La capacidad de las células madre embrionarias humanas (hESC) de diferenciarse en varios tipos de células se abrió una nueva era de las pruebas de toxicidad in vitro ^1, el modelado de la enfermedad y la medicina regenerativa ^2. Las células madre están dotados de la capacidad de auto-replicarse, para mantener su estado pluripotente, y para diferenciarse en células especializadas ^3,4. Las propiedades de células madre (capacidad para diferenciar a todos los principales tipos de células) se encuentran también en otras células madre pluripotentes humanas, tales como células inducidas humanas pluripotenciales (hiPSC) o células generadas por transferencia nuclear ^5. Por ejemplo, muchas diferentes líneas de células madre se han diferenciado en neuronas, células renales ^{6 7,} las células de la cresta neural ^{8, 9-12} cardiomiocitos, o hepatocitos como las células ^13,14. Por otra parte, células madre puede diferenciar de forma espontánea en las células de las tres capas germinales ^15-18 en cuerpos embrioides (EBS) ^19,20. Edesarrollo embrionario arly está regulada por la expresión diferencial de diversos genes relacionados con las diferentes capas germinales que ha sido capturado en el nivel de ARNm por transcriptómica utilizando la tecnología de microarrays ^15. Estos esfuerzos dieron como resultado el establecimiento de modelos toxicológicos específicos de órganos basados ​​en células madre / hiPSC y análisis transcriptómica (para revisión ver ^21,22). Estos modelos tienen ventajas sobre el uso tradicional de los animales de laboratorio para estudios toxicológicos, como estudios preclínicos utilizando animales de laboratorio no siempre son predictivos de la seguridad de las personas. Las toxicidades inducidas por las drogas encontradas en los pacientes suelen estar relacionados con los procesos metabólicos o de señalización que difieren entre humanos y animales de experimentación. La diferencia especie ha impedido la detección temprana fiable de toxicidad para el desarrollo en los seres humanos, y para los medicamentos de instancia como la talidomida y el dietilestilbestrol ^{23,24 25,26} fueron retirados del mercado debido a la teratogenicidad. ThaliDomide no ha demostrado ninguna toxicidad para el desarrollo en las ratas o ratones. Productos químicos ambientales como metil mercurio ²⁷ resultaron en toxicidad para el desarrollo prenatal con respecto al sistema nervioso en varias especies, pero las manifestaciones humanas han sido difíciles de modelar en animales. Para abordar el problema de las cuestiones de especificidad de especie, los científicos que trabajan en diferentes proyectos basados ​​en células madre como ReProTect, ESNATS, DETECTIVE etc., están comprometidos en el desarrollo de diferentes modelos de toxicidad embrionaria, neurotoxicidad, cardiotoxicidad, hepatotoxicidad y nefrotoxicidad utilizando sustancias tóxicas humanos sospechosos de afectar a los humanos. En el marco del proyecto de consorcio europeo 'Embryonic Novel Alternativo de Prueba Estrategias basadas en células madre (ESNATS)' cinco sistemas de prueba se han establecido. Un sistema de prueba de la llamada UKK (niversitäts k linikum K OLN U) sistema de prueba capta parcialmente desarrollo temprano de embriones humanos. En este sistema células H9 embrionarias humanas se diferencian en tres capas germinales (ectodermo, endodermo y mesodermo) ¹⁵ y la capa de germen de firmas específicas han sido capturados por la transcriptómica perfil utilizando la plataforma de microarrays de Affymetrix. Varios tóxicos del desarrollo como la talidomida ^28, ácido valproico, metil mercurio ^16,17, o citosina arabinósido ¹⁵ se han probado en este sistema, y se han obtenido tóxica específica de firmas de genes. En un segundo sistema de ensayo, el llamado el (niversity U de K onsta n z) UKN1 sistema de prueba 1, las células H9 se diferencian a células progenitoras neuroectodérmico (NEP) durante 6 días. Prueba de ello es la alta expresión de genes marcadores neuronales como PAX6 y OTX2. Durante la diferenciación durante 6 días, las células NEP han estado expuestos a neuro-tóxicos del desarrollo tales como VPA, el mercurio de metilo. Perfiles específicos Tóxico-de-regulada transcriptómica han sido obtedefine así mediante el uso de la plataforma de microarrays de Affymetrix ^16,29.

La nueva visión de la toxicología del siglo ²¹ prevé que los sistemas de pruebas no sólo se dan descripciones fenotípicas como histopatología en vivo, o cambios transcriptoma al final de las incubaciones de tóxico a largo plazo. Más bien sugiere que los ensayos proporcionan información mecanicista ^3, y que esta información se pueden asignar a las llamadas vías de resultados adversos (AOP) que proporcionan una justificación científica para efectos peligrosos ^30. Para proporcionar dicha información, los sistemas de ensayo aplicados tienen que ser altamente calidad controlada ^31, como por ejemplo documentado por los procedimientos de operación estándar robustos. Por otra parte, los cambios dependientes del tiempo necesitan ser asignada con alta resolución. Esto requiere que los sistemas de ensayo con cambios sincronizados ^32. Los sistemas de prueba UKN1 y UKK aquí descritos han sido optimizados para estos requisitos.