Цитотоксичность – это качество токсичности для клеток . Примерами токсичных агентов являются токсичные металлы, токсичные химикаты, микробные нейротоксины, радиационные частицы и даже специфические нейротрансмиттеры, когда система вышла из равновесия. Также некоторые виды яда , например, яда слоеной гадюки ( Bitis arietans ) или коричневого паука-отшельника ( Loxosceles reclusa ), токсичны для клеток.
Обработка клеток цитотоксическим соединением может привести к различным судьбам клеток. Клетки могут подвергаться некрозу , при котором они теряют целостность мембраны и быстро погибают в результате лизиса клеток . Клетки могут перестать активно расти и делиться (снижение жизнеспособности клеток), либо клетки могут активировать генетическую программу контролируемой гибели клеток ( апоптоз ).
Клетки, подвергающиеся некрозу, обычно быстро набухают, теряют целостность мембран, прекращают метаболизм и выделяют свое содержимое в окружающую среду. Клетки, которые подвергаются быстрому некрозу in vitro, не имеют достаточно времени или энергии для активации механизма апоптоза и не экспрессируют маркеры апоптоза. Апоптоз характеризуется четко определенными цитологическими и молекулярными событиями, включая изменение показателя преломления клетки, сокращение цитоплазмы, ядерную конденсацию и расщепление ДНК на фрагменты регулярного размера. Клетки в культуре, подвергающиеся апоптозу, в конечном итоге подвергаются вторичному некрозу. Они отключат метаболизм, потеряют целостность мембран и лизируются. [1]
Анализы цитотоксичности широко используются в фармацевтической промышленности для проверки цитотоксичности в библиотеках соединений. Исследователи могут либо искать цитотоксические соединения, если они заинтересованы в разработке терапевтического препарата, нацеленного, например, на быстро делящиеся раковые клетки; или они могут проверять «попадания» в ходе первоначального высокопроизводительного скрининга лекарств на предмет нежелательных цитотоксических эффектов, прежде чем инвестировать в их разработку в качестве фармацевтического препарата. [2]
Оценка целостности клеточных мембран является одним из наиболее распространенных способов измерения жизнеспособности клеток и цитотоксических эффектов. Соединения, обладающие цитотоксическим действием, часто нарушают целостность клеточных мембран. Жизненно важные красители, такие как трипановый синий или йодид пропидия, обычно не попадают внутрь здоровых клеток; однако, если клеточная мембрана повреждена, они свободно пересекают мембрану и окрашивают внутриклеточные компоненты. [1] В качестве альтернативы целостность мембраны можно оценить путем мониторинга прохождения веществ, которые обычно секвестрируются внутри клеток, наружу. Одну молекулу, лактатдегидрогеназу (ЛДГ), обычно измеряют с помощью анализа ЛДГ. ЛДГ восстанавливает НАД до НАДН, что вызывает изменение цвета при взаимодействии со специфическим зондом. [3] Были идентифицированы протеазные биомаркеры, которые позволяют исследователям измерять относительное количество живых и мертвых клеток в одной и той же клеточной популяции. Протеаза живых клеток активна только в клетках со здоровой клеточной мембраной и теряет активность, когда клетка подвергается риску и протеаза подвергается воздействию внешней среды. Протеаза мертвых клеток не может проникать через клеточную мембрану, и ее можно измерить только в культуральной среде после того, как клетки потеряли целостность мембраны. [4]
Цитотоксичность также можно контролировать с помощью 3-(4,5-диметил-2-тиазолил)-2,5-дифенил-2Н-тетразолия бромида ( МТТ ) или 2,3-бис-(2-метокси-4-нитро). -5-сульфофенил)-2Н-тетразолий-5-карбоксанилид (ХТТ), который дает водорастворимый продукт, или анализ МТС. Этот анализ измеряет восстановительный потенциал клетки с помощью колориметрической реакции. Жизнеспособные клетки восстанавливают реагент MTS до окрашенного формазанового продукта. Аналогичный окислительно-восстановительный анализ был также разработан с использованием флуоресцентного красителя резазурина . Помимо использования красителей для определения 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 количество ложноположительных или ложноотрицательных результатов для конкретного анализа. Возможная комбинация — LDH-XTT-NR (анализ нейтрального красного)-SRB, которая также доступна в формате набора.
Безметочный подход к отслеживанию цитотоксической реакции прикрепившихся клеток животных в режиме реального времени основан на измерениях электрического импеданса, когда клетки выращиваются на электродах из золотой пленки. Эта технология называется измерением импеданса подложки электрического элемента (ECIS). Методы реального времени без использования меток позволяют оценить кинетику цитотоксического ответа, а не просто моментальный снимок, как многие колориметрические анализы конечных точек.
Очень важной темой является прогнозирование цитотоксичности химических соединений на основе предыдущих измерений, то есть испытаний in silico . [6] Для этой цели было предложено множество методов QSAR и виртуального скрининга . Независимое сравнение этих методов проведено в рамках проекта «Токсикология XXI века». [7]
Некоторые химиотерапевтические препараты содержат цитотоксические препараты, целью которых является вмешательство в деление клеток. Эти препараты не могут отличить нормальные клетки от злокачественных, но они подавляют общий процесс деления клеток с целью уничтожить раковые клетки раньше хозяев. [8] [9]
Антитело-зависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность (ADCC) описывает способность определенных лимфоцитов убивать клетки , что требует маркировки клетки-мишени антителом . С другой стороны, цитотоксичность, опосредованная лимфоцитами, не обязательно должна быть опосредована антителами; не влияет и комплементзависимая цитотоксичность (CDC), которая опосредована системой комплемента .
Выделяют три группы цитотоксических лимфоцитов :