ABSTRACT
1Avantea, Laboratorio di Tecnologie della Riproduzione, 26100 Cremona, Italia. 2Dipartimento Clinico Veterinario, Università di Bologna, 40064 Ozzano Emilia, Italia. 3Centro di fisiologia e fisiopatologia, Instituto di Neurofisiologia, Università di Colonia, 50931 Colonia, Germania.
Le normative europee prevedono una progressiva riduzione dell’utilizzo degli animali sperimentali secondo il principio delle 3R (Reduction, Replacement, Refinement). Per quanto riguarda in particolare i prodotti cosmetici il divieto di testare su animali i prodotti finiti è attivo dal 2004, mentre la normativa per il divieto di test sugli ingredienti o combinazioni di essi è in vigore da marzo 2009 ad eccezione della tossicità a lungo termine, della tossicità riproduttiva e della tossicocinetica, settori per cui il divieto verrà applicato non appena saranno sviluppati test alternativi adeguati. A questo scopo sono stati finanziati numerosi progetti europei per lo sviluppo di test in vitro alcuni dei quali prevedono l’utilizzo di cellule staminali. Il vantaggio in questo caso è duplice: in primo luogo l’effettiva riduzione del numero di animali sperimentali, in secondo luogo la possibilità di testare i composti chimici direttamente sulla specie cui ne è destinato l’utilizzo. Modelli in vitro che prevedono l’utilizzo di cellule umane sono già stati validati soprattutto per quanto concerne l’irritazione dermica o oculare, ma non esistono ancora dei test in vitro in grado di valutare adeguatamente l’embriotossicità, che è tuttora regolamentata dalle linee guida OECD n° 414, 415, 416 riguardanti la tossicità prenatale e riproduttiva. A questo scopo le cellule staminali embrionali umane (hESC) e le cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) forniscono modelli di differenziamento in vitro adeguati a rappresentare le prime fasi di sviluppo in vivo. Un esempio di modello in vitro che può riprodurre alcune fasi precoci dello sviluppo embrionale è il differenziamento neurale. Nel nostro laboratorio abbiamo sviluppato, sulla base di studi precedentemente pubblicati, un modello di neurogenesi precoce in vitro mediante il quale è possibile ottenere in vitro particolari aggregati cellulari, chiamati “rosette neurali” che rappresentano il tubo neurale in vivo. Il modello di neurulazione in vitro che abbiamo recentemente ottimizzato è particolarmente adatto allo scopo di disegnare un test tossicologico in quanto rispecchia fedelmente gli stadi più precoci dello sviluppo del sistema nervoso in vivo. Dalle rosette neurali è possibile derivare precursori neurali proliferanti e neuroni terminalmente differenziati del sistema nervoso centrale e periferico, nonché tutte le popolazioni cellulari derivanti dalla cresta neurale. Le rosette neurali possono essere quindi considerate a tutti gli effetti cellule staminali neurali con un’ampia capacità di differenziamento e un modello per la formazione e chiusura del tubo neurale. Poiché in vivo questo processo costituisce una fase determinante per lo sviluppo embrionale e le malformazioni causate da difetti del tubo neurale sono tra le più frequenti alla nascita, la possibilità di riprodurre il processo biologico in vitro apre la strada allo sviluppo di test di tossicità. Test preliminari, di cui i risultati sono stati recentemente pubblicati (Colleoni et al. 2011), ottenuti esponendo questo modello in vitro a sostanze a nota teratogenicità, indicano che le modificazioni cellulari e molecolari rilevate hanno una buona corrispondenza con gli effetti rilevati in vivo sugli animali sperimentali nei test tossicologici classici. Questi primi risultati fanno prevedere che, nei prossimi anni, la tossicologia alternativa potrà significativamente contribuire alla riduzione dell’utilizzo degli animali e ad aumentare la sicurezza nell’uso delle sostanze chimiche.