E IT ES SI Layman`s Report Promuovere l`uso dei metodi in silico

Layman’s Report
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N
LIFE 12 ENV/IT/000154
IT
ES
SI
Promuovere l’uso dei metodi in silico nell’industria
INFORMAZIONI
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BENEFICIARI
EN IT SL
LIFE 12 ENV/IT/000154
Promoting the use of in silico methods in industry
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Il regolamento REACH sulle sostanze chimiche e sull’uso dei
metodi alternativi
Dal giugno 2007, l'Unione europea ha adottato il regolamento REACH (EC
No.1907/2006 Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of
Chemical substances).
L'obiettivo del REACH è quello di migliorare la protezione della salute umana
e dell'ambiente dai rischi che possono essere dovuti alle sostanze chimiche. Il
regolamento REACH prevede che, prima del 2018, tutte le sostanze chimiche
prodotte e/o immesse sul mercato europeo in quantità maggiori o uguali a 1
tonnellata/anno abbiano adeguate informazioni sulla sicurezza. Per ogni
sostanza chimica, l'industria ha l'obbligo di preparare un dossier contenente
informazioni sulle proprietà fisico-chimiche, ambientali, ecotossicologiche e
tossicologiche, da inviare all’Agenzia Europea per le Sostanze Chimiche
(ECHA), al fine di ottenere la registrazione e l'autorizzazione a fabbricare e/o
importare i prodotti. Per raggiungere questi obbiettivi con i tradizionali test in
vivo ci vorrebbero decenni, costi di miliardi e l’uso di molti animali, un
argomento che implica anche questioni etiche in Europa.
Per questo motivo, il REACH promuove l'applicazione di metodi alternativi
all’uso dei metodi in vivo, inclusi i metodi non sperimentali (NTM), come
Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) e Read-across.
I NTM sono vitali per utilizzare ed estendere i dati sperimentali esistenti. In
questo modo, utilizzando i metodi non sperimentali, si può potenzialmente
consentire all'utente di valutare migliaia di sostanze chimiche in modo rapido
ed economico, riducendo o sostituendo la necessità delle costose fasi dei test
in vivo. Inoltre, la novità dell’utilizzo dei NTM rappresenta una necessità
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perché in Europa vi è una mancanza di laboratori in grado di eseguire le
prove richieste dal REACH. ECHA riporta l'uso di modelli QSAR e la loro
evoluzione nel tempo.
Nel 2016 ECHA ha pubblicato due documenti che sono una chiara
dimostrazione del suo interesse sui NTM.
Nel giugno 2016, l'ECHA ha rilasciato la Pratictical Guide n.5 "How to use and
report (Q)SARs" versione 3.1., in cui per la prima volta l’ECHA mostra vari
esempi, e anche elenca una serie di programmi esistenti. All'interno di questo
documento, è citato VEGA, una piattaforma sviluppata da noi all'interno di
PROSIL, che fornisce modelli computazionali predittivi e permette agli utenti
di valutare le proprietà chimiche. Inoltre, l'ECHA ha usato i metodi in silico
per il documento tecnico "Preparation of an inventory of substances
suspected to meet Annex III criteria". Questo inventario contiene le sostanze
predette con l'uso di (Q)SARs o altre prove per soddisfare i criteri di una
probabile categoria CMR 1A o 1B o i criteri dell’Allegato XIII (cioè PBT e
vPvB). Anche in questo caso ECHA ha usato VEGA per fare le predizioni. Di
conseguenza, le industrie dovrebbero essere incoraggiate a utilizzare i NTM
per soddisfare la richiesta dei dati del regolamento REACH.
I principali problemi affrontati del progetto Life PROSIL
I test di laboratorio classici in relazione agli obblighi del REACH per la
registrazione non sono sostenibili per le piccole e medie imprese (SMEs) che
operano in settori con un grande numero di sostanze. Prendendo in
considerazione qualche caso studio, riguardo coloranti e pesticidi, il progetto
PROSIL ha sviluppato nuovi metodi in silico. Usando questi nuovi modelli, le
industri dovrebbero essere in grado di valutare la tossicità (sia umana che
ambientale) di prodotti chimici in via di sviluppo un modo sostenibile al fine
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di raggiungere le registrazioni REACH. Allo stesso modo PROSIL ha facilitato
le industrie nel seguire un approccio più responsabile.
Le novità e le sfide affrontate dal progetto Life PROSIL
Gli obbiettivi del progetto sono stati valevoli ed urgenti, tenendo conto delle
esigenze della legislazione europea per le sostanze chimiche alle quali le
industrie chimiche dovevano affrontarsi.
Il progetto PROSIL ha indagato le ragioni dell’aumento o la diminuzione della
tossicità delle sostanze chimiche, specificatamente di coloranti e pesticidi.
Alcuni frammenti tossici e non-tossici sono stati identificati. In futuro, i
frammenti identificati all’interno di PROSIL potrebbero guidare la sintesi di
nuove sostanze chimiche: infatti, le industrie dovrebbero evitare la presenza
di frammenti tossici. In questo modo, le nuove sostanze chimiche saranno più
sicure e il loro impatto ambientale sarà ridotto. Inoltre, le industrie coinvolte
nella registrazione di coloranti e pesticidi devono affrontare il problema legato
al numero molto elevato di sostanze. In PROSIL, per affrontare questo
problema, coloranti e pesticidi sono stati raggruppati in famiglie di composti
similari fra loro per valutare le sostanze collettivamente all’interno dello
stesso gruppo. Diversi nuovi programmi per il clustering sono stati sviluppati
e testati. Ad esempio, un software in-house per eseguire diversi approcci di
clustering è stato sviluppato basandosi sull’indice di somiglianza chimica
creato per la piattaforma VEGA. Questo software può essere utilizzato dalle
industrie per produrre cluster di composti simili dal punto di vista
chimico/strutturale. Un altro esempio di include le mappe auto-organizzate e
un nuovo programma, chiamato ClusterSim. È importante notare che oltre
questi clusters, prodotti attraverso categorie chimiche, le informazioni
tossicologiche sono state utilizzate per ottimizzare i clusters stessi.
In PROSIL, per la prima volta, è stata affrontata l’integrazione tra le previsioni
QSAR (dai modelli VEGA) e la valutazione effettuata tramite Read-across.
Questa integrazione fornisce un ambiente interattivo al supporto per l’utente
per una validazione Read-across più ampia. Le predizioni QSAR e la
valutazione Read-across sono state integrate nella valutazione finale
all’interno della versione ToxRead beta 0.11 gratuitamente disponibile dal sito
web http://www.toxgate.eu.
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Un altro strumento sviluppato nell'ambito del progetto Life PROSIL è
ToxDelta, disponibile come applicazione Linux. Esso è in grado di valutare le
somiglianze (Sottostruttura massima comune - MCS) e le differenze tra le
molecole. Questo nuovo approccio potrebbe aiutare gli utenti nel prendere
decisioni e nel valutare le proprietà delle strutture molecolari. Con esso, gli
utenti possono valutare le prove ottenuti con questo programma e prendere
decisioni riguardo la tossicità del nuovo composto in base al peso delle prove.
Un'altra sfida che il progetto PROSIL affrontato è stata la questione della
metodologia per lo sviluppo e l'utilizzo di modelli QSAR/QSPR su miscele.
Nell'ambito del progetto LIFE PROSIL, è stato utilizzato un caso studio sulla
degradazione. Il nostro approccio ha dimostrato di essere in grado di estrarre
informazioni utili, legati alla degradazione ambientale di ogni ingrediente della
miscela, partendo dalla composizione dei prodotti.
I modelli in silico sviluppati con il progetto PROSIL
All'interno PROSIL sono stati sviluppati un elevato numero di modelli in silico
che coprono proprietà sia di tossicità umana che di ecotossicità. Alcuni modelli
sono generali ed altri specifici per la stima di una proprietà di una particolare
classe di sostanze chimiche. Ad esempio, poiché i modelli QSAR esistenti
tipicamente hanno avuto scarse prestazioni quando applicati ai coloranti, a
causa del potenziale genotossico dei composti azoici, all'interno del progetto
LIFE PROSIL alcuni modelli QSAR specifici per gli azo-coloranti sono stati
sviluppati. Infatti, alcuni azo-coloranti sono stati identificati come un rischio a
causa della potenziale rottura del doppio legame azoico, che può portare al
rilascio di sostanze (ad esempio ammine o benzidine aromatiche) che sono
note o che potrebbero essere cancerogene e/o genotossiche. All'interno di
PROSIL, per gestire questa scissione è stato sviluppato un software in-house
in linguaggio Java, per classificare i composti azoici considerando l'attività
delle ammine teoricamente generate. Lo scopo di questo software è quello di
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avere
uno
schema
concettuale,
e
allo
stesso
tempo
un
programma
implementato, in grado di elaborare i meccanismi che si verificano nella
cellula. In questo contesto, sono stati sviluppati nuovi modelli QSAR specifici.
I nuovi modelli hanno mostrato risultati superiori ai precedenti esistenti per il
caso generico dei coloranti. In particolare, i nuovi modelli di coloranti azoici
sviluppati nell'ambito del progetto sono: 6 sulla mutagenicità (test di Ames),
4 su Daphnia (Tossicità acuta), 2 su alghe (Tossicità acuta). Inoltre, una serie
di nuovi modelli per prodotti chimici industriali e pesticidi sono stati sviluppati
come illustrato di seguito.
Prodotti chimici industriali: 1 modello generale per la mutagenicità, 5 modelli
generali di tossicità su Daphnia Magna, 1 modello generale per la tossicità per
le alghe, 1 modello per il coefficiente di ripartizione LogP.
Pesticidi: 3 modelli di tossicità per le api.
I migliori modelli sviluppati nell'ambito del progetto PROSIL, ad esempio
quelli con le caratteristiche statistiche migliori sono stati implementati nella
piattaforma VEGA (http://www.vega-qsar.eu/). Dei 31 modelli presenti nella
piattaforma VEGA, i modelli attuati nell'ambito del progetto PROSIL sono 5 e
in particolare: 1 Modello di mutagenicità, 2 modelli per cancerogenicità, 1
modello per la tossicità del pesce, 1 modello per tossicità per le api. Altri
nuovi modelli sono presenti all'interno CORAL (http://www.insilico.eu/coral/),
e altri saranno implementate nella piattaforma di VEGA in un prossimo futuro.
L’eredità scientifica del progetto LIFE PROSIL
Il progetto PROSIL ha offerto l’opportunità di procedere approfonditamente
nell’ambito dei modelli in silico e questo potenzia l’uso di questi metodi nel
futuro, con benefici per le industrie.
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Inoltre, oltre a prodotti chimici industriali, l'uso di metodi in silico ha attirato
l'attenzione di soggetti interessati in altri settori, come ad esempio i
cosmetici, i biocidi e i prodotti farmaceutici. Al di fuori dell'Europa l'interesse
sui metodi in silico è pure in aumento. Questo potenzierà l’uso dei risultati di
PROSIL. L'uso del metodi in silico sarà notevolmente agevolato dalla
disponibilità di modelli facilmente accessibili, che sono stati valutati verso le
sostanze chimiche già registrate, come i modelli disponibili all'interno di
VEGA.
Le azioni del progetto PROSIL
Il progetto è iniziato il 1 ottobre 2013 e si è concluso il 30 settembre 2016
È stato organizzato in 17 azioni:
Azione A1. Requisiti REACH e software su categorie di sostanze e miscele
Azione B1. Applicazione dei modelli QSAR per l’ottimizzazione di strategie per
nuovi e più sicuri prodotti chimici
Azione B2. Integrazione di modelli QSAR e Read-across per la valutazione di
sostanze chimiche
Azione B3. Applicazione di metodi (Q)SAR per la valutazione di sostanze
chimiche all’interno di un gruppo
Azione B4. Modelli QSAR per complessi di sostanze chimiche di origine
naturale
Azione B5. Estrazione di regole di tossicità da dati confidenziali
Azione C1. Monitoraggio dell’impatto delle azioni del progetto
Azione C2. Monitoraggio dell’impatto socio-economico del progetto
Azione D1. Portale Web
Azione D2. Il LIFE + information boards
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Azione D3. Layman’s report
Azione D4. Iniziative di comunicazione e disseminazione
Azione E1. Gestione del progetto
Azione E2. Monitoraggio dei progressi del progetto
Azione E3. Networking
Azione E4. Audit
Azione E5. Piano di comunicazione dopo il LIFE
Il portale Web del progetto
Le informazioni sul progetto, le azioni e i risultati sono disponibili sul sito web
PROSIL al seguente link: www.life-prosil.eu
Esso contiene informazioni su:
- Progetto
- La normativa REACH
- Progetto PROSIL
- Attività previste
- Programma LIFE
- Beneficiari
- Eventi
- Eventi
- Workshop finale
- Milano
- Risultati
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- Risultati
- Outcome del progetto
- Training
- Pubblicazioni
- Presentazione del Workshop
- News
- Contatti
-
I beneficiari del consorzio
IRFMN - Istituto Di Ricerche Farmacologiche Mario Negri (koordinator)
CR - Centro Reach S.r.l
CRS4 - Centro di ricerca, Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna s.r.l.
uninominale
FARBOTEX - Farbotex S.p.A
GAMMACOLOR - Gammacolor S.r.l
MACHIT - Manifattura Chimica Italiana Trading S.r.l.
NIC-LJ - Kemijski inštitut
OXON - Oxon Italia S.p.A.
POLIMI - Politecnico di Milano
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