Cytotoksicitet er et stofs evne til at have en toksisk virkning på en celle. Toksiske stoffer omfatter immunceller og nogle typer dyregifte , såsom giften fra den larmende hugorm ( Bitis arietans ) eller den brune eneboeredderkop ( Loxosceles reclusa ).
Under påvirkning af cytotoksiske stoffer udvikler cellernes skæbne sig på forskellige måder. Under udviklingen af nekrose mister celler deres membranintegritet og dør hurtigt som følge af lysis . I et andet tilfælde stopper celler aktivt med at vokse og dele sig (cellelevedygtighed falder), eller en genetisk reguleret proces med programmeret celledød ( apoptose ) aktiveres i dem.
I processen med nekrose svulmer cellerne hurtigt, mister membranens integritet, stopper den metaboliske proces og frigiver deres indhold til det ydre miljø. Celler, der gennemgår hurtig nekrose in vitro, mangler tid og energi til at igangsætte apoptotiske mekanismer og udtrykke markører for apoptotisk død. Apoptose er karakteriseret ved adskillige karakteristiske begivenheder på cellulært og molekylært niveau, herunder ændringer i cellens brydningsindeks , cytoplasmatisk svind, nuklear kondensation og DNA- spaltning til fragmenter af samme størrelse. Cellekulturen, der er gået ind i apoptoseprocessen , passerer i sidste fase gennem sekundær nekrose . Metabolisme stopper i celler , de mister membranintegritet og lyserer [1] .
Cytotoksicitetstestmetoder anvendes i vid udstrækning i den farmaceutiske industri til at screene cytotoksiciteten af forbindelsesbiblioteker. Forskere leder efter en cytotoksisk forbindelse, hvis de for eksempel er interesserede i at udvikle et terapeutisk middel, der er rettet mod hurtigt delende kræftceller. Eller analyser "resulterende" forbindelser i de indledende screeninger af højpotente lægemidler for uønskede cytotoksiske virkninger, før du beslutter dig for at udvikle et farmaceutisk produkt baseret på dem.
Vurdering af cellemembranens integritet er den mest almindelige type analyse af cellelevedygtighed og cytotoksiske virkninger. Som regel krænker stoffer med cytotoksiske virkninger cellemembranens integritet. Farvestoffer til vurdering af cellelevedygtighed - trypanblåt (tripanblåt) og propidiumiodid (propidiumiodid) - kan normalt ikke trænge ind i en sund celle. Men hvis cellemembranen er beskadiget, bliver den permeabel for farvestoffer, og intracellulære komponenter farves [1] . Omvendt involverer en anden vurdering af membranintegritet overvågning af frigivelsen af enzymer, der normalt er isoleret i cellen fra det ydre miljø. Vurderingen af cytotoksicitet ved at bestemme aktiviteten af lactatdehydrogenase (LDH-test) er baseret på undersøgelsen af LDH-molekylet. LDH reducerer NAD (nicotinamid adenin dinucleotid) til NADH (reduceret nicotinamid adenin dinucleotid), hvilket fører til en farveændring ved interaktion med en bestemt probe [2] . Det blev fundet, at protease-biomarkører gør det muligt for forskere at beregne det relative antal levende og døde celler i en enkelt cellepopulation. Den levende celleprotease er kun aktiv i celler med en sund membran, men den mister aktivitet, så snart cellen bliver permeabel, og proteasen udsættes for det ydre miljø. Død celleprotease kan ikke undslippe cellemembranen og kan kun måles i dyrkningsmedium, efter at membranintegriteten er gået tabt [3] .
Cytotoksicitet kan også overvåges med 2-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-3,5-diphenyl-2H-tetrazoliumbromid (MTT) og 2,3-bis-(2-methoxy-4-nitro-5) -sulfophenyl)-2H-tetrazolium-5-carboxanilid (XTT), hvilket danner et vandopløseligt produkt (MTS-test). Denne test evaluerer reduktionspotentialet af en celle under en kolorimetrisk reaktion. Levedygtige celler reducerer MTS-reagenset til farvede formazanderivater. Et lignende redoxassay, der anvender det fluorescerende farvestof resazurin, er også blevet udviklet. Ud over at bruge farvestoffer til at angive cellers redoxpotentiale for at bestemme deres levedygtighed, har forskere udviklet en test, hvor ATP fungerer som en levedygtighedsmarkør [1] . Sådanne ATP-tests inkluderer tests for bioluminescens, hvor ATP er det begrænsende reagens i luciferasereaktionen [4] .
Derudover kan cytotoksicitet vurderes ved hjælp af sulforhodamin-B (SRB) testen, WST testen og klonogenicitetstesten.
Passende tests kan kombineres og udføres sekventielt på de samme celler for at reducere risikoen for testspecifikke falske positive og falske negative. For eksempel kan du bruge en kombination af tests LDH-XTT-NK (neutral rød analyse)-SRB, som er tilgængelige i sættet.
En markørfri tilgang til realtidsovervågning af det cytotoksiske respons i adhærente dyreceller er afhængig af måling af elektrisk modstand, når cellerne dyrkes på guldbelagte elektroder. Denne teknologi kaldes Cell Substrate Electrical Impedance Sensitivity (ECIS). Markørfri realtidsmetoder giver dig mulighed for at studere kinetikken af den cytotoksiske respons og er ikke begrænset til billedet, som kolorimetriske endepunktstests.
Det er yderst relevant at forudsige kemikaliers cytotoksicitet baseret på tidligere vurderinger, det vil sige i silicotest [5] . Til dette formål er der foreslået QSAR-metoder og virtuel screening. En uafhængig sammenligning af disse metoder blev udført inden for rammerne af projektet "Toksikologi i det 21. århundrede" [6] .
Nogle typer kemoterapi indeholder cytotoksiske lægemidler, der specifikt interfererer med celledeling. Disse lægemidler kan ikke skelne mellem normale og ondartede celler, så de blokerer celledelingsprocessen fuldstændigt for at nå at ødelægge kræftceller før patientens død [7] [8] .
Antistofafhængig cellemedieret cytotoksicitet (ADCC) vurderer visse lymfocytters evne til at dræbe celler, for hvilke målceller skal mærkes med antistoffer . Samtidig kræver lymfocyt-medieret cytotoksicitet ikke antistofmediering, ligesom komplement - afhængig cytotoksicitet (CDC) medieret af komplementsystemet.
Der er tre grupper af cytotoksiske lymfocytter: