联邦调查局招募机器人进行化学测试

在我最后发表(在环境保护基金的“化学品和纳米材料”博客上)，我介绍了美国环保署与NexGen合作的努力，并简要描述了支持该计划的科学进展。在这篇文章中，我将探讨一些EPA努力的潜在力量，这将要求我们深入一点细节(呆子剧透!)

NexGen正在关注新的科学知识和技术能力如何可能与主要依赖于更昂贵和更耗时的动物研究的传统风险和风险评估相互作用。

关于这个名字有很多议论化学品的高通量(HT)测试。就在上周，环保署发布了一份公开声明描述新事物的揭幕机器人位于国立卫生研究院化学基因组中心(NCGC)。我强烈推荐通过点击“毒性测试机器人系统”来观察机器人的行动。视频链接可在美国国立卫生研究院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一万种化学物质的潜在毒性!那么，这到底意味着什么呢?

环境保护局非常重视发展能够更快速地检测和筛选化学品的方法。在这些努力中，环保署并不是唯一的。它是几个机构之一，像美国国立卫生研究院NCGC，组成了一个协作的跨部门努力称为Tox21。通过Tox21，会员机构正在努力提高其集体能力，更好地筛查化合物的安全性。环境保护署对毒素21高通量检测和筛选工作的贡献就在于它所谓的itsToxCast程序。

HT检测的目的是评估化学品破坏或扰乱任何数量的物质的正常功能的程度生物学途径对保持健康至关重要美国国立卫生研究院国家人类基因组研究所将生物途径定义为“细胞内分子之间的一系列行动，导致细胞内的某种产品或改变。”从消化食物到调节生殖周期，许多生物学途径负责我们许多身体功能的正确执行。

Tox21 HT检测主要是检测化学因素对生物途径的干扰，这些干扰可能会引发一系列的生理事件，最终导致有害的健康影响。当生物途径中的正常活动出错时，我们就有可能成为负面健康结果的接收端，例如，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。HT测试的两种主要类型是细胞测试和非细胞测试，即分别涉及活细胞和细胞成分的测试。

在细胞测试或化验中，培养的细胞(群体)暴露于化学物质中。在此暴露期间或之后，对特定的生物通路或被检查的通路的干扰进行监测。例如，利用培养的人体细胞进行HT试验可以检测化学物质是否与人体雌激素受体结合。如果这样的一个交互被检测到，该化学物质会被标记为潜在的吗内分泌干扰物)也就是说，这种化学物质可能会干扰我们的内分泌系统的正常功能，而我们依赖内分泌系统进行正常的生殖发育。

非细胞HT检测寻找化学物质和生物途径之间类似的相互作用，但不使用完好的细胞。相反，这些检测使用从细胞中提取的生物分子，如酶。例如，一套脱细胞试验在毒素试验中使用一种叫做细胞色素P450它参与进入我们身体的外来化合物的分解或新陈代谢，比如药物和其他化学物质。在HT测定中，将纯化的细胞色素P450与化学物质混合，并测定细胞色素P450活性被抑制的程度。因此，抑制细胞色素P450可能表明，一种化学物质干扰了我们的身体正常排毒外来物质的关键机制。

科学家们已经开发了数百种细胞和非细胞检测方法。那么，如何使用大量的化学物质来运行它们呢?这正是“高通量”的本质所在。像前面提到的机器人这样的新技术，允许在数百种化验中，在多种浓度下，对成百上千种化学品进行自动化和同步测试。

更重要的是，这些检测非常敏感，每一种检测都可以在几滴液体中进行!机器人在a的单孔内进行每个单独的分析多井板通常有96口井。所以在一个平板上，可以进行96项化学毒性测试。美国国家卫生研究院化学基因组中心主任克里斯托弗·奥斯汀博士用几段精彩的视频很好地展示了机器人的巨大能力。看到在这里和在这里。

大约有1000种化学物质已经或即将接受毒素释放计划的一系列测试在这里。一些化验结果是公开的在这里和ToxCast数据库可按化学名称或核证机关编号搜寻。

所以，除了更快更便宜之外，这些HT测试能告诉我们什么不同于我们在实验室动物身上的传统测试吗?在传统的毒性试验中，目的是确定某一特定剂量的化学物质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(例如恶性肿瘤的形成或生育能力的丧失)。相反，HT测试寻找化学因素在细胞或分子水平上引起的变化，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检测检测了可能最终导致不良健康影响的早期指标。它们还提供了关于化学物质影响我们的机制的信息。这些变化在整个动物水平上不易察觉或测量。参见Austin博士对HT测试系统的简明解释这个视频。

现在，所有这一切不应该被理解为一切都是百分之百完美的HT测试方法。它们也有自己的问题和限制，我将在本系列的后续博客文章中讨论这个主题。

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，这些技术比传统的毒性测试更加遥远:这些技术建立在细胞和非细胞的HT分析之上，在虚拟器官上“运行测试”，这些器官的功能在计算机上模拟。有趣的,是吗?你只需要把你的期待放在我的下一个书呆子的帖子…

[编者按:本文最初刊登在美国环境保护基金会(Environmental Defense Fund)的C化学和纳米材料博客。]

_{试管- CC许可证由流浪的天使(Flickr)}