Badanie rakotwórczości chemikaliów polega głównie na doświadczeniach ze zwierzętami. Zwykle badana jest przeżywalność gryzoni pod presją kontaktu z chemikaliami. Dawki podawane zwierzętom w czasie tych badań utrzymuje się na poziomie mniejszym lub równym maksymalnej dawce, która nie zmniejsza przeżywalności (z wyjątkiem spowodowanej rozwojem nowotworu) ani nie powoduje powstania klinicznych symptomów zatrucia. Często dawka ta nazywana jest Maksymalną Dawką Tolerowaną lub MTD. Prowadzenie badań przy tak dużych dawkach wynika z zamiaru zwiększenia prawdopodobieństwa zaindukowania raka w skończonym czasie przeznaczonym na eksperyment.

Badania takie są bardzo kosztowne i mogą być prowadzone tylko dla ograniczonej liczby ważnych gospodarczo produktów chemicznych. Pomimo konieczności posiadania takich informacji, zdarzają się pułapki przy ich interpretacji.

Ograniczenia metody polegają na trzech kwestiach:
a) ograniczenia statystyczne, wynikające z niewystarczającej wielkości grupy badanych zwierząt,
b) trudności w ocenie stosowności przewidywania podatności ludzi na pewne typy nowotworów badane na zwierzętach,
c) niepewność ekstrapolacji wyników do niskich dawek.

Ograniczona liczebność grup badanych.

Kwestia ta była już omawiana w części dotyczącej badań na zwierzętach w ogóle. W populacji ludzkiej już 1% wzrostu zachorowań stanowi poważny problem. W celu zapewnienia zwiększenia o 1% częstości wystąpienia raka ponad poziom normalny, przy pewności detekcji rzędu 10%, należałoby teoretycznie użyć grupy 20,000 zwierząt. Rzeczywiście, w 1980 roku wykonano taki "wielki eksperyment z myszą", wyceniony na 15 mln$, dla silnego doświadczalnego kancerogenu 2-acetylo,aminofluorenu. Postawiono tam zadanie: zbadać zależności dawka-reakcja w zakresie niskich dawek. Oczywiście badanie zwiększenia częstości wystąpienia raka o 0.0001% jest niepraktyczne. Niemniej jest to często zadaniem stawianym przez prawodawców w celu oceny możliwości zapewnienia populacji ludzkiej akceptowalnej społecznie ochrony przed skażeniami.

Porównywalność nowotworów.

Bardzo poważne kontrowersje toczą się wokół możliwości oceny wystąpienia nowotworów u ludzi na podstawie badań pewnych typów raka stwierdzonych u zwierząt. Dotyczy to raka wątroby spotykanego u myszy, raka nerek u samców szczura, raka pęcherza u gryzoni indukowanego przez kancerogeny niegenotoksyczne, jak też niektórych innych nowotworów poznanych w czasie prac eksperymentalnych.

Przede wszystkim rak wątroby jest rzadki u ludzi. Tymczasem szczepy myszy (mysz B6C3F1), najczęściej używane do takich badań w USA, cechują się normalną częstością wystąpienia raka wątroby rzędu 18 do 47% u samców i 3 do 8% u samic. Taka częstość wynika z licznych nieokreślonych czynników, jak podawanie hormonów lub stosowana dieta. Dlatego, jeśli zwierzęta doświadczalne są traktowane dawkami chemikalii na poziomie bliskim maksymalnej dawki tolerowanej (MTD), która zwykle jest o kilka rzędów wyższa niż spodziewana wartość stężeń podczas ekspozycji ludzi, to może powstać problem przesłonięcia wyników doświadczenia przez procesy niefizjologiczne (np. przełamanie mechanizmów detoksykacji), które nie występują przy niskich dawkach.

Liczne (jeśli nie większość) substancji zaklasyfikowanych jako potencjalne kancerogeny uzyskały swoją ocenę wyłącznie na podstawie faktu zaindukowania nowotworu wątroby w takich wyselekcjonowanych szczepach myszy i szczurów. Inaczej niż w USA, trzy z agencji europejskich przyjmują z zastrzeżeniem stwierdzenie raka wątroby u gryzoni przy dużych dawkach (np. indukowanego przez insektycyd lindan) z uwagi na niegenotoksyczny mechanizm działania. Gdyż wynik ten nie ma jednoznacznego przeniesienia na ludzi przy realnie występujących ekspozycjach.

Rak pęcherza u gryzoni jest powodem innych kontrowersji. Wprawdzie tło częstości wystąpienia raka pęcherza u szczurów jest niskie, jednak chroniczna ekspozycja na znaczną liczbę czynników podrażniających lub powodujących urazy nabłonka pęcherza może przyczynić się do przyspieszenia podziału komórek, którego skutkiem będzie powstanie nowotworu. Przykładami takich czynników promujących raka są stałe ciała obce, zmiana pH moczu, czy zakażenia. Dlatego, wiele substancji powodujących powstanie tego rodzaju raka u gryzoni, np. dodatki do żywności (cyklamaty, sacharyna, o-fenylofenol, jak też butylowany hydroksyanizol BHA) są obecnie uznawane za promotory.

Takie różnice opinii w interpretacji badań nad rakiem powodują niepokojącą sytuację, że dany związek jest uważany za rakotwórczy w jednym kraju, a w innym nie. Ostatnio WHO International Agency for Research on Cancer (IARC), w celu standaryzacji oceny jakości takich jak przedstawione badań, zmierza do opracowania powszechnie akceptowanej dyrektywy. Opracowania z tym związane są regularnie publikowane w serii "IARC Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risks to Humans".

Pamiętając o omówionych powyżej sprawach, uważamy jednak, że dla wielu substancji myszy i szczury stanowią dobry model organizmu człowieka. W przypadku kancerogenów o znanych danych toksykologicznych dla ludzi wykazała to dozymetria komparatywna. W tych przykładach uzgodnione dane z doświadczeń na zwierzętach są istotnie przydatne (w granicach rzędu wielkości) do przewidywania reakcji ludzi na kancerogen.

Inne testy

Jak już wspomniano, toksykolodzy stwierdzili, że substancje chemiczne, znane ze swojej zdolności do inicjacji nowotworu, również powodują mutację u bakterii i innych krótko żyjących organizmów doświadczalnych. Ponieważ wszystkie organizmy mają taką samą strukturę DNA, takie testy mogą być podstawą przewidywania kancerogeniczności. Jednak dość dobre korelacje między mutagenicznością i kancerogenicznością stwierdzono tylko dla inicjatorów i samoistnych kancerogenów, a nie ma korelacji dla substancji działających jak promotory. W celu przewidywania potencjalnego efektu kancerogenezy używa się następujących punktów końcowych:

• Mutacje punktowe (zamiana par zasad, przesunięcia na szkielecie, małe dodatki lub ubytki)
• Zaburzenia naprawy DNA (nieprawidłowe syntezy DNA)
• Efekty klastogeniczne (pęknięcia chromosomów powodujące powstawanie niekompletnych, utratę lub przebudowę chromosomów)

Obecnie są dostępne liczne testy: od opartych na bakteriach (test Ames'a), drożdżach, kulturach komórkowych ssaków, do żywych organizmów zwierzęcych (muszki owocowe, myszy). Zwykle analizuje się wyniki układów testów reprezentatywnych dla wszystkich trzech kategorii.

Łatwo można przeprowadzić krótkie testy in-vitro, które umożliwiają uzyskanie ogromnej ilości danych o różnej jakości. Znawcy tematu proponują nazwać "niemutagenicznymi" wszystkie chemikalia, które jeszcze nie były badane przy użyciu wystarczającej liczby testów. Kiedy posługujemy się danymi tego rodzaju dobrze jest polegać na wynikach więcej niż jednego systemu testów. Lepiej sporządzić ocenę opartą o kilka źródeł. Wreszcie trzeba pamiętać, że pozytywny wynik testu mutageniczności daje tylko wskazanie na możliwość kancerogenności i powinien stanowić tylko informację pomocniczą.