Toxicologie

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La toxicologie est une discipline scientifique , chevauchant la biologie , la chimie , la pharmacologie et la médecine , qui implique l’étude des effets néfastes des substances chimiques sur les organismes vivants ^[1] et la pratique du diagnostic et du traitement des expositions aux toxines et aux substances toxiques . La relation entre la dose et ses effets sur l’organisme exposé est d’une grande importance en toxicologie. Facteurs qui influencent la toxicité chimiqueinclure la posologie, la durée de l’exposition (qu’elle soit aiguë ou chronique), la voie d’exposition, l’espèce, l’âge, le sexe et l’environnement. Les toxicologues sont des experts des poisons et des empoisonnements . Il existe un mouvement en faveur de la toxicologie fondée sur des preuves dans le cadre d’un mouvement plus large vers des pratiques fondées sur des preuves . La toxicologie contribue actuellement au domaine de la recherche sur le cancer , puisque certaines toxines peuvent être utilisées comme médicaments pour tuer les cellules tumorales. Un excellent exemple en est les protéines inactivant les ribosomes , testées dans le traitement de la leucémie . ^[2]

Un toxicologue travaillant dans un laboratoire ( États-Unis , 2008)

Le mot toxicologie ( / ˌ t ɒ k s ɪ ˈ k ɒ l ə dʒ i / ) est un composé néoclassique du nouveau latin , attesté pour la première fois vers 1799, ^[3] des formes combinatoires toxico- + -logie , qui à leur tour viennent des mots grecs anciens τοξικός toxikos , “toxique”, et λόγος logos , “sujet”).

Histoire

Lithographie de Mathieu Orfila

Dioscoride , médecin grec à la cour de l’empereur romain Néron , a fait la première tentative de classification des plantes selon leur effet toxique et thérapeutique. ^[4] Un ouvrage attribué à l’auteur du 10ème siècle Ibn Wahshiyya appelé le Livre sur les Poisons décrit diverses substances toxiques et recettes empoisonnées qui peuvent être faites en utilisant la magie . ^[5] Une œuvre poétique kannada du XIVe siècle attribuée au prince jaïn Mangarasa, Khagendra Mani Darpana , décrit plusieurs plantes vénéneuses. ^[6]

Theophrastus Phillipus Auroleus Bombastus von Hohenheim (1493-1541) (également appelé Paracelse , car il croyait que ses études étaient au-dessus ou au-delà du travail de Celsus – un médecin romain du premier siècle) est considéré comme “le père” de la toxicologie. ^[7] On lui attribue la maxime classique de la toxicologie, « Alle Dinge sind Gift und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist. », qui se traduit par « Toutes choses sont toxiques et rien n’est sans poison » . ; seule la dose fait qu’une chose n’est pas toxique.” Cela se résume souvent à : « La dose fait le poison » ou en latin « Sola dosis facit venenum ». ^{[8] : 30}

Mathieu Orfila est également considéré comme le père moderne de la toxicologie, ayant donné au sujet son premier traitement formel en 1813 dans son Traité des poisons , également appelé Toxicologie générale . ^[9]

En 1850, Jean Stas est devenu la première personne à isoler avec succès les poisons végétaux des tissus humains. Cela lui a permis d’identifier l’utilisation de la nicotine comme poison dans l’affaire du meurtre de Bocarmé, fournissant les preuves nécessaires pour condamner le comte belge Hippolyte Visart de Bocarmé d’avoir tué son beau-frère. ^[dix]

Principes de base

Le but de l’évaluation de la toxicité est d’identifier les effets nocifs d’une substance. ^[11] Les Effets indésirables dépendent de deux facteurs principaux : i) les voies d’exposition (orale, par inhalation ou cutanée) et ii) la dose (durée et concentration de l’exposition). Pour explorer la dose, les substances sont testées dans des modèles aigus et chroniques. ^[12] Généralement, différentes séries d’expériences sont menées pour déterminer si une substance cause le cancer et pour examiner d’autres formes de toxicité. ^[12]

Facteurs qui influencent la toxicité chimique : ^[8]

• Dosage
  • Les grandes expositions uniques (aiguës) et les petites expositions continues (chroniques) sont étudiées.
• Voie d’exposition
  • Ingestion, inhalation ou absorption cutanée
• Autres facteurs
  • Espèces
  • Âge
  • Sexe
  • Santé
  • Environnement
  • Caractéristiques individuelles

La discipline de la toxicologie factuelle s’efforce d’évaluer de manière transparente, cohérente et objective les preuves scientifiques disponibles afin de répondre aux questions de toxicologie ^[13] , l’étude des effets néfastes des agents chimiques, physiques ou biologiques sur les organismes vivants et l’environnement. , y compris la prévention et l’amélioration de ces effets. ^[14] La toxicologie fondée sur des preuves a le potentiel de répondre aux préoccupations de la communauté toxicologique concernant les limites des approches actuelles d’évaluation de l’état de la science. ^{[15] [16]} Il s’agit notamment des préoccupations liées à la transparence dans la prise de décision, à la synthèse de différents types de preuves et à l’évaluation de la partialité et de la crédibilité. ^{[17][18] [19]} La toxicologie fondée sur des preuves a ses racines dans le mouvement plus large vers des pratiques fondées sur des preuves .

Méthodes de test

Les expériences de toxicité peuvent être menées in vivo (en utilisant l’animal entier) ou in vitro (tests sur des cellules ou des tissus isolés), ou in silico (dans une simulation informatique). ^[20]

Animaux non humains

L’outil expérimental classique de la toxicologie consiste à tester sur des animaux non humains. ^[8] Des exemples d’organismes modèles sont Galleria mellonella , ^[21] qui peut remplacer les petits mammifères, et Zebrafish , qui permettent l’étude de la toxicologie chez un vertébré d’ordre inférieur in vivo. ^{[22] [23]} Depuis 2014, ces tests sur les animaux fournissent des informations qui ne sont pas disponibles par d’autres moyens sur le fonctionnement des substances dans un organisme vivant. ^[24]L’utilisation d’animaux non humains pour les tests toxicologiques est opposée par certaines organisations pour des raisons de bien-être animal, et elle a été restreinte ou interdite dans certaines circonstances dans certaines régions, comme les tests de cosmétiques dans l’Union européenne. ^[25]

Méthodes de test alternatives

Bien que les tests sur des modèles animaux restent une méthode d’estimation des effets sur l’homme, les tests sur les animaux posent des problèmes à la fois éthiques et techniques. ^[26]

Depuis la fin des années 1950, le domaine de la toxicologie a cherché à réduire ou à éliminer les tests sur les animaux sous la rubrique des «trois R» – réduire le nombre d’expériences avec des animaux au minimum nécessaire; affiner les expériences pour causer moins de souffrance et remplacer les expériences in vivo par d’autres types, ou utiliser des formes de vie plus simples lorsque cela est possible. ^{[27] [28]}

La modélisation informatique est un exemple de méthodes de test alternatives; à l’aide de modèles informatiques de produits chimiques et de protéines, les relations structure-activité peuvent être déterminées et les structures chimiques susceptibles de se lier et d’interférer avec les protéines ayant des fonctions essentielles peuvent être identifiées. ^[29] Ce travail nécessite des connaissances spécialisées en modélisation moléculaire et en statistiques ainsi qu’un jugement d’expert en chimie, biologie et toxicologie. ^[29]

En 2007 l’ONG américaine National Academy of Sciencesa publié un rapport intitulé “Tests de toxicité au 21e siècle : une vision et une stratégie” qui s’ouvrait sur une déclaration : “Le changement implique souvent un événement charnière qui s’appuie sur l’histoire précédente et ouvre la porte à une nouvelle ère. Les événements cruciaux en science comprennent la découverte de la pénicilline, l’élucidation de la double hélice de l’ADN et le développement des ordinateurs. … Les tests de toxicité se rapprochent d’un tel tournant scientifique. Ils sont prêts à tirer parti des révolutions de la biologie et de la biotechnologie. Les progrès de la toxicogénomique, la bioinformatique, la biologie des systèmes, l’épigénétique et la toxicologie computationnelle pourraient transformer les tests de toxicité d’un système basé sur des tests sur des animaux entiers en un système fondé principalement sur des méthodes in vitro qui évaluent les changements dans les processus biologiques à l’aide de cellules, de lignées cellulaires ou de composants cellulaires,de préférence d’origine humaine.”^[30] En 2014, cette vision n’était toujours pas réalisée. ^{[24] [31]}

L’ Environmental Protection Agency des États-Unis a étudié 1 065 substances chimiques et médicamenteuses dans le cadre de son programme ToxCast (qui fait partie du tableau de bord CompTox Chemicals ) en utilisant la modélisation de la silice et un test basé sur des cellules souches pluripotentes humaines pour prédire les intoxicants développementaux in vivo en fonction des changements dans le métabolisme cellulaire suite à exposition aux produits chimiques. Les principales conclusions de l’analyse de cet ensemble de données ToxCast_STM publiées en 2020 incluent : (1) 19 % des 1065 produits chimiques ont donné une prédiction de la toxicité pour le développement , (2) les performances du test ont atteint une précision de 79 % à 82 % avec une spécificité élevée (> 84 %) mais sensibilité modeste (< 67 %) par rapport àmodèles animaux in vivo de toxicité pour le développement prénatal humain, (3) la sensibilité s’est améliorée à mesure que des exigences plus strictes en matière de poids de la preuve ont été appliquées aux études animales, et (4) l’analyse statistique des impacts chimiques les plus puissants sur des cibles biochimiques spécifiques dans ToxCast a révélé des résultats positifs et associations négatives avec la réponse STM, fournissant des informations sur les fondements mécanistes du critère d’évaluation ciblé et de son domaine biologique. ^[32]

Dans certains cas, l’abandon des études sur les animaux a été mandaté par la loi ou la réglementation ; l’Union européenne (UE) a interdit l’utilisation de l’expérimentation animale pour les cosmétiques en 2013. ^[33]

Complexité dose-réponse

La plupart des produits chimiques présentent une courbe dose-réponse classique – à faible dose (inférieure à un seuil), aucun effet n’est observé. ^{[8] : 80} Certains montrent un phénomène connu sous le nom de défi suffisant – une petite exposition produit des animaux qui « grandissent plus rapidement, ont une meilleure apparence générale et une meilleure qualité de pelage, ont moins de tumeurs et vivent plus longtemps que les animaux témoins ». ^[34] Quelques produits chimiques n’ont pas de niveau d’exposition sûr bien défini. Ceux-ci sont traités avec un soin particulier. Certains produits chimiques sont sujets à la bioaccumulation car ils sont stockés au lieu d’être excrétés par le corps; ^{[8] : 85–90} ceux- ci reçoivent également une attention particulière.

Plusieurs mesures sont couramment utilisées pour décrire les doses toxiques selon le degré d’effet sur un organisme ou une population, et certaines sont spécifiquement définies par diverses lois ou usages organisationnels. Ceux-ci inclus:

• DL50 = Dose létale médiane , une dose qui tuera 50 % d’une population exposée
• NOEL = No-Observed-Effect-Level, la dose la plus élevée connue pour ne montrer aucun effet
• NOAEL = No-Observed-Adverse-Effect-Level , la dose la plus élevée connue pour ne montrer aucun effet indésirable
• PEL = limite d’exposition autorisée, la concentration la plus élevée autorisée par les réglementations américaines de l’ OSHA
• STEL = limite d’exposition à court terme, la concentration la plus élevée autorisée pour de courtes périodes de temps, en général de 15 à 30 minutes
• TWA = Time-Weighted Average, la quantité moyenne de la concentration d’un agent sur une période de temps spécifiée, généralement 8 heures
• TTC = Threshold of Toxicological Concern ont été établis pour les constituants de la fumée de tabac ^[35]

Les types

La toxicologie médicale est la discipline qui exige le statut de médecin (diplôme MD ou DO plus formation spécialisée et expérience).

La Toxicologie clinique est la discipline qui peut être pratiquée non seulement par les médecins mais aussi par d’autres professionnels de la santé titulaires d’ une maîtrise en Toxicologie clinique : médecins extenseurs ( adjoints au médecin , infirmières praticiennes ), infirmières , pharmaciens et professionnels paramédicaux .

La toxicologie médico -légale est la discipline qui utilise la toxicologie et d’autres disciplines telles que la chimie analytique , la pharmacologie et la chimie clinique pour faciliter les enquêtes médicales ou juridiques sur la mort, l’empoisonnement et la consommation de drogue. La principale préoccupation de la toxicologie médico-légale n’est pas le résultat juridique de l’enquête toxicologique ou la technologie utilisée, mais plutôt l’obtention et l’interprétation des résultats. ^[36]

La toxicologie computationnelle est une discipline qui développe des modèles mathématiques et informatiques pour mieux comprendre et prédire les effets néfastes sur la santé causés par les produits chimiques, tels que les polluants environnementaux et les produits pharmaceutiques. ^[37] Dans le cadre du projet Toxicology in the 21st Century , ^{[38] [39]} les meilleurs modèles prédictifs ont été identifiés comme étant les réseaux de neurones profonds , les forêts aléatoires et les machines à vecteurs de support , qui peuvent atteindre les performances des expériences in vitro . ^{[40] [41] [42] [43]}

La toxicologie professionnelle est l’application de la toxicologie aux risques chimiques sur le lieu de travail. ^[44]

La toxicologie comme profession

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Un toxicologue est un scientifique ou un personnel médical spécialisé dans l’étude des symptômes, des mécanismes, des traitements et de la détection des venins et des toxines ; en particulier l’ empoisonnement des personnes.

Conditions

Pour travailler comme toxicologue, il faut obtenir un diplôme en toxicologie ou un diplôme connexe comme la biologie , la chimie , la pharmacologie ou la biochimie . ^{[45] [ la citation nécessaire ]} Les programmes de baccalauréat en toxicologie couvrent la composition chimique des toxines et leurs effets sur la biochimie, la physiologie et l’écologie. Une fois les cours d’introduction aux sciences de la vie terminés, les étudiants s’inscrivent généralement dans des laboratoires et appliquent les principes de toxicologie à la recherche et à d’autres études. Les étudiants avancés se plongent dans des secteurs spécifiques, comme l’industrie pharmaceutique ou l’application de la loi, qui appliquent des méthodes de toxicologie dans leur travail. La Société de Toxicologie(SOT) recommande aux étudiants de premier cycle des écoles postsecondaires qui n’offrent pas de baccalauréat en toxicologie d’envisager d’obtenir un diplôme en biologie ou en chimie. De plus, le SOT conseille aux aspirants toxicologues de suivre des cours de statistiques et de mathématiques, ainsi que d’acquérir une expérience de laboratoire grâce à des cours de laboratoire, des projets de recherche d’étudiants et des stages.

Devoirs

Les toxicologues exercent de nombreuses fonctions différentes, notamment la recherche dans les domaines universitaire, à but non lucratif et industriel, l’évaluation de la sécurité des produits, le conseil, le service public et la réglementation juridique. Afin de rechercher et d’évaluer les effets des produits chimiques, les toxicologues effectuent des études et des expériences soigneusement conçues. Ces expériences aident à identifier la quantité spécifique d’un produit chimique qui peut causer des dommages et les risques potentiels d’être à proximité ou d’utiliser des produits contenant certains produits chimiques. Les projets de recherche peuvent aller de l’évaluation des effets des polluants toxiques sur l’environnement à l’évaluation de la façon dont le système immunitaire humain réagit aux composés chimiques contenus dans les médicaments pharmaceutiques. Alors que les fonctions de base des toxicologues sont de déterminer les effets des produits chimiques sur les organismes et leur environnement, les tâches spécifiques peuvent varier en fonction de l’industrie et de l’emploi.

Compensation

Le salaire des emplois en toxicologie dépend de plusieurs facteurs, notamment le niveau de scolarité, la spécialisation, l’expérience. Le Bureau américain des statistiques du travail (BLS) note que les emplois de scientifiques biologiques, qui comprennent généralement des toxicologues, devraient augmenter de 21 % entre 2008 et 2018. Le BLS note que cette augmentation pourrait être due à la croissance de la recherche et du développement en biotechnologie, ainsi que des augmentations budgétaires pour la recherche fondamentale et médicale en sciences biologiques.

Voir également

• Toxicologie aquatique
• Automatisme (toxicologie)
• certain facteur de sécurité
• Étude de recherche sur l’exposition des enfants à l’environnement (CHEERS) (aux États-Unis)
• Écotoxicologie
• Entomotoxicologie
• Santé environnementale
• Toxicologie environnementale
• Inhibition enzymatique
• Sciences de l’exposition
• Exposome
• Toxicologie médico-légale
• Histoire de poison
• Toxicologie in vitro
• Valeur limite indicative
• Modes d’action toxique
• Toxicologie professionnelle
• Surdosage
• Échange d’informations sur les risques
• Pollution
• Toxicogénomique
• Mécanismes et méthodes de toxicologie (revue)
• Toxinologie
• Niveaux inacceptables (film documentaire 2013)

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42. ^ Unterthiner, T.; Mayr, A.; Klambauer, G.; Steijaert, M.; Ceulemans, H.; Wegner, JK; & Hochreiter, S. (2014) “L’apprentissage en profondeur comme opportunité dans le dépistage virtuel” . Atelier sur l’apprentissage en profondeur et l’apprentissage des représentations (NIPS2014).
43. ^ Unterthiner, T.; Mayr, A.; Klambauer, G.; & Hochreiter, S. (2015) “Prédiction de la toxicité à l’aide de l’apprentissage en profondeur” . ArXiv, 2015.
44. ^ Johnson, Barry L. (janvier 1983). “Toxicologie professionnelle: perspective NIOSH” . Journal du Collège américain de toxicologie . 2 (1): 43–50. doi : 10.3109/10915818309140666 . ISSN 0730-0913 . S2CID 84847131 .
45. ^ “Aperçu de la toxicologie” . Société américaine de chimie . Récupéré le 10 mai 2020 .

Lectures complémentaires

• Caito, Samuel; Almeida Lopes, Ana Carolina B. ; Paoliello, Monica MB; Aschner, Michael (2017). “Chapitre 16. Toxicologie du plomb et ses dommages aux organes de mammifères”. Dans Astrid, S.; Helmut, S.; Sigel, RKO (éd.). Plomb : ses effets sur l’environnement et la santé . Ions métalliques dans les sciences de la vie. Vol. 17. de Gruyter. pages 501–534. doi : 10.1515/9783110434330-016 . ISBN 9783110434330. PMID 28731309 .
• Andresen, Elisa; Küpper, Hendrik (2013). “Chapitre 13. Toxicité du cadmium dans les plantes”. Dans Astrid Sigel, Helmut Sigel et Roland KO Sigel (dir.). Cadmium : de la toxicologie à l’essentialité . Ions métalliques dans les sciences de la vie. Vol. 11. Springer. p. 395–413. doi : 10.1007/978-94-007-5179-8_13 . ISBN 978-94-007-5178-1. PMID 23430780 . (abonnement requis)
• Thévenod, Frank; Lee, Wing-Kee (2013). “Chapitre 14. Toxicologie du cadmium et de ses dommages aux organes de mammifères”. Dans Astrid Sigel, Helmut Sigel et Roland KO Sigel (dir.). Cadmium : de la toxicologie à l’essentialité . Ions métalliques dans les sciences de la vie. Vol. 11. Springer. p. 415–490. doi : 10.1007/978-94-007-5179-8_14 . ISBN 978-94-007-5178-1. PMID 23430781 . (abonnement requis)

Liens externes

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• Toxicologie à Curlie

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• Société de toxicologie