System Toxicology: 첨단 독성평가 접근법 #

개요 #

• 시스템 독성학 (System Toxicology)은 여러 수준의 생물학적 조직에서 발생하는 대규모 분자 및 기능 변화 네트워크의 정량 분석의 통합적 고전 독성학을 의미한다. 즉, 전통적 독성학 접근방식에 네트워크를 통합한 것이다.
• 최근 가습기 사태처럼 일상생활에 존재하는 화학물질에 노출 시 발생할 수 있는 잠재적인 건강 위험성을 보다 면밀하게 조사하고 이에 따른 예측 가능한, 정확한 위험 평가 접근법에 대한 필요성이 커지고 있다.
• 이러한 위험 평가 접근법 개발을 위해서는 생체 물질이 생물 시스템을 교란시켜 초래되는 유해한 결과에 대한 상세한 기계론적 이해가 필요하기 때문에, 고급 분석 및 전산도구를 결합하여 기계론적 지식을 얻어 안전성 평가를 위한 바이오 마커 식별 및 적용을 위한 수단인 시스템 독성학 접근법이 필수적이다.

Fig. Systems Toxicology적 접근법을 통한 독성학적 청사진 <출처: Chem. Res. Toxicol., 2014, DOI: 10.1021/tx400410s>

시스템 독성학적 위험 평가 접근 방법 #

• 노출과 관련된 정량적 시스템 차원의 분자 변화가 측정
• 노출에 따른 결과를 연결하는 분자적 사건의 인관관계 해독
• 수학적 모델을 만들어 프로세스를 정량적으로 설명
• 노출에 의해서 생물 네트워크가 어떻게 교란되었는지를 독성학적 과정의 예측 수학적 모델을 개발하여 통합 데이터 분석

시스템 독성학의 필요성 #

• 수십 년 동안 규제 위험 평가의 맥락에서 독성학적 위험을 평가하는 것은 동물실험에 의존하여왔으며, 국제적으로 인정된 시험 지침(예:OECD)에 종종 설명되어 있다
• 동물실험은 암 이외의 물질에 의해 유발되는 병리학적 문제가 치료 후 가장 낮은 부작용 수준 (LOAEL)이거나, 그 이하인 (NOAEL)인 용량을 설정하도록 설계되어 실험되고 그 결과로, 위험 평가를 위해 생태학적 또는 인체 건강 위험 평가에 유용한 다양한 위험 기준 값을 설정하여 NDEL값 (Drived No-Effect Level, 무영향도출값)에 도출한다.
• 독성평가에 대한 이러한 전통적인 접근법은 일반적으로 우리의 건강과 환경을 보호할 수 있는 방법론으로 자리 잡고 있지만, 생물의학 도구의 발전, 동물실험 대체를 위해 시스템 독성학 접근법을 통한 첨단 독성평가 기법으로 독성평가의 패러다임이 변화되고 있다.
• 특별히 EU는 1986년 이래 과학적 목적을 위해서만 동물실험이 가능하도록 규제하고 있으며, 2010년에 연구 또는 물질의 독성학적 특성을 규명하기 위해 동물실험을 대체할 방법이 없다는 것이 명확하게 증명되는 경우에만 동물실험이 가능한 법률을 제정하여 2013년 1월부터 그 효력이 발휘되도록 하였다.
• 따라서 독성 물질 시험 및 평가를 위해 동물 실험을 대체할 방법을 간구하는 것이 매우 시급한 실정이다.
• Systems Toxicology는 이러한 문제를 해결할 수 있는 정량적 메커니즘 모델뿐만 아니라 데이터를 제공 할 실제 잠재력을 가지고 있으므로, 이러한 의미에서 Systems Toxicology는 화학 물질에 대한 반응을 예측할 수 있는 독성 영향에 대한 심층적 인 메커니즘을 제공 할 수 있는 것이다.

Reference #

Chem. Res. Toxicol., 2014, 27 (3), pp 314–329 DOI: 10.1021/tx400410s