Il rischio è composto da due parti:la probabilità che qualcosa vada storto e le conseguenti conseguenze se succede. Sebbene i rischi non possano mai essere previsti con certezza, possono essere identificati e analizzati per ridurre le conseguenze potenzialmente catastrofiche, e talvolta mortali, del non prendere in considerazione un rischio. Il processo di identificazione e analisi dei rischi, chiamato analisi del rischio o valutazione del rischio, può essere applicato a tutti gli aspetti della vita, da start-up e problemi di sicurezza a forti tempeste e salute pubblica.

La valutazione del rischio è particolarmente importante in medicina e sanità pubblica, in cui la caratterizzazione dei potenziali effetti negativi sulla salute derivanti dall'esposizione umana ai rischi ambientali e ad altre sostanze chimiche è fondamentale per la sicurezza del pubblico in generale. La valutazione del rischio per la salute è uno dei numerosi strumenti che gli scienziati, agenzie governative, e il pubblico può utilizzare per prendere decisioni su come prevenire e ridurre l'esposizione a sostanze nocive o tossiche.

La relazione tra la quantità di sostanza chimica a cui una persona è esposta e la risposta che una popolazione umana ha alla sostanza chimica è caratterizzata da una relazione dose-risposta, chiamata anche relazione esposizione-risposta. "Studiare la risposta alla dose, e sviluppare modelli dose-risposta, è fondamentale per determinare 'sicuro', livelli e dosaggi "pericolosi" e, se del caso, "benefici" per i farmaci, inquinanti, Alimenti, e altre sostanze a cui sono esposti esseri umani o altri organismi, " spiega James Englehardt, professore all'Università di Miami College of Engineering Department of Civil, Ingegneria architettonica e ambientale. "Queste conclusioni sono spesso la base per le politiche pubbliche".

Tradizionalmente, i modelli dose-risposta vengono sviluppati utilizzando alte dosi di una sostanza chimica sugli animali durante brevi periodi di tempo e misurando la risposta dell'animale. Questi dati vengono successivamente utilizzati per prevedere come reagirebbe un essere umano se esposto alla sostanza chimica a bassi dosaggi per un periodo di tempo più lungo, che è più pratico e applicabile alle condizioni che gli esseri umani devono affrontare. "Gli studi a lungo termine che espongono i soggetti a una piccola quantità di sostanze chimiche per lunghi periodi di tempo sono difficili e costosi da realizzare, rendendo gli studi a breve termine con alti dosaggi l'alternativa fattibile, "dice Englehardt.

Però, identificare le sostanze chimiche che rappresentano un rischio per la salute durante decenni di esposizione a dosi estremamente basse è una sfida, spesso complicate ulteriormente da interazioni con altre sostanze chimiche e problemi relativi alla salute che a volte sono difficili o addirittura impossibili da identificare. Per affrontare questi problemi, il Consiglio nazionale delle ricerche degli Stati Uniti raccomanda di valutare i rischi dello screening ad alto rendimento delle sostanze chimiche (HTS), un metodo per la sperimentazione scientifica che utilizza la robotica, software di elaborazione dati, dispositivi di trattamento dei liquidi, e rivelatori sensibili per condurre rapidamente milioni di sostanze chimiche, test genetici o farmacologici.

Il problema con l'attuale metodo di raccolta dati HTS è che non può misurare le risposte a livello extracellulare, organo, e livelli dell'organismo; funziona solo a livello cellulare. Di conseguenza, HTS è stato a malapena utilizzato per la regolazione chimica. "Al fine di integrare correttamente i dati HTS nella valutazione del rischio e nella regolamentazione delle sostanze chimiche, è necessario un quadro unificante in cui siano considerati tutti i livelli di risposta, "dice Englehardt.

Il recente lavoro di Englehardt, in collaborazione con Weihsueh Chiu, professore al College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences presso la Texas A&M University, ha ricevuto il sostegno della National Science Foundation (NSF) e del National Institutes of Health (NIH) per pubblicare una funzione dose-risposta per sostanze chimiche croniche e altri fattori di stress e miscele per la salute, originariamente derivato e presentato da Englehardt nel 2007, che può fornire il quadro unificante necessario per l'analisi HTS.

La base dietro la nuova funzione dose-risposta di Englehardt è che la relazione tra risposte intracellulari e multiorgano, i processi di governo multicellulari si riflettono nella funzione dose-risposta complessiva. Questa funzione prevede la frazione della popolazione che si ammala a un particolare livello di esposizione o, equivalentemente, la probabilità che qualsiasi individuo selezionato a caso si ammali a qualsiasi dose particolare.

"Questo approccio alla valutazione del rischio è unico in quanto può trarre vantaggio da entrambi gli approcci di modellazione biologica "dal basso verso l'alto", nonché analisi statistiche "top-down" o basate sull'intelligenza artificiale, " dice Englehardt. "Questa nuova relazione dose-risposta aumenterà l'efficienza della valutazione del rischio aiutando gli scienziati, le agenzie governative e il pubblico prendono decisioni migliori e più accurate su come prevenire e ridurre l'esposizione a sostanze nocive o tossiche".

Il progetto di ricerca, intitolato, "Una relazione dose-risposta generale per sostanze chimiche croniche e altri fattori di stress e miscele per la salute basata su un modello di gravità della malattia emergente, " è stato pubblicato sulla prestigiosa PLOS One giornale scientifico.