Принципы организации системы тестирования биологической активности ксенобиотиков. Биологический эпиморфизм. Основные цели биотестирования.
Система тестирования ксенобиотиков по видам биологической активности может включать два взаимосвязанных подхода. Первый подход – исследование целевого объекта испытаний (человек, животное, растение, биогеоценоз), на который должно быть направлено действие искомого ксенобиотика исходя из целей поиска (лекарство, ветеринарное средство, гербицид и т.д.); второй – изучение совокупности тест-объектов более примитивной организации, чем целевой. Использование второго подхода оправданно в тех случаях, когда первый не обеспечивает достаточной производительности и т. п.
Традиционный путь поиска: с применением фармакологических тестов организменного уровня определяют биологическую активность ряда чужеродных соединений, затем улучшают их свойства путем химической модификации в соответствующих рядах соединений. После этого проводят новые испытания модифицированных веществ, снова их улучшают и т. д. Это делается до тех пор, пока указанная процедура не приведет к созданию наиболее эффективного в данном ряду соединения. Такой подход охватывает лишь один или несколько видов биологической активности и сравнительно малую выборку ксенобиотиков.
Работая со сравнительно небольшими массивами чужеродных соединений и определяя сравнительно немного видов активности можно использовать животных как основной тест-объект. Однако индустриальные масштабы испытаний и их промышленная организация требуют увеличения на порядки производительности системы и обеспечения возможность работы с малым количеством испытуемого вещества.
Поэтому возникла необходимость обратиться к исследованиям на тканевом, клеточном, молекулярном уровнях. Здесь вступает в право использование принципа качественного подобия – эпиморфизматест-объекта и целевого объекта в отношении определенного биологического свойства ксенобиотика.
Принцип эпиморфизма – это принцип конструктора: из небольшого числа деталей построить как можно больше фигур. Возможности принципа эпиморфизма велики, поскольку основные молекулярные структуры и субклеточные образования в большей степени единообразны у самых разнообразных живых объектов.
Главные методологические трудности при использовании эпиморфных моделей связаны с определением оптимального уровня детализации модели по отношению к целостному организму. Этого можно достичь исходя из того, что в системе тест-объектов на клеточном уровне организации представляются все царства живого и основные типы тканей организма человека, а также из того, что у тест-объектов в совокупности определяются все основные реакции (гибель, повреждение, адаптация, проницаемость, метаболизм ксенобиотиков, синтез белка и ДНК, возбудимость и т. д.).
Когда говорят о биологической активности ксенобиотиков, то для ее определения необходимы тест-объекты, у которых регистрируются определенные виды биологических реакций (гибель, изменение роста, изменение различных метаболических реакций и т. д.) при их действии, называемые тест-реакциями. В этой связи разработаны принципы отбора и стандартизации тест-объектов при классификации ксенобиотиков по видам биологической активности.
Совокупность набора тест-объектов клеточно-тканевого уровня должна удовлетворять главному принципу системы – представительности выбранных биологических тест-объектов (БТО) по отношению к моделям биосферы и организму человека с соответствующим набором характеристик (тест-реакций).
Предлагается подбирать тест-объекты по следующим критериям: сходство молекулярных рецепторов, являющихся мишенями для веществ с данными видами активности; принцип надмолекулярной организации и молекулярный состав (близость по структуре); функциональное сходство; органное или тканевое происхождение; идентичность патологического состояния тест-объекта таковому реального объекта.
Большая степень неопределенности существует в отношении тех видов активности, которым присущи системные эффекты на уровне ткани, органа или организма. В этом случае подбор биологических тест-объектов по критерию органного происхождения дает значительную гарантию прогноза.
Классификация ксенобиотиков по видам биологической активности по-новому ставит вопрос о подборе и стандартизации тест-объектов. Степень воспроизводимости, стандартность набора тест-объектов непосредственно определяют надежность принимаемых решений и степень автоматизации системы. С молекулярными тест-объектами это сделать проще.
Каждый тест-объект индивидуален, что приводит к целому ряду затруднений при регистрации его характеристик, интерпретации данных, выявлении их соответствия поставленным целям и т. д. Существует ряд методических подходов для стандартизации, подбора, приготовления тест-объектов, например:
– стандартизация условий содержания животных;
– использование контрольных карт (отбраковка животных, для которых отклонения, согласно карте, превышают определенную величину);
–выбор наиболее щадящих условий выделения и инкубации;
– использование дополнительных воздействий, переводящих тест-объект в заданное состояние;
– нормирование регистрируемых параметров (приведение к норме);
– выбор тест-реакций, минимально зависящих от индивидуальности тест-объектов и т. д.