Förmågan hos humana embryonala stamceller (hESC) att differentiera till olika typer av celler öppnat en ny era av testning in vitro toxicitet ^1, sjukdom modellering och regenerativ medicin ^2. Stamcellerna begåvats med förmågan att självreplikera, för att hålla sin pluripotent tillstånd, och att differentiera till specialiserade celler ^3,4. Egenskaperna hos hESC (förmåga att differentiera till alla större celltyper) återfinns också i andra humana pluripotenta stamceller, såsom mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (hiPSC) eller celler som genereras av kärnöverföring ^5. Till exempel har många olika hESC linjer differentierats till neuroner ^6, njurceller ^7, neurallist celler ⁸ cardiomyocytes ^9-12, eller hepatocyter som celler ^13,14. Dessutom hESC kan spontant differentiera till celler från alla tre germinallager ^15-18 i embryoidkroppar (EBS) ^19,20. EArly embryonal utveckling regleras genom differentiell expression av olika gener relaterade till de olika groddblad som har fångats på mRNA-nivå genom transkriptomik använder microarray-teknik ^15. Dessa ansträngningar resulterade i upprättandet av organspecifika toxikologiska modeller baserade på hESC / hiPSC och transkriptomik analys (för en översikt se ^21,22). Dessa modeller har fördelar jämfört med den traditionella användningen av försöksdjur för toxikologiska studier, som prekliniska studier med försöksdjur är inte alltid är prediktiva för människors säkerhet. Läkemedels inducerade toxicitet påträffas hos patienter är ofta relaterade till metabola eller signaleringsprocesser som skiljer sig mellan människor och försöksdjur. Skillnaden arter har hindrat tillförlitlig tidig upptäckt av fosterskadande effekter hos människor, och till exempel läkemedel såsom talidomid ^23,24 och dietylstilbestrol ^25,26 drogs tillbaka från marknaden på grund av fosterskada. Thalidomide har inte visat någon utvecklingstoxicitet hos råttor eller möss. Miljö kemikalier, såsom metylkvicksilver ²⁷ resulterade i prenatal utvecklingstoxicitet med avseende på nervsystemet i olika arter, men mänskliga yttringar har varit svårt att modellera i djur. För att lösa problemet med artspecificiteten frågor, forskare som arbetar under olika projekt baserade på stamceller som ReProTect, ESNATS, DETECTIVE etc. är engagerade i utvecklingen av olika modeller för embryonal toxicitet, neuro kardiotoxicitet, levertoxicitet och nefrotoxicitet använder mänskliga gifter misstänks påverka människan. Enligt det europeiska konsortiet projektet "embryonala stamceller baserad roman alternativa testmetoder (ESNATS) fem testsystem har etablerats. Ett testsystem den så kallade UKK (U niversitäts k linikum K OLN) testsystem delvis fångar människans tidiga embryots utveckling. I detta sYSTEM mänskliga embryonala H9-celler differentieras i tre germinallager (ektoderm, endoderm och mesoderm) ¹⁵ och GRODDBLAD specifika signaturer har fångats av transkriptomik profil att använda Affymetrix microarray-plattform. Olika utvecklings toxikanter som talidomid ^28, valproinsyra, metylkvicksilver ^16,17, eller cytosinarabinosid ¹⁵ har testats i detta system, och det toxiska specifik gen signaturer har erhållits. I ett andra test-system, det så kallade UKN1 (U niversity K Önsta n ^) testsystem 1 är H9-celler differentierade för att neuroektodermala progenitorceller (NEP) och 6 dagar. Detta bevisas av högt uttryck av neurala genmarkörer såsom Pax6 och OTX2. Under differentiering för 6 dagar, har NEP-celler exponerats för utvecklingsstörningar neuro-toxiska ämnen, såsom VPA, metylkvicksilver. Gift-specifika avreglerade transkriptomik profiler har varit obtained samt genom att använda Affymetrix microarray plattformen ^16,29.

Den nya visionen för toxikologi av ^21-talet räknar man med att testsystem inte bara ge fenotypiska beskrivningar som histopatologi in vivo, eller transkriptom förändringar i slutet av långsiktiga gift inkubationer. Det tyder snarare att analyser ger mekanistiska uppgifter ^3, och att denna information kan kopplas till så kallade negativa resultatvägar (AOP) som ger en vetenskaplig motivering för farliga effekter ^30. Att lämna sådan information, de testsystem som används måste vara mycket kvalitetsgranskade ^31, såsom exempelvis dokumenteras genom robusta standardrutiner. Dessutom, tidsberoende förändringar måste kartläggas med hög upplösning. Detta kräver testsystem med synkroniserade ändringar ^32. De UKN1 och UKK testsystem som beskrivs här har optimerats för dessa krav.