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 подвергается нарушению, 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 окислительно-восстановительный анализ 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 клеточного субстрата (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