XENOSENSE – developing a cell-free biosensor for toxicity testing, environmental monitoring, and risk assessment

Om lag 350.000 ulike kjemikalier er i dag i kommersielt omløp, men kun et fåtall av disse kjemikaliene er grundig undersøkt med hensyn på deres giftighet og toksiske egenskaper. Tradisjonelt gjennomføres slik testing på dyr, hvor blant annet krepsdyr, fisk, mus, og rotter i stort antall eksponeres for kjemiske stoffer. Dyreforsøk er imidlertid etisk problematisk, og både EU og USA arbeider med å fase ut bruken av dyr i slike forsøk. Det er derfor et presserende behov for å utvikle alternative metoder som kan erstatte dyreforsøk i toksisitetstesting. Virkemekanismen til giftige stoffer starter som regel med at de binder til bestemte komponenter i cellene. Ofte er dette proteiner som vi omtaler som reseptorer. Disse reseptorene tar imot signaler og styrer viktige prosesser i organismen, men hvis disse prosessene forstyrres kan ulike former for giftighet oppstå. Noen miljøgifter forstyrrer hormonbalanse og reproduksjonsevne. Disse kaller vi hormonforstyrrende stoffer. Andre kan forstyrre utvikling, immunforsvar eller nervesystem, alt avhengig av hvilke reseptorer stoffene virker på. XENOSENSE-prosjektet arbeider med å utvikle en biosensor for miljøgifter basert på kunnskap om slike reseptorer fra ulike arter. Gjennom en unik kobling mellom miljøtoksikologisk forskning, modellering av reseptorer og potensielle miljøgifter, bioteknologi og kunnskap om sensorteknologi er prosjektet i gang med å utvikle et lite mikrolaboratorium, et såkalt Lab-on-a-Chip, som kan gi signaler om et stoff har en eller flere giftige egenskaper, og kan dermed være med på å erstatte bruken av dyr i kjemikalietesting. Biosensoren skal også kunne brukes i miljøovervåking, kartlegging av forurensete områder i havner og byområder, eller til påvisning av utslipp fra industri og kloakkrenseanlegg. Prosjektet ledes fra Universitetet i Bergen med NTNU som forskningspartner og STIM AS og Biosense Laboratories AS som næringslivspartnere.

In the XENOSENSE project, competencies in environmental toxicology, biotechnology, nanotechnology, and computational biology will converge to make radical progress towards ecotoxicology and environmental health research, and also towards regulatory toxicology and the 3Rs of animal research. A recent study suggested that the production and release of novel entities and chemicals has accelerated to a point where we have crossed a “planetary boundary,” threatening both human and environmental health. Around 350,000 different types of chemicals are currently on the international market, with production of existing and new chemicals set to substantially increase in the coming decades. The ultimate goal of 3R research has been the full replacement of animal testing with alternative methods. Yet, we are stille far away from reaching this goal, and our capacity to evaluate the risk of new and existing chemicals lags far behind the need. The core concept of the XENOSENSE project is to develop a transformative method to taking toxicity testing towards not only animal-free, but also cell-free, testing methods, building on the ethical imperative of the 3R principles, by building on the convergence of environmental toxicology, computational biology, biotechnology and nanotechnology, and using collaborative research and co-design with relevant industrial partners directly integrated in the project to develop a versatile Lab-on-a-Chip-based xenosensing biosensor.