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预测发育毒性的体外和计算方法:将生理药代动力学(PBPK)模型与基于细胞的试验相结合。

In vitro and computational approaches to predict developmental toxicity: Integrating PBPK models with cell-based assays.

作者信息

Moreau Marjory, Antonijevic Todor, Hall John Carter, Fisher Jeffrey

机构信息

ScitoVation, LLC, Research Triangle Park, NC 27713, USA.

ScitoVation, LLC, Research Triangle Park, NC 27713, USA.

出版信息

Toxicol Appl Pharmacol. 2025 Sep;502:117435. doi: 10.1016/j.taap.2025.117435. Epub 2025 Jun 4.

Abstract

The field of chemical safety assessment is experiencing a transformative shift away from animal testing toward new approach methodologies (NAMs). While in vitro screening platforms for teratogenic potential have advanced significantly, their practical application in public health risk assessment has been limited by the lack of quantitative frameworks connecting in vitro results to human exposure levels. This study investigated whether prenatal developmental toxicity assays could quantitatively predict developmental toxicity thresholds for nine known reproductive toxicants (bisphenol A, caffeine, carbamazepine, carbaryl, deltamethrin, ethanol, nicotine, thalidomide, and toluene) and one non-teratogen (acetaminophen). We employed a three-tiered physiologically based pharmacokinetic (PBPK) model to translate in vitro concentrations from ReproTracker, Stemina DevTOX quickPredict™, and developmental neurotoxicity (DNT) battery assays into human equivalent doses (HEDs). These in vitro-derived HEDs were then compared against HEDs based on rodent developmental studies' lowest observed effect levels (LOAELs), as well as human clinical doses and exposure predictions. Our findings demonstrate that the integration of PBPK modeling with Reprotracker, Stemina DevTOX quickPredict™ and DNT assays advances the reduction of animal testing while enhancing human-relevant developmental toxicity assessment. Moving forward requires parallel improvements in our understanding of developmental toxicity mechanisms and computational methods that effectively translate in vitro results to human risk evaluation.

摘要

化学安全评估领域正在经历一场变革性转变,从动物试验转向新方法学(NAMs)。虽然用于致畸潜力的体外筛选平台已经取得了显著进展,但它们在公共卫生风险评估中的实际应用受到将体外结果与人类暴露水平联系起来的定量框架缺乏的限制。本研究调查了产前发育毒性试验是否能够定量预测九种已知生殖毒物(双酚A、咖啡因、卡马西平、西维因、溴氰菊酯、乙醇、尼古丁、沙利度胺和甲苯)和一种非致畸物(对乙酰氨基酚)的发育毒性阈值。我们采用了三层基于生理的药代动力学(PBPK)模型,将来自ReproTracker、Stemina DevTOX quickPredict™和发育神经毒性(DNT)电池试验的体外浓度转化为人类等效剂量(HEDs)。然后将这些体外衍生的HEDs与基于啮齿动物发育研究的最低观察到效应水平(LOAELs)以及人类临床剂量和暴露预测的HEDs进行比较。我们的研究结果表明,将PBPK模型与Reprotracker、Stemina DevTOX quickPredict™和DNT试验相结合,在减少动物试验的同时,增强了与人类相关的发育毒性评估。未来需要在我们对发育毒性机制的理解以及将体外结果有效转化为人类风险评估的计算方法方面同时取得进展。

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