Fallimenti di studi sulla teratogenità nei modelli animali: alcuni esempi

Dopo il caso talidomide, la necessità di ricercare gli effetti teratogeni di una sostanza o composto è diventata di primaria importanza. Purtroppo, come molti autori ci indicano, i modelli animali sono pressoché inutilizzabili in questi studi, a causa delle differenze anatomiche e funzionali della placenta tra uomo e animale [1], dei diversi fattori, quali l’assunzione di droghe, l’uso di alcool, l’alimentazione, che possono interferire con le sostanze e „causare effetti totalmente inaspettati“ [2] e del fatto che, oltretutto, molti effetti teratogeni sono solamente specie-specifici e sono quindi irrilevanti per le altre specie. A titolo di esempio citiamo una ricerca condotta nel 1964 da G.E. Paget ed E. Thorpe che ha mostrato come le solfonammidi fossero teratogene nel ratto, ma non nel coniglio. Gli effetti non sono mai stati riscontrati sugli esseri umani [3]

Il destrometorfano, un antitussivo, é risultato sicuro durante la gravidanza [4] [5], tuttavia studi posteriori sugli embrioni di pollo [6] e sui danio rerio [7] ne hanno mostrato l’alto effetto teratogene.

„La comune forma della vitamina A (palmitato di retinale) risulta teratogena alle minime dosi di -163,000 IU/kg/giorno nel ratto e -9,000 IU/kg/giorno nel coniglio (Kamm, 1982). I risultato mostrano chiaramente che il palmitato di retinale é un azzardo se preso durante la gravidanza ; tuttavia questi dati non indicano quale dose sarà teratogena se presa dall’essere umano e pertanto non forniscono informazioni per quanto riguarda il rischio. Non esistono prove che la vitamina A abbia causato malformazioni alla nascita nell’uomo ma é auspicabile che un livello di sicurezza venga stabilito. Per la specie più sensibile, il coniglio, la dose non risultata teratogena é di 3.600 IU/kg/giorno. Per una donna incinta di 50 kg, 3.600 IU/kg/giorno rappresentano una dose giornaliera di 180.000 IU. Nel tentativo di estrapolare i dati risultanti dagli animali sugli animali si applicano dei fattori di sicurezza alle dosi date agli animali, „10-fold“ per differenze di specie e ulteriori „10-fold“ per differenze inter-umane. Se questo comune, ma arbitrario, fattore di sicurezza di „100-fold“ viene applicato nel caso di una donna incinta di 50 kg, ne risulta una dose giornaliera di 1800 IU. Questa dose é sotto la dose raccomandata di vitamina A per una donna incinta e al di sotto della dose di assunzione media durante la gravidanza. Questo metodo non é quindi indicato per misurare la dose di vitamina A che potrebbe causare difetti nel nascituro.„ [8]

„L’isotretinoina é un farmaco, derivato dalla vitamina A, utilizzato nel trattamento dell’acne. Questo farmaco é risultato teratogeno nel ratto a 150 mg/kg/giorno e nel coniglio a 10 mg/kg/giorno. Le rispettive dosi non teratogene erano di 50 rispettivamente 3 mg/kg/giorno (Kamm, 1982). Per questo farmaco esistono sufficienti dati umani che dimostrano che il farmaco é teratogeno a dosi a partire da 0.5 mg/kg/giorno (Lammer et al., 1985; Rosa et al., 1986). Questa dose é 300 volte inferiore a quella teratogena nei ratti e 20 volte inferiore a quella teratogena per i conigli.“ [8]

Quelli riportati sopra sono alcuni degli esempi di incompatibilità tra modello animale e uomo negli studi sulla teratogenicità. I metodi sostitutivi, quindi, sono quelli più utilizzati.
Per esempio l’epidemiologia come nel caso del destrometorfano, dove sono state condotte ricerche su un campione di donne incinte che hanno assunto il farmaco al fine di riscontrarne gli effetti avversi [4], nel caso delle statine [10] o delle benzodiazepine ipnotiche [11].

Un altro metodo riguarda l’utilizzo di embrioni in-vitro, sui quali riportiamo la traduzione dell’abstract di una ricerca [8]:
„Le colture embrionali risultano un ottimo metodo per lo screening degli agenti chimici per il rischio di effetti teratogeni. Rispetto ai testi in-vivo, sono poco costose e rapide e non implicano la sperimentazione su animali adulti vivi. Anche nell’importante area di stima del rischio, le colture cellulari offrono vantaggi rispetto alla sperimentazione in-vivo. Avversi esiti embrionali (malformazioni o effetti embriotossici) sono direttamente correlati alla concentrazione sierica del composto testato che può venir confrontata con la concentrazione sierica nell’uomo. Un simile confronto non può venir effettuato dopo test in-vivo, a causa delle importanti differenze farmacocinetiche tra uomo e animale da laboratorio. Test in-vivo sono quindi anche limitati dalla possibilità che i metaboliti che si verificano negli umani non si verificano negli animali da esperimento. Questo problema può venir superato nel sistema in-vitro aggiungendo il metabolita direttamente alla concentrazione desiderata, con o senza il composto progenitore. Uno svantaggio é il limitato periodo di embriogenesi che viene intrapreso nei comuni sistemi di coltura. Questo limita la gamma di malformazioni che possono essere indotte e rende il sistema inadatto per testare composti che esercitano il loro effetto tossicologico nel tardo periodo di gestazione. Le valutazioni delle colture di cellule per la determinazione dei rischi e pericolo in teratologia, devono tenere conto del limitato valore dei sistemi in-vivo correntemente utilizzati. Più di 2000 prodotti chimici sono risultati teratogeni dopo esperimenti su animali in-vivo (Shepard, Catalog of Teratogenic Agents, 1989). In confronto, solo di 20 sostanze chimiche sono conosciuti gli effetti teratogeni sull’uomo. L’alto numero di falsi-positivi non é facilmente distinguibile dal numero dei veri-positivi. A questo proposito la sperimentazione in-vivo é gravemente carente. Anche nei sistemi di prova tramite colture di embrioni si attendono molti falsi-positivi; tuttavia é possibile differenziarli dai veri-positivi confrontando le effettive concentrazioni del farmaco con le concentrazioni terapeutiche nell’uomo. La carenza più grave, sia per i sistemi in-vivo che quelli in-vitro, sono i falsi-negativi. Questo non é stato un problema per la validazione dei test in-vitro (eccetto forse per la procarbazina), ma farmaci difficili, come il talidomide, non sono stati inclusi. Il talidomide rimane un importante index chimico perché non é teratogeno nei topi e nei ratti, ma lo é nel coniglio e nell’uomo. È probabile che queste discordanze siano dovute a differenze metaboliche tra le specie ed é possibile che se le sostanze teratogeno/i del talidomide saranno individuate risulterebbero teratogeni nelle colture di embrioni di ratto. La coltura di embrioni rimane uno strumento molto importante che deve continuare a contribuire alla determinazione della sicurezza di farmaci e altri composti chimici durante la gravidanza.“

Riferimenti bibliografici:
[1] Siu SS, Yeung JH, Lau TK. An in-vivo study on placental transfer of naproxen in early human pregnancy. Hum Reprod. 2002 Apr;17(4):1056-9. http://humrep.oxfordjournals.org/content/17/4/1056.long
[2] Bertollini R, Pagano M, Mastroiacovo P. What is a human teratogen: clinical and epidemiological criteria. Ann Ist Super Sanita. 1993;29(1):97-104.
http://www.iss.it/binary/publ/cont/Pag97_104Vol29N11993.pdf 
[3] G. E. Paget and E. Thorpe. A teratogenic effect of a sulphonamide in experimental animals. Br J Pharmacol Chemother. 1964 October; 23(2): 305–312. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1704094/pdf/bripharmchem00039-0091.pdf 
[4] Einarson A, Lyszkiewicz D, Koren G. The safety of dextromethorphan in pregnancy : results of a controlled study. Chest. 2001 Feb;119(2):466-9. 
ht
tp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11171724
[5] Martínez-Frías ML, Rodríguez-Pinilla E. Epidemiologic analysis of prenatal exposure to cough medicines containing dextromethorphan: no evidence of human teratogenicity. Teratology. 2001 Jan;63(1):38-41.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11169553
[6] Andaloro VJ, Monaghan DT, Rosenquist TH. Dextromethorphan and other N-methyl-D-aspartate receptor antagonists are teratogenic in the avian embryo model. Pediatr Res. 1998 Jan;43(1):1-7. 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9432105
[7] Xu Z, Williams FE, Liu MC. Developmental toxicity of dextromethorphan in zebrafish embryos/larvae. J Appl Toxicol. 2011 Mar;31(2):157-63. doi: 10.1002/jat.1576. Epub 2010 Aug 24.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3515875/
[8] Webster WS, Brown-Woodman PD, Ritchie HE. A review of the contribution of whole embryo culture to the determination of hazard and risk in teratogenicity testing. Int J Dev Biol. 1997 Apr;41(2):329-35. 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9184342
[9] Winterfeld U, Allignol A, Panchaud A, Rothuizen L, Merlob P, Cuppers-Maarschalkerweerd B, Vial T, Stephens S, Clementi M, De Santis M, Pistelli A, Berlin M, Eleftheriou G, Maňáková E, Buclin T. Pregnancy outcome following maternal exposure to statins: a multicentre prospective study. BJOG. 2013 Mar;120(4):463-471. doi: 10.1111/1471-0528.12066. Epub 2012 Nov 30.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23194157
[10] Wikner BN, Källén B. Are hypnotic benzodiazepine receptor agonists teratogenic in humans? J Clin Psychopharmacol. 2011 Jun;31(3):356-9. doi: 10.1097/JCP.0b013e3182197055.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21508851


[S.P.]

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