《Toxics》：Assessing the Skin Sensitizing Potential of Constituents and Leachables from Wearable Devices Using GARDskin and Associated Applications
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临床前毒理学评估是确保可穿戴设备与生物系统安全性和相容性的重要组成部分。除细胞毒性和刺激性等局部终点外，皮肤致敏（skin sensitization）是核心毒理学终点之一。可穿戴设备通常为固态且由多种组件构成，其检测给新方法（New Approach Met
临床前毒理学评估是确保可穿戴设备与生物系统安全性和相容性的重要组成部分。除细胞毒性和刺激性等局部终点外，皮肤致敏（skin sensitization）是核心毒理学终点之一。可穿戴设备通常为固态且由多种组件构成，其检测给新方法（New Approach Methods, NAMs）带来了新的挑战。在本概念验证研究中，研究人员提出了一种对可穿戴设备各组分及其浸出物（leachables）进行风险评估的策略。采用GARDskin剂量-反应（Dose-Response, DR）试验（OECD TGP 4.106）预测三种丙烯酸酯单体、两种丙烯酰胺单体及一种反应性染料的皮肤致敏效力。采用GARDskin医疗器械（Medical Device, MD）试验（ISO 10993-10:2021，附录C）对添加了丙烯酸异冰片酯（isobornyl acrylate）的MED-2000提取物进行分类。所有受试化学物质均被分类为皮肤致敏物。定量效力预测与现有定义方法（Defined Approaches）的数据高度相关，并产生了几乎一致的效力排序。现有的人体和动物参考数据过于稀少且异质性高，不足以证实效力方面的一致性。最后，GARDskin MD试验正确地将添加了致敏物的提取物分类为皮肤致敏性。综上所述，GARDskin试验及其衍生应用能够很好地满足可穿戴设备的检测需求。
论文解读：基于GARDskin及其衍生方法评估可穿戴设备组分与浸出物皮肤致敏风险的研究
一、研究背景与问题提出
皮肤致敏（skin sensitization）是一种由接触性过敏原诱发的IV型超敏反应，是化学品、化妆品、医疗器械及消费品安全性评估中的核心毒理学终点之一。随着可穿戴设备（wearable devices）在健康监测、慢性病管理等领域的大规模普及，其与人体皮肤长期直接或间接接触所带来的致敏风险日益受到关注。可穿戴设备若被归类为医疗器械，则需依据国际标准化组织ISO 10993系列标准进行生物相容性评估；即便不属于医疗器械，也需满足欧盟REACH法规及RoHS指令等消费品化学安全要求。然而，传统皮肤致敏检测方法，如豚鼠试验和小鼠局部淋巴结试验（Local Lymph Node Assay, LLNA），主要依赖动物实验，不仅存在伦理争议，且对部分实际致敏原的检出能力有限。近年来，随着OECD不良结果通路（Adverse Outcome Pathway, AOP）框架的发布，一系列体外替代方法（New Approach Methods, NAMs）相继被验证并纳入OECD试验指南（TG 442C-E）。但在医疗器械领域，体外方法的采用仍相对滞后。此外，可穿戴设备多为固态多组分结构，其致敏风险评估需考虑化学物质从材料中浸出（leaching）并成为生物可利用的过程，这对现有体外检测方法提出了新的适配要求。因此，开发能够兼容ISO 10993标准提取流程、同时具备定量效力评估能力的体外方法，对于推动可穿戴设备及医疗器械领域从动物实验向NAMs策略转型具有重要意义。
二、研究内容与主要结论
本研究旨在探索GARDskin（Genomic Allergen Rapid Detection）平台及其两种衍生方法——GARDskin剂量-反应（Dose-Response, DR）试验和GARDskin医疗器械（Medical Device, MD）试验——在可穿戴设备皮肤致敏风险评估中的适用性。研究选取了六种与可穿戴设备行业密切相关的化学物质，包括三种丙烯酸酯单体（丙烯酸异冰片酯IBOA、甲基丙烯酸羟丙酯HPMA、2,3-环氧丙基甲基丙烯酸酯23EPMA）、两种丙烯酰胺单体（4-丙烯酰吗啉ACMO、N,N-二甲基丙烯酰胺NNDMA）以及一种反应性染料（溶剂橙60，SO60）。这些物质均已有临床病例报告证实与可穿戴设备或医疗器械相关的过敏性接触性皮炎（Allergic Contact Dermatitis, ACD）有关。研究采用GARDskin DR方法对六种物质进行定量效力评估，预测其无效应致敏诱导水平（No Effect Sensitization Induction Level, NESIL）及UN GHS 1A/1B亚分类；同时，以IBOA为模型化合物，将其掺入MED-2000医用级硅胶材料的极性和非极性提取物中，模拟真实医疗器械浸出场景，采用GARDskin MD方法进行检测验证。研究结论表明，所有六种测试物质均被GARDskin DR方法分类为皮肤致敏物，且预测效力跨度约两个数量级，其中IBOA和SO60为最强致敏物，NNDMA最弱。GARDskin MD方法成功在极性和非极性两种提取介质中检出IBOA的致敏信号，而未掺加IBOA的空白提取物呈阴性，证明该方法能够有效识别复杂提取液中的致敏性浸出物。
三、主要关键技术方法
本研究主要依托以下核心技术方法：其一，GARDskin DR试验，该方法基于人源髓系白血病SenzaCell细胞系作为树突状细胞（dendritic cells, DCs）体外模型，在六个浓度梯度下（每浓度两重复）检测196个基因组生物标志物的转录水平，通过支持向量机（Support Vector Machine, SVM）预测算法计算决策值（Decision Value, DV），并采用线性插值法确定cDV0值（即产生阳性平均DV所需的最低浓度），进而转换为预测效力值（Predicted Potency Value, PPV, μg/cm2）作为NESIL的直接估计；其二，GARDskin MD试验，该方法依据ISO 10993-12标准，使用极性溶剂（含1%青霉素-链霉素的生理盐水）和非极性溶剂（超精制橄榄油）对固态材料进行提取，获得双测试样品后按GARDskin标准流程进行基因组分析，若任一提取物平均DV≥0则判定材料为致敏性危害；其三，SARA-ICE（Skin Allergy Risk Assessment–Integrated Chemical Environment）定义方法，基于kDPRA和KeratinoSens试验数据预测人体皮肤致敏点（Point of Departure, PoD），用于与GARDskin DR结果进行交叉验证。样本队列来源方面，六种测试化学品均购自Sigma-Aldrich，MED-2000材料由Medtronic公司Kelly Coleman博士捐赠。
四、研究结果
4.1 GARDskin DR分类结果（二元危害评估、UN GHS亚分类与NESIL预测）
通过GARDskin DR试验对六种化学物质进行检测，所有物质均诱导了单调剂量依赖性的DV值增加。除IBOA外，其余五种物质均在检测浓度区间内同时呈现阴性和阳性平均DV值，从而可通过线性插值确定cDV0。IBOA在所有检测浓度下均呈阳性，提示其强致敏效力，依据标准操作规程在首个阳性DV值与未刺激对照（浓度=0）之间进行插值。最终，六种物质均被分类为皮肤致敏物，其中IBOA效力最强，NNDMA最弱，二者预测效力相差约两个数量级。
4.2 GARDskin DR分类与现有参考数据的比较
将GARDskin DR的效力预测与已发表的动物及人体参考数据进行比较。由于多数物质的体内参考数据稀缺且异质性高，难以推导可靠的效力阈值。但对于其中四种物质（IBOA、SO60、ACMO、NNDMA），存在基于kDPRA和KeratinoSens数据组合的回归模型预测结果（来自Ruparel等人2024年的研究）以及SARA-ICE PoD预测。比较显示，GARDskin DR与回归模型的预测值高度一致，效力排序几乎相同；SARA-ICE的预测值则系统性偏低（更保守），约为其他两种模型的4至5倍。值得注意的是，尽管SARA-ICE将SO60排序为最强致敏物，而GARDskin DR和回归模型将IBOA排序为最强，但各模型间SO60与IBOA的相对效力差异均较小。
4.3 GARDskin MD试验：依据ISO 10993-12在极性和非极性介质中的检测
以IBOA为模型化合物，将其以LLNA EC3浓度（1%）掺入MED-2000材料的生理盐水和橄榄油提取物中，采用GARDskin MD方法进行检测。结果显示，IBOA在极性和非极性提取物中均呈明确阳性，而空白（未掺加）MED-2000提取物均呈阴性。这一结果表明GARDskin MD方法能够依据ISO 10993-12提取流程，在复杂基质中有效检出致敏性浸出物。
五、讨论与结论
讨论部分指出，传统体内方法在检测本研究涉及的部分化合物时存在明显不足：LLNA无法正确识别ACMO、HPMA和SO60的致敏危害，豚鼠试验则无法识别NNDMA的危害且对ACMO和HPMA结果不一致。相比之下，GARDskin DR的检测结果与临床经验高度一致，表明NAMs策略在可穿戴设备领域具有显著的优越性。研究还指出，尽管SARA-ICE与GARDskin DR及回归模型在预测值上存在系统性差异，但各模型间的相关性极高，且差异主要源于模型设定和数据解读方式的不同，而非底层NAM数据本身的差异。值得强调的是，单一的GARDskin DR试验即可产生与多数据源整合的定义方法高度可比的结果，体现了资源效率方面的优势。此外，研究讨论了采用掺加提取物作为代理样品（proxy samples）而非直接测试市售设备的科学合理性：市售设备难以获得阳性对照、化学表征数据通常不公开、且生产批次间存在变异性，而基于特征明确的参考材料制备掺加提取物可实现可重复的实验条件，有利于不同方法间的性能比较。
结论部分总结指出，本研究描述了OECD已验证的GARDskin试验（OECD TG 442E）的两种新应用，旨在满足可穿戴设备和医疗器械的特定检测需求。GARDskin DR试验通过剂量-反应测量预测PoD，为定量风险评估和建立安全阈值浓度提供了工具；对六种与可穿戴设备行业相关的化学物质的检测显示，其预测结果与现有参考数据高度一致，展示了在材料或组件选择中应用"更安全设计"（safer-by-design）策略的潜力。GARDskin MD试验则通过掺加IBOA的MED-2000提取物概念验证研究，证明其能够在极性和非极性两种介质中正确识别致敏信号。综上，GARDskin及其衍生方法被证明是满足可穿戴设备和医疗器械检测需求的有效工具，有望加速该领域从动物实验向NAMs策略的转型。
