La citotoxicidad es la cualidad de ser tóxico para las células . Ejemplos de agentes tóxicos son metales tóxicos, sustancias químicas tóxicas, neurotoxinas microbianas, partículas de radiación e incluso neurotransmisores específicos cuando el sistema está desequilibrado. También algunos tipos de veneno , por ejemplo el de la víbora ( Bitis arietans ) o el de la araña reclusa parda ( Loxosceles reclusa ), son tóxicos para las células.
El tratamiento de células con el compuesto citotóxico puede dar como resultado una variedad de destinos celulares. Las células pueden sufrir necrosis , en la que pierden la integridad de la membrana y mueren rápidamente como resultado de la lisis celular . Las células pueden dejar de crecer y dividirse activamente (una disminución de la viabilidad celular), o pueden activar un programa genético de muerte celular controlada ( apoptosis ).
Las células que sufren necrosis suelen exhibir una rápida inflamación, pierden la integridad de la membrana, cierran el metabolismo y liberan su contenido al medio ambiente. Las células que sufren una necrosis rápida in vitro no tienen suficiente tiempo ni energía para activar la maquinaria apoptótica y no expresarán marcadores apoptóticos. La apoptosis se caracteriza por eventos citológicos y moleculares bien definidos que incluyen un cambio en el índice de refracción de la célula, contracción citoplasmática, condensación nuclear y escisión del ADN en fragmentos de tamaño regular. Las células en cultivo que están sufriendo apoptosis eventualmente sufren necrosis secundaria. Detendrán el metabolismo, perderán la integridad de la membrana y se lisarán. [1]
Los ensayos de citotoxicidad se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica para detectar citotoxicidad en bibliotecas de compuestos. Los investigadores pueden buscar compuestos citotóxicos, si están interesados en desarrollar una terapia dirigida a las células cancerosas que se dividen rápidamente, por ejemplo; o pueden detectar los "resultados" de las pruebas iniciales de fármacos de alto rendimiento para detectar efectos citotóxicos no deseados antes de invertir en su desarrollo como producto farmacéutico. [2]
La evaluación de la integridad de la membrana celular es una de las formas más comunes de medir la viabilidad celular y los efectos citotóxicos. Los compuestos que tienen efectos citotóxicos a menudo comprometen la integridad de la membrana celular. Los colorantes vitales, como el azul tripán o el yoduro de propidio, normalmente quedan excluidos del interior de las células sanas; sin embargo, si la membrana celular se ha visto comprometida, cruzan libremente la membrana y tiñen los componentes intracelulares. [1] Alternativamente, la integridad de la membrana se puede evaluar monitoreando el paso de sustancias que normalmente están secuestradas dentro de las células al exterior. Una molécula, la lactato deshidrogenasa (LDH), se mide comúnmente mediante el ensayo de LDH. La LDH reduce el NAD a NADH, lo que provoca un cambio de color mediante la interacción con una sonda específica. [3] Se han identificado biomarcadores de proteasa que permiten a los investigadores medir números relativos de células vivas y muertas dentro de la misma población celular. La proteasa de células vivas sólo está activa en células que tienen una membrana celular sana y pierde actividad una vez que la célula se ve comprometida y la proteasa se expone al entorno externo. La proteasa de las células muertas no puede cruzar la membrana celular y sólo puede medirse en medios de cultivo después de que las células hayan perdido la integridad de su membrana. [4]
La citotoxicidad también se puede controlar utilizando el bromuro de 3-(4,5-dimetil-2-tiazolil)-2,5-difenil-2H-tetrazolio ( MTT ) o con 2,3-bis-(2-metoxi-4-nitro). -5-sulfofenil)-2H-tetrazolio-5-carboxanilida (XTT), que produce un producto soluble en agua, o el ensayo MTS. Este ensayo mide el potencial reductor de la célula mediante una reacción colorimétrica. Las células viables reducirán el reactivo MTS a un producto de formazán coloreado . También se ha desarrollado un ensayo similar basado en redox utilizando el tinte fluorescente resazurina . Además de utilizar tintes para indicar el potencial redox de las células con el fin de controlar su viabilidad, los investigadores han desarrollado ensayos que utilizan el contenido de ATP como marcador de viabilidad. [1] Dichos ensayos basados en ATP incluyen ensayos bioluminiscentes en los que el ATP es el reactivo limitante para la reacción de la luciferasa . [5]
La citotoxicidad también se puede medir mediante el ensayo de sulforodamina B (SRB), el ensayo WST y el ensayo clonogénico .
Los ensayos adecuados se pueden combinar y realizar secuencialmente en las mismas células para reducir los resultados falsos positivos o falsos negativos específicos del ensayo. Una posible combinación es LDH-XTT-NR (ensayo de rojo neutro)-SRB, que también está disponible en formato de kit.
Un enfoque sin etiquetas para seguir la respuesta citotóxica de las células animales adherentes en tiempo real se basa en mediciones de impedancia eléctrica cuando las células se cultivan en electrodos de película de oro. Esta tecnología se conoce como detección de impedancia del sustrato de celda eléctrica (ECIS). Las técnicas en tiempo real sin etiquetas proporcionan la cinética de la respuesta citotóxica en lugar de solo una instantánea como muchos ensayos colorimétricos de criterio de valoración.
Un tema muy importante es la predicción de la citotoxicidad de compuestos químicos basándose en mediciones previas, es decir, pruebas in silico . [6] Para este propósito se han sugerido muchos métodos QSAR y de detección virtual . Se ha realizado una comparación independiente de estos métodos en el marco del proyecto "Toxicología en el siglo XXI". [7]
Algunas quimioterapias contienen fármacos citotóxicos, cuyo objetivo es interferir con la división celular. Estos medicamentos no pueden distinguir entre células normales y malignas, pero inhiben el proceso general de división celular con el propósito de matar los cánceres antes que los huéspedes. [8] [9]
La citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos (ADCC) describe la capacidad de destrucción de células de ciertos linfocitos , lo que requiere que la célula diana esté marcada por un anticuerpo . Por otra parte, la citotoxicidad mediada por linfocitos no tiene por qué estar mediada por anticuerpos; tampoco lo hace la citotoxicidad dependiente del complemento (CDC), que está mediada por el sistema del complemento .
Se distinguen tres grupos de linfocitos citotóxicos: