predikční metody "in silico " a softwarové nástroje pro reach a clp
DESCRIPTION
Predikční metody "in silico " a softwarové nástroje pro REACH a CLP. Tomáš Novotný Zuzana Heřmánková. Predikční metody in silico a softwarové nástroje pro REACH a CLP. ( eko )toxicita látek „in silico “. in vivo , in vitro , nebo in silico ? Metody in silico v rámci REACH - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Predikční metody "in silico" a softwarové nástroje pro REACH a CLP
Tomáš NovotnýZuzana Heřmánková
Predikční metody in silico a softwarové nástroje pro REACH a CLP
(eko)toxicita látek „in silico“
• in vivo, in vitro, nebo in silico?
• Metody in silico v rámci REACH
• Metody in silico v praxi
• Kde hledat data a software
TECHEM Manager
• Softwarový nástroj pro implementaci REACH a CLP
2
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
Přednosti
Cena
Úspora testovacích organismů
Čas
OmezeníOmezená použitelnost (datová náročnost)
Riziko chybné predikce
3
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
4
in vivo in vitro in silico
Přednosti Cena
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
5
CenaPřednosti
1 Zdroj: Fleischer, M. Testing Costs and Testing Capacity According to the REACH Requirements – Results of a Survey of Independent and Corporate GLP Laboratories in the EU and Switzerland. Journal of Business Chemistry 2007, 4 (3), 96–114.
Požadované informace REACH
Hranice pro povinnost uvést údaj
Metodika testu OECD
Průměrná cena testu1
Cena testu in silicoin vivo in vitro
Kožní dráždivost nebo leptavé účinky na kůži
1 t (in vitro), 10 t (in vivo)
TG 404, TG 430, TG 431 1 194 € 1 645 € 500 – 1 000 €
Subakutní toxicita na bezobratlých (Daphnia) 1 t TG 202 3 742 € - 500 – 1 000 €
Subakutní toxicita po opakovaných dávkách 10 t TG 407 49 390 € - < 5 000 €
Chronická toxicita na bezobratlých (Daphnia) 100 t TG 211 13 426 € - 500 – 2 000 €
Karcinogenita 1000 t TG 451 780 357 € - < 10 000 €
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
6
Přednosti Úspora testovacích organismů
in vivo in vitro in silicoZdroj: www.sciencephoto.com
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
7
Přednosti Úspora testovacích organismů
Požadované informace REACH
Hranice pro povinnost uvést údaj
Metodika testu OECD
Průměrná potřeba živých jedinců1
Oční dráždivost 1 t (in vitro), 10 t (in vivo) TG 405 2
Senzibilizace kůže 1 t TG 429, TG 406 23
Akutní toxicita (orální) 1 t TG 420, TG 423 8
Subakutní toxicita (ryby) 10 t TG 203 14Subakutní toxicita po opakovaných dávkách 10 t TG 407 50
Bioakumulace 100 t TG 305 108
1 Zdroj: Rovida, C.; Hartung, T. Re-evaluation of animal numbers and costs for in vivo tests to accomplish REACH legislation requirements for chemicals - a report by the transatlantic think tank for toxicology (t(4)). ALTEX 2009, 26 (3), 187–208.
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
8
Přednosti Čas
in vivo in vitro in silicoDny až měsíce Dny až týdny Hodiny až dny
Potřeba hodnověrných a srovnatelných experimentálních dat
Omezení zejména pro:
• Některé endpointy
• Méně běžné látky
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
9
Omezení Omezená použitelnost (datová náročnost)
In vivo, in vitro, nebo in silico? Přednosti a omezení metod in silico
10
Omezení Riziko chybné predikce
Číslo modelu(QMRF#) Endpoint Výsledek
predikce Typ algoritmuKoeficient
determinace (R2) testovací množiny
Q8-10-14-150 Akutní toxicita (ryby) LC50Multilineární
regrese 0,825
Q17-10-1-241 Senzibilizace kůže LLNA skóre Neuronová síť 0,499
Q8-10-14-176 Akutní toxicita (in vitro) IC50
Multilineární regrese 0,802
Q8-10-30-288 Subakutní toxicita po opakovaných dávkách LOAEL Multilineární
regrese 0,725
Q2-17-16-140 Bioakumulace BCF Multilineární regrese 0,905
1 Zdroj: (Q)SAR Model Reporting Format Database – qsardb.jrc.it
Metody in silico v rámci REACH
Testy in vivo jsou poslední možností„Aby se zamezilo zkouškám na zvířatech, provádějí se zkoušky na obratlovcích pro účely tohoto nařízení pouze jako poslední možnost. Je rovněž nutné přijmout opatření, kterými se omezí zdvojování jiných zkoušek. „
[REACH, článek 25]
Nejprve se posoudí všechny dostupné údaje, včetně výsledků in silico„Před provedením nových zkoušek k určení vlastností uvedených v této příloze se nejprve posoudí všechny dostupné údaje ze zkoušek in vitro, in vivo, historické údaje o účincích na člověka, údaje z platných (Q)SAR a údaje odvozené ze strukturně příbuzných látek (analogický přístup).“
[REACH, příloha VII]
11
Metody in silico v rámci REACH
12
Integrované strategie testování v rámci REACH
1• Zhodnocení existujících údajů
2• Historické záznamy o expozici člověka
3• (Q)SAR a sdružování/analogický přístup
4• Testy in vitro
5• Nové testy in vivo
Metody in silico v praxiPříklady použití metod in silico při registraci v rámci REACH v roce 2010
13
Látka CAS RN Endpoint Typ studie
Chlornan sodný 7681-52-9 Subakutní toxicita na rybách Hlavní
Ethanol 64-17-5
Rozdělovací koeficient oktanol-voda Hlavní
Rozpustnost ve vodě Hlavní
Snadná biologická rozložitelnost Hlavní
Bioakumulace Podpůrná
Akutní toxicita (orální) Podpůrná
Kožní dráždivost nebo leptavé účinky na kůži Hlavní
Senzibilizace kůže Hlavní
Genotoxicita (in vitro) Hlavní
Zdroj: Databáze ECHA CHEM – echa.europa.eu/web/guest/information-on-chemicals/registered-substances
Metody in silico v praxiPříklady použití metod in silico při registraci v rámci REACH v roce 2010
14
Látka CAS RN Endpoint Typ studie
Trichlorsilan 10025-78-2
Disociační konstanta Hlavní
Subakutní toxicita na rybách Hlavní
Subakutní toxicita na bezobratlých (Daphnia) Hlavní
Inhibice růstu řas Hlavní
Inhibice respirace aktivovaného kalu Hlavní
Subakutní toxicita po opakovaných dávkách (orální) Hlavní
Subakutní toxicita po opakovaných dávkách (inhalační) Hlavní
Zdroj: Databáze ECHA CHEM – echa.europa.eu/web/guest/information-on-chemicals/registered-substances
Metody in silico v praxiPříklady predikce (eko)toxicity
15
20 40 60 80 100 120 140 160 1800
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
Molární hmotnost [g/mol]
LC50
/96
h (P
imep
hale
s pro
mel
as) [
mg/
l]methanol
ethanolpropanolbutanol
pentanolhexanolheptanoloktanol
nonanoldekanol
Látka M [g/mol]
LC50/96 h [mg/l]
Methanol 32,04 29 200Ethanol 46,07 14 900
Propanol 60,1 4 560Butanol 74,12 1 740Pentanol 88,15 473Hexanol 102,18 97,6Heptanol 116,21 34,3Oktanol 130,23 17,1Nonanol 144,26 5,7Decanol 158,29 2,4
Další výsledky pro 1 -
oktanol
QSAR (ECOSAR)
Read Across
(Analogy)19,631 mg/l 9,56 mg/l
Metody in silico v praxiPříklady predikce (eko)toxicity
16
Q1.Melting Point[ ] > 200 ℃ No Q2.LogP-3.1 No Q3.Lipid Solubility[g/kg] 0,01 No Q4.Group C (C,H,O) Yes Q5.Melting Point[ ] > 55 ℃ No Q6.Molecular Weight > 350.0 No Q7.Surface Tension[mN/m] > 62 No Q8.Vapour Pressure[Pa] 0,0001 No Q9.Group CN (C,H,O,N) NoQ19.Group CNHal (C,H,O,N,F,Cl,Br or I ) No Q27.Group CNS (C,H,O,N,S) No Q33.Group CHal (C,H,O,F,Cl,Br or I ) No Q36.AlphaAlkynes No Q4.Group C (C,H,O) Yes Q38.Acrylic Acids No Q39.O and P Quinones No Q40.AliphaticSaturatedAcidsAndHalogenatedAcids No Q41.Aldehydes No Q42.Phenols No Q43.CatecholsResorcinolsHydroquinones No Q43.CatecholsResorcinolsHydroquinones No Q45.AcidAnhydrides No Q46.Ketenes No Q47.BetaLactones No Q48.Lactone, fused to another ring, or 5- or 6-membered a,b-unsaturated lactone? No Q49.Epoxides No Q50.AcrylicAndMethacrylicEsters No Q51.Ketones No Q52.C10_C20AliphaticAlcohols No Q53.EthyleneGlycolEthers Yes Class Irritating to skin
Kožní dráždivost 1-oktanolu (rozhodovací strom BfR)
Metody in silico v praxiPříklady predikce vývojové toxicity
Látka ECHA data Read Across – Analogy TOPKAT
Methanol Bez klasifikace Bez klasifikace N/AEthanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne
1 – propanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ano1 – butanol Bez klasifikace Bez klasifikace N/A
1 – pentanol Bez klasifikace Bez klasifikace N/A1 – hexanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne1 – heptanol Neznámá Bez klasifikace Ne1 – oktanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne1 – nonanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne1 – dekanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne
1 – undekanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne1 - dodekanol Bez klasifikace Bez klasifikace Ne
17
Metody in silico v praxiPříklady predikce vývojové toxicity
18
Látka ECHA data Read Across – Analogy TOPKATMethylacetát Bez klasifikace Bez klasifikace AnoEthylacetát Bez klasifikace Bez klasifikace Ano
n - Propylacetát Bez klasifikace Bez klasifikace Anon - Butylacetát Bez klasifikace Bez klasifikace Anon - Pentylacetát Neznámá Bez klasifikace Nen - Hexylacetát Neznámá Bez klasifikace Ne
n - Heptyl acetát Neznámá Bez klasifikace Nen - Oktyl acetát Neznámá Bez klasifikace Ne
Příklad analogických látek pro n – pentylacetátLátka (analog) CAS Tanimoto index Vývojová toxicitapentyl acetát 628-63-7 - Cílová Látkabutyl acetát 123-86-4 0,852 Bez klasifikace
methyl oktanoát 111-11-5 0,794 Bez klasifikacepropyl acetát 109-60-4 0,704 Bez klasifikace
methyl dekanoát 110-42-9 0,643 Bez klasifikaceisopropyl acetát 108-21-4 0,556 Bez klasifikace
Kde hledat data a softwareZdroje dat pro predikci (eko)toxicity in silico
19
• ECHA CHEM– echa.europa.eu/web/guest/information-on-
chemicals/registered-substances• ESIS
– esis.jrc.ec.europa.eu• HSDB
– toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/htmlgen?HSDB• ECOTOX
– cfpub.epa.gov/ecotox
Kde hledat data a softwareSoftwarové nástroje a modely pro predikci (eko)toxicity in silico
20
Volně dostupný software a modely• OECD (Q)SAR Toolbox
– www.oecd.org/document/54/0,3746,en_2649_34379_42923638_1_1_1_1,00.html
• CAESAR Project– Computer Assisted Evaluation of industrial chemical
Substances According to Regulations– www.caesar-project.eu
• EPI Suite– www.epa.gov/oppt/exposure/pubs/episuite.htm
Kde hledat data a softwareSoftwarové nástroje a modely pro predikci (eko)toxicity in silico
21
Volně dostupný software a modely• QMRF Database
– Databáze reportů (Q)SAR modelů– qsardb.jrc.it/qmrf
Komerční software• TOPKAT• Derek• HazardExpert
Výzkum predikčních metod hodnocení nebezpečných vlastností chemických látek
22
2009 – 2011 podpora MPO (FR-TI1/092)
Zkoumané látky
kys. akrylová cyklohexylamin anilin benzen
methylakrylát dimethylcyklohexylamin n-ethylanilin toluen
ethylakrylát ethylcyklohexylamin n,n-diethylanilin o-xylen
butylakrylát n-isopropylanilin p-xylen
2-ethylhexylakrylát
Výzkum predikčních metod hodnocení nebezpečných vlastností chemických látek
23
2009 – 2011 podpora MPO (FR-TI1/092)
Zkoumané látky
toluen methanol methylacetát isopropylacetát
nitrotoluen ethanol ethylacetát isobutylacetát
o-nitrotoluen n-propanol n - propylacetát isopentylacetát
p-nitrotoluen n-butanol n -butylacetát
trinitrotoluen n-pentanol n - pentylacetát
n-hexanol n – hexylacetát
n-heptanol n - heptylacetát
n-octanol n - oktylacetát
n-nonanol n-nonylacetát
n-decanol n-decylacetát
24
Šetřeme!
Nejprve in silico
Poté in vivo
TECHEM ManagerSoftwarový nástroj pro implementaci REACH a CLP
25
• Přehledné zpracování REACH, CLP a související dokumentace (Guidance dokumenty, související legislativa, …)– Provázanost jednotlivých dokumentů– Fulltextové vyhledávání– Slovník pojmů a zkratek
• Propojení s chemickými a toxikologickými databázemi• Nástroj pro tvorbu bezpečnostních listů• Nástroj pro klasifikaci látek a směsí
2012 – 2015 podpora MPO (FR-TI4/032)
26
TECHEM ManagerSoftwarový nástroj pro implementaci REACH a CLP
27
Tomáš Novotnýkonzultant a zástupce ředitele
TECHEM CZ, s.r.o.Ondříčkova 48130 05 Praha 3Tel: (+420) 272 732 442Fax: (+420) 272 742 476E-mail: [email protected]