細胞毒性

細胞毒性は細胞に対して毒性がある性質です。毒性物質の例としては、有毒金属、有毒化学物質、微生物神経毒、放射線粒子、さらにはシステムのバランスが崩れた場合の特定の神経伝達物質などがあります。また、アルコールなどの一部の薬物^[1]や、パフアダー（Bitis arietans）やドクイトグモ（Loxosceles reclusa ）などの毒も細胞に対して毒性があります。

細胞毒性化合物で細胞を治療すると、さまざまな予後が生じる可能性があります。細胞は壊死を起こし、膜の完全性が失われ、細胞溶解の結果として急速に死滅する可能性があります。細胞は活発な成長と分裂を停止する可能性があり（細胞生存率の低下）、または細胞は制御された細胞死（アポトーシス）の遺伝的プログラムを活性化する可能性があります。

壊死を起こしている細胞は、通常、急速な膨張を示し、膜の完全性を失い、代謝を停止し、その内容物を環境に放出します。体外で急速な壊死を起こしている細胞は、アポトーシス機構を活性化するのに十分な時間やエネルギーがなく、アポトーシスマーカーを発現しません。アポトーシスは、細胞の屈折率の変化、細胞質の収縮、核の凝縮、DNAの一定の大きさの断片への切断など、明確に定義された細胞学的および分子的イベントによって特徴付けられます。培養中のアポトーシスを起こしている細胞は、最終的に二次壊死を起こします。代謝を停止し、膜の完全性を失い、溶解します。^[2]

細胞毒性試験は、化合物ライブラリの細胞毒性をスクリーニングするために製薬業界で広く使用されています。研究者は、たとえば急速に分裂する癌細胞を標的とする治療薬の開発に興味がある場合、細胞毒性化合物を探すことができます。または、医薬品としての開発に投資する前に、初期のハイスループット薬物スクリーニングから「ヒット」をスクリーニングして、望ましくない細胞毒性効果を調べることができます。^[3]

細胞膜の完全性を評価することは、細胞生存率と細胞毒性効果を測定する最も一般的な方法の 1 つです。細胞毒性効果を持つ化合物は、多くの場合、細胞膜の完全性を損なうことがあります。トリパンブルーやヨウ化プロピジウムなどの生体染色色素は、通常、健康な細胞の内部から排除されますが、細胞膜が損傷している場合は、自由に膜を通過して細胞内成分を染色します。^[2]あるいは、通常は細胞内に隔離されている物質が外部に移動するのを監視することで、膜の完全性を評価することもできます。LDH アッセイでは、通常、乳酸脱水素酵素(LDH) という分子が測定されます。LDH は NAD を NADH に還元し、特定のプローブとの相互作用によって色の変化を引き起こします。 ^[4]プロテアーゼ バイオマーカーが特定されており、研究者は同じ細胞集団内の生細胞と死細胞の相対数を測定できます。生細胞プロテアーゼは、健康な細胞膜を持つ細胞でのみ活性であり、細胞が損傷してプロテアーゼが外部環境にさらされると活性を失います。死細胞プロテアーゼは細胞膜を通過できず、細胞が膜の完全性を失った後にのみ培養培地で測定することができる。^[5]

細胞毒性は、3-(4, 5-ジメチル-2-チアゾリル)-2, 5-ジフェニル-2H-テトラゾリウム臭化物 ( MTT ) または水溶性生成物を生成する 2,3-ビス-(2-メトキシ-4-ニトロ-5-スルホフェニル)-2H-テトラゾリウム-5-カルボキサニリド (XTT)、または MTS アッセイを使用して監視することもできます。このアッセイは、比色反応を使用して細胞の還元電位を測定します。生存細胞​​は MTS 試薬を色のついたホルマザン生成物に還元します。蛍光染料のレザズリンを使用した同様の酸化還元ベースのアッセイも開発されています。細胞の酸化還元電位を示す染料を使用して細胞の生存率を監視することに加えて、研究者はATP含有量を生存率のマーカーとして使用するアッセイを開発しました。^{[2]このようなATPベースのアッセイには、ATPが}ルシフェラーゼ反応の制限試薬となる生物発光アッセイが含まれる。^[6]

細胞毒性は、スルホローダミンB（SRB）アッセイ、WSTアッセイ、およびクローン原性アッセイによっても測定できます。

適切なアッセイを組み合わせて同じ細胞に連続して実行することで、アッセイ固有の偽陽性または偽陰性の結果を減らすことができます。可能な組み合わせは LDH-XTT-NR (ニュートラル レッド アッセイ)-SRB で、キット形式でも入手できます。

接着動物細胞の細胞毒性反応をリアルタイムで追跡するラベルフリーのアプローチは、細胞が金膜電極上で増殖する際の電気インピーダンス測定に基づいています。この技術は、電気細胞基質インピーダンスセンシング(ECIS) と呼ばれます。ラベルフリーのリアルタイム技術は、多くの比色エンドポイントアッセイのような単なるスナップショットではなく、細胞毒性反応の動態を提供します。

細胞毒性があると判断された物質、典型的には生物医学的廃棄物には、三角形の中に大文字の「C」が描かれた記号が付けられることが多い。^{[7] [8]}

非常に重要なトピックは、過去の測定、すなわちin-silicoテストに基づいて化合物の細胞毒性を予測することです。 ^[9]この目的のために、多くのQSARおよび仮想スクリーニング方法が提案されています。これらの方法の独立した比較は、「21世紀の毒性学」プロジェクト内で行われています。^[10]

一部の化学療法には細胞分裂を阻害する細胞毒性薬が含まれています。これらの薬は正常細胞と悪性細胞を区別することはできませんが、宿主よりも先に癌細胞を殺すことを目的として細胞分裂の全体的なプロセスを阻害します。^{[11] [12]}

抗体依存性細胞傷害(ADCC) は、特定のリンパ球の細胞殺傷能力を表し、標的細胞が抗体によって標識される必要があります。一方、リンパ球介在性細胞傷害は抗体によって媒介される必要はなく、補体依存性細胞傷害(CDC) も補体系によって媒介されます。

細胞傷害性リンパ球は 3 つのグループに分けられます。

• 細胞傷害性T細胞
• ナチュラルキラー細胞
• ナチュラルキラーT細胞

• 抗網状細胞傷害性血清
• 宿主と病原体の相互作用
• 膜小胞輸送
• ヘビの毒

• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)の細胞毒素