基于秀丽隐杆线虫模型的化学品急性毒性快速筛检及毒性评价体系研究

The toxicity assessment and risk management of chemicals is highly associated with the safety of human health. At present, the conventional model of which rodent tests were greatly characterized, can no longer meet the increasing requirements of chemical toxicological evaluation. Studies on the non-rodent in vivo assay by using model organisms are becoming a potential perspective and frontiers in the research field of chemicals toxicity risk assessment. Nematode Caenorhabditis elegans (C.elegans) has great potential value in the chemical rapid toxicity screening and complying with principles of "3R" for its short life cycle, easy operation and low cost. However, the fact that how the acute toxicity in rodents and even health risks in human being can be predicted through toxicity in C. elegans, is still a key scientific problem that remains to be solved. The cooperation team for this project has previously successfully invented the nematodes microfluidic chips (named WormFarm Chip) and established an analysis platform for photo and data acquisition. In this project, we will take advantage of this platform for its high-throughput and automatic merit, to study the rapid screening in vitro assay and evaluation system of chemicals acute toxicity in C. elegans (including the tested toxicity parameters, methods and evaluation criteria); in addition, to reveal the intrinsic correlation between this model and the traditional one through establishing a optimal regression equation concerning model of toxicity in C. elegans and LD50 in rats and/or mice. Moreover, the relevance and reliability of this model will be validated. Finally, we will build nematodes toxic chemicals database based on the conventional rodent LD50 database, realize docking of the two kinds of database, and achieve the purpose for predictions of rodent oral acute toxicity from the nematodes screening model. This study will certainly lay a scientific foundation for setting up novel technical specifications and standards of chemicals toxicity risk assessment.

化学品的毒性评价和风险管理关系到人类健康。当前，以啮齿类动物试验为代表的传统模式已不能满足日益增长的化学品安全性毒理学评价的需求。建立非啮齿类体内模式生物模型是该领域的国际前沿性研究。秀丽隐杆线虫生命周期短、易操作、成本低，在快速筛检中极具潜力，符合"3R"原则。然而，如何通过线虫毒性来预测化学品的啮齿类动物急性毒性及人类健康风险，是目前需解决的关键科学问题。本项目将利用我们先期建立的线虫微流控芯片(WormFarm Chip)的高通量自动化优势，研究化学品急性毒性的线虫快速筛检及毒性评价体系（包括检测指标、方法和评价模式）。通过建立线虫毒性与大小鼠LD50的最优回归方程，来揭示该模型与传统模式之间的内在关联性，并验证其相关性和可靠性；构建线虫毒性数据库，实现该库与大小鼠毒性数据库的对接和兼容，达到线虫模型的预测目的。本研究将为化学品安全性毒理学评价的新型技术规范和标准制定奠定科学基础。

化学品的毒性评价和风险管理关系到人类健康。当前，以啮齿类动物试验为代表的传统模式已不能满足日益增长的化学品安全性毒理学评价需求。建立非啮齿类体内模式生物模型进行化学品的毒性预筛是该领域的国际前沿性研究。秀丽隐杆线虫生命周期短、易操作、成本低，在快速筛检中极具潜力，符合"3R"原则。然而，如何通过线虫毒性来预测化学品的啮齿类动物急性毒性及人类健康风险，是目前需解决的关键问题。本项目旨在研究化学品的线虫毒性快速筛检及评价体系，揭示该模型与传统模式之间的内在关联性，探索线虫模型预测啮齿类动物整体急性毒性的可行性及其应用前景。本项目是一年期的小额预探索研究，目前我们发现，化学品的线虫半数致死浓度(LC50)、半数致死时间(LT50)、趋避指数和趋向指数等毒效指标值与大小鼠LD50值及化学品GHS毒性分级间具有显著的关联性；建议将上述指标作为后续评价化学品急性毒性的线虫初始检测指标。同时，本项目也摸索出了化学品的线虫染毒剂量范围，为后续开展基于线虫微流控芯片的化学品毒性研究奠定基础。本研究表明，线虫体内模型在新化学品的啮齿类动物毒性检测前的预筛工作中具有潜在的应用价值和前景。.工作进展简述如下：（1）线虫急性毒性研究表明，线虫可耐受的化学品pH值大于2.75；线虫LC50值与大小鼠LD50值之间具有关联性（r>0.74）；建议将LC50和LT50作为后续化学品的线虫急性毒性研究的毒效指标。（2）线虫感知行为毒性研究表明, 线虫趋避指数和趋向指数与化学品毒性大小有一定的关联性，推荐将这两个指标作为研究化学品的线虫亚急性毒性非致死性评价的初始检测指标，同时建议化学品最高染毒剂量为其LC50（24h）的1/11-1/2。（3）我们将上述线虫毒效方法及指标应用于工业废水及有毒植物美洲商路的毒性检测和评价，实验表明，该方法与小鼠急性经口毒性试验、体外细胞毒实验进行对比，得出了一致的结果，说明我们建立的线虫模型技术体系对于复杂混合化学品的毒性评价具有比较可靠的预筛应用价值。（4）基于384孔板及线虫芯片的化学品毒性指标及评价模式研究还正在进行中。.总之，研究非啮齿类动物的高通量快速毒性筛检和评价体系，可以预测新的化学品或复杂混合化学品的传统动物急性毒性效应，符合“3R”原则，是当前化学品毒性风险评估及管理研究中的重要内容。本项目研究对于新化学品线虫毒性预筛技术体系的确立具有重要意义。