许多常见的家用化学品和医疗产品，以及工业和农业化学品，可能会暂时刺激人体皮肤，或者更糟糕的是，引起永久性的腐蚀性灼伤，这可能并不令人意外。为了防止不必要的伤害，美国及其他地区的监管机构要求对许多物质进行安全测试，以识别其潜在危害并确保产品上出现适当的警告标签。传统上，此类皮肤测试是在活体动物身上进行的——尽管近几十年来，为了开发人道的方法，以及更贴近人类的方法，已经开发出基于实验室培养的人体皮肤的新模型。
这一持续努力的最新篇章于7月22日撰写，当时经济合作与发展组织（OECD）——一个国际组织，其职能之一是向其32个成员国提供评估化学品安全性的方法指南——正式批准了三种市售的人体皮肤体外模型用于化学测试。具体而言，新指南（OECD 测试编号 439）规定，这些模型可以用作动物的替代品，用于皮肤刺激测试，这是对化学品进行测试的几个人类健康终点之一。类似的 3D 模型于 2004 年获准用于腐蚀测试，这让许多人希望很快就能在不使用活体动物的情况下评估化学品对人体皮肤的全部影响——从刺激到腐蚀。
欧盟（EU）最近的立法使得对非动物测试方法的需求变得迫切。自 2009 年以来，欧盟的化妆品指令禁止对化妆品成分和成品进行动物测试（某些健康终点有一些例外）。更重要的是，该禁令适用于在欧盟市场销售的化妆品。因此，欧盟以外国家的制造商必须遵守该规定才能在欧盟市场销售其产品。然而，重要的是，如果存在“合理且切实可行的”替代方法，欧盟法律禁止在动物身上进行实验。
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与此同时，制造商预计将在未来十年内使用数百万只动物，以遵守 2007 年名为“化学品注册、评估、授权和限制”（REACH）的欧盟计划，该计划要求对大约 30,000 种化学品进行更广泛的安全评估。
尽管新的体外皮肤模型肯定会减少一些化学测试中对动物的需求和痛苦，但这些方法尚未准备好完全取代基于动物的皮肤测试。为了理解原因，有必要考虑如何进行毒性测试以及一些现有的监管限制。
自 20 世纪 40 年代中期以来，研究人员主要在白化病兔子身上测试化学品的皮肤刺激性潜力。在一种名为德雷泽兔子皮肤测试的程序中，将动物的一片毛皮剃掉，并将测试物质涂抹在裸露的皮肤上长达四个小时。然后，训练有素的技术人员监测皮肤长达 14 天，以观察不良反应的迹象，并主观地对反应的严重程度进行评分。化学品分类和标签全球统一系统 (GHS) 将一种物质归类为刺激物，如果它对皮肤造成可逆的损害；如果它引起灼伤或永久性疤痕（不可逆的损害），则将其归类为腐蚀性物质。
反对者长期以来一直批评基于动物的皮肤测试过于多变，因为观察到的反应在个体动物之间可能存在差异。结果在实验室之间也经常会发生变化，部分原因是反应的测量是定性的。
其他人担心在动物身上识别出的不良反应并不总是反映人类对化学品暴露的反应。“兔子并不是人体刺激或腐蚀的特别好的模型，这主要是因为兔子[皮肤]中的屏障特性远不如人类那么强大，” MatTek 公司总裁 John Sheasgreen 说，该公司生产获得批准的模型之一。他解释说，当他的公司将体外皮肤的化学测试结果与现有的人体和兔子数据进行比较时，“体外模型与人类体验的相关性远高于兔子体验。”
人造皮肤模型来自正常的人体皮肤细胞，这些细胞在专门的培养基中培养，以形成真实的三维重建。Sheasgreen 解释说，体外皮肤在结构和生物化学上都与完整的人体皮肤非常相似——它由多层细胞组成，并具有角质层，即表面上提供保护屏障的死亡细胞层。这些特性使其适用于毒性测试。
体外替代方法的支持者声称，它们会产生更具可重复性和更定量的结果，因为对刺激的反应是基于细胞活力的测量。此外，由于新测试基于人体细胞，它们提供的数据可能更好地代表人们的反应方式。
在正式测试替代方法时，欧洲替代方法验证中心 (ECVAM) 得出结论，这些模型可以可靠且准确地预测化学品是否为刺激物。
根据新的 OECD 指南，体外皮肤可以作为“体内皮肤刺激测试的独立替代测试”，具体取决于一个国家的危害分类要求。例如，欧盟国家的监管系统将物质归类为腐蚀性物质、刺激物或两者都不是，体外测试可以充分识别这些物质。相比之下，一些国家的某些监管机构，例如美国环境保护署，要求识别和标记另一种所谓的“轻微”刺激物，体外测试无法辨别。可能需要额外的测试，例如动物测试或人体志愿者伦理试验，以识别这种低水平的刺激物。
经合组织环境理事会环境、健康和安全司首席行政官劳伦斯·穆塞特解释说，批准人体皮肤模型不会消除动物测试。“体外测试的范围有限，并非适用于所有化学品，”穆塞特说，并补充说每个国家的监管机构将决定在皮肤刺激研究中应使用体外测试还是动物测试。
经合组织指南建议将人体皮肤测试作为顺序测试策略的一部分，在该策略中，体外方法在动物之前使用，并结合对现有物质或相关化学品数据的权重分析（WoE）。在这种测试策略中，如果在体外检测到腐蚀性物质或刺激物，则无需进行动物后续测试；但是，如果在体外测试中物质呈阴性，则可以使用 WoE 分析来支持该发现。否则，可能需要进行体内测试以排除潜在的假阴性。
美国替代方法验证机构间协调委员会 (ICCVAM) 执行主任威廉·斯托克斯表示，他的组织目前正在评估体外刺激测试在本国化学测试中的适用性。斯托克斯指出，体外腐蚀测试错过了近 20% 的已知腐蚀剂测试，这令人担忧，因为当物质测试结果呈阴性时，没有明确的策略可以遵循。
斯托克斯说：“该指南说，如果[物质测试结果呈阴性]，您或许可以使用 WoE 方法得出结论，它不是腐蚀性物质。”WoE 分析中可能考虑的信息包括该物质的体外刺激测试结果。
但是，当 ECVAM 验证皮肤刺激模型时，从未检查过腐蚀测试中的假阴性。ICCVAM 目前正在进行评估，初步结果显示，刺激测试未能将至少两种已知的腐蚀剂归类为刺激物。如果没有后续的体内测试，这些腐蚀剂可能会在没有任何危害标签的情况下进入消费品。
“我们希望确保如果某种东西具有腐蚀性，它不会通过这些测试，”斯托克斯说。“我们拥有的数据显示这有可能。这……表明我们需要更好地理解这些检测的用途。我们的目标是预防伤害和疾病。拥有准确的安全测试方法对我们来说很重要。”
另一个问题是，体外皮肤刺激方法的假阳性率接近 30%——相当多的物质被识别为刺激物，而实际上并非如此。
“我们不希望过度地将产品标记为危险品，否则人们可能会开始忽略安全标签，”斯托克斯说。
最重要的是，体外方法有助于减少动物的使用，但“目前科学不支持完全替代，”斯托克斯说。“我们正在努力……寻找可以进一步减少这些决策不确定性的方法和途径，以减少您可能必须使用[动物]的情况。随着我们利用科学和技术的新进展，我们将继续在这一领域取得进展。这是一个双赢——我们正在保护公共健康和动物。”