Citotoksičnost

Citotoksičnost je kvalitetna varijanta toksičnosti za ćelije. Primjeri toksičnih agenasa su imunske ćelije ili neki tipovi toksina, npr. otrov Bitis arietans (ili smeđeg pauka pustinjaka (Loxosceles reclusa).

Fiziologija ćelije

Tretiranje ćelijaa citotoksičnim spojem može rezultirati njihovim različitim sudbinama. Ćelije mogu biti podvrgnute nekrozama, u kojima gube integritet membrane i brzo gibaju kao posljedica lize ćelija. Ćelije mogu prestati da aktivno rastu i dijele se (smanjenje vitalnosti ćelije), ili mogu aktivirati genetički program kontrolirane ćelijske smrti (apoptoza).

Ćelije koje prolaze kroz nekrozu obično pokazuju brzo oticanje, gube integritet membrane, zaustavljaju metabolizam i ispuštaju sadržaj u okolinu. Ćelije koje prolaze kroz brzu nekrozu in vitro nemaju dovoljno vremena ili energije da aktiviraju apoptotske mehanizme i neće eksprimirati apoptotske markere. Apoptoza je karakterizirana dobro definiranim citološkim i molekulskim događajima, uključujući promjenu indeksa refrakcije ćelije, skupljanje citoplazme, jeadrnu kondenzaciju i cijepanje DNK na fragmente pravilne veličine. Ćelije u kulturi koje prolaze kroz apoptozu na kraju ulaze u sekundarnu nekrozu. One će zaustaviti metabolizam, izgubiti integritet membrane i lizirati.^[1] Viperin-CTP-SAH.png

Mjerenje

Farmaceutska industrija naširoko koristi testove citotoksičnosti za skrining citotoksičnosti u bibliotekama spojeva. Istraživači mogu ili tražiti citotoksične spojeve, ako su zainteresirani za razvoj terapeutika koji ciljaju na ćelije raka koje se brzo dijele, naprimjer; ili mogu pregledati "pogotke" iz početnih visokopropusnih pregleda lijekova za neželjene citotoksične efekte prije nego što ulože u njihov razvoj kao farmaceutskog proizvoda.

Procjena integriteta ćelijske membrane jedan je od najčešćih načina mjerenja vitalnosti ćelije i citotoksičnih efekata. Spojevi koji imaju citotoksične efekte često ugrožavaju integritet ćelijske membrane. Vitalne boje, kao što su tripan plavo ili propidij-jodid su normalno isključene iz unutrašnjosti zdravih ćelija; međutim, ako je ćelijska membrana ugrožena, one slobodno prolaze kroz membranu i boje unutarćelijske komponente.^[1] Alternativno, integritet membrane može se procijeniti praćenjem prolaska supstanci koje su normalno sekvestrirane unutar ćelija u vani. Jedma molekula, laktat-dehidrogenaza (LDH), obično se mjeri pomoću LDH testa. LDH reducira NAD u NADH, što izaziva promjenu boje interakcijom sa određenom sondom.^[2] Identificirani su biomarkeri proteaza koji omogućavaju istraživačima mjerenje relativnog broja živih i mrtvih ćelija unutar iste ćelijske populacije. Proteaza živih ćelija aktivna je samo u ćelijama koje imaju zdravu ćelijsku membranu i gubi aktivnost kada je ćelija ugrožena i proteaza izložena spoljašnjem okruženju. Proteaza mrtvih ćelijaa ne može proći ćelijsku membranu i može se mjeriti u mediju kulture samo nakon što ćelije izgube integritet membrane.^[3]

Citotoksičnost se takođe može pratiti pomoću 3-(4,5-dimetil-2-tiazolil)-2,5-difenil-2H-tetrazolij bromida (MTT) ili pomoću 2,3-bis-( 2-metoksi-4-nitro-5-sulfofenil)-2H-tetrazolij-5-karboksanilid (XTT), koji daje proizvod rastvorljiv u vodi, ili MTS test. Ovaj test mjeri redukcijski potencijal ćelije pomoću kolorimetrijske reakcije. Vijabilne ćelije će reducirati MTS reagens u obojeni formazanski proizvod. Sličan test baziran na redoksu također je razvijen korištenjem fluorescentne boje resazurin. Pored upotrebe boja za označavanje redoks potencijala ćelija, kako bi se pratila njihova održivost, razvijeni su i testovi koji koriste sadržaj adenozin-trifosfata, kao marker vitalnosti.^[1] Takvi ATP- bazirani testovi uključuju bioluminiscentne testove u kojima je ATP ograničavajući reagens za luciferaznu reakciju.^[4]

Citotoksičnost se takođe može mjeriti sulforhodaminskim B (SRB) testom, WST testom i klonogenim testom .^[5].

Odgovarajući testovi mogu se kombinovati i izvoditi uzastopno na istim ćelijama, kako bi se smanjili lažno pozitivni ili lažno negativni rezultati specifični za analizu. Moguća kombinacija je LDH-XTT-NR (Neutralni crveni test)-SRB koji je takođe dostupan u formatu kita.

Pristup bez oznaka za praćenje citotoksičnog odgovora adherentnih životinjskih ćelija u realnom vremenu zasniva se na mjerenju električne nezavisnosti kada se ćelije uzgajaju na elektrodama sa zlatnim filmom. Ova tehnologija se naziva senzibiliziranje neovisnosti električne ćelije i supstrata (ECIS). Tehnike u realnom vremenu bez oznaka pružaju kinetiku citotoksičnog odgovora, a ne samo snimak kao mnogi kolorimetrijski testovi krajnje tačke.

Predviđanje

Veoma važna tema je predviđanje citotoksičnosti hemijskih spojeva na osnovu prethodnih mjerenja, tj. testiranjem in silico.^[6] U tu svrhu redloženi su mnogi metodi QSAR i virtuelni skrining. Nezavisno poređenje ovih metoda je urađeno u okviru projekta "Toksikologija u 21. stoljeću".^[7]

Kod kancera

U hemoterapijama, citotoksični lijekovi se koriste za njihovo miješanje na različite načine u ćelijsku diobu. Lijekovi ne mogu razlikovati normalne i maligne ćelije, ali inhibiraju proces ćelijske diobe, s ciljem da ubiju rak prije domaćina.^[8]^[9]

Imunski sistem

Citotoksičnost posredovana ćelijama zavisnim od antitijela (ADCC) opisuje sposobnost ubijanja ćelija određenih limfocita, što zahtijeva da ciljna ćelija bude obilježena antitijelom. Citotoksičnost posredovana limfocitima, s druge strane, ne mora biti posredovana antitijelima; kao ni citotoksičnost zavisna od komplementa (CDC), koja je posredovana sistemom komplementa.

Razlikuju se tri grupe citotoksičnih limfocita:

Sekrecija prirodnih ćelija ubica

Također pogledajte

Reference

^ ^a ^b ^c Riss TL, Moravec RA; Moravec (februar 2004). "Use of multiple assay endpoints to investigate the effects of incubation time, dose of toxin, and plating density in cell-based cytotoxicity assays". Assay Drug Dev Technol. 2 (1): 51–62. doi:10.1089/154065804322966315. PMID 15090210.
^ Decker T, Lohmann-Matthes ML; Lohmann-Matthes (novembar 1988). "A quick and simple method for the quantitation of lactate dehydrogenase release in measurements of cellular cytotoxicity and tumor necrosis factor (TNF) activity". J. Immunol. Methods. 115 (1): 61–9. doi:10.1016/0022-1759(88)90310-9. PMID 3192948.
^ Niles AL, Moravec RA, Eric Hesselberth P, Scurria MA, Daily WJ, Riss TL (juli 2007). "A homogeneous assay to measure live and dead cells in the same sample by detecting different protease markers". Anal. Biochem. 366 (2): 197–206. doi:10.1016/j.ab.2007.04.007. PMID 17512890.
^ Fan F, Wood KV; Wood (februar 2007). "Bioluminescent assays for high-throughput screening". Assay Drug Dev Technol. 5 (1): 127–36. doi:10.1089/adt.2006.053. PMID 17355205. S2CID 10261888.
^ Gavanji S, Bakhtari A, Famurewa AC, Othman EM (januar 2023). "Cytotoxic Activity of Herbal Medicines as Assessed in Vitro: A Review". Chemistry & biodiversity. 20: 3–27. doi:/10.1002/cbdv.202201 Provjerite vrijednost parametra |doi= (pomoć). PMID 36595710 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^ Dearden, J. C. (2003). "In silico prediction of drug toxicity". Journal of Computer-aided Molecular Design. 17 (2–4): 119–27. Bibcode:2003JCAMD..17..119D. doi:10.1023/A:1025361621494. PMID 13677480. S2CID 21518449.
^ "Toxicology in the 21st century Data Challenge" https://tripod.nih.gov/tox21/challenge/leaderboard.jsp
^ Priestman, T. J. (1989). Cancer Chemotherapy: an Introduction (jezik: engleski). doi:10.1007/978-1-4471-1686-8. ISBN 978-3-540-19551-1. S2CID 20058092.
^ "How Is Chemotherapy Used to Treat Cancer?". www.cancer.org (jezik: engleski). Pristupljeno 28. 6. 2021.

Vanjski linkovi

Cytotoxins na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

[riss1-1] Riss TL, Moravec RA; Moravec (februar 2004). "Use of multiple assay endpoints to investigate the effects of incubation time, dose of toxin, and plating density in cell-based cytotoxicity assays". Assay Drug Dev Technol. 2 (1): 51–62. doi:10.1089/154065804322966315. PMID 15090210.

[2] Decker T, Lohmann-Matthes ML; Lohmann-Matthes (novembar 1988). "A quick and simple method for the quantitation of lactate dehydrogenase release in measurements of cellular cytotoxicity and tumor necrosis factor (TNF) activity". J. Immunol. Methods. 115 (1): 61–9. doi:10.1016/0022-1759(88)90310-9. PMID 3192948.

[3] Niles AL, Moravec RA, Eric Hesselberth P, Scurria MA, Daily WJ, Riss TL (juli 2007). "A homogeneous assay to measure live and dead cells in the same sample by detecting different protease markers". Anal. Biochem. 366 (2): 197–206. doi:10.1016/j.ab.2007.04.007. PMID 17512890.

[4] Fan F, Wood KV; Wood (februar 2007). "Bioluminescent assays for high-throughput screening". Assay Drug Dev Technol. 5 (1): 127–36. doi:10.1089/adt.2006.053. PMID 17355205. S2CID 10261888.

[5] Gavanji S, Bakhtari A, Famurewa AC, Othman EM (januar 2023). "Cytotoxic Activity of Herbal Medicines as Assessed in Vitro: A Review". Chemistry & biodiversity. 20: 3–27. doi:/10.1002/cbdv.202201 Provjerite vrijednost parametra |doi= (pomoć). PMID 36595710 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

[Reisfeld2012-6] Dearden, J. C. (2003). "In silico prediction of drug toxicity". Journal of Computer-aided Molecular Design. 17 (2–4): 119–27. Bibcode:2003JCAMD..17..119D. doi:10.1023/A:1025361621494. PMID 13677480. S2CID 21518449.

[TOX21-7] "Toxicology in the 21st century Data Challenge" https://tripod.nih.gov/tox21/challenge/leaderboard.jsp

[8] Priestman, T. J. (1989). Cancer Chemotherapy: an Introduction (jezik: engleski). doi:10.1007/978-1-4471-1686-8. ISBN 978-3-540-19551-1. S2CID 20058092.

[9] "How Is Chemotherapy Used to Treat Cancer?". www.cancer.org (jezik: engleski). Pristupljeno 28. 6. 2021.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]