La valutazione della sicurezza delle sostanze chimiche, inclusi gli ingredienti cosmetici, si basa su un parametro fondamentale: il Point of Departure (PoD). Questo valore, derivato da dati tossicologici, rappresenta il punto di partenza per stimare margini di sicurezza e livelli di esposizione accettabili per l’uomo.

Tra i metodi principali per determinare il PoD, spiccano il tradizionale NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) e l’innovativo BMD (Benchmark Dose), che offre un’analisi più precisa della relazione dose-risposta.

Questo articolo esplora i vantaggi, le limitazioni e le applicazioni di questi approcci, fornendo una guida pratica per scegliere il metodo più adatto nella valutazione del rischio.

Il Point of Departure

Il Point of Departure (PoD), o “punto di partenza”, è il valore quantitativo derivato da dati sperimentali che viene utilizzato come base per calcolare margini di sicurezza o livelli di esposizione accettabili per l’uomo.

In ambito cosmetico, il PoD è essenziale per:

  • Valutare il rischio di esposizione cutanea: fornendo una soglia oltre la quale possono manifestarsi effetti avversi.
  • Determinare il Margine di Sicurezza (MoS): calcolato come rapporto tra il PoD e l’esposizione stimata all’ingrediente.

Il PoD viene estrapolato da studi tossicologici, basati su:

  • No Observed Adverse Effect Level (NOAEL): la dose massima in cui non si osservano effetti avversi rilevanti.
  • Benchmark Dose (BMD): un metodo modellistico che stima una dose associata a una risposta avversa specifica con maggiore precisione rispetto al NOAEL.
  • Lowest Observed Adverse Effect Level (LOAEL): la dose più bassa in cui si osservano effetti avversi.

Secondo l’SCCS, la Benchmark Dose (BMD) è uno strumento avanzato e preferibile per derivare il Point of Departure (PoD) nei casi in cui siano disponibili dati in vivo utilizzabili.

Caratteristiche e vantaggi del metodo BMD

  • Utilizzo completo dei dati dose-risposta: il BMD si basa su tutti i dati disponibili lungo la curva dose-risposta, fornendo un’analisi più completa rispetto al NOAEL, che considera solo un punto singolo.
  • Considerazione della forma della curva dose-risposta: integra informazioni dettagliate sulla relazione tra dose e risposta, inclusa la tendenza monotona (maggiore esposizione → maggiore effetto).
  • Minore dipendenza dalla spaziatura delle dosi: il BMD non è influenzato dalla scelta arbitraria delle dosi nei test sperimentali, superando una limitazione significativa del NOAEL.
  • Quantificazione delle incertezze: utilizza modelli statistici per stimare l’intervallo di confidenza (ad esempio, il limite inferiore della dose BM, indicato come BMDL) e per gestire le incertezze nei dati.

Relazioni dose-risposta non-monotoniche

In alcuni casi, le sostanze chimiche possono mostrare una relazione dose-risposta non-monotonica. Ciò significa che la curva dose-risposta non segue una tendenza crescente lineare o uniforme (monotonia) e può, invece, presentare un cambiamento di direzione o un’inversione nella risposta.

Ad esempio, a basse dosi potrebbe verificarsi un effetto che si riduce o si annulla a dosi più alte, o viceversa.

Come comportarsi in questi casi?

È possibile utilizzare tecniche modellistiche avanzate che tengano conto della natura non-monotonica della curva ed è necessaria una comprensione dettagliata del meccanismo d’azione della sostanza per interpretare correttamente i dati sperimentali.

Un esempio di composto con relazione non-monotonica sono gli ormoni o sostanze che interferiscono con il sistema endocrino, dove basse dosi possono indurre una risposta biologica diversa rispetto a dosi elevate.

Cosa suggerisce l’SCCS?

L’approccio BMD dovrebbe essere preferibilmente utilizzato come descrittore della dose per il calcolo del PoD e del MoS (EFSA, 2009). Quando non è possibile calcolare un BMD, generalmente si applicano i valori storici di NOAEL.

Se dai dati disponibili non è possibile identificare un BMD o un NOAEL, possono essere utilizzati altri descrittori della dose, come il Livello di Effetto Osservato Più Basso (LOAEL) o il Livello di Effetto Avverso Osservato Più Basso, per il calcolo del MoS.

Un software a supporto del calcolo del BMD

Il software BMD (Benchmark Dose), sviluppato dall’EPA degli Stati Uniti e dal RIVM, viene utilizzato per valutare i dati sulla dose-risposta negli studi tossicologici.

Nella valutazione del rischio, la Benchmark Dose (BMD) rappresenta un punto di partenza (PoD) che indica una dose che causa un cambiamento predefinito nel tasso di risposta (ad esempio, un effetto del 10%).

Il corrispondente Benchmark Dose Lower Confidence Limit (BMDL) è il limite inferiore di questo PoD, fornendo una stima più conservativa della dose. Questi parametri sono cruciali per determinare le soglie di sicurezza per le sostanze chimiche, inclusi gli ingredienti cosmetici.

L’uso di modelli statistici differenti per gli stessi dati può portare a variazioni nei valori di BMD e BMDL. Pertanto, la scelta del modello influisce significativamente sull’esito della valutazione del rischio.

Linee guida dell’EPA

L’EPA degli Stati Uniti raccomanda di selezionare il modello con il valore più basso dell’Akaike Information Criterion (AIC) come PoD preferito. L’AIC aiuta a determinare quanto bene un modello si adatta ai dati, penalizzando al contempo il numero di parametri per evitare il sovradattamento.

Questo approccio assume che il modello con l’AIC più basso bilanci l’adattamento e la complessità.

Linee guida dell’EFSA e della SCCS

L’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) e il Comitato Scientifico per la Sicurezza dei Consumatori (SCCS) applicano una cautela aggiuntiva nella scelta del modello.

L’EFSA ha aggiornato il proprio software BMD nel 2022, e sebbene l’approccio dell’EPA possa essere applicato, la SCCS sottolinea che il giudizio esperto e l’esperienza sono necessari per selezionare il modello giusto, specialmente nel contesto della valutazione della sicurezza degli ingredienti cosmetici.

La SCCS evidenzia che le considerazioni pratiche e l’interpretazione esperta sono fondamentali quando si deve scegliere tra i modelli, considerando fattori come la variabilità dei dati e il contesto specifico dell’ingrediente cosmetico da valutare.

In sintesi, mentre l’approccio dell’EPA basato sull’AIC è meno conservativo e può essere utile in alcuni contesti, la SCCS e l’EFSA mettono in evidenza la necessità del giudizio esperto nella selezione dei modelli per la valutazione degli ingredienti cosmetici, data la complessità e la variabilità dei dati reali.

Adeguamenti del POD

I fattori di aggiustamento al punto di partenza (PoD) nella valutazione del rischio vengono utilizzati per tenere conto di vari fattori che potrebbero influenzare la valutazione della sicurezza di una sostanza, in particolare nel contesto di esposizioni ripetute. Questi fattori garantiscono che la valutazione del rischio sia conservativa e adeguatamente protettiva.

Adeguamento per posologia

Se il regime di dosaggio in uno studio non è continuo (ad esempio, il trattamento viene somministrato 5 giorni alla settimana), è necessario un adeguamento all’esposizione giornaliera. Per esempio, se uno studio prevede 5 giorni di trattamento alla settimana, un fattore di adeguamento pari a 5/7 deve essere applicato al PoD nel calcolo del Margine di Sicurezza (MoS). Questo a garantisce che il PoD calcolato rifletta correttamente il pattern di esposizione reale, invece di assumere un’esposizione giornaliera continua.

Adeguamenti per LOAEL

Quando il PoD è basato sul Lowest Observed Adverse Effect Level (LOAEL), viene spesso aggiunto un ulteriore fattore di valutazione per tenere conto delle incertezze nei dati. Di solito, viene aggiunto un fattore di adeguamento pari a 3 nel calcolo del MoS. Tuttavia, questo fattore può essere più alto (fino a 10) a seconda di vari fattori:

  • La spaziatura delle dosi nel test di tossicità con dosi ripetute (se le dosi sono troppo distanziate, ciò potrebbe ridurre l’accuratezza dei risultati).
  • La forma e la pendenza della curva dose-risposta (curve più ripide indicano una risposta più prevedibile alla dose).
  • L’estensione e la gravità degli effetti osservati al LOAEL.

In alcuni casi, lo studio potrebbe non essere utilizzato per la valutazione della sicurezza, soprattutto se il LOAEL non è ben definito o se ci sono significative incertezze sulla rilevanza dello studio.

Uso di NOAEL o BMDL da Studi più Brevi

Se non è disponibile uno studio di tossicità con dosi ripetute di 90 giorni, un NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) o un BMDL (Benchmark Dose Lower Confidence Limit) provenienti da uno studio più breve (ad esempio uno studio di 28 giorni) possono essere utilizzati nel calcolo del MoS. In questo caso, può essere applicato un fattore di valutazione di 3 per tenere conto della durata dell’esposizione più breve, garantendo che la valutazione rimanga protettiva per la salute umana.

In sintesi, questi fattori di adeguamento vengono applicati per garantire che le valutazioni del rischio, in particolare per gli ingredienti cosmetici, rimangano conservatrici e tengano conto di diversi scenari di esposizione, della natura dei dati (LOAEL vs. NOAEL/BMDL) e dei fattori legati alla progettazione dello studio (ad esempio, spaziatura delle dosi). Questi adeguamenti sono cruciali per stabilire un MoS protettivo e garantire la sicurezza dei consumatori.

Confronto tra l’approccio BMD e NOAEL, limiti e vantaggi

Entrambe le metodologie di approccio presentano vantaggi e limiti.

I vantaggi del metodo BMD rispetto all’approccio NOAEL, come descritto, risiedono nel non derivare solo dalle dosi sperimentali e questo si traduce in una minor dipendenza sia dalla spaziatura tra le dosi, sia dalla dimensione del campione. Inoltre, basandosi su un modello matematico-statistico la BMD riesce a considerare variabilità, biologica e sperimentale, ed incertezza correlati alla qualità dello studio poiché l’intervallo di confidenza include implicitamente una valutazione della qualità dei dati e la forma della curva dose-risposta, tenendo conto anche della pendenza. Non va negato che il metodo BMD è matematicamente complicato.

I vantaggi dell’approccio NOAEL, oltre ad essere un metodo standard, consolidato da decenni e quindi familiare nell’uso ed interpretazione, è quello di essere facile da ricavare ed essere utilizzabile anche quando i dati sperimentali sono difficili da sottoporre ad una modellazione BMD. La determinazione del NOAEL è condizionato dal protocollo sperimentale cioè dal numero di animali, dal tipo di risposta osservata (sensibilità), dal metodo di analisi e specialmente dalla selezione ed ampiezza delle dosi.

Si potrebbero avere dei NOAEL diversi da due studi “identici” per uno stesso end-point che differiscono solo per le dosi scelte.

La criticità rilevata nel metodo BML

Uno studio, Toxic Responses Induced at High Doses May Affect Benchmark Doses – Jürg A. Zarn, Ursina A. Zürcher, H. Christoph Geiser, 2020, preso in considerazione anche dall’USAV (Ufficio federale della sicurezza alimentare e di veterinaria) ha confrontato i due metodi (NOAEL e BMD) attualmente utilizzati per determinare la dose sicura per l’essere umano di sostanze potenzialmente problematiche e ha concluso che, in alcune situazioni, il metodo NOAEL è preferibile al metodo BMD.
Fondamentalmente entrambi i metodi si basano sugli stessi risultati degli studi sugli animali; la differenza è nel modo in cui si determina una dose sicura da questi dati.

Con il metodo NOAEL si somministrano diverse dosi di una sostanza chimica a gruppi di animali. Alla fine dello studio gli animali vengono esaminati e viene determinata la dose più alta alla quale non si osservano effetti negativi (NOAEL). Questo NOAEL viene diviso per un fattore di sicurezza per ottenere la dose ADI (Acceptable Daily Intake) considerata sicura per gli esseri umani. Una delle dosi esaminate nell’esperimento viene quindi utilizzata come NOAEL per stabilire l’ADI.

Con il metodo BMD, utilizzando gli stessi dati sperimentali del metodo NOAEL, si modella una relazione dose-risposta secondo criteri statistici calcolando la dose (BMD) corrispondente a una dimensione dell’effetto predefinito. Anche in questo caso, il BMD viene diviso per un fattore di sicurezza per individuare l’ADI e quindi determinare la dose considerata accettabile per gli esseri umani.

Il metodo BMD, rispetto al metodo NOAEL, include le informazioni di tutti i gruppi di dose esaminati nell’esperimento sugli animali per ottenere la dose sicura. Il metodo NOAEL, invece, utilizza solo le informazioni del gruppo di dose corrispondente al NOAEL.

Nel metodo BMD, tuttavia, l’influenza di tutti i gruppi di dose sul modello matematico dose-risposta presuppone implicitamente che i risultati di tutti i gruppi di dose siano rilevanti per la derivazione della dose sicura per l’essere umano. Questa supposizione ignora il fatto che i fenomeni che si verificano ad alto dosaggio spesso non hanno alcun ruolo alle dosi più basse, da cui di solito deriva la dose sicura per l’essere umano. Ma gli effetti a dosi elevate hanno un’influenza particolarmente forte sul BMD e quindi sulla dose sicura per l’essere umano, anche se questi effetti possono essere irrilevanti per la valutazione degli effetti a basse dosi.

Mentre il metodo NOAEL si concentra principalmente sul ragionamento biologico, il metodo BMD si concentra sull’analisi matematica dei dati. Tutti i concetti e i modelli utilizzati nella tossicologia hanno punti di forza e di debolezza. Naturalmente, questo vale anche per la BMD e l’approccio NOAEL.

Alla luce di queste considerazioni, lo studio condotto ha rilevato che il metodo BMD non è sempre scientificamente superiore al metodo NOAEL, come spesso si sostiene.