Cytotoxicitet är ett ämnes förmåga att ha en toxisk effekt på en cell. Toxiska medel inkluderar immunceller och vissa typer av djurgifter , såsom giftet från den bullriga huggormen ( Bitis arietans ) eller den bruna enstöringsspindeln ( Loxosceles reclusa ).
Under påverkan av cellgifter utvecklas cellers öde på olika sätt. Under utvecklingen av nekros förlorar celler sin membranintegritet och dör snabbt som ett resultat av lys . I ett annat fall slutar cellerna att aktivt växa och dela sig (cellviabiliteten minskar), eller så aktiveras en genetiskt reglerad process av programmerad celldöd ( apoptos ) i dem.
I processen med nekros , sväller cellerna snabbt, förlorar membranets integritet, stoppar den metaboliska processen och släpper deras innehåll i den yttre miljön. Celler som genomgår snabb nekros in vitro saknar tid och energi för att initiera apoptotiska mekanismer och uttrycka markörer för apoptotisk död. Apoptos kännetecknas av flera karakteristiska händelser på cellulär och molekylär nivå, inklusive förändringar i cellens brytningsindex , cytoplasmisk krympning, kärnkondensation och DNA- klyvning till fragment av samma storlek. Cellkulturen som har gått in i apoptosprocessen , i slutskedet, passerar genom sekundär nekros . Metabolismen stannar i cellerna , de förlorar membranintegriteten och lyserar [1] .
Cytotoxicitetstestmetoder används i stor utsträckning inom läkemedelsindustrin för att screena cytotoxiciteten hos föreningsbibliotek. Forskare letar efter en cellgift om de till exempel är intresserade av att utveckla ett terapeutiskt medel som riktar sig mot snabbt delande cancerceller. Eller analysera "resulterande" föreningar i de första screeningarna av högpotenta läkemedel för oönskade cytotoxiska effekter innan du bestämmer dig för att utveckla en farmaceutisk produkt baserad på dem.
Bedömning av cellmembranets integritet är den vanligaste typen av analys av cellviabilitet och cytotoxiska effekter. Som regel kränker substanser med cytotoxiska effekter cellmembranets integritet. Färgämnen för bedömning av cellviabilitet - trypanblått (tripanblått) och propidiumjodid (propidiumjodid) - kan normalt inte tränga in i en frisk cell. Men om cellmembranet är skadat blir det genomsläppligt för färgämnen och intracellulära komponenter färgas [1] . Omvänt involverar en annan bedömning av membranintegritet övervakning av frisättningen av enzymer som normalt isoleras i cellen från den yttre miljön. Bedömningen av cytotoxicitet genom att bestämma aktiviteten av laktatdehydrogenas (LDH-test) baseras på studien av LDH-molekylen. LDH reducerar NAD (nikotinamidadenindinukleotid) till NADH (reducerad nikotinamidadenindinukleotid), vilket leder till en färgförändring vid interaktion med en viss sond [2] . Det visade sig att proteasbiomarkörer tillåter forskare att beräkna det relativa antalet levande och döda celler i en enda cellpopulation. Det levande cellproteaset är endast aktivt i celler med ett friskt membran, men det tappar aktivitet så fort cellen blir permeabel och proteaset exponeras för den yttre miljön. Dött cellproteas kan inte fly från cellmembranet och kan endast mätas i odlingsmedium efter att membranintegriteten har gått förlorad [3] .
Cytotoxicitet kan också övervakas med 2-(4,5-dimetyl-2-tiazolyl)-3,5-difenyl-2H-tetrazoliumbromid (MTT) och 2,3-bis-(2-metoxi-4-nitro-5) -sulfofenyl)-2H-tetrazolium-5-karboxanilid (XTT), vilket bildar en vattenlöslig produkt (MTS-test). Detta test utvärderar reduktionspotentialen hos en cell under en kolorimetrisk reaktion. Livskraftiga celler reducerar MTS-reagenset till färgade formazanderivat. En liknande redoxanalys med användning av det fluorescerande färgämnet resazurin har också utvecklats. Förutom att använda färgämnen för att indikera cellers redoxpotential för att bestämma deras livsduglighet, har forskare utvecklat ett test där ATP fungerar som en livskraftsmarkör [1] . Sådana ATP-tester inkluderar tester för bioluminescens, där ATP är det begränsande reagenset i luciferasreaktionen [4] .
Dessutom kan cytotoxicitet bedömas med sulforhodamine-B (SRB)-testet, WST-testet och klonogenicitetstestet.
Lämpliga tester kan kombineras och utföras sekventiellt på samma celler för att minska risken för testspecifika falska positiva och falska negativa. Till exempel kan du använda en kombination av tester LDH-XTT-NK (neutral röd analys)-SRB, som finns i satsen.
En markörfri metod för realtidsövervakning av det cytotoxiska svaret i vidhäftande djurceller bygger på mätning av elektriskt motstånd när cellerna odlas på guldpläterade elektroder. Denna teknik kallas Cell Substrate Electrical Impedance Sensitivity (ECIS). Markörfria realtidsmetoder låter dig studera kinetiken för det cytotoxiska svaret, och är inte begränsade till bilden, som kolorimetriska endpoint-tester.
Det är mycket relevant att förutsäga kemikaliers cytotoxicitet baserat på tidigare bedömningar, d.v.s. i kiseltestning [5] . För detta ändamål har QSAR-metoder och virtuell screening föreslagits. En oberoende jämförelse av dessa metoder gjordes inom ramen för projektet "Toxikologi under 2000-talet" [6] .
Vissa typer av kemoterapi innehåller cellgifter som specifikt stör celldelningen. Dessa läkemedel kan inte skilja mellan normala och maligna celler, så de blockerar celldelningsprocessen helt för att hinna förstöra cancerceller innan patientens död [7] [8] .
Antikroppsberoende cellmedierad cytotoxicitet (ADCC) bedömer förmågan hos vissa lymfocyter att döda celler, för vilka målceller måste märkas med antikroppar . Samtidigt kräver lymfocytmedierad cytotoxicitet inte antikroppsförmedling, liksom komplementberoende cytotoxicitet ( CDC ) medierad av komplementsystemet.
Det finns tre grupper av cytotoxiska lymfocyter: