A maioria dos consumidores ficaria consternada com o quão pouco sabemos sobre a maioria dos produtos químicos. Apenas 3 por cento dos produtos químicos industriais - principalmente drogas e pesticidas - são testados de forma abrangente. A maior parte dos anos 80, 000 a 140, 000 produtos químicos em produtos de consumo não foram testados ou apenas examinados superficialmente para ver que danos podem causar localmente, no local de contato e em doses extremamente altas.

Sou médico e ex-chefe do Centro Europeu para a Validação de Métodos Alternativos da Comissão Europeia (2002-2008), e me dedico a encontrar mais rápido, métodos mais baratos e mais precisos de teste de segurança de produtos químicos. Para esse fim, Agora lidero um novo programa na Universidade Johns Hopkins para renovar as ciências da segurança.

Como parte desse esforço, agora desenvolvemos um método de computador para testar produtos químicos que pode economizar mais de US $ 1 bilhão anualmente e mais de 2 milhões de animais. Especialmente em tempos em que o governo está revertendo as regulamentações da indústria química, novos métodos para identificar substâncias perigosas são essenciais para a saúde humana e ambiental.

Como o computador assumiu o controle do rato de laboratório

Nosso teste computadorizado é possível devido ao REACH da Europa (Registro, Avaliação, Legislação de Autorizações e Restrições de Produtos Químicos):foi a primeira regulamentação mundial a registrar sistematicamente os produtos químicos industriais existentes. Ao longo de um período de uma década de 2008 a 2018, pelo menos os produtos químicos produzidos ou comercializados com mais de 1 tonelada por ano na Europa tiveram que ser registrados com informações de teste de segurança crescentes dependendo da quantidade vendida.

Nossa equipe publicou uma análise crítica das demandas de testes europeus em 2009 que concluiu que as demandas da legislação só poderiam ser atendidas com a adoção de novos métodos de análise química. A Europa não rastreia novos produtos químicos abaixo de um mercado anual ou volume de produção de 1 tonelada. Mas o tamanho semelhante da indústria química dos EUA traz cerca de 1, 000 produtos químicos nesta faixa de tonelagem para o mercado a cada ano. Contudo, A Europa faz um trabalho muito melhor ao solicitar dados de segurança. Isso também destaca quantas novas substâncias devem ser avaliadas a cada ano, mesmo quando são produzidas em pequenas quantidades abaixo de 1 tonelada, que não são regulamentados na Europa. Métodos de computador baratos e rápidos se prestam a esse propósito.

Nosso grupo aproveitou o fato de o REACH disponibilizar publicamente seus dados de segurança sobre produtos químicos registrados. Em 2016, reformatamos os dados REACH, tornando-o legível por máquina e criando o maior banco de dados toxicológico de todos os tempos. Registrou 10, 000 produtos químicos e os conectou aos 800, 000 estudos associados.

Isso lançou a base para testar se os testes em animais - considerados o padrão ouro para testes de segurança - eram reproduzíveis. Alguns produtos químicos foram testados com surpreendente frequência no mesmo teste animal. Por exemplo, dois produtos químicos foram testados mais de 90 vezes em olhos de coelho; 69 produtos químicos foram testados mais de 45 vezes. Este enorme desperdício de animais, Contudo, nos permitiu estudar se esses testes em animais produziram resultados consistentes.

Nossa análise mostrou que esses testes, que consomem mais de 2 milhões de animais por ano em todo o mundo, simplesmente não são muito confiáveis ​​- quando testados em animais, um produto químico conhecido por ser tóxico só é comprovado em cerca de 70% dos testes repetidos em animais. Estes foram testes em animais feitos de acordo com as diretrizes de teste da OCDE sob Boas Práticas de Laboratório - ou seja, o melhor que você pode conseguir. Isso mostra claramente que a qualidade desses testes é superestimada e as agências devem tentar estratégias alternativas para avaliar a toxicidade de vários compostos.

Big data mais confiável do que testes em animais

Seguindo a visão da Toxicologia para o Século 21, um movimento liderado por agências dos EUA para renovar os testes de segurança, trabalho importante foi realizado pelo meu doutorado. estudante Tom Luechtefeld do Centro Johns Hopkins de Alternativas para Testes em Animais. Em parceria com Underwriters Laboratories, agora aproveitamos um banco de dados expandido e aprendizado de máquina para prever propriedades tóxicas. Conforme relatamos na revista Toxicological Sciences, desenvolvemos um novo algoritmo e banco de dados para analisar produtos químicos e determinar sua toxicidade - o que chamamos de relação de atividade de estrutura de leitura transversal, RASAR.

Para fazer isso, primeiro criamos um enorme banco de dados com 10 milhões de estruturas químicas, adicionando mais bancos de dados públicos preenchidos com dados químicos, que, se você triturar os números, representam 50 trilhões de pares de produtos químicos. Um supercomputador criou um mapa do universo químico, em que os produtos químicos são posicionados próximos uns dos outros se eles compartilham muitas estruturas em comum e longe onde não o fazem. A maior parte do tempo, qualquer molécula próxima a uma molécula tóxica também é perigosa. Ainda mais provável se muitas substâncias tóxicas estiverem próximas, substâncias inofensivas estão longe. Qualquer substância pode agora ser analisada, colocando-a neste mapa.

Se isso parece simples, não é. São necessários meio bilhão de cálculos matemáticos por produto químico para ver onde ele se encaixa. A vizinhança química concentra-se em 74 características que são usadas para prever as propriedades de uma substância. Usando as propriedades dos produtos químicos vizinhos, podemos prever se um produto químico não testado é perigoso. Por exemplo, para prever se um produto químico causará irritação nos olhos, nosso programa de computador não usa apenas informações de produtos químicos semelhantes, que foram testados em olhos de coelho, mas também informações para irritação da pele. Isso ocorre porque o que normalmente irrita a pele também prejudica os olhos.

O computador identifica bem os produtos químicos tóxicos?

Este método será usado para novas substâncias não testadas. Contudo, se você fizer isso para produtos químicos para os quais você realmente tem dados, e comparar a previsão com a realidade, você pode testar o quão bem essa previsão funciona. Fizemos isso por 48, 000 produtos químicos que foram bem caracterizados para pelo menos um aspecto da toxicidade, e encontramos as substâncias tóxicas em 89 por cento dos casos.

Isso é claramente mais preciso do que os testes em animais correspondentes, que só fornecem a resposta correta 70% das vezes. O RASAR agora deve ser validado formalmente por um comitê interagências de 16 agências dos EUA, incluindo a EPA e a FDA, que desafiará nosso programa de computador com produtos químicos cujo resultado é desconhecido. Este é um pré-requisito para aceitação e uso em muitos países e indústrias.

O potencial é enorme:a abordagem RASAR é basicamente baseada em dados químicos registrados para os prazos REACH de 2010 e 2013. Se nossas estimativas estiverem corretas e os produtores de produtos químicos não teriam registrado produtos químicos após 2013, e em vez disso usamos nosso programa RASAR, teríamos economizado 2,8 milhões de animais e US $ 490 milhões em custos de teste - e recebido dados mais confiáveis. Temos que admitir que este é um cálculo muito teórico, mas mostra como essa abordagem pode ser valiosa para outros programas regulatórios e avaliações de segurança.

No futuro, um químico pode verificar o RASAR antes mesmo de sintetizar seu próximo produto químico para verificar se a nova estrutura terá problemas. Ou um desenvolvedor de produto pode escolher alternativas às substâncias tóxicas para usar em seus produtos. Esta é uma tecnologia poderosa, que está apenas começando a mostrar todo o seu potencial.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.