La capacità delle cellule staminali embrionali umane (hESC) di differenziarsi in vari tipi di cellule ha aperto una nuova era di tossicità test in vitro ^1, modelli di malattia e della medicina rigenerativa ^2. Le cellule staminali sono dotati della capacità di auto-replicarsi, per mantenere il loro stato pluripotente, e di differenziarsi in cellule specializzate ^3,4. Le proprietà di hESC (capacità di differenziarsi a tutti i principali tipi di cellule) si trovano anche in altre cellule staminali pluripotenti umane, come le cellule umane pluripotenti indotte staminali (hiPSC) o le cellule generate da trasferimento nucleare ^5. Per esempio, molte linee di hESC diverse sono state differenziate in neuroni ^6, cellule renali ^7, cellule della cresta neurale ^8, cardiomiociti ^9-12 o epatociti come le cellule ^13,14. Inoltre, hESC può differenziarsi spontaneamente in cellule di tutti e tre i foglietti embrionali ^15-18 a corpi embrionali (EBS) ^19,20. Esviluppo embrionale arly è regolato da espressione differenziale dei vari geni correlati ai diversi foglietti embrionali che è stato catturato a livello di mRNA da trascrittomica che usano la tecnologia microarray ^15. Questi sforzi hanno portato alla definizione di modelli tossicologici specifici di organi sulla base di hESC / hiPSC e trascrittomica analisi (per la revisione cfr ^21,22). Questi modelli hanno vantaggi rispetto al tradizionale uso di animali da laboratorio per gli studi tossicologici, come studi preclinici utilizzano animali da laboratorio non sono sempre predittivi della sicurezza umana. La tossicità indotti dagli stupefacenti riscontrati nei pazienti sono spesso legati a processi metabolici o di segnalazione che si differenziano tra esseri umani e animali da esperimento. La differenza di specie ha impedito l'affidabile la diagnosi precoce di tossicità sullo sviluppo umano, e per esempio farmaci come talidomide ^23,24 e dietilstilbestrolo ^25,26 sono stati ritirati dal mercato a causa di teratogenicità. ThaliDomide non ha mostrato alcuna tossicità sullo sviluppo nei ratti o topi. Sostanze chimiche ambientali come il mercurio metilico ²⁷ provocato tossicità per lo sviluppo prenatale rispetto al sistema nervoso in varie specie, ma manifestazioni umane sono state difficili da modellare negli animali. Per affrontare il problema dei problemi specie specificità, gli scienziati che lavorano sotto diversi progetti basati sulle cellule staminali come ReProTect, ESNATS, DETECTIVE ecc sono impegnati nello sviluppo di modelli diversi per la tossicità embrionale, neurotossicità, cardiotossicità, epatotossicità e nefrotossicità con sostanze tossiche umani sospettati di interessare l'uomo. Nell'ambito del progetto europeo consorzio 'embrionali Novel strategie di sperimentazione alternative a base di cellule staminali (ESNATS)' sono stati stabiliti cinque sistemi di test. Un sistema di prova il cosiddetto UKK (niversitäts k linikum K OLN U) sistema di test acquisisce parzialmente primi stadi dello sviluppo dell'embrione umano. In questo sistema cellule H9 embrionali umane sono differenziati in tre foglietti embrionali (ectoderma, endoderma e mesoderma) ¹⁵ e foglietto embrionale firme specifici sono stati catturati da trascrittomica profilo utilizzando la piattaforma microarray Affymetrix. Varie sostanze tossiche sviluppo come talidomide ^28, acido valproico, metilmercurio ^16,17, o citosina arabinoside ¹⁵ sono stati testati in questo sistema, e la tossicità specifica firme genici sono stati ottenuti. In un secondo sistema di test, il cosiddetto la (U niversità di K onsta n z) UKN1 sistema di prova 1, cellule H9 sono differenziate alle cellule progenitrici neuroectodermal (NEP) per 6 giorni. Ciò è dimostrato da elevata espressione di marcatori genici neurale come PAX6 e OTX2. Durante la differenziazione per 6 giorni, le cellule NEP sono state esposte a sviluppo neuro-tossici come il VPA, il mercurio metilico. Tossico-specifici profili de-regolato trascrittomica sono stati ottenudefinita come pure utilizzando la piattaforma microarray Affymetrix ^16,29.

La nuova visione per la tossicologia del ^{21 °} secolo, prevede che i sistemi di test non producono non solo descrizioni fenotipiche come istopatologia in vivo, o cambiamenti trascrittoma alla fine di incubazione la tossicità a lungo termine. Suggerisce piuttosto che le analisi forniscono informazioni relative alla meccanica ^3, e che tali informazioni possono essere mappati ai cosiddetti percorsi di outcome avversi (AOP), che forniscono un razionale scientifico per gli effetti pericolosi ^30. Per fornire tali informazioni, i sistemi di test applicati devono essere altamente qualità controllata ^31, come ad esempio documentato da solide procedure operative standard. Inoltre, variazioni dipendenti dal tempo devono essere mappati con alta risoluzione. Ciò richiede sistemi di test con variazioni sincronizzate ^32. I sistemi di test UKN1 e UKK qui descritti sono stati ottimizzati per queste esigenze.