos, la toxicología nos tira un salvavidas

Blog original en inglés por Becky Curtis
Traducido por Jane Moye-Rowley

¿Cómo es posible mantener la seguridad en un mundo lleno de productos químicos? Hay química – la natural y la artificial – en cada dirección que miramos, en el aire que respiramos, en la tierra en que estamos de pie, y en el agua que tomamos. Cada célula en nuestros cuerpos humanos usa química para funcionar y comunicar. Estamos expuestos a una multitud de sustancias químicas en nuestras casas, coches, en nuestro ambiente, en trabajo y en la comida que comemos. Muchas de esas químicas son completamente benignas, pero unas podrían causar riesgos serios a la salud. No necesitamos tener miedo de todas los productos químicos, pero ¿cómo se sabe cuales sustancias químicas son seguras?

Una técnica de laboratorio

Una técnica de laboratorio del Centro de Salud Público de las Fuerzas Armadas de los EEUU evalúa unas muestras toxicológicas (Foto por Ben Bunger, fotógrafo de CSPUSA)

Al rescate, aquí está la evaluación de seguridad química o la toxicología, un ámbito que analiza las sustancias químicas para peligros potenciales.1 Para realizar resultados con relevancia humana, uno de los métodos más importantes que usan toxicólogos es experimentación animal.2 Sin embargo, aunque todos podemos acordar que necesitamos la toxicología para mantener la seguridad, nadie le gusta la idea de causando daño a otros seres vivos. Este dilema ha sido reconocido por mucho tiempo en la toxicología y la se dirige por los “tres Rs”: reemplazar, reducir, y refinar. Los tres Rs son directrices para promover la buena administración de animales y para dirigir las preocupaciones éticas sobre el uso de animales en investigaciones (vamos a hablar más sobre esto más tarde).

¿Cómo funciona la seguridad química?

Cuando se examina la seguridad química, hay muchas preguntas importantes para contestar. Por ejemplo:

  • ¿Cuáles niveles de exposición son seguros, y cuales causan reacciones tóxicas?
  • ¿Cuáles sustancias químicas tienen la potencial para dañar los órganos internos?
  • ¿Cuáles sustancias químicas podrían causar el cáncer?

Para responder a estas preguntas grandes y muchas más, los toxicólogos examinan los efectos de químicas en dosis varias, en un grupo de prueba (algunas veces grupos de animales, algunas veces de bacteria o de células). Luego observan cosas como cambios significantes en la supervivencia, el crecimiento o la actividad reproductiva, que señalarían la toxicidad potencial.

Quizás haya oído la frase “la dosis hace al veneno,” y en realidad esa es muy verdadera. No es tan fácil como etiquetar un producto químico perjudicial y otro producto químico seguro. El agua es un ejemplo. Si no tomamos bastante, hay el peligro de la deshidratación. Sin embargo, en cantidades excesivas, ¡el agua puede ser fatal!3 Para dar sentido a todo eso, toxicólogos determinan los efectos de una gama de dosis varias.

la toxicología

Las investigaciones en la toxicología ayudan a determinar cuánto exposición a una sustancia sea segura. (Imagen de wikimedia)

Muchos métodos diferentes, y disciplinas como biología, química y genética se unen para dar una evaluación comprehensiva de químicas en una prueba toxicóloga. Métodos de prueba varían muchos, pero un factor importante es si la prueba es in vivo o in vitro. La frase es latín por “dentro de lo vivo,” y una prueba in vivo se realiza con un organismo viviente. En contraste, in vitro, la que es latín por “dentro del vidrio,” no es. En cambio, pruebas in vitro toman lugar fuera de un organismo viviente, tales como una placa de Petri o frasco, con células humanas o células animales. Una ventaja de pruebas in vitro es que permiten una experimentación rápida de una gran cantidad de sustancias químicas.4 También permiten control de condiciones experimentales muy cuidadoso. Sin embargo, sería difícil relatar resultados de estudios in vitro a peligros potenciales para cualquier organismo entero, menos los humanos específicamente. Los estudios in vivo, porque las se realizan en un sistema viviente, da una vista más holística–más relevante a un organismo entero–de los efectos potenciales de un producto químico.5 Con cualquier método, cada modelo puede dar información valiosa sobre la sustancia química de la prueba y los riesgos potenciales para nosotros.

¿Cómo elegimos modelos de prueba?

Elegir un modelo de prueba es un paso clave al planear un experimento toxicólogo. Consideramos un ejemplo obvio: si un toxicólogo le interesa determinar riesgos potenciales para la salud humana, no lo ayude mucho experimentar en plantas porque el sistema de plantas es tan diferente de lo nuestro—sería difícil estimar riesgos para la salud humana basados en los resultados. En cambio, para estudiar los efectos posibles de una sustancia química, un buen organismo modelo es uno con un sistema que funciona en una manera similar al sistema humana en términos de la anatomía, fisiología y bioquímica. Esa es la razón por el uso tradicional de animales y organismos vivos como invertebrados.6 El uso de plantas como modelos de prueba, en vez de bacteria o animales, tendría sentido si el toxicólogo quiera comprender el efecto de un pesticida en cultivos.

Todos quieren resultados significantes; queremos saber que los productos que usamos contienen ingredientes comprobadas por la seguridad. Sin embargo, nadie, incluso los toxicólogos, quiere pensar en dañar un organismo vivo solo para saber sobre la seguridad. Los tres Rs son un conjunto de principios que sirven como un embozo de mejores prácticas para elegir modelos de prueba para estudios toxicólogos.

Los tres Rs de toxicología

El concepto de los tres Rs ha existido por más de 50 años, esbozado en 1959 por William Russel y Rex Burch, trabajando en conjunto para evaluar las éticas de prácticas de laboratorios.6,7 Aquí está una mirada más profundo de los tres Rs:

Reemplazar – Siempre que sea posible, elimine el uso de animales y reemplazarlo con el uso de métodos alternativos con líneas de células de humanos o animales, u organismos menos desarrollados como gusanos u otro invertebrados.

Reducir – Si no es posible evitar el uso de animales, diseñe experimentos para ser lo más eficiente como posible y reducir el número de animales en la prueba.

Refinar – Para los animales necesarios para la prueba, proporcione habitaciones cómodas y asegure que tienen buena alimentación y salud. Este método haría los animales más felices y también evita resultados confundidos porque animales en estrés reaccionare diferente a la prueba.8

Así como los tres Rs de la gestión de residuos – reducir, reusar, y reciclar – son intentados para mejorar la administración ambiental, los tres Rs de toxicología promueven la buena administración de animales y dirigen las preocupaciones éticas sobre el uso de animales en investigaciones.

Fuera de las desventajas éticas en la experimentación animal, pruebas de una gran variedad de químicas con modelos animales son caras y requieren mucho tiempo. Alguien tiene que cuidar los animales en investigaciones por la vida entera de la animal, algo que puede requerir muchos recursos.6 Además, las dosis que reciben los animales son más concentradas que la humana típica experimentaría en la vida,1,2 que añada a la complejidad de la relación entre los resultados de una prueba con modelo animal y la aplicación de esos resultados en los humanos. Por fin, especies diferentes no siempre tienen reacciones iguales a sustancias (por un ejemplo notorio, ¡el chocolate es toxico para perros!) y por eso siempre hay alguna pregunta sobre la aplicación directa de resultados de pruebas con animales non-humanos a humanos.

Una imagen de células interconectadas

Una imagen de células interconectadas generada con un modelo informática. Este tipo de modelo es un medio con relevancia creciente para la investigación biológica como la toxicología. (Imagen por Hermann Cuntz,9)

Para dirigir todos estos problemas, toxicólogos son desarrollando una variedad de métodos alternativos de investigaciones, para reducir o eliminar el uso de animales y mejorar la precisión de los resultados. Se desarrollan nuevas técnicas de investigación que usan el poder de modelos químicos o matemáticos y supercomputadores para predecir efectos tóxicos para humanos.6

El contacto con los productos químicos en nuestro mundo es simplemente inevitable. Aunque muchas sustancias químicas son esenciales para nuestra propia existencia, la lista de nuevas sustancias químicas introducidas al ambiente está creciendo rápidamente, y necesitamos investigar para determinar si son seguras, y en cuales cantidades son seguras. Aunque la prueba tradicional de seguridad química ha dependido profundamente en el uso de animales, preocupaciones éticas y prácticas están cambiando el ámbito de modelos animales mientras que aumentan la relevancia de los resultados para humanos. Mejoras en el horizonte para toxicología prometen más relevancia humana, menos gastos, mejorada eficiencia, y menos experimentación animal. Esto nos mantendré felices y seguros todos, incluso nuestros amigos los animales.


RECURSOS INFORMATIVOS

  • Toxicología Cotidiana currículo de Penn State (edades 11-18)
  • Guerrero de Cáncer actividad “para determinar la toxicidad de la sal para un proceso renal intercelular con uso de una curva dosis-respuesta” (edades 10-18)

REFERENCIAS

  1. Casarett, L., Doull, J., & Klaassen, C. Casarett and Doull’s Toxicology: The Basic Science of Poisons. McGraw Hill Education, (8th ed.) 2013.
  2. Zurlo, J. No Animals Harmed: Toward a Paradigm Shift in Toxicity Testing. In A Hastings Center Special Report: Animal Ethics: Evolving Views and Practice. (S. Gilbert, G. Kaebnick, & T. Murray, eds.) 2012. Retrieved from  http://www.thehastingscenter.org/uploadedFiles/Publications/Special_Reports/AnimalResearchEthics.pdf
  3. Zurlo, J., Rudacille, D., & Goldberg, A. Toxicology and Toxicity Testing. In Animals and Alternatives in Testing: History, Science, andEthics. Chapter 3. New York: Mary Ann Liebert, Inc., 1994. Retrieved from  http://caat.jhsph.edu/publications/animal_alternatives/chapter3.html
  4. Judson, R. et al. Perspectives on Validation of High-Throughput Assays Supporting 21st Century Toxicity Testing. ALTEX 30.1.2013: 51–56. PMCID: PMC3934015
  5. Gallo, Michael. In Vivo and in Vitro Testing. Encyclopedia of Public Health. 2002. Retrieved from http://www.encyclopedia.com/doc/1G2-3404000449.html
  6. Burden,N., Sewell, F., & Chapman, K. Testing Chemical Safety: What Is Needed to Ensure the Widespread Application of Non-Animal Approaches? PLoS Biology 13.5 2015: e1002156. doi:10.1371/journal.pbio.1002156
  7. Russell, W. & Burch, R. The Principles of Humane Experimental Technique. 1960 (Special edition 1992) Retrieved from http://altweb.jhsph.edu/pubs/books/humane_exp/het-toc
  8. Understanding Animal Research. The Three Rs. [web page] 2014. Retrieved from http://www.understandinganimalresearch.org.uk/how/three-rs/ 
  9. Cuntz, H. Forest of synthetic pyramidal dendrites grown using Cajal’s laws of neuronal branching. PLOS Computational BiologyIssue Image. 2010, 6(8) ev06.i08. doi: 10.1371/image.pcbi.v06.i08

 

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