1 BUNDESINSTITUT FÜR RISIKOBEWERTUNG German Federal Institute for Risk Assessment Sicherheit verbrauchernaher Produkte Andreas Luch Luch, Alternativmethoden zum Tierversuch und Konsequenzen für die Bewertung, 24.2.2011 Seite 2 Executive Board • Office of President • Research Coordination • Controlling/Audit Departments • Department 1: Human Resources • Department 2: Risk Communication • Department 3: Scientific Services • Department 4: Biological Safety • Department 5: Food Safety • Department 6: Chemical Safety • Department 7: Safety of Consumer Products • Department 8: Safety in the Food Chain • Department 9: Experimental Toxicology and ZEBET
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German Federal Institute for Risk Assessment · Risikocharakterisierung: Margin of Safety (MoS = NOAEL / SED) Ziel: MoS > 100 Risikobewertung der Ingredienzien. 6 Luch, Alternativmethoden
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GGerman FederalInstitute for Risk Assessment
Sicherheit verbrauchernaher Produkte
Andreas Luch
Luch, Alternativmethoden zum Tierversuch und Konsequenzen für die Bewertung, 24.2.2011 Seite 2
Executive Board• Office of President
• Research Coordination
• Controlling/Audit
Departments• Department 1: Human Resources
• Department 2: Risk Communication
• Department 3: Scientific Services
• Department 4: Biological Safety
• Department 5: Food Safety
• Department 6: Chemical Safety
• Department 7: Safety of Consumer Products
• Department 8: Safety in the Food Chain
• Department 9: Experimental Toxicology and ZEBET
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seit 1968 als Beratungsgremium des BGA, BgVV, BfR
Mitglieder
• Wissenschaftler der Universität und der Industrie:Technologie, Toxikologie, Dermatologie
• Behörden (BMELV, BVL, Untersuchungsämter)
• ZEBET
•
Aufgabe der KoKo Beratung des BfR
Aufgabe des BfR Beratung von BMELV u.a. Behörden
Risikokommunikation
Kosmetik-Kommission am BfR
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� 2009 SCCS (Scientific Committee on Consumer Safety)
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Kosmetische Mittel
Stoffe..., die ...dazu bestimmt sind, äußerlich...zum Schutz, zur Erhaltung eines guten Zustandes, zur Parfümierung, zur Veränderung des Aussehens oder dazu angewendet zu werden den Körpergeruch zu beeinflussen...
���� Reinigung, Pflege, Verschönerung
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• Regelung europäisch: RL 76/768/EWG,→ in deutsches Recht übernommen (KVO)
• Zulassungsverfahren für Farbstoffe, Konservierungsmittel und UV-Filter(Kriterien nach Notes of Guidance for Testing of Cosmetic Ingredients for their Safety Evaluation, SCCNFP)
• Deklaration sensibilisierender Duftstoffe (26): 0,01% („rinse-off“) bzw. 0,001% („leave-on“)
Regulation bei Kosmetischen Mitteln
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Nationale Regulation bei kosmetischen Mitteln
LFGB Kosmetische Mittel dürfen nicht geeignet sein,
die Gesundheit zu schädigen
� Täuschungsverbot
� Produktregister beim BVL
� Vergiftungsmeldungen
� Kennzeichnung
� NEU: Tattoos werden kosmetischen Mitteln gleichgestellt
Kosmetik-Verordnung
� Negativlisten
� Anwendungseinschränkungen
� Positivlisten
� Deklaration
� Produktdossier
� Inventarliste
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Notes of Guidance (SCCNFP):
Toxicological dossier
1.Toxicokinetics
� Skin absorption
� (Distribution,Metabolism)
2. Systemic Toxicity
� Acute Toxicity
� SubchronicToxicity
� (chronicToxicity)
3. CMR
� Genotoxicity
� (Reprotoxicity)
� (Carcinogenicity)
4. Dermatotoxicity
� Irritation of Skin and Mucus
Membranes
� Skin sensitization
� Phototoxicity of UV filters(Irritation, Mutagenicity,Sensitization)
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Basisanforderungen
Die zentralen Elemente der Risikobewertung bei
Bestandteilen kosmetischer Mittel sind:
1. Toxizität auf der Haut
2. Hautresorption
3. Hautsensibilisierung
4. subchronische Toxizität
5. Genotoxizität
6. Erfahrungen beim Menschen
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1. Gefährdungspotential(Evidenz: Humandaten > in vivo > in vitro > QSAR)
2. Dosis-Wirkung: No Observed Adverse Effect Level (NOAEL)
3. Exposition: Systemic Exposure Dose (SED)
4. Risikocharakterisierung: Margin of Safety (MoS = NOAEL / SED)
Ziel: MoS > 100
Risikobewertung der Ingredienzien
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Ermittlung des NOAEL
90-Tage (subchronische) Toxizität bei Ratten
Richtlinien: OECD 408 (1998), 96/54/EG, Anhang IV A Teil B.26
Methode• 10 Männchen + 10 Weibchen pro Dosis• 3 Dosierungen + 1 Vehikelkontrolle• dazu Satellitengruppe (Effekte reversibel, persistent oder
► keine Tierversuche für Chemikalientestungen nötig!
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Risikobewertung der Ingredienzien:
Toxikologische Daten (Notes of Guidance SCCP/1005/06)
1. Toxikokinetik
� Hautresorption
� (Verteilung,
Metabolismus)
2. Systemische Toxizität
� Akute Toxizität
� Subchronische
Toxizität
� (chronische Toxizität)
� Reprotox:
(Entwicklung +
Reproduktion)
3. Mutagenität / Kanzerogenität
� Genotoxizität
� (Kanzerogenität)
4. Dermatotoxizität
� Haut- und
Schleimhautirritation
� Hautsensibilisierung
� Phototoxizität bei UV-
Filtern
(Irritation, Mutagenität,
Sensibilisierung)
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Probleme bei der in vitro Analyse komplexer Endpunkte
Akute (orale/systemische) Toxizität
2006-2011: ACuteTox (EU FP6: € 9.000.000)57 Referenzchemikalien in funktionellen Tests (in vitro/in silico) zu … Absorption,
Distribution, Metabolismus, Exkretion, und spezifische Organtoxizität (einschl. Haemato-, Neuro-, Nephro-, und Hepatotoxizität) wurden getestet auf
• Reproduzierbarkeit
• Vorhersagekraft
• Möglichkeit der Klassifizierung von Chemikalien nach GHS und CLP
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Evaluierung von Teststrategie aus 10 potentiell geeigneten Assays
Cytotoxicity• Neutral Red Uptake in 3T3 mouse fibroblasts
• Cytomic panel measuring oxidative stress (intracellular peroxidative activity, intracellular levels of superoxide anion, oxidised DNA base 8-oxoguanine) in HepG2, SH-SY5Y, and A.704 cells
• Cytomic panel for cytotoxicity screening (intracellular Ca2+ levels, mitochondrial membrane potential, plasma membrane potential) in HepG2, SH-SY5Y and A.704 cells
Haematotoxicity• The Cytokine Release Assay using human whole blood (IL-1, IL-6, TNF)
• Inhibition of colony forming unit efficiency in human cord blood-derived cells stimulated withgranulocyte/monocyte-colony stimulating factor (CBC/CFU-GM)
Neurotoxicity• Gene expression (GFAP, HSP-32, MBP and NF-H) in primary rat brain aggregate cultures
• Uridine incorporation measuring the total mRNA synthesis in primary rat brain aggregate cultures
Metabolism• The MTT assay using primary rat hepatocytes (seems more like cytotoxicity of hepatocytes)
Biokinetics• Kinetic parameters: volume of distribution, protein binding, clearance, and intestinal absorption (Caco-
2 cells)
• The estimation of compound passage through the blood-brain barrier using neuronal networks
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Akute Toxizität
Ergebnis:
Die zusätzlichen Endpunkte haben die Prädiktivität des 3T3 NRU Zytotoxizitätstestshinsichtlich der Klassifizierung von Substanzen für orale akute Toxizität nichtwesentlich verbessert3T3 NRU Daten sind prädiktiv für Substanzen mit niedriger / keiner Toxizität (LD50 > 200mg/kg) aber ungenau für Substanzen mit signifikanter / hoher Toxizität
► kompletter Ersatz von Tierversuche nicht absehbar
► betrifft nur einen geringen Anteil der Chemikalien
87% der Chemikalien mit LD50 > 2000mg/ml (ungiftig)
96% aller Chemikalien mit LD50 > 300mg/ml(schwach giftig)
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Risikobewertung der Ingredienzien:
Toxikologische Daten (Notes of Guidance SCCP/1005/06)
1. Toxikokinetik
� Hautresorption
� (Verteilung,
Metabolismus)
2. Systemische Toxizität
� Akute Toxizität
� Subchronische
Toxizität
� (chronische Toxizität)
� Reprotox:
(Entwicklung +
Reproduktion)
3. Mutagenität / Kanzerogenität
� Genotoxizität
� (Kanzerogenität)
4. Dermatotoxizität
� Haut- und
Schleimhautirritation
� Hautsensibilisierung
� Phototoxizität bei UV-
Filtern
(Irritation, Mutagenität,
Sensibilisierung)
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Schlussfolgerungen für Kanzerogenitätsprüfungen
SCCS-Meinung (2009)
Mit dem Verzicht auf Tierversuche wird eine abschließende Bewertung von neuen kosmetischen Inhaltsstoffen bei Vorliegen von irrelevant positiven Testergebnissen aus in-vitro Genotoxizitätsprüfungen nicht möglich sein.
Aktueller Status
• Kein vollständiger Ersatz von in-vivo Tests bis 2013
• Ersatzmethoden stehen zur Verfügung und werden weiterentwickelt;sie decken jedoch nur ein Teil des komplexen Geschehens ab.
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Risikobewertung der Ingredienzien:
Toxikologische Daten (Notes of Guidance SCCP/1005/06)
1. Toxikokinetik
� Hautresorption
� (Verteilung,
Metabolismus)
2. Systemische Toxizität
� Akute Toxizität
� Subchronische
Toxizität
� (chronische Toxizität)
� Reprotox
(Entwicklung +
Reproduktion)
3. Mutagenität / Kanzerogenität
� Genotoxizität
� (Kanzerogenität)
4. Dermatotoxizität
� Haut- und
Schleimhautirritation
� Hautsensibilisierung
� Phototoxizität bei UV-
Filtern
(Irritation, Mutagenität,
Sensibilisierung)
Luch, Alternativmethoden zum Tierversuch und Konsequenzen für die Bewertung, 24.2.2011 Seite 42
Toxizitätsprüfungen mit wiederholter täglicher VerabreichungRepeated Dose Toxicity (RDT)
in-vivo Toxizitätsprüfungen#
subakut (28-Tage-Test)
subchronisch (90-Tage-Test)
chronisch (≥ 12 Monate)
Je nach relevantem Aufnahmeweg erfolgt eine perorale, dermale oder inhalative Applikation.# nur noch möglich bis 03/2013
Ziel und Prinzip
● Prüfung auf organtoxische (adverse) Effekte
● Bestimmung der höchsten Dosis ohnefeststellbare nachteilige Wirkung (NOAEL)
● Berechnung eines Sicherheitsabstands (MoS)
Hauptzielorgane für Prüfung
LeberNiereHerzLungeNervensystem
Laut SCCS-Statistik der letzten 10 Jahre ist die Leber das am meisten betroffene Organ, gefolgt von der Lunge (Rogiers & Pauwels, unpubl.)
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SCCS-Statistik der RDT-Studien für kosmetische Inhaltsstoffe(2002-2006)
• 113 Substanzen wurden in ein oder mehreren Assays getestet
• 50 Substanzen wurden nur in der 90-Tage-Studie mit peroraler Applikation getestet.
• 90-Tage-Studie mit peroraler Verabreichung wird am häufigsten durchgeführt
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Integrierte Teststrategien (ITS) für Repeated Dose Toxicity
• Expositions-basiertes Auslassen von Tests (waiving)durch Anwendung des TTC-Konzepts (toxikologische Relevanzschwelle)
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Projekte mit Entwicklung von 'omics-Technologienfür eine prädiktive Toxikologie ohne Tierversuche
PREDICTOMICSVorhersage von chronischer Leber- und Nierentoxizitätfür Pharmaka & Xenobiotika
carcinoGENOMICSVorhersage von genotoxischen und kanzerogenenSchädigungen an Leber, Lunge und Niere durch Chemikalien
Predict-IVProfiling von Pharmaka bezüglich Leber- , Nieren- undNeurotoxizität
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Schlussfolgerungen für Repeated Dose Toxicity (RDT)
SCCS-Meinung (2009)
RDT-Prüfungen zum Ausschluss systemisch-toxischer Risiken sind ein Schlüsselelement für die Sicherheitsbewertung neuer kosmetischer Inhaltsstoffe. Ohne solche Daten ist eine Risikobewertung nicht möglich.
Aktueller Status
• Kein vollständiger Ersatz für RDT-Prüfungen bis 2013 !
• bestehende Ersatzmethoden sind geeignet zur Gefahrenerkennung für bestimmte Endpunkte und liefern Informationen über Wirkmechanismenund Toxizitätspotential
• Integrierte Teststrategien statt Einzelmethodenprüfungen sind dasMittel der Wahl
• Weiterer Bedarf an Grundlagenforschung mit Fokus aufToxizitätsmechanismen und -pathways sowie auf biokinetische Modellefür eine in-vivo-in-vitro-Extrapolation
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Risikobewertung der Ingredienzien:
Toxikologische Daten (Notes of Guidance SCCP/1005/06)
1. Toxikokinetik
� Hautresorption
� (Verteilung,
Metabolismus)
2. Systemische Toxizität
� Akute Toxizität
� Subchronische
Toxizität
� (chronische Toxizität)
� Reprotox
(Entwicklung +
Reproduktion)
3. Mutagenität / Kanzerogenität
� Genotoxizität
� (Kanzerogenität)
4. Dermatotoxizität
� Haut- und
Schleimhautirritation
� Hautsensibilisierung
� Phototoxizität bei UV-
Filtern
(Irritation, Mutagenität,
Sensibilisierung)
Luch, Alternativmethoden zum Tierversuch und Konsequenzen für die Bewertung, 24.2.2011 Seite 48
Toxikokinetik
Toxikokinetische Daten fürkosmetische Inhaltsstoffe werdennur unter bestimmten Umständengefordert.
Mit dem Verbot aller Tierversuchejedoch erlangen toxikokinetische Dateneine zentrale Bedeutung für diein-vitro/in-vivo-Extrapolation.
ADME:
AbsorbtionDistributionMetabolismusExkretion
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in vitro / in silico-Methodenfür renale Exkretion undGallenausscheidung amwenigsten entwickelt.
In-silico-Modelle für renaleExkretion schwer zu etablieren (Problem: Implementierung sekretorischer und reabsorptiver Prozesse)
Modellspektrum für tierversuchsfreie Ansätze
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Luch, Alternativmethoden zum Tierversuch und Konsequenzen für die Bewertung, 24.2.2011 Seite 51
Teststrategie für eine tierversuchsfreie Toxikokinetik
1. Expositionsabschätzung und in-vitro-Prüfung zur Klärung, ob eine Absorption unter dem vorgesehenen Verwendungsszenario wahrscheinlich ist
2. Im Falle einer relevanten Absorption wird die systemische Exposition über eine Physiologie-basierte toxikokinetischeModellierung abgeschätzt
Luch, Alternativmethoden zum Tierversuch und Konsequenzen für die Bewertung, 24.2.2011 Seite 52
Schlussfolgerungen für Toxikokinetik
SCCS-Meinung (2009)
• validierte Ersatzmethoden für alle Bereiche der ADME noch nicht vorhanden
• geeignete in-vitro-Methoden für Absorptionstestungen über Haut und Verdaungstrakt; liefern auch nützliche Infos zur Biotransformation
• toxikokinetische Daten nur unter bestimmten Umständen gefordert;jedoch hohe Relevanz für in-vitro / in-vivo-Extrapolation
Aktueller Status
• Physiologie-basierte toxikokinetische (PBTK) Modelle sind das Mittel der Wahlzur Integration der Daten aus in-vitro / in-silico-Modellen sowie zur Extrapolation auf die in vivo-Situation
• viele Einzelmethoden bereits validiert oder in der Phase der (Prä)Validierung
• ein PBTK-basierter Ansatz könnte in 5-7 Jahren verfügbar sein
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IKO
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