Het vermogen van humane embryonale stamcellen (hESC) te differentiëren tot verschillende typen cellen opende een nieuw tijdperk van in vitro toxiciteitsproeven ^1, ziektemodel en regeneratieve geneeskunde ^2. De stamcellen zijn begiftigd met de capaciteit om te repliceren, om hun pluripotente toestand in stand te houden en te differentiëren tot gespecialiseerde cellen ^3,4. De eigenschappen van hESC (capaciteit om te differentiëren tot alle belangrijke celtypes) zijn ook gevonden in andere menselijke pluripotente stamcellen, zoals de mens geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC) of cellen die door nucleaire transfer ^5. Zo hebben vele verschillende cellijnen gedifferentieerd tot neuronen ^{6, 7} niercellen, neurale cellen ^8, cardiomyocyten ^12/09 of hepatocyten achtige cellen ^13,14. Bovendien kan hESC spontaan differentiëren in cellen van alle drie de kiem lagen ^15-18 in embryoid lichamen (EBS) ^19,20. Early embryonale ontwikkeling wordt gereguleerd door differentiële expressie van verschillende genen betrokken bij de verschillende kiem lagen die op mRNA-niveau is vastgelegd door transcriptomics behulp van microarray technologie ^15. Deze inspanningen resulteerden in de oprichting van het orgaan specifiek toxicologisch modellen gebaseerd op hESC / iPSC en transcriptomics analyse (zie voor een overzicht ^21,22). Deze modellen hebben voordelen ten opzichte van het traditionele gebruik van proefdieren voor toxicologische studies, zoals preklinische studies met proefdieren zijn niet altijd voorspellend voor de menselijke veiligheid. De drug geïnduceerde toxiciteit aangetroffen bij patiënten zijn vaak gerelateerd aan metabole of signalering processen die verschillen tussen mensen en proefdieren. Het verschil soort is de betrouwbare vroege opsporing van ontwikkelingsstoornissen voorkomen bij de mens, en bijvoorbeeld drugs zoals thalidomide ^23,24 en ^25,26 diethylstilbestrol werden uit de markt genomen vanwege teratogeniciteit. ThaliDomide heeft niet aangetoond geen ontwikkelingsstoornissen bij ratten of muizen. Milieuchemicaliën zoals methylkwik ²⁷ resulteerde in prenatale ontwikkelingstoxiciteit opzichte van het zenuwstelsel in verscheidene species, maar menselijke manifestaties zijn moeilijk te modelleren bij dieren zijn. Om het probleem van soortspecificiteit kwesties aan te pakken, wetenschappers werken onder verschillende projecten op basis van stamcellen zoals reprotect, ESNATS, detective etc. zijn bezig met de ontwikkeling van verschillende modellen voor embryonale toxiciteit, neurotoxiciteit, cardiotoxiciteit, hepatotoxiciteit en nefrotoxiciteit met menselijke toxische stoffen verdacht invloed op de mens. Onder het Europese consortium project 'embryonale stamcel-gebaseerde roman van alternatieve testmethoden (ESNATS) hebben vijf testsystemen vastgesteld. Een testsysteem de zogenaamde UKK (U niversitäts k linikum K OLN) testsysteem gedeeltelijk vangt vroege humane embryonale ontwikkeling. In dit system menselijke embryonale H9 cellen worden gedifferentieerd tot drie kiembladen (ectoderm, endoderm en mesoderm) ¹⁵ en kiemlaag specifieke handtekeningen zijn gevangen genomen door transcriptomics profiel met de Affymetrix microarray platform. Verschillende ontwikkelings toxische stoffen zoals thalidomide ^28, valproïnezuur, methylkwik ^16,17 of cytosinearabinoside ¹⁵ werden getest in dit systeem en de toxische specifiek gen handtekeningen zijn verkregen. In een tweede test-systeem, de zogenaamde de UKN1 (U niversiteit van K onsta n z) testsysteem 1, wordt H9 cellen gedifferentieerd om neuroectodermale voorlopercellen (NEP) voor 6 dagen. Dit blijkt uit een hoge expressie van neurale gen merkers zoals PAX6 en OTX2. Tijdens de differentiatie gedurende 6 dagen, NEP-cellen blootgesteld aan ontwikkelingsstoornissen neuro-toxische stoffen zoals VPA, methylkwik. Giftige stof-specifieke-de gereguleerde transcriptomics profielen obtai geweestevenals ned met behulp van de Affymetrix microarray platform ^16,29.

De nieuwe visie voor toxicologie van ^de 21e eeuw wordt ervan uitgegaan dat testsystemen niet alleen fenotypische beschrijvingen opleveren zoals histopathologie in vivo, of transcriptoom veranderingen aan het eind van de lange termijn giftige stof incubaties. Het eerder suggereert dat assays bieden mechanistische informatie ^3, en dat deze informatie kan worden toegewezen aan de zogenaamde negatieve uitkomst paden (AOP), dat een wetenschappelijke rationale voor gevaarlijke effecten ^30. Om dergelijke informatie te verstrekken, de toegepaste testsystemen moeten worden zeer kwaliteit gecontroleerd ^31, zoals bijvoorbeeld gedocumenteerd door robuuste standaard operatie procedures. Bovendien moeten tijdsafhankelijke veranderingen in kaart te brengen met een hoge resolutie. Dit vereist testsystemen met gesynchroniseerde veranderingen ^32. De hier beschreven UKN1 en UKK testsystemen zijn geoptimaliseerd voor deze eisen.