Cytotoxicita je schopnost látky toxický účinek na buňku. Mezi toxické látky patří imunitní buňky a některé druhy zvířecích jedů , jako je jed zmije hlučné ( Bitis arietans ) nebo pavouka hnědého samotáře ( Loxosceles reclusa ).
Pod vlivem cytotoxických látek se osud buněk vyvíjí různými způsoby. Během rozvoje nekrózy buňky ztrácejí integritu membrány a rychle umírají v důsledku lýzy . V jiném případě buňky přestanou aktivně růst a dělit se (snižuje se životaschopnost buněk), nebo se v nich aktivuje geneticky regulovaný proces programované buněčné smrti ( apoptóza ).
V procesu nekrózy buňky rychle bobtnají, ztrácejí integritu membrány, zastavují metabolický proces a uvolňují svůj obsah do vnějšího prostředí. Buňkám procházejícím rychlou nekrózou in vitro chybí čas a energie k zahájení apoptotických mechanismů a expresi markerů apoptotické smrti. Apoptóza je charakterizována několika charakteristickými událostmi na buněčné a molekulární úrovni, včetně změn v indexu lomu buňky , cytoplazmatického smršťování, jaderné kondenzace a štěpení DNA na fragmenty stejné velikosti. Buněčná kultura, která vstoupila do procesu apoptózy , v konečné fázi prochází sekundární nekrózou . V buňkách se zastavuje metabolismus , ztrácejí integritu membrány a dochází k lýze [1] .
Metody testování cytotoxicity jsou široce používány ve farmaceutickém průmyslu ke screeningu cytotoxicity knihoven sloučenin. Vědci hledají cytotoxickou sloučeninu, pokud mají zájem například o vývoj terapeutické látky, která se zaměřuje na rychle se dělící rakovinné buňky. Nebo analyzujte "výsledné" sloučeniny v počátečních screeningech vysoce účinných léků na nežádoucí cytotoxické účinky, než se rozhodnete vyvinout farmaceutický produkt na jejich základě.
Posouzení integrity buněčné membrány je nejběžnějším typem analýzy buněčné životaschopnosti a cytotoxických účinků. Látky s cytotoxickými účinky zpravidla narušují integritu buněčné membrány. Barviva pro hodnocení životaschopnosti buněk - trypanová modř (tripanová modř) a propidium jodid (propidium jodid) - normálně nemohou proniknout do zdravé buňky. Pokud je však buněčná membrána poškozena, stává se propustnou pro barviva a intracelulární složky se barví [1] . Naopak další hodnocení integrity membrány zahrnuje monitorování uvolňování enzymů, které jsou normálně izolovány v buňce z vnějšího prostředí. Hodnocení cytotoxicity stanovením aktivity laktátdehydrogenázy (LDH-test) je založeno na studiu molekuly LDH. LDH redukuje NAD (nikotinamid adenindinukleotid) na NADH (redukovaný nikotinamid adenindinukleotid), což vede ke změně barvy při interakci s určitou sondou [2] . Bylo zjištěno, že proteázové biomarkery umožňují výzkumníkům vypočítat relativní počet živých a mrtvých buněk v jedné buněčné populaci. Živá buněčná proteáza je aktivní pouze v buňkách se zdravou membránou, ale ztrácí aktivitu, jakmile se buňka stane propustnou a proteáza je vystavena vnějšímu prostředí. Proteáza z mrtvých buněk nemůže uniknout z buněčné membrány a lze ji měřit pouze v kultivačním médiu poté, co byla ztracena integrita membrány [3] .
Cytotoxicitu lze také monitorovat pomocí 2-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-3,5-difenyl-2H-tetrazolium bromidu (MTT) a 2,3-bis-(2-methoxy-4-nitro-5 -sulfofenyl)-2H tetrazolium-5-karboxanilid (XTT), tvořící ve vodě rozpustný produkt (MTS test). Tento test hodnotí redukční potenciál buňky během kolorimetrické reakce. Životaschopné buňky redukují činidlo MTS na barevné deriváty formazanu. Byl také vyvinut podobný redoxní test využívající fluorescenční barvivo resazurin. Kromě použití barviv k indikaci redoxního potenciálu buněk za účelem stanovení jejich životaschopnosti vyvinuli vědci test, kde ATP slouží jako marker životaschopnosti [1] . Mezi takové testy ATP patří testy na bioluminiscenci, kde ATP je limitujícím činidlem v luciferázové reakci [4] .
Kromě toho lze cytotoxicitu hodnotit pomocí testu sulforhodamin-B (SRB), testu WST a testu klonogenicity.
Vhodné testy lze kombinovat a provádět postupně na stejných buňkách, aby se snížilo riziko falešně pozitivních a falešně negativních výsledků specifických pro daný test. Můžete například použít kombinaci testů LDH-XTT-NK (analýza neutrální červeně)-SRB, které jsou k dispozici v sadě.
Bezmarkerový přístup k monitorování cytotoxické reakce v adherentních zvířecích buňkách v reálném čase se opírá o měření elektrického odporu, když buňky rostou na pozlacených elektrodách. Tato technologie se nazývá Cell Substrate Electrical Impedance Sensitivity (ECIS). Metody v reálném čase bez markerů vám umožňují studovat kinetiku cytotoxické odpovědi a nejsou omezeny na obrázek, jako jsou kolorimetrické endpoint testy.
Je velmi důležité předpovídat cytotoxicitu chemikálií na základě předchozích hodnocení, tj . testování in silico [5] . Pro tento účel byly navrženy metody QSAR a virtuální screening. Nezávislé srovnání těchto metod bylo provedeno v rámci projektu „Toxikologie v 21. století“ [6] .
Některé typy chemoterapie obsahují cytotoxická léčiva, která specificky interferují s dělením buněk. Tyto léky nedokážou rozlišit mezi normálními a maligními buňkami, takže zcela blokují proces buněčného dělení, aby měly čas zničit rakovinné buňky před smrtí pacienta [7] [8] .
Cytotoxicita zprostředkovaná buňkami závislá na protilátkách (ADCC) hodnotí schopnost určitých lymfocytů zabíjet buňky, k čemuž musí být cílové buňky označeny protilátkami . Cytotoxicita zprostředkovaná lymfocyty zároveň nevyžaduje zprostředkování protilátkami, stejně jako cytotoxicita závislá na komplementu ( CDC) zprostředkovaná systémem komplementu.
Existují tři skupiny cytotoxických lymfocytů: