Conhecendo os métodos alternativos in vitro e in silico

Os avanços científicos impulsionaram o desenvolvimento de métodos alternativos aos testes em animais, que oferecem resultados mais precisos e éticos. Entre essas metodologias, destacam-se os modelos in vitro e in silico, validados por organismos como a Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico (OCDE) e a Administração de Alimentos e Medicamentos dos Estados Unidos (FDA). Essas abordagens permitem avaliar a toxicidade, a farmacocinética e a segurança de compostos com maior relevância para a biologia humana.

O desenvolvimento de alternativas é impulsionado pela crescente preocupação com a sustentabilidade dos abordagens tradicionais baseadas em animais e pela necessidade de contar com métodos de teste de toxicidade mais confiáveis e eficientes. No entanto, para que um método alternativo seja validado e aceito pela comunidade científica e regulatória, ele deve passar por um rigoroso processo de validação.

A OCDE estabelece diretrizes e orientações específicas que determinam os critérios que esses métodos devem cumprir. A validação inclui a reprodutibilidade, que garante resultados consistentes em diferentes laboratórios; a relevância biológica, que demonstra a capacidade do método de prever efeitos em seres humanos; e a comparabilidade, que assegura que os resultados sejam equivalentes ou superiores aos obtidos com modelos animais.

Alguns exemplos de métodos alternativos validados pela OCDE são o Teste de Epiderme Humana Reconstruída (2021), utilizado para avaliar a corrosão e a irritação cutânea, e o h-CLAT (2024), projetado para avaliar a sensibilização cutânea que certas substâncias químicas poderiam causar. Esses métodos foram adotados por órgãos reguladores na Europa e nos Estados Unidos, facilitando sua integração na indústria e sua adaptação a diferentes laboratórios.

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Aceitação pela comunidade científica e pelos defensores dos animais

A comunidade científica tem demonstrado um interesse crescente por modelos alternativos, especialmente no campo da toxicologia, devido à sua capacidade de gerar dados mais relevantes para a biologia humana. Diversas agências implementaram marcos regulatórios flexíveis que permitem e incentivam seu uso. Instituições como o Programa Nacional de Toxicologia (NTP) e o Centro Europeu para a Validação de Métodos Alternativos (EURL ECVAM) têm impulsionado o desenvolvimento dessas técnicas, enquanto órgãos como o Comitê de Coordenação Interagências para a Validação de Métodos Alternativos (ICCVAM) têm trabalhado em sua padronização no âmbito regulatório.

Por sua vez, a comunidade de defesa dos animais apoia firmemente a adoção de métodos alternativos como uma solução para eliminar progressivamente os experimentos com animais de forma legal. Organizações como a Cruelty Free International, o PETA Science Consortium e a Te Protejo têm promovido iniciativas para acelerar essa transição, exercendo pressão sobre legisladores e empresas para que elas sejam implementadas. Um exemplo notável é o Chile, que em 2024 proibiu a produção e a venda de cosméticos testados em animais, estabelecendo um precedente importante para futuras normas e leis que poderiam eliminar essas práticas nos âmbitos biomédico, agrícola e em outras áreas da ciência.

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Diferenças entre os métodos in vitro e in silico

Os métodos in vitro e in silico oferecem benefícios importantes para o bem-estar animal, a saúde pública e a economia. Eles reduzem o uso de recursos, tanto em infraestrutura quanto na manutenção de animais em biotérios adequados, e diminuem os custos de treinamento da equipe responsável por seu manejo e monitoramento. Embora ambas as abordagens sejam estratégias complementares para a avaliação da segurança de compostos, elas apresentam diferenças fundamentais no que diz respeito ao desenvolvimento, aplicação, replicação e validação.

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Modelos in vitro

Os métodos in vitro baseiam-se no uso de culturas celulares para estudar as respostas biológicas a substâncias químicas ou compostos desconhecidos em condições controladas de laboratório. Eles permitem avaliar a citotoxicidade, a genotoxicidade, a inflamação, a eficácia terapêutica e mecanismos moleculares específicos, tudo isso sem recorrer a animais vivos.

Uma das principais vantagens dos métodos in vitro é que os resultados obtidos a partir de células humanas costumam ser mais representativos da biologia humana do que os derivados de modelos animais. No entanto, eles apresentam limitações, uma vez que não levam em conta fatores sistêmicos como metabolismo, biodistribuição ou respostas imunológicas complexas, o que dificulta a extrapolação dos resultados para o nível orgânico e in vivo.

Um exemplo notável é o “Reconstructed Human Cornea-like Epithelium” (Epitélio Reconstruído Semelhante à Córnea Humana), um modelo tridimensional que permite avaliar a irritação ocular sem a necessidade de utilizar coelhos. Esses modelos têm sido amplamente adotados na toxicologia cutânea, farmacologia, oncologia e neurociências, demonstrando sua eficácia na previsão de respostas.

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Outros avanços incluem as linhas celulares, amplamente utilizadas em ensaios de toxicidade, biocompatibilidade e resposta a medicamentos, uma vez que permitem analisar processos celulares específicos, como proliferação, apoptose e estresse oxidativo. No entanto, os modelos 2D tradicionais apresentam limitações no que diz respeito à arquitetura e à comunicação celular, o que impulsionou o desenvolvimento de modelos tridimensionais (3D).

Esses modelos 3D aprimoram a reprodução de estruturas biológicas ao imitar a organização e a interação natural das células, tornando-os mais representativos da fisiologia in vivo. Entre eles, os organoides se destacam por serem estruturas tridimensionais derivadas de células-tronco, capazes de se auto-organizar e reproduzir características funcionais de órgãos específicos, como o intestino, o fígado, os rins e o cérebro. Graças à sua complexidade, os organoides transformaram a pesquisa biomédica ao permitir estudos avançados sobre desenvolvimento, doenças e respostas terapêuticas, superando muitas das limitações dos modelos convencionais.

Outros avanços in vitro incluem:

-Organ-on-a-Chip: microdispositivos que integram células humanas em um ambiente microfluídico, simulando a fisiologia de órgãos completos.

-Sistemas multifluidos: plataformas avançadas que combinam vários órgãos em chip para reproduzir interações sistêmicas no interior do corpo humano.

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Modelos in silico

A tecnologia in silico utiliza métodos computacionais para prever a toxicidade química, constituindo uma alternativa mais rápida e econômica em relação aos testes com animais. Esses métodos empregam diversas técnicas de modelagem, incluindo as relações quantitativas estrutura-atividade (QSAR) e a triagem virtual, para analisar grandes volumes de dados. A principal vantagem das abordagens in silico reside em sua capacidade de avaliar rapidamente inúmeros compostos, o que reduz significativamente o tempo e os custos associados à pesquisa.

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No entanto, esses métodos apresentam desafios, como a necessidade de contar com dados prévios confiáveis para alimentar os modelos preditivos e a complexidade de equilibrar a interpretabilidade dos modelos com sua capacidade de previsão. Apesar dessas limitações, a toxicologia in silico vem ganhando cada vez mais relevância em contextos regulatórios, especialmente considerando a legislação europeia REACH, cujo objetivo é minimizar os testes em animais. Além disso, o desenvolvimento e a interpretação eficaz desses modelos computacionais exigem conhecimentos toxicológicos cada vez mais avançados.

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Um exemplo notável das abordagens in silico é a OECD QSAR Toolbox, uma ferramenta que permite prever a toxicidade de substâncias químicas por meio de modelos matemáticos baseados em dados experimentais anteriores. Esses métodos têm aplicações fundamentais na farmacocinética, na previsão de interações fármaco-receptor e na avaliação de riscos ambientais, fornecendo informações relevantes para a tomada de decisões regulatórias e de segurança.

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Promovendo uma ciência sem animais

Os métodos alternativos representam uma verdadeira revolução na pesquisa biomédica e toxicológica, oferecendo soluções mais precisas, reproduzíveis e éticas. A validação desses métodos por órgãos como a OCDE e a FDA facilitou sua adoção em diversos setores, demonstrando que é possível reduzir ou eliminar a experimentação em animais sem comprometer a qualidade dos dados obtidos.

Nesse contexto, a adoção de metodologias alternativas está diretamente ligada a marcos éticos que buscam reduzir e substituir o uso de animais na pesquisa. Compreender esses princípios permite avaliar o alcance desses avanços na ciência atual.

Bibliografia

1. Nutrition, C. for F. S. and A. (2022). Métodos de Abordagem Alternativa (NAMs). FDA. https://www.fda.gov/food/toxicology-research/new-approach-methods-nams

2. OCDE (2005), Documento de Orientação sobre a Validação e Aceitação Internacional de Métodos de Teste Novos ou Atualizados para Avaliação de Riscos, Série da OCDE sobre Testes e Avaliações, n.º 34, Edições da OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/e1f1244b-en.

3. OCDE (2019), Teste nº 431: Corrosão cutânea in vitro: método de teste com epiderme humana reconstruída (RHE), Diretrizes da OCDE para Testes de Produtos Químicos, Seção 4, Publicações da OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264264618-en.

4. OCDE (2021), Teste nº 439: Irritação cutânea in vitro: Método de teste com epiderme humana reconstruída, Diretrizes da OCDE para Testes de Produtos Químicos, Seção 4, Publicações da OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264242845-en.

5. OCDE (2024), Teste nº 442E: Sensibilização cutânea in vitro: Ensaios de sensibilização cutânea in vitro que abordam o evento-chave da ativação de células dendríticas na Via de Resultados Adversos para a Sensibilização Cutânea, Diretrizes da OCDE para Testes de Produtos Químicos, Seção 4, Publicações da OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264264359-en.

6. Stucki, A. O., Barton-Maclaren, T. S., Bhuller, Y., Henriquez, J. E., Henry, T. R., Hirn, C., Miller-Holt, J., Nagy, E. G., Perron, M. M., Ratzlaff, D. E., Stedeford, T. J., & Clippinger, A. J. (2022). Uso de metodologias de abordagem nova (NAMs) para atender aos requisitos regulatórios relativos à avaliação de produtos químicos industriais e pesticidas quanto aos efeitos sobre a saúde humana. Frontiers in Toxicology, 4. https://doi.org/10.3389/ftox.2022.964553

7. Stokes, W. S., Schechtman, L. M., & Hill, R. N. (2002). O Comitê Interagências de Coordenação para a Validação de Métodos Alternativos (ICCVAM): Uma análise do processo de avaliação de métodos de teste do ICCVAM e das colaborações internacionais atuais com o Centro Europeu para a Validação de Métodos Alternativos (ECVAM). Alternatives to Laboratory Animals, 30(2_suppl), 23–32. https://doi.org/10.1177/026119290203002s04

8. Casey, W., Jacobs, A., Maull, E., Matheson, J., Clarke, C., & Lowit, A. (2015). Um novo caminho a seguir: o Comitê Interagências de Coordenação para a Validação de Métodos Alternativos (ICCVAM) e o Centro Interagências para a Avaliação de Métodos Toxicológicos Alternativos do Programa Nacional de Toxicologia (NICEATM). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS, 54(2), 170–173. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25836963/

9. (2024). Biblioteca do Congresso Nacional | Lei nº 21.646 que proíbe a realização de experimentos com animais na fabricação de produtos cosméticos, bem como a venda, comercialização, importação e introdução no mercado nacional desses produtos quando tiverem sido testados em animais. Www.bcn.cl/Leychile. https://www.bcn.cl/leychile/navegar?idNorma=1200504

10. Li, M., Gong, J., Gao, L., Zou, T., Kang, J., & Xu, H. (2022). Avaliação avançada da toxicidade para o desenvolvimento humano e da teratogenicidade utilizando modelos de organoides humanos. Ecotoxicologia e segurança ambiental, 235, 113429. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113429

11. Fischer, I., Milton, C., & Wallace, H. (2020). Os testes de toxicidade estão evoluindo! Toxicology Research, 9(2), 67–80. https://doi.org/10.1093/toxres/tfaa011

12. Ibis, R., Hernández, M. (2020). Métodos alternativos em toxicologia. https://www.semanticscholar.org/paper/M%C3%A9todos-Alternativos-en-Toxicolog%C3%ADa-Ibis-Hern%C3%A1ndez/7b788be0909c4b7041f72a02f02a6ce023753e69

13. Gupta, R., Rajpoot, K., Tekade, M., Sharma, M. C., & Tekade, R. K. (2022). Métodos e modelos para toxicidade in vitro. Considerações farmacocinéticas e toxicocinéticas, 145–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-98367-9.00006-8

14. Zink, D., Chuah, J. K. C., & Ying, J. Y. (2020). Avaliação da toxicidade com métodos in vitro baseados em células humanas. Trends in molecular medicine, 26(6), 570–582. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2020.01.008

15. Marti-Figueroa, C. R., & Ashton, R. S. (2017). Argumentos a favor da aplicação de metodologias de engenharia de tecidos para orientar a morfogênese de organoides humanos. Acta biomaterialia, 54, 35–44. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2017.03.023

16. OCDE (2024), Teste nº 492: Método de ensaio com epitélio semelhante à córnea humana reconstruída (RhCE) para identificação de substâncias químicas que não requerem classificação e rotulagem por irritação ocular ou lesão ocular grave, Diretrizes da OCDE para o Ensaio de Substâncias Químicas, Seção 4, Publicações da OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264242548-en.

17. Kretzschmar, K., & Clevers, H. (2016). Organoides: modelagem do desenvolvimento e do nicho das células-tronco em placa de cultura. Developmental Cell, 38(6), 590–600. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2016.08.014

18. Raies, A. B., & Bajic, V. B. (2016). Toxicologia in silico: métodos computacionais para a previsão da toxicidade química. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science, 6(2), 147–172. https://doi.org/10.1002/wcms.1240

19. Gozalbes, R. Vicente, Fito-López, C. (2025). Métodos computacionais em toxicologia preditiva: aplicação na redução de testes com animais no contexto da legislação comunitária REACH. Revista de Toxicologia, 31(2), 157–167. https://dialnet.unirioja.es/servlet/dcart?info=link&codigo=4911444&orden=0

20. Santos, C. (2015). Toxicologia in silico: uma nova abordagem para a análise do risco químico. Revista Intertox de Toxicologia, Risco Ambiental e Sociedade, 4(1). https://doi.org/10.22280/revintervol4ed1.66

21. Gleeson, M. P., Modi, S., Bender, A., Robinson, R. L., Kirchmair, J., Promkatkaew, M., Hannongbua, S., & Glen, R. C. (2012). Os desafios envolvidos na modelagem de dados de toxicidade in silico: uma revisão. Current Pharmaceutical Design, 18(9), 1266–1291. https://doi.org/10.2174/138161212799436359

22. ‌Anadón, A., Martínez, M. A., Castellano, V., & Martínez-Larrañaga, M. R. (2013). O papel dos métodos in vitro como alternativas aos animais nos testes de toxicidade. Expert Opinion on Drug Metabolism & Toxicology, 10(1), 67–79. https://doi.org/10.1517/17425255.2014.854329

23. Ahuja, V., Adiga Perdur, G., Aj, Z., Krishnappa, M., & Kandarova, H. (2024). Previsão in silico da fototoxicidade de medicamentos e produtos químicos utilizando o Derek Nexus e o QSAR Toolbox. Alternatives to laboratory animals : ATLA, 52(4), 195–204. https://doi.org/10.1177/02611929241256040