Evnen af humane embryonale stamceller (hESC) til at differentiere til forskellige typer af celler åbnet en ny æra af test in vitro toksicitet ^1, sygdom modellering og regenerativ medicin ^2. Stamcellerne er udstyret med evnen til at kopiere sig selv, for at holde deres pluripotente tilstand og til at differentiere til specialiserede celler ^3,4. Egenskaberne af embryonale (kapacitet til at differentiere til alle større celletyper) findes også i andre humane pluripotente stamceller, såsom humane inducerede pluripotente stamceller (hiPSC) eller celler frembragt ved kernetransplantation ^5. For eksempel har mange forskellige hESC linjer blevet differentieret til neuroner ^6, nyreceller ^7, neurale kamceller ^8, cardiomyocytter ^9-12 eller hepatocytter lignende celler ^13,14. Desuden kan embryonale spontant differentiere til celler af alle tre kim lag ^15-18 i embryoide legemer (EBS) ^19,20. EArly fosterudvikling er reguleret af differentiel ekspression af forskellige gener relateret til de forskellige kim lag, der er blevet fanget på mRNA niveau ved transcriptomics hjælp microarray-teknologi ^15. Disse bestræbelser har resulteret i etableringen af orgel særlige toksikologiske modeller baseret på embryonale / hiPSC og transcriptomics analyse (til gennemgang se ^21,22). Disse modeller har fordele i forhold til traditionelle brug af forsøgsdyr til toksikologiske undersøgelser, som prækliniske studier anvender forsøgsdyr ikke altid kan forudsige menneskelig sikkerhed. Narkotika inducerede toksiciteter forekommer i patienter er ofte relateret til metaboliske eller signaleringsprocesser, der adskiller sig mellem mennesker og forsøgsdyr. Arten Forskellen har forhindret pålidelig tidlig påvisning af afkommet hos mennesker, og for eksempel lægemidler, såsom thalidomid ^23,24 og diethylstilbestrol ^25,26 blev trukket tilbage fra markedet på grund af teratogenicitet. ThaliDomide har ikke vist nogen udviklingstoksicitet hos rotter eller mus. Miljømæssige kemikalier såsom methylkviksølv ²⁷ resulterede i prænatal udviklingstoksicitet i forhold til nervesystemet i forskellige arter, men menneskelige manifestationer have været svært at modellere i dyr. For at løse problemet med artsspecificitet spørgsmål, forskere, der arbejder under forskellige projekter baseret på stamceller som genbeskyt, ESNATS, kriminalassistent mv er engageret i udvikling af forskellige modeller for embryonale toksicitet, neurotoksicitet, kardiotoksicitet, hepatotoksicitet og nefrotoksicitet ved hjælp af humane giftstoffer mistænkes for at påvirker mennesker. Under det europæiske konsortium projektet "embryonale stamceller-baserede Novel Alternative Testing Strategies (ESNATS)" er blevet etableret fem testsystemer. Et testsystem den såkaldte UKK (U niversitäts k linikum K OLN) testsystem delvist fanger tidlig menneskelig fosterudvikling. I denne system humane embryonale H9 celler differentieres i tre kim lag (ectoderm, endoderm og mesoderm) ¹⁵ og kim lag specifikke underskrifter er blevet taget til fange af transcriptomics profil bruge Affymetrix microarray platform. Forskellige udviklingsmæssige giftstoffer som thalidomid ^28, valproat, methyl kviksølv ^16,17 eller cytosinarabinosid ¹⁵ er blevet testet i dette system, og der er opnået giftstof specifikt gen signaturer. I et andet testsystem, den såkaldte den UKN1 (U niversity K onsta n z) testsystem 1 er H9 celler differentieres til neuroectodermal stamceller (NEP) i 6 dage. Dette fremgår af høj ekspression af neurale genmarkører, såsom Pax6 og OTX2. Under differentiering i 6 dage, har NEP-celler været udsat for udviklingsmæssige neuro-giftstoffer, såsom VPA, methylkviksølv. Giftstof-specifikke deregulerede transcriptomics profiler har været obtained samt ved hjælp af Affymetrix microarray platform ^16,29.

Den nye vision for toksikologi det ^21. århundrede, forventes testsystemer ikke kun giver fænotypiske beskrivelser ligesom histopatologi in vivo, eller transkriptom ændringer i slutningen af langsigtede toksiske inkubationer. Det foreslår snarere, at analyser giver mekanistisk information ^3, og at disse oplysninger kan kortlægges såkaldte negative udfald veje (AOP), der giver en videnskabelig begrundelse for farlige virkninger ^30. At give sådanne oplysninger, testsystemet anvendte nødt til at være meget kvalitet kontrolleres ^31, som for eksempel dokumenteret af robuste standard drift procedurer. Desuden skal kortlægges med høj opløsning tidsafhængig ændringer. Dette kræver testsystemer med synkroniserede ændringer ^32. De UKN1 og UKK testsystemer beskrevet her er blevet optimeret til disse krav.