Use of a mechanistic physiologically based kinetic model and quantitative in vitro to in vivo extrapolation to evaluate the tolerable daily intake of zearalenone

Ogni giorno, il cibo che mangiamo trasporta un carico silenzioso e invisibile: sostanze chimiche naturali prodotte da muffe che crescono sui cereali. Tra queste c'è una sostanza chiamata zearalenone, una tossina che imita l'ormone estrogeno. Poiché i nostri corpi sono progettati per rispondere all'estrogeno, anche quantità minuscole di questa tossina possono scon`ubiare i sistemi biologici, in particolare nei bambini in fase di crescita e nelle donne in gravidanza. Per decenni, i regolatori della sicurezza hanno stabilito un limite giornaliero per quanto una persona possa consumare in sicurezza di questa tossina, una soglia nota come assunzione giornaliera tollerabile. Tuttavia, stabilire questo limite è sempre stato un gioco d'azzardo. Gli scienziati sapevano che la tossina entrava nel corpo e cambiava forma, ma non comprendevano appieno come si muovesse nel flusso sanguigno, quanto tempo rimanesse e come i sistemi di riciclo del corpo potessero mantenerla attiva più a lungo del previsto. Senza una mappa chiara di questi movimenti, i limiti di sicurezza si basavano su dati incompleti, lasciando un vuoto nella nostra protezione.

Per colmare questa lacuna, un team di ricercatori provenienti dai Paesi Bassi ha costruito una simulazione digitale dettagliata del corpo umano e di quello dei ratti per tracciare il viaggio dello zearalenone e delle sue varie forme. Invece di somministrare la tossina agli animali per osservare cosa accadeva, hanno utilizzato un metodo chiamato estrapolazione quantitativa in vitro-in vivo. Questo approccio prende misurazioni da minuscole colture cellulari cresciute in laboratorio e utilizza un sofisticato modello informatico per prevedere come quelle stesse sostanze chimiche si comporterebbero all'interno di un organismo vivente e respirante. Il modello agisce come un laboratorio virtuale, simulando la complessa idraulica del corpo, inclusi fegato, intestino e vasi sanguigni, per vedere come la tossina viene assorbita, scomposta ed escreta.

I ricercatori si sono concentrati su un mistero specifico che aveva per anni messo in difficoltà i tossicologi: perché i test del sangue mostrano talvolta un secondo picco nei livelli di tossina ore dopo che una persona o un animale l'ha ingerita? Il primo picco avviene immediatamente dopo la digestione, ma un secondo aumento, più piccolo, appare più tardi, suggerendo che il corpo stia rilasciando la tossina nuovamente nel sistema. Il team sospettava che ciò fosse dovuto a un processo chiamato circolazione enteroepatica, in cui il fegato invia i prodotti di scarto nella bile, che fluisce nell'intestino. Lì, i batteri intestinali potrebbero rimuovere un'etichetta chimica, trasformando lo scarto nuovamente nella tossina attiva, che viene poi riassorbita. La loro simulazione ha confermato che questo ciclo di riciclo, combinato con i sistemi di trasporto attivo del corpo che spostano le sostanze chimiche attraverso le pareti cellulari, era effettivamente responsabile del secondo picco. Sebbene il modello abbia mostrato che l'assorbimento linfatico giocasse un ruolo nella tempistica di questo secondo picco nei ratti, questo specifico processo non è stato incluso nel modello umano ed è risultato avere un impatto complessivo minimo sul profilo tossicocinetico previsto.

Quando il team ha applicato questo nuovo modello, più accurato, per calcolare i livelli di esposizione sicuri, i risultati sono stati severi. Hanno preso i livelli noti di attività estrogenica osservati nei test di laboratorio e hanno lavorato a ritroso per vedere quale dose giornaliera della tossina causerebbe quegli stessi effetti in un essere umano. La simulazione ha suggerito che l'attuale limite di sicurezza, fissato a 0,25 microgrammi per chilogrammo di peso corporeo al giorno, potrebbe non essere sufficientemente protettivo per l'intera popolazione. Quando il modello ha tenuto conto dei metaboliti della tossina — le diverse forme chimiche che il corpo crea mentre elabora la tossina — la dose sicura prevista è scesa significativamente. In alcuni scenari, il modello ha indicato che il limite di sicurezza dovrebbe essere basso quanto 0,036 microgrammi per chilogramma di peso corporeo al giorno, ovvero circa sette volte più rigoroso rispetto allo standard attuale. Tuttavia, i ricercatori hanno sottolineato che questa cifra più bassa è un calcolo teorico che si basa sull'applicazione di un ampio fattore di incertezza per tenere conto della variabilità dei dati e delle differenze tra gli individui.

Lo studio non si è fermato alla ricerca di un numero più basso; ha anche chiarito come il corpo gestisce la tossina. La simulazione ha rivelato che per la maggior parte del tempo in cui la tossina è nel sangue, essa esiste in una forma modificata e inattiva, legata a una molecola di zucchero che la rende idrosolubile. Tuttavia, i batteri intestinali possono rimuovere questo zucchero, trasformando la forma inattiva nuovamente nella tossina attiva che imita l'ormone. Questo ciclo significa che anche dopo che il pasto iniziale è stato digerito, il corpo continua a essere esposto alla tossina attiva per un periodo più lungo di quanto precedentemente ipotizzato. I ricercatori hanno anche notato che i bambini potrebbero essere più vulnerabili rispetto agli adulti perché la loro dimensione corporea ridotta e i diversi tassi metabolici portano a concentrazioni più elevate della tossina nel loro sangue per la stessa quantità di esposizione.

Questo lavoro rappresenta un cambiamento nel modo in cui la sicurezza viene valutata. Sostituendo i test sugli animali con un modello informatico meccanicistico che incorpora specifici dettagli biologici, i ricercatori hanno dimostato che è possibile prevedere comportamenti tossici complessi con alta precisione. Il modello ha mostrato che i limiti di sicurezza attuali, stabiliti con dati meno dettagliati e più datati, possono lasciare le persone esposte a livelli di attività estrogenica che potrebbero causare danni. Sebbene lo studio si basi su simulazioni e dati di laboratorio piuttosto che su nuovi trial umani, la coerenza dei risultati attraverso i diversi scenari suggerisce che i limiti attuali siano probabilmente troppo alti. I risultati esortano i regolatori a riconsiderare i margini di sicurezza per questo comune contaminante alimentare, assicurando che la protezione invisibile su cui facciamo affidamento sia effettivamente abbastanza forte da mantenerci al sicuro.