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

Todos os dias, o alimento que comemos carrega uma carga silenciosa e invisível: substâncias químicas naturais produzidas por fungos que crescem nos grãos. Entre elas está uma substância chamada zearalenona, uma toxina que imita o hormônio estrogênio. Como nossos corpos são projetados para responder ao estrogênio, mesmo quantidades ínfimas desta toxina podem interromper sistemas biológicos, particularmente em crianças em desenvolvimento e mulheres grávidas. Por décadas, reguladores de segurança estabeleceram um limite diário para o quanto dessa toxina uma pessoa pode consumir com segurança, um limiar conhecido como ingestão diária tolerável. No entanto, estabelecer esse limite sempre foi um jogo de adivinhação. Os cientistas sabiam que a toxina entrava no corpo e mudava de forma, mas não entendiam totalmente como ela se movia pela corrente sanguínea, quanto tempo permanecia ou como os próprios sistemas de reciclagem do corpo poderiam mantê-la ativa por mais tempo do que o esperado. Sem um mapa claro desses movimentos, os limites de segurança baseavam-se em dados incompletos, deixando uma lacuna em nossa proteção.

Para preencher essa lacuna, uma equipe de pesquisadores da Holanda construiu uma simulação digital detalhada do corpo humano e de ratos para rastrear a jornada da zearalenona e de suas várias formas. Em vez de alimentar animais com a toxina para observar o que acontecia, eles usaram um método chamado extrapolação quantitativa in vitro para in vivo. Essa abordagem utiliza medições de minúsculas culturas de células cultivadas em laboratório e usa um modelo computacional sofisticado para prever como essas mesmas substâncias químicas se comportariam dentro de um organismo vivo, respirando e pulsante. O modelo atua como um laboratório virtual, simulando o complexo sistema de tubulações do corpo, incluindo o fígado, os intestinos e os vasos sanguíneos, para ver como a toxina é absorvida, decomposta e excretada.

Os pesquisadores focaram em um mistério específico que intrigava os toxicologistas há anos: por que os exames de sangue às vezes mostram um segundo pico nos níveis de toxina horas após uma pessoa ou animal tê-la ingerido? O primeiro pico ocorre imediatamente após a digestão, mas um segundo aumento, menor, aparece mais tarde, sugerindo que o corpo está liberando a toxina de volta ao sistema. A equipe suspeitou que isso se devia a um processo chamado circulação entero-hepática, onde o fígado envia produtos residuais para a bile, que flui para os intestinos. Lá, as bactérias intestinais podem remover uma etiqueta química, transformando o resíduo de volta na toxina ativa, que é então reabsorvida. A simulação da equipe confirmou que esse ciclo de reciclagem, combinado com os sistemas de transporte ativo do corpo que movem substâncias químicas através das paredes celulares, era de fato responsável pelo segundo pico. Embora o modelo tenha mostrado que a absorção linfática desempenhou um papel no tempo desse segundo pico em ratos, esse processo específico não foi incluído no modelo humano e teve um impacto geral mínimo no perfil toxicocinético previsto.

Quando a equipe aplicou este novo modelo, mais preciso, para calcular níveis de exposição seguros, os resultados foram sóbrios. Eles pegaram os níveis conhecidos de atividade estrogênica observados em testes de laboratório e trabalharam de trás para frente para ver qual dose diária da toxina causaria esses mesmos efeitos em um humano. A simulação sugeriu que o limite de segurança atual, estabelecido em 0,25 microgramas por quilograma de peso corporal por dia, pode não ser suficientemente protetor para toda a população. Quando o modelo considerou os metabólitos da toxina — as diferentes formas químicas que o corpo cria enquanto processa a toxina — a dose segura prevista caiu significativamente. Em alguns cenários, o modelo indicou que o limite seguro deveria ser tão baixo quanto 0,036 microgramas por quilograma por dia, o que é aproximadamente sete vezes mais rigoroso do que o padrão atual. No entanto, os pesquisadores enfatizaram que este número mais baixo é um cálculo teórico que depende da aplicação de um grande fator de incerteza para contabilizar a variabilidade nos dados e as diferenças entre indivíduos.

O estudo não parou apenas em encontrar um número mais baixo; ele também esclareceu como o corpo lida com a toxina. A simulação revelou que, durante a maior parte do tempo em que a toxina está no sangue, ela existe em uma forma modificada e inativa, ligada a uma molécula de açúcar que a torna solúvel em água. No entanto, as bactérias do intestino podem remover esse açúcar, transformando a forma inativa de volta na toxina ativa, que imita o hormônio. Esse ciclo significa que, mesmo após a digestão da refeição inicial, o corpo continua exposto à toxina ativa por um período mais longo do que se pensava anteriormente. Os pesquisadores também observaram que as crianças podem ser mais vulneráveis do que os adultos porque seu tamanho corporal menor e diferentes taxas metabólicas levam a concentrações mais altas da toxina em seu sangue para a mesma quantidade de exposição.

Este trabalho representa uma mudança na forma como a segurança é avaliada. Ao substituir testes em animais por um modelo computacional mecanístico que incorpora detalhes biológicos específicos, os pesquisadores demonstraram que é possível prever comportamentos tóxicos complexos com alta precisão. O modelo mostrou que os limites de segurança atuais, estabelecidos com dados mais antigos e menos detalhados, podem deixar as pessoas expostas a níveis de atividade estrogênica que podem causar danos. Embora o estudo dependa de simulações e dados laboratoriais em vez de novos ensaios humanos, a consistência dos resultados em diferentes cenários sugere que os limites atuais são provavelmente muito altos. As descobertas instam os reguladores a reconsiderar as margens de segurança para este contaminante alimentar comum, garantindo que a proteção invisível na qual confiamos seja, de fato, forte o suficiente para nos manter seguros.