Токсикологические исследования

      Наши подходы и методы токсикологической оценки бездымных продуктов

      Выйдя за рамки токсикологических исследований, требуемых контролирующими органами, компания Филип Моррис Интернэшнл (ФМИ) стала первопроходцем в области исследований бездымных продуктов. Среди ключевых факторов, которые вывели ФМИ на передовые позиции в этой области, — приверженность строгим научным методам, междисциплинарный подход, а также инвестиции в передовые технологии и оборудование. Узнайте больше о наших методах токсикологических исследований, которые также широко применяются в биотехнологической и фармацевтической индустрии.

      Методы токсикологических исследований ФМИ

      В рамках оценки бездымной продукции мы проводим токсикологические исследования, при этом токсикологическая оценка проводится с использованием трех групп методов:

       

      Исследования in vitro проводятся на клетках или тканях, находящихся вне их нормального биологического окружения. При необходимости мы включаем исследования in vivo, которые проводятся на лабораторных животных. Мы также применяем вычислительные методы, которые задействуют компьютеры и большие массивы данных для изучения и моделирования биологических систем.

      Когда мы продемонстрировали с помощью исследований in vitro и in vivo, а иногда и вычислительной биологии, достаточное понимание рисков, присущих конкретному продукту, мы можем переходить к клиническим исследованиям с участием добровольцев. По мере прогресса в сфере токсикологической оценки мы постоянно изучаем новые технологии и методики для повышения эффективности наших исследований.

      Краткое описание методов in vitro

      В наших токсикологических исследованиях используются методы in vitro для изучения воздействия бездымных продуктов на культивируемые клетки (бактерии или клетки млекопитающих) или ткани, выращенные в лабораторных условиях. Одними из важнейших видов токсикологических in vitro тестов, которые мы используем при подаче отчетов в контролирующие органы, являются тесты на генотоксичность и цитотоксичность.

      Тест на генотоксичность предназначен для выявления генетических повреждений и генных мутаций, индуцированных как отдельными химическими веществами, так и сложными смесями. Наиболее часто мы используем тест Эймса (Ames Assay), который измеряет уровень обратных мутаций в штаммах бактерий Salmonella. Другими распространенными методами определения генотоксичности являются тест на клетках мышиной лимфомы (Mouse Lymphoma Assay, MLA), который выявляет мутации в клеточной линии мышиной лимфомы L5178Y tk+/-, и микроядерный тест. В настоящее время мы отказались от MLA в пользу микроядерного теста.

      Тест на цитотоксичность предназначен для определения токсичности химического вещества для живых клеток. Наиболее часто мы используем тест на поглощение нейтрального красного (Neutral Red Uptake Assay, NRA), оценивающий жизнеспособность клеток. Этот тест основан на способности живых клеток эмбриона мыши (клеточная линия BALB/c 3T3) поглощать и связывать нейтральный красный краситель в лизосомах клетки после воздействия ряда химических веществ. 

      В рамках исследований in vitro мы проводим и другие тесты, помогающие понять влияние наших продуктов на различные клеточные системы. Среди них — исследования на клетках легких, печени и почек. Обычно мы начинаем с двухмерных культур клеток, а затем усложняем их до трехмерных, используя, например, систему Transwell, позволяющую подвергать клетки с одной стороны воздействию воздуха, а с другой - среды для культивирования. Это позволяет сформировать органотипическую культуру с трехмерной структурой и функционально более похожую на то, что наблюдается в дыхательных путях человека. Для этого мы используем трехмерные культуры, представляющие различные эпителии дыхательных путей (назальный, буккальный, десневой, бронхиальный и эпителий мелких дыхательных путей). С помощью этого метода наши ученые могут создавать клеточные культуры, лучше имитирующие ткани и субструктуры органов в организме человека, а также позволяющие подвергать их непосредственному воздействию аэрозоля. 

       

      Для исследований также используются органы-на-чипе. Как правило, они состоят из микрофлюидного устройства, содержащего несколько камер. Каждая камера предназначена для размещения ткани, камеры соединены каналами, по которым между ними протекают жидкости, что позволяет клеткам в разных камерах взаимодействовать друг с другом таким образом, который невозможен в традиционных двумерных культурах.

      Теперь в одной и той же среде можно объединить несколько культур клеток, чтобы лучше понять, как экстракты и аэрозоли бездымных продуктов могут влиять на организм человека. Например, мы разработали легкое-и-печень-на-чипе, где клетки легких и печени находились в схожей среде и могли работать вместе благодаря общей среде, циркулирующей между ними. 

      Из недавних достижений можно также отметить наше сотрудничество с TissUse для разработки инновационной интегрированной платформы для тестирования аэрозолей, которая имитирует все дыхательные пути человека в части их размера и структуры. 

      Эти и другие возможности позволяют нам улучшить понимание того, как аэрозоли воздействуют на биологические ткани. Результаты исследований токсичности in vitro позволяют нам определить необходимость изучения токсичности вещества на животных лабораторных моделях, то есть in vivo. 

      Краткое описание методов in vivo

      ФМИ разделяет обеспокоенность общества по поводу исследований на животных. Тестирование с участием животных до сих пор остается наиболее надежным методом выявления потенциальных опасностей без риска для человека, что делает их важнейшим элементом в процедурах одобрения контролирующими органами. Тем не менее, при наличии альтернатив мы отказываемся от методов тестирования на животных, как это делают университеты и фармацевтические компании. Если замена невозможна, количество грызунов в каждом эксперименте сокращается до минимально необходимого.

      Наши традиционные in vivo подходы к ингаляционной токсикологической оценке соответствуют международно признанным руководствам по испытаниям, таким как Руководство по испытаниям химических веществ Организации экономического сотрудничества и развития (OECD). Эти руководства важны для обеспечения согласованности методов испытаний в соответствии с нормативными требованиями. Руководства OECD 412 и 413 специально разработаны для полного анализа токсичности продукции при вдыхании и получения надежных данных для оценки токсикологического риска. В рамках тестов по протоколам OECD мы провели дополнительные исследования с использованием методов системной биологии для получения механистического понимания изменений, происходящих при воздействии аэрозолей на животных. Во всех наших исследованиях мы сопоставляем группы, подвергающиеся воздействию аэрозолей, с группами «курящих» и «некурящих».

      Среди моделей заболеваний, которые мы изучаем in vivo, — сердечно-сосудистые заболевания (в частности, рост атеросклеротических бляшек), хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и рак легкого.

      При проведении in vivo исследований мы следуем принципам 3R (замена, сокращение, усовершенствование), разработанным более 50 лет назад с целью обеспечить проведение более гуманных исследований на животных, а также соблюдаем национальные и международные законы и правила, регламентирующие использование животных в научных процедурах. О нашей заинтересованности в сокращении количества in vivo испытаний свидетельствуют инвестиции в исследования и разработки, участие в конференциях, направленных на обмен знаниями и сотрудничество в области новейших достижений в области испытаний на животных, а также соблюдение рекомендаций OECD по защите животных.

      Краткое описание вычислительных методов

      В рамках программы оценки бездымных продуктов мы стремимся использовать методы системной биологии, проводя всесторонние анализы с использованием омиксных технологий, которые генерируют терабайты данных. Фактически, мы используем различные математические методы для анализа воздействия аэрозолей бездымных продуктов на биологические системы. Для этого мы разработали высокопроизводительную вычислительную инфраструктуру для хранения и анализа различных данных о молекулярном составе, биологических путях и механизмах развития заболеваний.

      Благодаря моделированию и экстраполяции вычислительная биология позволяет глубже понять механизмы, приводящие к развитию или прогрессированию заболеваний, связанных с курением.

      Исследования

      Примеры наших исследований с использованием методов вычислительной биологии:

      Для использования наших вычислительных возможностей мы запустили ранее ряд совместных проектов. Одним из них стал краудсорсинговый проект sbv IMPROVER в партнерстве с IBM Research, в рамках которого с 2012 по 2022 год проводилась серия открытых научных конкурсов, проектов и мероприятий, направленных на проверку и валидацию моделей биологических сетей. Задачей одного из научных конкурсов был поиск и тестирование новых стратегий диагностики воспалительных заболеваний кишечника.

      Еще одна область, в которой наши компетенции в области вычислительных методов принесли пользу – вычислительная гидродинамика (CFD). Для оценки токсичности и биологического воздействия сигаретного дыма и аэрозолей бездымных продуктов важно понять, где и в каком количестве аэрозоль оседает в дыхательной системе. Для этого мы используем CFD-моделирование, которое объединяет механизмы переноса, эволюции и осаждения дыма (аэрозоля). Для повышения качества и точности прогнозов эти модели требуют значительных объемов данных и вычислительных мощностей.

      В настоящее время мы уделяем особое внимание машинному обучению и искусственному интеллекту для поиска и интерпретации данных, но на перспективу мы постоянно ищем новые пути усовершенствования наших биологических моделей, чтобы повысить достоверность токсикологической оценки.

      Статьи по теме
      Обзор технологии органов-на-чипе
      Как органы-на-чипе имитируют настоящие органы человека в исследованиях ФМИ. Читайте наш литературный обзор
      Многоклеточная модель для оценки противовоспалительных соединений
      Культура клеток, обладающая иммунным ответом, протестирована с использованием алкалоидов табака. Читайте наш литературный обзор
      petri-dish-red-supstance.jpg
      Прозрачность в исследованиях для продвижения лучших практик
      ФМИ делится передовыми методами оценки бездымной продукции
      Blurred close-up of a scientist in laboratory wearing white lab coat and safety glasses.
      Альтернатива использованию лабораторных животных при оценке риска табачных продуктов
      Применение технологии органов-на-чипе при оценке риска табачных продуктов. Читайте наш литературный обзор
      A close up of a laboratory microscope with scientists in the background.
      Нагреваемый табак и сигареты: влияние на кровеносные сосуды и дыхательные пути
      Эффекты аэрозоля системы нагревания табака и сигаретного дыма на сердечно-сосудистую и дыхательную системы у мышей ApoE-/-. Читайте наш литературный обзор
      Male scientist working in the PMI laboratory, Cube
      Токсикологическая оценка электронных систем доставки никотина
      Новая книга от ученых ФМИ (страница на английском языке)

      Сайт PMIScience.com создан компанией Филип Моррис Интернэшнл (ФМИ) с целью публикации и распространения научной информации о деятельности компании Филип Моррис Интернэшнл по поддержке линейки бездымных продуктов компании. Этот сайт предназначен для ученых, экспертов в области регулирования и общественного здравоохранения, а также других лиц, интересующихся регулированием в отношении табака. Целью этого сайта не является реклама или маркетинг, и представленная информация не направлена на какой-либо конкретный рынок. Целевой аудиторией сайта не являются потребители. Инновационные табачные продукты, продаваемые в Соединенных Штатах Америки, подпадают под действие нормативных требований FDA; поэтому содержимое этого сайта не предназначено и не должно толковаться как какие-либо связанные с продукцией заявления в США, сделанные без надлежащего разрешения FDA.​

      Продукция с пониженным риском («ППР») — это термин, используемый ФМИ для обозначения продукции, которая обладает, вероятно обладает или потенциально может обладать пониженным риском причинения вреда здоровью курильщиков, переключившихся на данные виды продукции, по сравнению с риском причинения вреда здоровью при продолжении курения сигарет. ФМИ имеет ряд ППР, находящихся на различных стадиях разработки, научной оценки и коммерциализации. Все наши ППР представляют собой бездымные продукты, которые доставляют никотин с гораздо меньшим количеством вредных и потенциально вредных компонентов по сравнению с количествами, обнаруживаемыми в дыме сигарет.