A capacidade das células-tronco embrionárias humanas (hESC) para se diferenciar em vários tipos de células abriu uma nova era de testes in vitro de toxicidade ^1, modelagem de doença e medicina regenerativa ^2. As células-tronco são dotados com a capacidade de se auto-replicar, para manter seu estado pluripotente, e se diferenciar em células especializadas ^3,4. As propriedades de células estaminais embrionárias humanas (capacidade de se diferenciar para todos os principais tipos de células) são encontrados também em outras células estaminais pluripotentes humanas, tais como células pluripotentes estaminais humanas induzida (hiPSC) ou células geradas pela transferência nuclear ^5. Por exemplo, muitas linhas hESC diferentes foram diferenciadas em neurônios, células renais ^{6 7,} células da crista neural ^{8, 9-12} cardiomiócitos, ou hepatócitos como células ^13,14. Além disso, hESC pode diferenciar espontaneamente em células das três camadas germinativas ^15-18 em corpos embrióides (EBS) ^19,20. Edesenvolvimento embrionário arly é regulada pela expressão diferencial de vários genes relacionados com as diferentes camadas germinativas, que foi capturado em nível mRNA por transcriptomics utilizam a tecnologia de microarray ^15. Esses esforços resultaram no estabelecimento de modelos toxicológicos específicos de órgãos com base em hESC / hiPSC e análise transcriptomics (para revisão ver ^21,22). Estes modelos têm vantagens sobre o uso tradicional de animais de laboratório para estudos toxicológicos, como estudos pré-clínicos com animais de laboratório nem sempre são preditivos de segurança humana. As toxicidades induzidas por drogas encontradas em pacientes estão frequentemente relacionadas com processos metabólicos ou sinalização que diferem entre humanos e animais experimentais. A diferença espécies impediu a detecção precoce confiável de tóxicos no desenvolvimento dos seres humanos, e para as drogas de instância como a talidomida ^23,24 e ^25,26 dietilestilbestrol foram retirados do mercado devido à teratogenicidade. ThaliDomide não demonstrou qualquer toxicidade para o desenvolvimento em ratos ou camundongos. Produtos químicos ambientais, tais como o metilmercúrio ²⁷ resultou em efeitos tóxicos no desenvolvimento pré-natal no que diz respeito ao sistema nervoso em várias espécies, mas manifestações humanas têm sido difíceis de modelar em animais. Para resolver o problema das questões especificidade das espécies, os cientistas que trabalham em diferentes projetos baseados em células-tronco como Reprotect, ESNATS, DETETIVE etc. estão envolvidos no desenvolvimento de diferentes modelos de toxicidade embrionária, neurotoxicidade, cardiotoxicidade, hepatotoxicidade e nefrotoxicidade usando tóxicos humanos suspeitos de afetar os seres humanos. No âmbito do projecto consórcio europeu "Embryonic baseada em células-tronco Novel estratégias de ensaio alternativas (ESNATS) 'cinco sistemas de teste foram estabelecidas. Um sistema de teste do chamado UKK (U niversitäts k linikum K OLN) sistema de teste capta parcialmente o desenvolvimento embrionário humano precoce. Neste sistema células H9 embrionárias humanas são diferenciados em três camadas germinativas (ectoderma, endoderme e mesoderme) ¹⁵ e da camada de germe de assinaturas específicas foram capturados por transcriptomics perfil usando a plataforma de microarray Affymetrix. Vários tóxicos desenvolvimento como talidomida ^28, ácido valpróico, metil-mercúrio ^16,17, ou citosina arabinósido ¹⁵ foram testadas neste sistema, e as assinaturas de genes tóxicos específicos foram obtidas. Num segundo sistema de teste, a chamada do UKN1 (L NIVERSIDADE de K onsta n z) um sistema de teste, as células H9 são diferenciadas de células progenitoras neuroectodérmica (NEP) durante 6 dias. Isto é evidenciado pela elevada expressão de genes marcadores neurais tal como PAX6 e OTX2. Durante a diferenciação durante 6 dias, as células de NEP foram expostos ao desenvolvimento neuro-tóxicos, tais como VPA, metil-mercúrio. Perfis específicos-Toxicant regulada-transcriptômica de ter sido obtidefinida como bem usando a plataforma de microarray Affymetrix ^16,29.

A nova visão para a toxicologia do século ^21, prevê que sistemas de teste que não só deu descrições fenotípicas como histopatologia in vivo, ou mudanças transcriptoma no final de incubações tóxicos a longo prazo. Ao contrário, ela sugere que as análises de fornecer informações mecanicista ^3, e que esta informação pode ser mapeado para os chamados caminhos adversos resultado (AOP) que fornecem uma justificativa científica para efeitos perigosos ^30. Para fornecer essas informações, os sistemas de ensaio aplicados têm de ser altamente qualidade controlada ^31, como por exemplo documentado por procedimentos de operação padrão robustos. Além disso, as alterações dependentes do tempo têm de ser mapeada com alta resolução. Isto requer sistemas de teste com mudanças sincronizadas ^32. Os sistemas de teste UKN1 e UKK aqui descritos foram otimizados para esses requisitos.