Risk består av två delar:sannolikheten för att något går fel och de efterföljande konsekvenserna om det gör det. Även om risker aldrig kan förutsägas med säkerhet, de kan identifieras och analyseras för att minska de eventuellt katastrofala – och ibland dödliga – konsekvenserna av att inte ta hänsyn till en risk. Processen att identifiera och analysera risker, kallas riskanalys eller riskbedömning, kan tillämpas på alla aspekter av livet, från nystartade företag och säkerhetsfrågor till svåra stormar och folkhälsa.

Riskbedömning är särskilt viktig inom medicin och folkhälsa, där karakteriseringen av potentiella negativa hälsoeffekter från människors exponering för miljöfaror och andra kemikalier är avgörande för allmänhetens säkerhet. Hälsoriskbedömning är ett av flera verktyg som forskare, statliga myndigheter, och allmänheten kan använda för att fatta beslut om hur man förebygger och minskar exponeringen för skadliga eller giftiga ämnen.

Förhållandet mellan mängden kemikalie en person exponeras för och svaret som en mänsklig befolkning har på kemikalien kännetecknas av ett dos-respons-förhållande – även kallat ett exponering-respons-samband. "Att studera dosrespons, och utveckla dos-responsmodeller, är central för att bestämma "säker", "farliga" och - där det är relevant - "nyttiga" nivåer och doser för droger, föroreningar, mat, och andra ämnen som människor eller andra organismer exponeras för, " förklarar James Englehardt, professor vid University of Miami College of Engineering Department of Civil, Arkitekt- och miljöteknik. "Dessa slutsatser är ofta grunden för allmän ordning."

Traditionellt, Dos-respons-modeller utvecklas med höga doser av en kemikalie på djur under korta tidsperioder och mäter djurets respons. Dessa data används senare för att förutsäga hur en människa skulle reagera när den exponeras för kemikalien i låga doser under en längre tidsperiod, vilket är mer praktiskt och applicerbart på de förhållanden som människor möter. "Långtidsstudier som utsätter försökspersoner för en liten mängd kemikalier under längre tidsperioder är svåra och dyra att genomföra, göra korttidsstudier med höga doser till det genomförbara alternativet, säger Englehardt.

Dock, att identifiera de kemikalier som utgör en hälsorisk under årtionden av exponering vid extremt låga doser är en utmaning, kompliceras ofta ytterligare av interaktioner med andra kemikalier och hälsorelaterade problem som ibland är svåra eller till och med omöjliga att identifiera. För att ta itu med dessa problem, U.S. National Research Council rekommenderar att man bedömer riskerna med kemikalier med hög genomströmning (HTS), en metod för vetenskapliga experiment som använder robotik, programvara för databehandling, vätskehanteringsanordningar, och känsliga detektorer för att snabbt leda miljontals kemikalier, genetiska eller farmakologiska tester.

Problemet med den nuvarande HTS-datainsamlingsmetoden är att den inte kan mäta svaren vid den extracellulära, organ, och organismnivåer; det fungerar bara på cellnivå. Som ett resultat, HTS har knappt använts för kemikaliereglering. "För att korrekt integrera HTS-data i riskbedömning och kemikaliereglering, det måste finnas en enande ram där alla svarsnivåer beaktas, säger Englehardt.

Englehardts senaste arbete, i samarbete med Weihsueh Chiu, professor i College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences vid Texas A&M University, fick stöd från National Science Foundation (NSF) och National Institutes of Health (NIH) för att publicera en dosresponsfunktion för kroniska kemiska och andra hälsostressorer och blandningar, ursprungligen härledd och inlämnad av Englehardt 2007, som kan tillhandahålla det nödvändiga förenande ramverket för HTS-analys.

Grunden bakom Englehardts nyligen publicerade dos-responsfunktion är att förhållandet mellan intracellulära svar och multiorgan, multicellulära styrande processer återspeglas i den övergripande dos-responsfunktionen. Denna funktion förutsäger andelen av befolkningen som blir sjuk vid en viss exponeringsnivå eller, motsvarande, sannolikheten att någon slumpmässigt utvald individ blir sjuk vid en viss dos.

"Det här tillvägagångssättet för riskbedömning är unikt genom att det kan dra fördel av både "bottom-up" biologiskt baserade modelleringsmetoder, såväl som "top-down" statistiska eller artificiell intelligens-baserade analyser, " säger Englehardt. "Detta nya dos-respons-förhållande kommer att öka effektiviteten i riskbedömningen genom att hjälpa forskare, statliga myndigheter och allmänheten fattar bättre och mer exakta beslut om hur man förebygger och minskar exponeringen för skadliga eller giftiga ämnen."

Forskningsprojektet, betitlad, "Ett allmänt dos-responsförhållande för kroniska kemiska och andra hälsostressorer och blandningar baserat på en svårighetsmodell för uppkomsten av sjukdomar, " publicerades i den prestigefyllda PLOS One vetenskaplig Journal.