Tidig livsstadietest

Ett tidigt livsstadium (ELS) test är ett kroniskt toxicitetstest som använder känsliga tidiga livsstadier som embryon eller larver för att förutsäga effekterna av giftiga ämnen på organismer. ELS-tester har utvecklats för att vara snabbare och mer kostnadseffektiva än hela livscykeltester, och tar i genomsnitt 1–5 månader att genomföra jämfört med 6–12 månader för ett livscykeltest. De används ofta i akvatisk toxikologi , särskilt med fisk. Tillväxt och överlevnad är de typiskt uppmätta endpoints, för vilka en maximal acceptabel koncentration av toxiska ämnen ( MATC) kan uppskattas. ELS-tester tillåter testning av fiskarter som annars inte skulle kunna studeras på grund av livslängd, lekbehov eller storlek. ELS-tester används som en del av miljöriskbedömningar av tillsynsmyndigheter, inklusive US Environmental Protection Agency (EPA) och Environment Canada , samt Organisationen för ekonomiskt samarbete och utveckling (OECD).

Utveckling

ELS-tester anpassades från toxicitetstester i hela livscykeln, kroniska tester som exponerar en organism för en förorening under hela dess livscykel. Dessa anses allmänt vara de bästa testerna för att uppskatta långsiktiga "säkra" koncentrationer av giftiga ämnen i vattenlevande organismer. De första fullständiga livscykeltesterna på fisk utvecklades för tjurfisken ( Pimephales promelas ), och senare för blågäle ( Lepomis macrochirus ), bäcköring ( Salvelinus fontinalis ), flaggfisk ( Jordanella floridae ) och fårhuvudsmyra ( Cyprinodon variegatus ). Även om de är användbara, kräver hela livscykeltester ett stort antal testorganismer och lång exponeringstid i labbet, särskilt för ryggradsdjur. Vanligtvis tar livscykeltest 6–12 månader för fathead elritsa och 30 månader för bäcköring .

Efter antagandet av Toxic Substances Control Act (TSCA) i USA 1976, fanns det ett ökat behov av snabbare och effektivare toxicitetstester för ryggradsdjur. EPA var nu skyldig att bedöma miljöeffekterna av nya kemikalier innan de kunde tillverkas kommersiellt . Mindre kostsamma och tidskrävande tester behövdes för att utvärdera en mängd nya kemikalier. Forskare började utveckla toxicitetstester som fokuserade på tidiga livsstadier, eftersom dessa har visat sig vara mer känsliga för miljöpåfrestningar än senare livsstadier. Många kritiska händelser inträffar på kort tid i de tidiga utvecklingsstadierna. Om en stressfaktor stör utvecklingshändelser (inklusive deras tidpunkt), kan det resultera i negativa effekter som minskar organismens chanser att överleva. Metaanalys har funnit att tidiga livscykeldelar av hela livscykeltester vanligtvis uppskattar en MATC inom en faktor 2 av uppskattningar av hela livscykeln i saltvatten- och sötvattensfiskar. I 83 % av 72 tester resulterade ELS-delen i samma MATC som uppskattningen av hela livscykeln, och de återstående 17 % låg inom en faktor 2.

Begränsningar

Det finns fortfarande vissa begränsningar med toxicitetstestning i tidigt liv. Även om ELS-tester är snabbare och mer kostnadseffektiva än hela livscykeltester, förblir de resurskrävande och tidskrävande. Tester för fisk tidigt liv (FELS) kräver hundratals fiskar och 1 till 5 månader att genomföra. Andra frågor inkluderar bristen på mekanistisk information, olika känslighet mellan arter och okänslighet för föräldrarnas exponering. ELS-tester ger ingen information om giftmedlets verkningsmekanism . Känsligheten för specifika giftämnen varierar med art, så den känsligaste eller viktigaste arten bör testas i varje enskilt fall. ELS-tester verkar vara okänsliga för föräldrars exponering, och MATC är i allmänhet desamma för embryon från både exponerade och oexponerade föräldrar. Detta kan bero på det verkningssätt eller ELS-testets variabilitet och okänslighet. Dessutom har tillväxtrespons visat sig vara ett okänsligt effektmått i ELS-tester med fisk, vilket har liten betydelse för uppskattningen av en MATC . Tillväxtsvar kan utelämnas för att minska varaktigheten och kostnaden för screeningtest.

Metodik

I ett typiskt toxicitetstest i tidigt liv, administrerar ett genomflödesutspädningssystem olika koncentrationer av ett giftigt ämne till olika testkammare. Minst fem olika koncentrationer av ett giftämne testas, plus kontroller, med minst två exponeringskammare för varje behandling. Exponeringens längd beror på testarten. Till exempel med tjurfiskar 1–2 månader långa, medan bäcköringsprov är cirka 5 månader långa. Tillväxt och överlevnad är de typiska endpoints för vilka en MATC kan hittas.

Standardmetoder för ELS-tester har fastställts av OECD , ASTM International , EPA och Environment Canada .

Regulatoriska användningar

FELS-riktlinjen i OECD:s riktlinjer för testning av kemikalier är det primära testet som används internationellt för att uppskatta kronisk fisktoxicitet.
FELS-tester är en del av en uppsättning subletala toxicitetstester för avloppsvatten som används av Environment Canada vid övervakning av miljöeffekter.
Ett FELS-test krävs eller rekommenderas av US EPA för att testa och övervaka kemikalier som släpps ut i vattensystem.

Aktuell utveckling

Ett utökat ELS-test har undersökts som ett potentiellt surrogat för ett fulllivscykeltest för fisk för att upptäcka svaga miljööstrogener. Endokrina aktiva kemikalier (EAC) finns överallt i miljön, vilket gör att det behövs bättre screeninganalyser för att förutsäga deras effekter, särskilt i vattenlevande arter. Något längre ELS-tester kan användas istället för hela livscykeltest, med hänsyn till känsliga exponeringsfönster som sexuell differentiering och tidig gonadutveckling. Utökade ELS-tester har visat sig vara framgångsrika när det gäller att upptäcka effekterna av svaga östrogener hos tjockisar .

Dessutom används negativa utfallsvägar (AOP) för att utveckla ett alternativ till FELS-testning. Industri och tillsynsmyndigheter är allt mer intresserade av ett djurfritt, kostnadseffektivt surrogat. Forskare utvecklar FELS-relaterade AOPs för att skapa en hög genomströmning, billigare screeningstrategi för giftiga ämnen som tar hänsyn till verkningsmekanismen .