stringtranslate.com

Цитотоксичность

Цитотоксичность — это свойство быть токсичным для клеток . Примерами токсичных агентов являются токсичные металлы, токсичные химикаты, микробные нейротоксины, частицы радиации и даже определенные нейротрансмиттеры, когда система выходит из равновесия. Также некоторые виды яда , например, яда шумящей гадюки ( Bitis arietans ) или коричневого паука-отшельника ( Loxosceles reclusa ), токсичны для клеток.

Физиология клетки

Обработка клеток цитотоксическим соединением может привести к различным прогнозам. Клетки могут подвергнуться некрозу , при котором они теряют целостность мембраны и быстро погибают в результате лизиса клеток . Клетки могут перестать активно расти и делиться (снижение жизнеспособности клеток), или клетки могут активировать генетическую программу контролируемой гибели клеток ( апоптоз ).

Клетки, подвергающиеся некрозу, обычно демонстрируют быстрое набухание, теряют целостность мембраны, останавливают метаболизм и высвобождают свое содержимое в окружающую среду. Клетки, подвергающиеся быстрому некрозу in vitro, не имеют достаточного времени или энергии для активации апоптотического механизма и не будут экспрессировать апоптотические маркеры. Апоптоз характеризуется четко определенными цитологическими и молекулярными событиями, включая изменение показателя преломления клетки, сжатие цитоплазмы, ядерную конденсацию и расщепление ДНК на фрагменты регулярного размера. Клетки в культуре, подвергающиеся апоптозу, в конечном итоге подвергаются вторичному некрозу. Они останавливают метаболизм, теряют целостность мембраны и лизируются. [1]

Измерение

Анализы цитотоксичности широко используются фармацевтической промышленностью для скрининга цитотоксичности в библиотеках соединений. Исследователи могут либо искать цитотоксичные соединения, если они заинтересованы в разработке терапевтического средства, нацеленного на быстро делящиеся раковые клетки, например; или они могут скрининговать «попадания» из первоначальных высокопроизводительных скринингов лекарств на нежелательные цитотоксичные эффекты, прежде чем инвестировать в их разработку в качестве фармацевтического средства. [2]

Оценка целостности клеточной мембраны является одним из наиболее распространенных способов измерения жизнеспособности клеток и цитотоксических эффектов. Соединения, которые оказывают цитотоксические эффекты, часто нарушают целостность клеточной мембраны. Жизненно важные красители, такие как трипановый синий или пропидий иодид, обычно исключаются из внутренней части здоровых клеток; однако, если клеточная мембрана была нарушена, они свободно пересекают мембрану и окрашивают внутриклеточные компоненты. [1] Альтернативно, целостность мембраны можно оценить, отслеживая прохождение веществ, которые обычно изолируются внутри клеток, наружу. Одна молекула, лактатдегидрогеназа (ЛДГ), обычно измеряется с помощью анализа ЛДГ. ЛДГ восстанавливает НАД до НАДН, что вызывает изменение цвета при взаимодействии со специфическим зондом. [3] Были идентифицированы биомаркеры протеазы, которые позволяют исследователям измерять относительное количество живых и мертвых клеток в одной и той же популяции клеток. Протеаза живых клеток активна только в клетках, имеющих здоровую клеточную мембрану, и теряет активность, как только клетка нарушена, и протеаза подвергается воздействию внешней среды. Протеаза мертвых клеток не может пересекать клеточную мембрану, и ее можно измерить в культуральной среде только после того, как клетки потеряют целостность своей мембраны. [4]

Цитотоксичность также можно контролировать с помощью 3-(4, 5-диметил-2-тиазолил)-2, 5-дифенил-2H-тетразолий бромида ( MTT ) или с 2,3-бис-(2-метокси-4-нитро-5-сульфофенил)-2H-тетразолий-5-карбоксанилидом (XTT), который дает водорастворимый продукт, или анализ MTS. Этот анализ измеряет восстановительный потенциал клетки с помощью колориметрической реакции. Жизнеспособные клетки будут восстанавливать реагент MTS до окрашенного формазанового продукта. Похожий анализ на основе окислительно-восстановительного потенциала также был разработан с использованием флуоресцентного красителя резазурина . Помимо использования красителей для индикации окислительно-восстановительного потенциала клеток с целью мониторинга их жизнеспособности, исследователи разработали анализы, которые используют содержание АТФ в качестве маркера жизнеспособности. [1] Такие анализы на основе АТФ включают биолюминесцентные анализы, в которых АТФ является лимитирующим реагентом для реакции люциферазы . [5]

Цитотоксичность также можно измерить с помощью анализа сульфородамина B (SRB), анализа WST и клоногенного анализа .

Подходящие анализы можно комбинировать и проводить последовательно на одних и тех же клетках, чтобы уменьшить ложноположительные или ложноотрицательные результаты, специфичные для анализа. Возможная комбинация — LDH-XTT-NR (анализ нейтрального красного)-SRB, которая также доступна в формате набора.

Подход без меток для отслеживания цитотоксического ответа прикрепленных клеток животных в режиме реального времени основан на измерениях электрического импеданса, когда клетки выращиваются на электродах из золотой пленки. Эта технология называется измерением электрического импеданса между клетками и субстратом (ECIS). Методы реального времени без меток обеспечивают кинетику цитотоксического ответа, а не просто моментальный снимок, как многие колориметрические анализы конечных точек.

Материал, который был определен как цитотоксичный, как правило, биомедицинские отходы , часто маркируется символом, который состоит из заглавной буквы «С» внутри треугольника. [6] [7]

Прогноз

Крайне важной темой является прогнозирование цитотоксичности химических соединений на основе предыдущих измерений, т.е. in-silico тестирование. [8] Для этой цели было предложено много методов QSAR и виртуального скрининга . Независимое сравнение этих методов было проведено в рамках проекта «Токсикология в 21 веке». [9]

Раковые заболевания

Некоторые химиотерапии содержат цитотоксические препараты, цель которых — помешать делению клеток. Эти препараты не могут отличить нормальные клетки от злокачественных, но они подавляют общий процесс деления клеток с целью убить раковые клетки до того, как они поразят хозяев. [10] [11]

Иммунная система

Антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность (ADCC) описывает способность определенных лимфоцитов убивать клетки , для чего требуется, чтобы клетка-мишень была помечена антителом . С другой стороны, лимфоцитарно-опосредованная цитотоксичность не обязательно должна быть опосредована антителами; как и комплемент-зависимая цитотоксичность (CDC), которая опосредована системой комплемента .

Различают три группы цитотоксических лимфоцитов :

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Riss TL, Moravec RA (февраль 2004 г.). «Использование конечных точек множественного анализа для исследования эффектов времени инкубации, дозы токсина и плотности посева в анализах цитотоксичности на основе клеток». Assay Drug Dev Technol . 2 (1): 51–62. doi :10.1089/154065804322966315. PMID  15090210.
  2. ^ Gavanji S, Bakhtari A, Famurewa AC, Othman EM (январь 2023 г.). «Цитотоксическая активность растительных лекарственных средств по оценке in vitro: обзор». Химия и биоразнообразие . 20 (2): 3–27. doi : 10.1002/cbdv.202201098 . PMID  36595710. S2CID  255473013.
  3. ^ Decker T, Lohmann-Matthes ML (ноябрь 1988 г.). «Быстрый и простой метод количественного определения высвобождения лактатдегидрогеназы при измерениях клеточной цитотоксичности и активности фактора некроза опухоли (ФНО)». J. Immunol. Methods . 115 (1): 61–9. doi :10.1016/0022-1759(88)90310-9. PMID  3192948.
  4. ^ Niles AL, Moravec RA, Eric Hesselberth P, Scurria MA, Daily WJ, Riss TL (июль 2007 г.). «Гомогенный анализ для измерения живых и мертвых клеток в одном образце путем обнаружения различных маркеров протеазы». Anal. Biochem . 366 (2): 197–206. doi :10.1016/j.ab.2007.04.007. PMID  17512890.
  5. ^ Fan F, Wood KV (февраль 2007 г.). «Биолюминесцентные анализы для высокопроизводительного скрининга». Assay Drug Dev Technol . 5 (1): 127–36. doi :10.1089/adt.2006.053. PMID  17355205. S2CID  10261888.
  6. ^ Easty, AC; Coakley, N.; Cheng, R.; Cividino, M.; Savage, P.; Tozer, R.; White, RE (февраль 2015 г.). «Безопасное обращение с цитотоксическими препаратами: рекомендации руководства». Current Oncology . 22 (1): e27–e37. doi :10.3747/co.21.2151. ISSN  1198-0052. PMC 4324350 . PMID  25684994. 
  7. ^ Капур, Малини Р.; Бховмик, Кумар Тапас (2017). «Распространение цитотоксических препаратов, безопасность цитотоксических препаратов и управление цитотоксическими отходами: практика и предлагаемые специфичные для Индии рекомендации». Индийский журнал медицинской и детской онкологии . 38 (2): 190–197. doi : 10.4103/ijmpo.ijmpo_174_16 (неактивен 2024-07-11). ISSN  0971-5851. PMC 5582558. PMID 28900329  . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июль 2024 г. ( ссылка )
  8. ^ Dearden, JC (2003). «Прогнозирование токсичности лекарств in silico». Журнал компьютерного молекулярного дизайна . 17 (2–4): 119–127. Bibcode : 2003JCAMD..17..119D. doi : 10.1023/A:1025361621494. PMID  13677480. S2CID  21518449.
  9. ^ «Токсикология в XXI веке. Проблема данных» https://tripod.nih.gov/tox21/challenge/leaderboard.jsp
  10. ^ Пристман, Т. Дж. (1989). Химиотерапия рака: введение . doi : 10.1007/978-1-4471-1686-8. ISBN 978-3-540-19551-1. S2CID  20058092.
  11. ^ «Как химиотерапия используется для лечения рака?». www.cancer.org . Получено 28.06.2021 .

Внешние ссылки