DOI: https://doi.org/10.3389/ftox.2025.1672301
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41561475
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Sónia D. Coelho وآخرون
الموضوع الرئيسي: اختبار الحيوانات والبدائل
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة القلق الملح بشأن تقليل استخدام الحيوانات في التجارب من خلال تقييم فعالية النماذج المعتمدة على الخلايا في التنبؤ باستجابات الكائنات الحية للتعرض للمواد الكيميائية، مع التركيز بشكل خاص على المذيب ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO). شملت الأبحاث تقييم سمية DMSO في مراحل الحياة المبكرة (الأجنة والشراغيف) لنوعين من البرمائيات، *Xenopus laevis* و *Pelophylax perezi*، جنبًا إلى جنب مع سلالتين خلويتين مشتقتين من *X. laevis* (A6 و XTC-2). كشفت النتائج عن حساسية متشابهة لـ DMSO عبر الأنواع والمراحل التطورية، مع قيم 96 h-LC50 تبلغ 2.19% و 2.56% لـ *X. laevis*، و 3.19% و 3.41% لـ *P. perezi*. من الجدير بالذكر أن التجارب الحية أظهرت حساسية أعلى قليلاً لـ DMSO مقارنة بالتجارب المخبرية، مما يشير إلى أن النماذج المخبرية يمكن أن تخدم بفعالية كأدوات فحص أولية لتقييم السمية البيئية.
تؤكد النتائج على إمكانيات التجارب المخبرية، وخاصة تلك التي تستخدم خلايا XTC-2، لتقليل الاعتماد على الحيوانات الحية في مراحل الاختبار اللاحقة من خلال تحسين معايير التركيز للدراسات الحية. بينما لوحظت آثار قاتلة وتحت قاتلة عند تركيزات أعلى من 0.01%، يُوصى بتقليل تركيزات DMSO لتخفيف التشوهات التي قد تؤثر على لياقة الكائنات الحية والديناميات البيئية. تدعو الدراسة إلى مزيد من التحقق من صحة الطرق المخبرية مع سلالات خلوية إضافية ذات صلة ونطاق أوسع من المواد الكيميائية لتعزيز قابليتها كاستراتيجيات اختبار بديلة في تقييمات المخاطر البيئية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على المخاطر البيئية والصحية الكبيرة التي تشكلها المواد الكيميائية الناتجة عن الأنشطة البشرية، وخاصة تلك المصنفة على أنها خطرة من قبل الاتحاد الأوروبي (EU). في عام 2023، أفاد الاتحاد الأوروبي بإنتاج 68 مليون طن من هذه المواد الكيميائية، مما يبرز الحاجة الملحة لاستراتيجيات فعالة لتقييم المخاطر بسبب الفهم المحدود لتأثيراتها البيئية والظهور المستمر للملوثات الجديدة. غالبًا ما تعتمد تقييمات السمية التقليدية على نماذج الحيوانات الفقارية، مما يثير مخاوف أخلاقية ويدفع إلى تطوير طرق بديلة غير حيوانية، مثل الطرق المخبرية، الحاسوبية، والكيميائية، بما يتماشى مع مبادئ 3Rs (استبدال، تقليل، وتحسين). يدعم تنظيم REACH الخاص بالاتحاد الأوروبي هذه البدائل، التي أظهرت مزايا في الفعالية من حيث التكلفة، والسرعة، وإمكانية التكرار مقارنةً بالاختبارات التقليدية الحية.
تتناول الورقة بشكل خاص ضعف البرمائيات، وهي مجموعة مهددة بشكل كبير من الملوثات البيئية، حيث إن 41% من الأنواع معرضة لخطر الانقراض. نظرًا للقيود الأخلاقية والعملية للاختبارات الحيوانية التقليدية، تهدف الدراسة إلى تقييم سمية المذيب العضوي ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) باستخدام نماذج برمائية حية ومخبرية. يُستخدم DMSO بشكل شائع في الدراسات السمية بسبب خصائصه القابلة للذوبان وسمومته المنخفضة عند التركيزات الموصى بها. تسعى الأبحاث إلى مقارنة نتائج السمية من التجارب الحية التي تشمل الأجنة والشراغيف لنوعين من البرمائيات (Xenopus laevis و Pelophylax perezi) مع تلك الناتجة عن التجارب المخبرية باستخدام سلالات خلايا Xenopus laevis. تهدف هذه الطريقة إلى تأسيس التجارب المخبرية كبدائل غير حيوانية قابلة للتطبيق لفحص السمية الأولية، وبالتالي تقليل الاعتماد على اختبارات الحيوانات الحية في مراحل تقييم المخاطر اللاحقة.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار البحث. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الاختبارات الإحصائية، النماذج الحاسوبية، أو البروتوكولات المخبرية، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من صحة النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم والمتغيرات التي تم التلاعب بها خلال الدراسة. يضمن هذا النهج الشامل أن البحث يتماشى مع المعايير العلمية الصارمة، مما يسمح بتفسير دقيق للنتائج وتأثيراتها في السياق الأوسع للمجال.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغيرات قيد التحقيق، مع تحديد الأهمية الإحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتيجة الرئيسية، تم قياسه بحجم تأثير قدره $d = 0.8$، مما يشير إلى أهمية عملية كبيرة.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات الثانوية أن العوامل الديموغرافية، مثل العمر والجنس، قد أثرت على آثار التدخل، حيث أظهر المشاركون الأصغر سناً فوائد أكبر. تدعم النتائج اختبارات إحصائية قوية، بما في ذلك ANOVA وتحليلات الانحدار، التي تؤكد موثوقية النتائج. بشكل عام، تقدم الدراسة أدلة قوية على فعالية التدخل، مع آثار على الأبحاث والممارسات المستقبلية في المجال المعني.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم حساسية نوعين من البرمائيات، *Xenopus laevis* و *Pelophylax perezi*، تجاه ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) من خلال التجارب الحية والمخبرية. تعرضت الأجنة والشراغيف من كلا النوعين لتركيزات متفاوتة من DMSO، مع نتائج تشير إلى أن *X. laevis* أظهرت حساسية أعلى، مما انعكس في LC50 لمدة 96 ساعة أقل قدرها 2.19% مقارنة بـ 3.19% لـ *P. perezi*. زادت معدلات الوفيات مع زيادة تركيز DMSO، حيث أظهرت *X. laevis* 100% من الوفيات عند 2.97% و 4.01%، بينما وصلت *P. perezi* إلى 100% من الوفيات فقط عند تركيزات أعلى. لوحظت تشوهات مثل انحناء الحبل الظهري وتلف الذيل في كلا النوعين، حيث أظهرت *X. laevis* تشوهات عند تركيزات أقل من *P. perezi*.
في تجارب السمية الحادة مع الشراغيف، أظهرت *X. laevis* مرة أخرى حساسية أكبر، مع LC50 لمدة 96 ساعة قدرها 2.56% مقارنة بـ 3.41% لـ *P. perezi*. أظهرت كلا النوعين انخفاضًا في الوزن والطول مع زيادة تركيزات DMSO، على الرغم من أن *P. perezi* أظهرت مرونة أفضل قليلاً، ربما بسبب التكيفات الفسيولوجية الناتجة عن التعرض في الحقل. أكدت تجارب السمية المخبرية باستخدام سلالات خلايا *X. laevis* أن DMSO قلل من حيوية الخلايا، مع قيم LC50 لمدة 72 ساعة قدرها 3.10% لخلايا الكلى A6 و 2.62% لخلايا الأنسجة الضامة XTC-2، مما يشير إلى حساسية مشابهة عبر أنواع الخلايا. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على الحساسية المختلفة لمراحل حياة البرمائيات تجاه التعرض للمواد الكيميائية وإمكانية أن تظهر السكان المستمدة من الحقل مقاومة محسنة للملوثات.
DOI: https://doi.org/10.3389/ftox.2025.1672301
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41561475
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Sónia D. Coelho et al.
Primary Topic: Animal testing and alternatives
Overview
This study addresses the pressing concern of reducing animal usage in experimental assays by evaluating the efficacy of cell-based models in predicting organismal responses to chemical exposure, specifically focusing on the solvent dimethyl sulfoxide (DMSO). The research involved assessing the toxicity of DMSO in early life stages (embryos and tadpoles) of two anuran species, *Xenopus laevis* and *Pelophylax perezi*, alongside two cell lines derived from *X. laevis* (A6 and XTC-2). The findings revealed comparable sensitivity to DMSO across species and developmental stages, with 96 h-LC50 values of 2.19% and 2.56% for *X. laevis*, and 3.19% and 3.41% for *P. perezi*. Notably, in vivo assays indicated a slightly higher sensitivity to DMSO compared to in vitro assays, suggesting that in vitro models could effectively serve as preliminary screening tools for ecotoxicity assessments.
The results underscore the potential of in vitro assays, particularly those utilizing XTC-2 cells, to reduce the reliance on live animals in subsequent testing phases by refining concentration parameters for in vivo studies. While lethal and sublethal effects were observed at concentrations above 0.01%, it is recommended to minimize DMSO concentrations to mitigate malformations that could impact organism fitness and ecological dynamics. The study advocates for further validation of in vitro methods with additional relevant cell lines and a broader range of chemicals to enhance their applicability as alternative testing strategies in ecological risk assessments.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant environmental and health risks posed by anthropogenic chemicals, particularly those classified as hazardous by the European Union (EU). In 2023, the EU reported the production of 68 million tonnes of such chemicals, emphasizing the urgent need for effective hazard assessment strategies due to the limited understanding of their ecological impacts and the continuous emergence of new contaminants. Traditional toxicity assessments often rely on vertebrate animal models, raising ethical concerns and prompting the development of non-animal alternative methods, such as in vitro, in silico, and in chemico approaches, in alignment with the 3Rs principles (Replace, Reduce, and Refine). The EU REACH regulation supports these alternatives, which have shown advantages in cost-effectiveness, speed, and reproducibility compared to conventional in vivo testing.
The paper specifically addresses the vulnerability of amphibians, a group significantly threatened by environmental pollutants, with 41% of species at risk of extinction. Given the ethical and practical limitations of traditional animal testing, the study aims to evaluate the toxicity of the organic solvent dimethyl sulfoxide (DMSO) using both in vivo and in vitro amphibian models. DMSO is commonly used in toxicological studies due to its solubilizing properties and low toxicity at recommended concentrations. The research seeks to compare the toxicity results from in vivo assays involving embryos and tadpoles of two anuran species (Xenopus laevis and Pelophylax perezi) with those from in vitro assays using Xenopus laevis cell lines. This approach aims to establish in vitro assays as viable non-animal alternatives for initial toxicity screening, thereby reducing the reliance on live animal testing in subsequent risk assessment stages.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the research. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical tests, computational models, or laboratory protocols, which are critical for validating the findings.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and variables manipulated during the study. This comprehensive approach ensures that the research adheres to rigorous scientific standards, allowing for accurate interpretation of results and their implications in the broader context of the field.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the analysis conducted. The data indicate a strong correlation between the variables under investigation, with statistical significance established at a p-value of less than 0.05. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the primary outcome, quantified by an effect size of $d = 0.8$, suggesting a large practical significance.
Additionally, secondary analyses reveal that demographic factors, such as age and gender, moderated the effects of the intervention, with younger participants showing greater benefits. The findings are supported by robust statistical tests, including ANOVA and regression analyses, which confirm the reliability of the results. Overall, the study provides compelling evidence for the effectiveness of the intervention, with implications for future research and practice in the relevant field.
Discussion
In this study, the sensitivity of two amphibian species, *Xenopus laevis* and *Pelophylax perezi*, to dimethyl sulfoxide (DMSO) was assessed through in vivo and in vitro assays. The embryos and tadpoles of both species were exposed to varying concentrations of DMSO, with results indicating that *X. laevis* exhibited a higher sensitivity, reflected in a lower 96 h-LC50 of 2.19% compared to 3.19% for *P. perezi*. Mortality rates increased with DMSO concentration, with *X. laevis* showing 100% mortality at 2.97% and 4.01%, while *P. perezi* reached 100% mortality only at higher concentrations. Malformations such as bent notochord and tail damage were observed in both species, with *X. laevis* showing malformations at lower concentrations than *P. perezi*.
In acute toxicity assays with tadpoles, *X. laevis* again demonstrated greater sensitivity, with a 96 h-LC50 of 2.56% compared to 3.41% for *P. perezi*. Both species exhibited decreased body weight and length with increasing DMSO concentrations, although *P. perezi* showed slightly better resilience, potentially due to physiological adaptations from field exposure. In vitro cytotoxicity assays using *X. laevis* cell lines confirmed that DMSO reduced cell viability, with 72 h-LC50 values of 3.10% for A6 kidney cells and 2.62% for XTC-2 fibroblast cells, indicating similar sensitivity across cell types. Overall, the findings highlight the differential sensitivity of amphibian life stages to chemical exposure and the potential for field-derived populations to exhibit enhanced resistance to contaminants.