La citotoxicidad es la capacidad de una sustancia para tener un efecto tóxico en una célula. Los agentes tóxicos incluyen células inmunitarias y algunos tipos de venenos animales , como el veneno de la víbora ruidosa ( Bitis arietans ) o la araña reclusa parda ( Loxosceles reclusa ).
Bajo la influencia de sustancias citotóxicas, el destino de las células se desarrolla de diferentes maneras. Durante el desarrollo de la necrosis , las células pierden la integridad de su membrana y mueren rápidamente como resultado de la lisis . En otro caso, las células dejan de crecer y dividirse activamente (disminuye la viabilidad celular), o se activa en ellas un proceso genéticamente regulado de muerte celular programada ( apoptosis ).
En el proceso de necrosis , las células se hinchan rápidamente, pierden la integridad de la membrana, detienen el proceso metabólico y liberan su contenido al medio externo. Las células que experimentan una rápida necrosis in vitro carecen del tiempo y la energía para iniciar mecanismos apoptóticos y expresar marcadores de muerte apoptótica. La apoptosis se caracteriza por varios eventos característicos a nivel celular y molecular, incluidos los cambios en el índice de refracción de la célula , el encogimiento del citoplasma, la condensación nuclear y la escisión del ADN en fragmentos de igual tamaño. El cultivo celular que ha entrado en proceso de apoptosis , en la etapa final, pasa por necrosis secundaria . El metabolismo se detiene en las células , pierden la integridad de la membrana y se lisan [1] .
Los métodos de prueba de citotoxicidad se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica para detectar la citotoxicidad de las bibliotecas de compuestos. Los investigadores están buscando un compuesto citotóxico si están interesados, por ejemplo, en desarrollar un agente terapéutico que se dirija a las células cancerosas que se dividen rápidamente. O analice los compuestos "resultantes" en las pantallas iniciales de fármacos de alta potencia en busca de efectos citotóxicos no deseados antes de decidirse a desarrollar un producto farmacéutico basado en ellos.
La evaluación de la integridad de la membrana celular es el tipo más común de análisis de viabilidad celular y efectos citotóxicos. Como regla general, las sustancias con efectos citotóxicos violan la integridad de la membrana celular. Los tintes para evaluar la viabilidad de las células (azul de tripano) y yoduro de propidio (yoduro de propidio) normalmente no pueden penetrar en una célula sana. Pero si la membrana celular está dañada, se vuelve permeable a los colorantes y los componentes intracelulares se tiñen [1] . Por el contrario, otra evaluación de la integridad de la membrana implica monitorear la liberación de enzimas que normalmente están aisladas dentro de la célula del ambiente exterior. La evaluación de la citotoxicidad mediante la determinación de la actividad de lactato deshidrogenasa (prueba LDH) se basa en el estudio de la molécula LDH. La LDH reduce el NAD (dinucleótido de nicotinamida y adenina) a NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido), lo que provoca un cambio de color cuando interactúa con una determinada sonda [2] . Se descubrió que los biomarcadores de proteasa permiten a los investigadores calcular el número relativo de células vivas y muertas en una sola población celular. La proteasa de células vivas es activa solo en células con una membrana sana, pero pierde actividad tan pronto como la célula se vuelve permeable y la proteasa se expone al ambiente externo. La proteasa de células muertas no puede escapar de la membrana celular y solo puede medirse en un medio de cultivo después de que se haya perdido la integridad de la membrana [3] .
La citotoxicidad también se puede controlar con bromuro de 2-(4,5-dimetil-2-tiazolil)-3,5-difenil-2H-tetrazolio (MTT) y 2,3-bis-(2-metoxi-4-nitro-5 -sulfofenil)-2H tetrazolio-5-carboxanilida (XTT), formando un producto soluble en agua (prueba MTS). Esta prueba evalúa el potencial de reducción de una celda durante una reacción colorimétrica. Las células viables reducen el reactivo MTS a derivados de formazán coloreados. También se ha desarrollado un ensayo redox similar utilizando el colorante fluorescente resazurina. Además de usar tintes para indicar el potencial redox de las células para determinar su viabilidad, los investigadores han desarrollado una prueba en la que el ATP sirve como marcador de viabilidad [1] . Tales pruebas de ATP incluyen pruebas de bioluminiscencia, donde el ATP es el reactivo limitante en la reacción de la luciferasa [4] .
Además, la citotoxicidad se puede evaluar mediante la prueba de sulforhodamina -B (SRB), la prueba WST y la prueba de clonogenicidad.
Las pruebas adecuadas se pueden combinar y realizar secuencialmente en las mismas células para reducir el riesgo de falsos positivos y falsos negativos específicos de la prueba. Por ejemplo, puede utilizar una combinación de pruebas LDH-XTT-NK (análisis de rojo neutro)-SRB, que están disponibles en el kit.
Un enfoque sin marcadores para el control en tiempo real de la respuesta citotóxica en células animales adherentes se basa en la medición de la resistencia eléctrica cuando las células se cultivan en electrodos chapados en oro. Esta tecnología se denomina Sensibilidad de impedancia eléctrica del sustrato celular (ECIS). Los métodos en tiempo real sin marcadores le permiten estudiar la cinética de la respuesta citotóxica y no se limitan a la imagen, como las pruebas colorimétricas de punto final.
Es muy relevante predecir la citotoxicidad de los productos químicos en función de evaluaciones previas, es decir, pruebas in silico [5] . Para ello se han propuesto métodos QSAR y cribado virtual. Se llevó a cabo una comparación independiente de estos métodos en el marco del proyecto "Toxicología en el siglo XXI" [6] .
Algunos tipos de quimioterapia contienen fármacos citotóxicos que interfieren específicamente con la división celular. Estos medicamentos no pueden distinguir entre células normales y malignas, por lo que bloquean completamente el proceso de división celular para tener tiempo de destruir las células cancerosas antes de la muerte del paciente [7] [8] .
La citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos (ADCC, por sus siglas en inglés) evalúa la capacidad de ciertos linfocitos para destruir células, para lo cual las células diana deben marcarse con anticuerpos . Al mismo tiempo, la citotoxicidad mediada por linfocitos no requiere la mediación de anticuerpos, al igual que la citotoxicidad dependiente del complemento ( CDC) mediada por el sistema del complemento.
Hay tres grupos de linfocitos citotóxicos: