許多常見的家用化學品和醫療產品，以及工業和農業化學品，可能會暫時刺激人體皮膚，或者更糟糕的是，引起永久性的腐蝕性灼傷，這可能並不令人意外。為了防止不必要的傷害，美國及其他地區的監管機構要求對許多物質進行安全測試，以識別其潛在危害並確保產品上出現適當的警告標籤。傳統上，此類皮膚測試是在活體動物身上進行的——儘管近幾十年來，為了開發人道的方法，以及更貼近人類的方法，已經開發出基於實驗室培養的人體皮膚的新模型。
這一持續努力的最新篇章於7月22日撰寫，當時經濟合作與發展組織（OECD）——一個國際組織，其職能之一是向其32個成員國提供評估化學品安全性的方法指南——正式批准了三種市售的人體皮膚體外模型用於化學測試。具體而言，新指南（OECD 測試編號 439）規定，這些模型可以用作動物的替代品，用於皮膚刺激測試，這是對化學品進行測試的幾個人類健康終點之一。類似的 3D 模型於 2004 年獲准用於腐蝕測試，這讓許多人希望很快就能在不使用活體動物的情況下評估化學品對人體皮膚的全部影響——從刺激到腐蝕。
歐盟（EU）最近的立法使得對非動物測試方法的需求變得迫切。自 2009 年以來，歐盟的化妝品指令禁止對化妝品成分和成品進行動物測試（某些健康終點有一些例外）。更重要的是，該禁令適用於在歐盟市場銷售的化妝品。因此，歐盟以外國家的製造商必須遵守該規定才能在歐盟市場銷售其產品。然而，重要的是，如果存在“合理且切實可行的”替代方法，歐盟法律禁止在動物身上進行實驗。
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與此同時，製造商預計將在未來十年內使用數百萬只動物，以遵守 2007 年名為“化學品註冊、評估、授權和限制”（REACH）的歐盟計劃，該計劃要求對大約 30,000 種化學品進行更廣泛的安全評估。
儘管新的體外皮膚模型肯定會減少一些化學測試中對動物的需求和痛苦，但這些方法尚未準備好完全取代基於動物的皮膚測試。為了理解原因，有必要考慮如何進行毒性測試以及一些現有的監管限制。
自 20 世紀 40 年代中期以來，研究人員主要在白化病兔子身上測試化學品的皮膚刺激性潛力。在一種名為德雷澤兔子皮膚測試的程式中，將動物的一片毛皮剃掉，並將測試物質塗抹在裸露的皮膚上長達四個小時。然後，訓練有素的技術人員監測皮膚長達 14 天，以觀察不良反應的跡象，並主觀地對反應的嚴重程度進行評分。化學品分類和標籤全球統一系統 (GHS) 將一種物質歸類為刺激物，如果它對皮膚造成可逆的損害；如果它引起灼傷或永久性疤痕（不可逆的損害），則將其歸類為腐蝕性物質。
反對者長期以來一直批評基於動物的皮膚測試過於多變，因為觀察到的反應在個體動物之間可能存在差異。結果在實驗室之間也經常會發生變化，部分原因是反應的測量是定性的。
其他人擔心在動物身上識別出的不良反應並不總是反映人類對化學品暴露的反應。“兔子並不是人體刺激或腐蝕的特別好的模型，這主要是因為兔子[皮膚]中的屏障特性遠不如人類那麼強大，” MatTek 公司總裁 John Sheasgreen 說，該公司生產獲得批准的模型之一。他解釋說，當他的公司將體外皮膚的化學測試結果與現有的人體和兔子資料進行比較時，“體外模型與人類體驗的相關性遠高於兔子體驗。”
人造皮膚模型來自正常的人體皮膚細胞，這些細胞在專門的培養基中培養，以形成真實的三維重建。Sheasgreen 解釋說，體外皮膚在結構和生物化學上都與完整的人體皮膚非常相似——它由多層細胞組成，並具有角質層，即表面上提供保護屏障的死亡細胞層。這些特性使其適用於毒性測試。
體外替代方法的支持者聲稱，它們會產生更具可重複性和更定量的結果，因為對刺激的反應是基於細胞活力的測量。此外，由於新測試基於人體細胞，它們提供的資料可能更好地代表人們的反應方式。
在正式測試替代方法時，歐洲替代方法驗證中心 (ECVAM) 得出結論，這些模型可以可靠且準確地預測化學品是否為刺激物。
根據新的 OECD 指南，體外皮膚可以作為“體內皮膚刺激測試的獨立替代測試”，具體取決於一個國家的危害分類要求。例如，歐盟國家的監管系統將物質歸類為腐蝕性物質、刺激物或兩者都不是，體外測試可以充分識別這些物質。相比之下，一些國家的某些監管機構，例如美國環境保護署，要求識別和標記另一種所謂的“輕微”刺激物，體外測試無法辨別。可能需要額外的測試，例如動物測試或人體志願者倫理試驗，以識別這種低水平的刺激物。
經合組織環境理事會環境、健康和安全司首席行政官勞倫斯·穆塞特解釋說，批准人體皮膚模型不會消除動物測試。“體外測試的範圍有限，並非適用於所有化學品，”穆塞特說，並補充說每個國家的監管機構將決定在皮膚刺激研究中應使用體外測試還是動物測試。
經合組織指南建議將人體皮膚測試作為順序測試策略的一部分，在該策略中，體外方法在動物之前使用，並結合對現有物質或相關化學品資料的權重分析（WoE）。在這種測試策略中，如果在體外檢測到腐蝕性物質或刺激物，則無需進行動物後續測試；但是，如果在體外測試中物質呈陰性，則可以使用 WoE 分析來支援該發現。否則，可能需要進行體內測試以排除潛在的假陰性。
美國替代方法驗證機構間協調委員會 (ICCVAM) 執行主任威廉·斯托克斯表示，他的組織目前正在評估體外刺激測試在本國化學測試中的適用性。斯托克斯指出，體外腐蝕測試錯過了近 20% 的已知腐蝕劑測試，這令人擔憂，因為當物質測試結果呈陰性時，沒有明確的策略可以遵循。
斯托克斯說：“該指南說，如果[物質測試結果呈陰性]，您或許可以使用 WoE 方法得出結論，它不是腐蝕性物質。”WoE 分析中可能考慮的資訊包括該物質的體外刺激測試結果。
但是，當 ECVAM 驗證皮膚刺激模型時，從未檢查過腐蝕測試中的假陰性。ICCVAM 目前正在進行評估，初步結果顯示，刺激測試未能將至少兩種已知的腐蝕劑歸類為刺激物。如果沒有後續的體內測試，這些腐蝕劑可能會在沒有任何危害標籤的情況下進入消費品。
“我們希望確保如果某種東西具有腐蝕性，它不會透過這些測試，”斯托克斯說。“我們擁有的資料顯示這有可能。這……表明我們需要更好地理解這些檢測的用途。我們的目標是預防傷害和疾病。擁有準確的安全測試方法對我們來說很重要。”
另一個問題是，體外皮膚刺激方法的假陽性率接近 30%——相當多的物質被識別為刺激物，而實際上並非如此。
“我們不希望過度地將產品標記為危險品，否則人們可能會開始忽略安全標籤，”斯托克斯說。
最重要的是，體外方法有助於減少動物的使用，但“目前科學不支援完全替代，”斯托克斯說。“我們正在努力……尋找可以進一步減少這些決策不確定性的方法和途徑，以減少您可能必須使用[動物]的情況。隨著我們利用科學和技術的新進展，我們將繼續在這一領域取得進展。這是一個雙贏——我們正在保護公共健康和動物。”