Il Green Deal europeo si è posto l’obiettivo di proteggere meglio la salute umana e ambientale e di progredire verso un ecosistema privo di sostanze tossiche. Nell’ambito dell’innovazione per la transizione verde, uno degli obiettivi della Commissione Europea è quello di accelerare lo sviluppo e l’adozione di nuovi metodi, le New Approach Methodologies (NAMs), basati su modelli teorici, in silico, cioè matematici o computazionali e in vitro, inclusi modelli cellulari derivati da cellule staminali umane. Queste metodologie devono essere efficaci, accessibili, e sviluppate nell’ottica di una riduzione dell’utilizzo di modelli animali. 

Per ottenere e delineare dei test che siano i più validi, accurati e riproducibili possibile, affinché possano essere utilizzati in ambito regolatorio, risulta di fondamentale importanza l’uso ponderato di tutte le informazioni già disponibili e le metodologie sperimentali, al fine di ottenere un approccio integrato alla valutazione del pericolo e quindi del rischio.

Lo sviluppo di approcci sperimentali integrati basati sugli Adverse Outcome Pathways (AOPs) è alla base di questa pianificazione. L’AOP è un modello che permette di descrivere come un’esposizione ad una sostanza chimica possa portare ad effetti avversi sulla salute, fornendo una spiegazione meccanicistica e quantitativa del modo d’azione. 

L’AOP è composto da tre elementi principali:

Molecular Initiating Event (MIE): La MIE è l’evento iniziale, a livello molecolare, che dà origine alla cascata di eventi fino all’esito avverso. Ci può essere una sola MIE o più di una, ad esempio una disregolazione di un determinato fattore, di una o più proteine che portano ad una reazione a catena di tutti gli altri elementi della via.

Key Events (KEs): La MIE scatena una serie di cambiamenti, definiti “eventi chiave”, che possono avvenire a diversi livelli biologici, cellulari, tissutali o di organo e che si susseguono fino all’evento finale. Tutti i KEs sono correlati tra di loro in modo causale attraverso delle relazioni importanti da valutare durante la formazione dell’AOP. Conoscendo i vari eventi chiave e le relazioni tra di essi si può capire in quale di questi la sostanza possa andare ad agire in modo da modulare o bloccare tutta la via.

Adverse Outcome (AO): L’effetto avverso finale, solitamente a livello di organo o di specie, ad esempio la manifestazione, riscontrabile in vivo, di un danno o di una patologia.

Come una serie di tessere del domino dove, non appena la prima cade, subito fa cadere una alla volta tutte le altre, l’AOP descrive una via composta da una serie di punti chiave che conducono ad un evento finale, rilevante da un punto di vista tossicologico: una volta innescato il percorso si passa da un KE all’altro in modo irreversibile e consequenziale. 

Lo sviluppo di AOPs applicati alla valutazione del rischio è un compito complesso, che richiede diverse competenze scientifiche. L’AOP risulta essere molto importante perché riesce ad integrare ed elaborare diverse tipologie di dati, facilita la progettazione e lo sviluppo di strategie di test e permette di individuare delle lacune, o data gaps, presenti all’interno della sequenza, come, ad esempio, un KE di cui si conosce poco e che andrebbe esaminato meglio perché chiave nel processo. I data gaps sono potenti indicatori di dove si potrebbero dirigere gli sforzi di ricerca in modo tale da poterli colmare.

L’AOP, quindi, ci aiuta a capire e prevedere come e perché una sostanza chimica possa essere dannosa permettendo di prendere decisioni migliori per la salute pubblica e l’ambiente. Le agenzie regolatorie, tra cui l’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) ed enti governativi come l’OCSE, incentivano sempre di più lo sviluppo degli AOPs come elemento centrale in un quadro di conoscenze tossicologiche costruito per supportare la valutazione del rischio chimico basata sul ragionamento meccanicistico. Essi sono strumenti che possono essere applicati a qualsiasi sostanza in grado di agire su una determinata via, a livello della MIE o di un KE. Oltre che in campo tossicologico, si spera che gli AOPs potranno quindi essere utilizzati anche in quello farmacologico aiutando a identificare nuovi bersagli terapeutici e a comprendere meglio i meccanismi delle malattie.

Tutti gli AOP creati vengono raccolti online in un’enciclopedia pubblica, AOP Wiki (https://aopwiki.org/). AOPs che condividono elementi comuni sviluppano quindi un network utile per avere un quadro più completo di un determinato organo o patologia di interesse.

Nel laboratorio di Tossicologia e Valutazione dei Rischio del Dipartimento di Scienze Farmacologiche e Biomolecolari dell’Università degli Studi di Milano, all’interno dell’unità di Neurotossicologia, ci dedichiamo allo sviluppo e alla definizione di AOPs per comprendere la possibile associazione tra l’esposizione a sostanze chimiche e l’aumentata incidenza di patologie a carico del sistema nervoso. In particolare, in collaborazione con altri partners europei ed agenzie regolatorie stiamo sviluppando un network relativo al sistema nervoso adulto che permetta di valutare, misurare e quantizzare il legame, suggerito da studi epidemiologici, tra l’esposizione a diverse categorie di pesticidi e l’aumentata incidenza di Sindrome di Alzheimer e del Morbo di Parkinson. 

Gli AOPs a supporto di approcci sperimentali integrati (AOP – informed IATA) rappresentano ad oggi le frontiere della tossicologia moderna per sviluppare strategie più sicure, aderenti all’esposizione umana e sostenibili per la gestione delle sostanze, siano esse utilizzate in ambito farmacologico che tossicologico e per migliorare la comprensione scientifica dei rischi correlati alla loro esposizione.