REACH e metodi alternativi. L’OECD QSAR Toolbox Cecilia Bossa Istituto Superiore di Sanità

REACH e metodi alternativi. L’OECD QSAR Toolbox Master Universitario di II livello in “Sicurezza nella Gestione dei Chemicals e Implementazione dei Regolamenti REACH e CLP” REACH e metodi alternativi. L’OECD QSAR Toolbox Cecilia Bossa Istituto Superiore di Sanità Università degli studi di Camerino, 30 Marzo 2012

Regolamento REACH: Allegati VII-X

Regolamento REACH: Allegati VII-X

L’uso dei metodi alternativi nel REACH Articolo 13 (1) Le informazioni relative alle proprietà intrinseche delle sostanze possono essere acquisite con mezzi diversi dai test purché siano soddisfatte le condizioni di cui all'allegato XI. Articolo 25 (1) Per evitare sperimentazioni su animali, sono effettuati esperimenti su animali vertebrati ai fini del presente regolamento soltanto in caso di assoluta necessità. Allegati VII-X Prima di realizzare nuovi test per determinare le proprietà elencate nel presente allegato, si procede alla valutazione di tutti i dati disponibili: dati in vitro, dati in vivo, dati storici sull'uomo; i dati ottenuti mediante (Q)SAR validi e quelli relativi a sostanze strutturalmente affini (metodo del read-across).

Regolamento REACH: Allegato XI LA SPERIMENTAZIONE NON APPARE SCIENTIFICAMENTE NECESSARIA 1.1. Uso di dati esistenti 1.2. Peso dell'evidenza 1.3. Relazione qualitativa o quantitativa struttura-attività [(Q)SAR] 1.4. Metodi in vitro 1.5. Raggruppamento di sostanze e metodo del read-across Nell’allegato XI del REACH vengono sanciti alcuni criteri secondo i quali si possono usare metodi alternativi alla sperimentazione sugli animali L’allegato XI sancisce i criteri secondo cui si possono usare metodi alternativi alla sperimentazione sugli animali

Chemical grouping (raggruppamento chimico) Formazione di una categoria chimica = gruppo di sostanze le cui proprietà chimico-fisiche e/o (eco)tossicologiche e/o di destino ambientale siano simili o seguano un pattern regolare come risultato della similarità (strutturale) Es. Gruppo funzionale comune Stessa classe chimica, costituenti comuni Cambiamento incrementale e costante di un parametro (es. lunghezza della catena di atomi C) Stesso precursore o prodotto di degradazione Stesso meccanismo/modo di azione

Categoria chimica: dati mancanti Read-Across (qualitativo o quantitativo) L’informazione su un endpoint di una sostanza viene derivata usando dati per lo stesso endpoint di una o più sostanze considerate ‘simili’ (similarità strutturale o simili proprietà/attività). Il read across (metodo degli analoghi) viene usato anche nel confronto con numero di sostanze limitato (es. confronto tra 2 sostanze). Trend Analysis L’informazione su un endpoint di una sostanza viene derivata tramite interpolazione/estrapolazione dei dati delle altre sostanze ‘simili’, quando i membri della categoria mostrino un trend (aumento, decremento, andamento costante) per un effetto. QSARs L’informazione su un endpoint di una sostanza viene derivata tramite l’applicazione di uno QSAR, quando la categoria in esame sia un sottoinsieme del dominio di applicabilità del modello.

Il Toolbox è un software rivolto agli enti governativi, alle industrie chimiche e a chi è interessato ad identificare e colmare i gap di dati per l’identificazione del pericolo posto dalle sostanze chimiche. Nella procedura logica utilizzata dal Toolbox è cruciale il raggruppamento delle sostanze in categorie chimiche.

L’ OECD QSAR Toolbox per il raggruppamento delle sostanze in categorie Le caratteristiche principali del Toolbox sono: L’identificazione delle proprietà strutturali rilevanti e dei potenziali meccanismi/modi di azione di una sostanza target L’identificazione di altre sostanze chimiche che abbiano le stesse proprietà strutturali e/o stesso meccanismio/modo di azione L’uso di dati sperimentali esistenti per colmare i gap di dati.

L’ OECD QSAR Toolbox per il raggruppamento delle sostanze in categorie • Descrive la struttura di una sostanza chimica. • Indica se una sostanza è inclusa in una lista normativa nazionale/regionale o in una categoria chimica esistente. • Cerca dati sperimentali disponibili per la sostanza di interesse. • Esplora una lista di sostanze per cercare sostanze simili. • Raggruppa le sostanze chimiche sulla base del meccanismo di azione e/o la similarità strutturale. • Raggruppa le sostanze sulla base di un metabolita comune. • Permette l’esclusione di sostanze diverse dal gruppo. • Estrae i dati sperimentali per le sostanze simili. • Riempie i gap di dati per le sostanze tramite l’uso di read-across, trend analysis o modelli QSAR. • Crea una matrice di dati per una categoria chimica per stampare/esportare i risultati. • Connette al software IUCLID per uno scambio di dati diretto. • Genera report.

Il Toolbox ha sei moduli che vengono usati in un workflow sequenziale: Chemical Input Profiling Endpoints Category Definition Filling Data Gaps Report

1. Input: inserire la/le sostanza/e target A. Singola sostanza chimica Nome chimico Numero CAS (Chemical Abstract Services) Notazione SMILES (simplified molecular information line entry system) /InChi Disegnare la sostanza chimica Selezionare da User-file o da Inventory/Database locali B. Gruppo di sostanze Importare User-file Aprire Inventory/Database locali A B

Input: esempio SMILES

Input: dettagli Informazioni sull’identità della sostanza Il codice dei colori indica l’affidabilità tra l’indicatore e la struttura: Verde: alta affidabilità Giallo: affidabilità moderata Rosso: scarsa affidabilità Nero: affidabilità sconosciuta

Input: dettagli right-click file formato .tbd

2. Profiling: caratterizzazione del target Classi Predefinite Classi meccanicistiche Classi specifiche per endpoint Classi empiriche Metabolismo Documentato Simulato

Profiling: dettagli right-click

Profiling: dettagli right-click

Profiling: esempio

Profiling: dettagli doppio-click

3. Endpoint: estrarre informazioni sul target Dati sperimentali presenti nelle basi di dati locali Proprietà Chimico fisiche Trasporto e Destino ambientale Informazioni ecotossicologiche Endpoint tossicologici (Salute Umana)

Endpoint: dettagli right-click

Endpoint: esempio

Endpoint: esempio doppio-click doppio-click

Endpoint: esempio Prima di passare al prossimo modulo è conveniente selezionare solo il database: Carcinogenicity/Mutagenicity ISSCAN

3. Category Definition: ricerca degli analoghi Raggruppamento di sostanze chimiche in una categoria secondo differenti misure di “similarità”: Specifici meccanismi/modi di azione Similarità strutturale

{ { Category Definition: endpoint cancerogenesi Profiler rilevanti per la cancerogenesi (genotossica): DNA Binding by OASIS DNA Binding by OECD Carcinogenicity (genotox nongenotox) alerts by ISS Oncologic Primary Classification { {

DNA binding by OECD Basato su structural alerts per la chimica della reazione elettrofila associata alla formazione di addotti covalenti al DNA

DNA binding by OASIS Basato su structural alerts sviluppati a partire da dati di mutagenenesi nel test di Ames

Carcinogenicity (genotox and nongenotox) alerts by ISS Basato su structural alerts sviluppati a partire da dati di cancerogenesi

Oncologic primary classification Classi strutturali di cancerogeni noti o potenziali. Non sono implementate le regole del sistema esperto per stabilire la potenza cancerogena

Category Definition: endpoint cancerogenesi

Category Definition: endpoint cancerogenesic

Category Definition: endpoint cancerogenesi

4. Data Gap Filling: riempire i gap di dati Read across adatto per endpoint qualitativi (risultato pos/neg/dubbio) e per endpoint quantitativi con un numero limitato di analoghi Trend Analysis adatto per endpoint quantitativi con un grande numero analoghi (QSAR) models quando non vi siano analoghi adeguati

5. Report

Step-by-step Tutorial