Dokument: Ersatz von Tierversuchen: Bewertung von Alternativmethoden für den toxikologischen Endpunkt der Hautsensibilisierung

Titel:	Ersatz von Tierversuchen: Bewertung von Alternativmethoden für den toxikologischen Endpunkt der Hautsensibilisierung
Weiterer Titel:	Replacement of animal testing: Evaluation of non-animal methods for assessing skin sensitization
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=43994
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20171120-083939-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Urbisch, Daniel [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,61 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.10.2017 / geändert 24.10.2017
Beitragende:	Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Urlacher, Vlada [Gutachter]
Stichwörter:	toxicology; skin sensitization; alternative methods
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Um das Gefahrenpotenzial chemischer Substanzen für den Menschen abschätzen zu können, war die Durchführung von Tierversuchen lange Zeit unumgänglich. Ethische Bedenken und gesetzliche Vorgaben konnten jedoch ein immer stärker werdendes Interesse an Alternativmethoden wecken, das sich förderlich auf deren Entwicklung auswirkte. So wurden in den letzten Jahren Methoden etabliert, die beispielsweise das gentoxische, haut- oder augenreizende Potential zuverlässig und ohne den Einsatz von Versuchstieren vorhersagen. Endpunkte, denen komplexere biologische Prozesse zu Grunde liegen, können bis heute allerdings nicht in Gänze mit Alternativmethoden erfasst werden; eine Ausnahme bildet hier der toxikologische Endpunkt Hautsensibilisierung. Die Hautsensibilisierung liegt dem Krankheitsbild der allergischen Kontaktdermatitis (Typ IV Allergie) zugrunde, welche die am weitesten verbreitete Form der Immuntoxizität beim Menschen darstellt. Die Symptomatik umfasst starken Juckreiz, Hautrötung und Bläschenbildung, welche durch signifikante Exposition mit Allergenen wie Nickel (z.B. in Schmuck) oder bestimmten Duft- oder Farbstoffen (z.B. in Kosmetika) ausgelöst wird. Um derartige Allergene zu identifizieren, wurden routinemäßig Tierversuche durchgeführt, die zum Teil auch heute noch von Behörden gefordert werden. Mittlerweile wurden jedoch Alternativmethoden etabliert, die den Tierversuch vollständig ersetzen könnten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Eignung ausgewählter Alternativmethoden zur Allergenidentifikation sowie deren Vor- und Nachteile umfassend analysiert. Dazu wurde ein Datensatz mit Ergebnissen experimenteller Alternativmethoden für über 200 Substanzen zusammengestellt und mit publizierten Tierversuchs- und Humandaten verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die einzelnen zell- oder peptidbasierten Tests die Humandaten ähnlich zuverlässig vorhersagen können wie der Tierversuch. Eine der Testmethoden prüft den ersten Schritt der Hautsensibilisierung (das „molecular initiating event“): Die Bindung eines Allergens an ein Protein, was experimentell durch den Verbrauch zweier Modellpeptide durch die Testsubstanz gemessen wird. Es wurde geprüft, ob die Proteinbindung auch mit Hilfe zweier Computermodelle (QSAR) vorhergesagt werden kann, die dann den experimentellen Test ersetzen könnten, sollte dieser - beispielsweise mit unlöslichen Substanzen - nicht durchführbar sein. Da jede Alternativmethode jeweils nur einen Teilschritt des komplexen Mechanismus` einer Hautsensibilisierung abbildet, erscheint es sinnvoll, mehrere Methoden zu kombinieren, um so die entscheidenden Schritte dieses Prozesses abbilden zu können. Tatsächlich war die Vorhersagegenauigkeit eines Prädiktionsmodells, dass auf dem Ergebnis dreier Testmethoden beruht, höher als die des Tierversuchs. Dabei konnten auch solche Substanzen identifiziert werden, die zunächst abiotisch oder metabolisch aktiviert werden müssen, um ihr allergenes Potential zu entfalten. Eine Risikobewertung sensibilisierender Stoffe ist nur in Kenntnis derer Wirkstärke möglich. Mithilfe eines protein-basierten Tests konnte ein Zusammenhang zwischen der Wirkstärke eines Sensibilisierers und dessen Peptidreaktivität gezeigt und starke von schwachen Sensibilisierern unterschieden werden. To estimate the hazard potential of chemical substances to man, animal testing was routinely performed over decades. However, ethical concerns and legal requirements led to an increasing interest in non-animal test methods and progressed their development and validation. For example, non-animal methods for the assessment of local toxicity endpoints like genotoxicity or skin and eye irritation have recently been established. For more complex endpoints, however, animal testing is still required to date; here, skin sensitization is a vanguard for the toxicological assessment solely based on non-animal methods. Allergic contact dermatitis (allergy of type IV) is the clinical manifestation of skin sensitization and provides the most prevalent form of immune toxicity in humans. Typical symptoms include itchiness, redness of skin and the appearance of blisters, which are triggered by considerable exposure to allergens like Nickel (e.g. in jewelry) and certain fragrances or dyes (e.g. in cosmetics). Such allergens were usually identified using animal testing, which is even nowadays still required by some legal bodies. Meanwhile, non-animal methods were established, which may completely replace animal testing. The goal of this thesis was to assess the utility of selected alternative methods for identifying allergens and to uncover their strengths and limitations. For this purpose, a dataset compiling experimental non-animal data on more than 200 substances was created, which were compared to animal and human data from literature. It was shown that the single non-animal methods could identify human sensitizers and non-sensitizers with a comparable predictivity like animal tests. One of the non-animal methods addresses the first step of the mechanism underlying skin sensitization (the “molecular initiating event”): the binding of an allergen to a dermal protein, which can be detected experimentally by the depletion of model peptides induced by the test substance. It was investigated, if peptide binding could also be modelled and predicted using computational tools (QSAR), which may be used if the experimental method is not applicable e.g. due to solubility issues. Skin sensitization is based on a complex mechanism, and none of the single non-animal methods is intended to be used stand-alone. Instead, testing strategies have to be used, which combine several single test methods addressing different parts of the mechanism. Actually, the applied testing strategy compiling results of three non-animal test methods was even more predictive than the animal test itself. It was even possible to identify those substances, which require abiotic or metabolic activation to gain their allergic potential. If the skin sensitization potential of a substance has been identified, further risk assessments require additional information on its potency. In this work, a peptide-based method to quantify peptide reactivity was established to reliably distinguish weak from strong sensitizers. This work could prove the utility of non-animal methods to replace animal testing for skin sensitization. Moreover, the presented results could contribute to the regulatory acceptance of the applied non-animal testing strategy in the evaluation of chemicals.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie
Dokument erstellt am:	20.11.2017
Dateien geändert am:	20.11.2017
Promotionsantrag am:	27.07.2017
Datum der Promotion:	09.10.2017