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《日用化学品安全评价技术创新替代方法》专题三——鸡胚尿囊膜模型在化妆品毒性和功效评估中的应用

着以替代、减少和优化为核心的“3R”运动的发展及检测评估手段的丰富化和现代化,越来越多的替代试验逐步取代动物试验应用于化学品和化妆品的毒性检测,体外方法也被广泛用于日化产品的功效评测。非整体动物的实验系统来源多样,包括离体器官、低等生物、类器官、细胞和重组三维人体组织等。 囊绒毛膜(chicken chorioallantoicmembrane, CAM)是简单、高度血管化的胚胎外膜,在胚胎生长期间发挥着多种作用,其易于观察、容易获得且生长迅速等优点为研究血管功能提供了便利。

1 CAM的结构特点及优缺点

1.1 结构特点

鸡胚包括4层胚膜(卵黄囊膜、羊膜、浆膜、尿囊膜)和2套血管网(卵黄囊血管网、尿囊膜浆膜血管网)。尿囊绒毛膜的形成方式与哺乳类尿囊相似。CAM组织结构有3层:外胚层,位于壳膜下方,由绒毛膜上皮组成;中胚层,富含毛细血管的结缔组织,不成熟的血管散布于中胚层;内胚层,位于尿囊由尿囊膜内皮形成。CAM是一个体外呼吸器官,最初没有血管,随之迅速长出丰富血管丛,具有动脉和静脉,不成熟的毛细血管丛覆盖在绒毛上皮细胞表面。CAM的生长从胚胎发育3 d后开始,仅13 d就完全分化,其细胞周期生长短,细胞分裂比较快。鸡胚和CAM结构见图。

 

1.2 模型的优缺

1.2.1优点

CAM模型相比其他体内模型,在研究血管形成和血管生物学方面具有多重优点,其中最显著的优点是容易获取并且生长迅速CAM可以从一个没有血管的细胞膜在短时间内生长成薄层透明的组织,而仅需要7 d密集的血管网就覆盖了蛋壳内层,并且这些血管的生长蕴含了大量与生长所需的相关信息。另外,实验材料易获得、操作简单、实验周期短、不需要特殊设备、血管膜透明、结果易于观察

1.2.2缺点

CAM也存在一定的局限性,最主要的缺点是禽类与哺乳动物的差异,有关禽类的抗体、细胞因子等商品化供应比较少,而且哺乳动物来源的生物材料可能在鸡胚组织上不能发挥作用,因此基因操控的研究不够普遍且比小鼠困难。另外,CAM丰富的血管网是其优点,但其不足是很难区分新生毛细血管和已有血管。在实验延长至15 d后会发生非特定免疫反应,这可能会影响移植的成功。在化妆品评测中的应用主要集中在和血管发生、胚胎发育相关联方面。

2 毒性测试中的应用

2.1急性毒性

CAM模型被认为是介于细胞方法和动物方法之间的中间模型,而且14 d龄之前的胚胎不具有痛觉功能因而无伦理限制,符合3R原则鸡与人类药物靶点有70%直接同源,仅小于小鼠与人类的87%直接同源。尽管不同物种对于药物有不同的敏感性,但鸡与小鼠有高度的药物靶点同源性,因此可用鸡胚试验预测急性毒性

2.2眼刺激

CAM丰富的血管网络很好地模拟了眼结膜结构,因此基于CAM的体外测试是眼刺激使用最早和最广泛的替代方法之一 [4-7] ,目前使用的CAM方法主要分为3种鸡胚绒毛膜尿囊膜试验(Hen’s egg test on the chorioallantoic membrane,HET-CAM)、在HET-CAM方法的基础上增加台盼蓝染色的CAM-TB法以及绒毛膜尿囊膜血管试验(Chorioallantoic membranevascular assay, CAMVA)

2.3皮肤刺激

CAM和角膜囊袋方法也常用于皮肤刺激的检测中。利用CAM膜或者血管呈现的特定信息,如出血、血管溶解、凝血、小血管直径微小改变等,可以评估受试物产生的刺激能力。

2.4光毒性

利用鸡胚检测光毒性的方法称为光鸡胚测试(photo HET, PHET),实验系统为发育4 d龄鸡胚的卵黄囊血管网,将无毒性浓度的受试物作用于鸡胚,在5 J/cm 2 UVA照射下观察24 h,以胚胎存活、膜脱色和出血等作为检测指标,比较有光照和无光照条件下卵黄囊血管反应原差异。

2.5氧化应

生长中的胚胎因其血管发育快速和线粒体丰富而对氧化应激非常敏感。鸡胚胎作为研究氧化应激的合适模型,与哺乳动物胚胎相似且极易获取,并且能够利用分子生物学、细胞生物学和外科显微技术对各种参数进行评估。

2.6微核试验

2008年,Wolf等提出可利用鸡胚检测遗传毒性物质的微核效应(Hen’s Egg test for Micronucleus Induction, HET-MN),作为体外遗传毒性测试阳性结果的后续测试方法。其优点组合了普遍接受的遗传终点微核形成和发育鸡胚的复杂生物系统,使外源性物质的代谢活化、清除和排泄,包括诱变剂或前诱变剂都得到充分的考虑。

3 鸡胚在功效评估中的应用

3.1 促进或抑制血管生成

由于CAM血管生长迅速,因此常用于评价化学物质对于生长中的血管产生效应的模型。通过定量CAM脉管系统形态学变化,已经研究了很多血管形成药物和抗血管形成药物。这些化学物质包括生长因子、激素、天然物质、抗癌剂、气体、有机金属化合物、抗血管生成物质和抗体等。

3.2光保护作用

光鸡胚实验(PHET)是一种替代光毒性动物实验的方法,同样也适用于筛查光保护物质。

3.3抗氧化抗炎作用

鸡胚可用于改善机体氧化应激状态方面的研究。在抗炎方面,可

以用SDS为炎性模型,把抗炎活性物质与SDS混合后再作用于CAM膜,观察血管反应是否缓解,检测原料的抗炎功效。


有用

无用