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Articulo de referencia

Citotoxicidad

La citotoxicidad se refiere a la capacidad de una sustancia o agente para dañar o matar células vivas, y constituye un parámetro crítico en farmacología , toxicología y biomedic...

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La citotoxicidad se refiere a la capacidad de una sustancia o agente para dañar o matar células vivas, y constituye un parámetro crítico en farmacología , toxicología y biomedicina . Se distingue de los efectos citostáticos , que inhiben el crecimiento y la proliferación celular sin causar la muerte celular. Los agentes citotóxicos pueden inducir diversas respuestas celulares, como la inhibición del crecimiento celular, la inducción de la muerte celular por apoptosis o necrosis , y la alteración de la integridad celular metabólica o estructural. Evaluar la citotoxicidad es fundamental para determinar la seguridad y la eficacia de los compuestos farmacéuticos, químicos y biomateriales, ya que ayuda a predecir posibles efectos adversos y orienta el desarrollo terapéutico.

Se emplean de forma rutinaria diversos ensayos —basados ​​en la actividad enzimática , la permeabilidad de la membrana , la actividad metabólica o la proliferación celular— para caracterizar y cuantificar los efectos citotóxicos in vitro, lo que proporciona información esencial sobre la viabilidad celular y los mecanismos subyacentes a las respuestas tóxicas. [ 1 ] [ 2 ]

Tipos

Los tipos morfológicos de toxicidad celular se clasifican en tres categorías principales: apoptosis , autofagia y necrosis , cada una con características estructurales y mecanísticas distintas. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

La apoptosis (muerte celular tipo I) se caracteriza por condensación nuclear , retracción celular, formación de vesículas en la membrana y formación de cuerpos apoptóticos , que generalmente se eliminan mediante fagocitosis . Este proceso regulado implica vías de señalización que conducen a la activación de caspasas y fragmentación del ADN . La muerte celular dependiente de autofagia (tipo II) muestra vacuolización citoplasmática con abundantes autofagosomas , cambios nucleares leves y generalmente implica procesos catabólicos para degradar orgánulos celulares a través de la vía lisosomal . La necrosis (tipo III), en cambio, se caracteriza por hinchazón de orgánulos y de la membrana plasmática, que culmina en la ruptura de la membrana y la liberación incontrolada del contenido celular, lo que a menudo resulta en inflamación; generalmente se asocia con una lesión aguda y grave que altera la homeostasis y la energética celular, como el agotamiento de ATP o la pérdida de la integridad de la membrana.

Los avances han ampliado este marco para incluir formas mecánicamente distintas como la necroptosis , la piroptosis y la ferroptosis , cada una con características morfológicas únicas pero a menudo rasgos superpuestos, lo que subraya la complejidad y la naturaleza evolutiva de la clasificación de la toxicidad celular. [ 5 ]

Las células que experimentan necrosis suelen hincharse rápidamente, perder la integridad de la membrana, detener el metabolismo y liberar su contenido al medio circundante. In vitro, la necrosis rápida no permite el tiempo ni la energía suficientes para la activación de las vías apoptóticas, por lo que dichas células no expresan marcadores apoptóticos. Por el contrario, la apoptosis se define por eventos citológicos y moleculares característicos, que incluyen cambios en el índice de refracción celular , retracción citoplasmática, condensación nuclear y fragmentación del ADN en fragmentos de tamaño regular. En cultivo, las células apoptóticas progresan finalmente a necrosis secundaria, momento en el que pierden la integridad de la membrana, cesan el metabolismo y sufren lisis. [ 6 ]

Medición

Los ensayos de citotoxicidad se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica para evaluar los efectos citotóxicos de los compuestos. En el descubrimiento de fármacos, los investigadores pueden buscar compuestos citotóxicos al desarrollar terapias dirigidas a células cancerosas de rápida división o, por el contrario, evaluar los resultados iniciales de los ensayos de alto rendimiento para excluir aquellos con citotoxicidad no deseada antes de su posterior desarrollo. [ 7 ]

integridad de la membrana celular

Uno de los enfoques más comunes es evaluar la integridad de la membrana celular. Las células sanas excluyen colorantes vitales como el azul de tripano o el yoduro de propidio , mientras que las membranas dañadas permiten que estos colorantes entren y tiñan los componentes intracelulares. [ 6 ] Por el contrario, las moléculas intracelulares pueden filtrarse al medio de cultivo cuando se pierde la integridad de la membrana. Un ejemplo ampliamente utilizado es el ensayo de lactato deshidrogenasa (LDH), en el que la LDH liberada de las células dañadas reduce el NAD a NADH, produciendo un cambio de color detectable con una sonda específica. [ 8 ] Los biomarcadores basados ​​en proteasas también pueden distinguir células vivas y muertas dentro de la misma población. La proteasa de células vivas permanece activa solo en células con membranas intactas, mientras que la proteasa de células muertas es detectable en el medio solo después de la ruptura de la membrana. [ 9 ]

actividad redox

Otros ensayos se basan en la actividad redox celular. Estos incluyen el ensayo MTT ; el ensayo XTT, que produce un producto soluble en agua; y el ensayo MTS, que mide el potencial reductor mediante una reacción colorimétrica. Las células viables convierten el reactivo MTS en un producto de formazán coloreado . Un ensayo relacionado emplea el colorante fluorescente resazurina . [ 6 ] Los ensayos de viabilidad basados ​​en ATP también son comunes, incluidos los métodos bioluminiscentes en los que el ATP actúa como reactivo limitante para la reacción de la luciferasa . [ 10 ]

Otros métodos

Entre los métodos adicionales se incluyen el ensayo de sulforodamina B (SRB), el ensayo WST y el ensayo clonogénico . Para minimizar los falsos positivos o negativos específicos de cada ensayo, se pueden combinar varios ensayos y aplicarlos secuencialmente a las mismas células. Por ejemplo, las combinaciones LDH-XTT-NR (rojo neutro)-SRB están disponibles comercialmente en formato de kit.

También se utilizan técnicas sin marcadores para monitorizar la citotoxicidad en tiempo real. La detección de impedancia eléctrica célula-sustrato (ECIS) mide los cambios en la impedancia eléctrica de las células adheridas cultivadas en electrodos de película de oro, proporcionando información cinética en lugar de una única medición final. [ 11 ]

Etiquetado

Los materiales citotóxicos, como los desechos biomédicos , suelen estar etiquetados con un símbolo que muestra una "C" mayúscula dentro de un triángulo. [ 12 ] [ 13 ]

Predicción

Un tema de suma importancia es la predicción de la citotoxicidad de compuestos químicos a partir de mediciones previas, es decir, pruebas in silico . [ 14 ] Para este fin, se han propuesto numerosos métodos QSAR y de cribado virtual . Se ha realizado una comparación independiente de estos métodos dentro del proyecto "Toxicología en el siglo XXI". [ 15 ]

Importancia clínica

Cáncer

Algunas quimioterapias contienen fármacos citotóxicos, cuyo propósito es interferir con la división celular. Estos fármacos no distinguen entre células normales y malignas, sino que inhiben el proceso general de división celular con el fin de eliminar los cánceres antes que al huésped. [ 16 ] [ 17 ]

Sistema inmunitario

La citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC) describe la capacidad de ciertos linfocitos para matar células , lo cual requiere que la célula diana esté marcada por un anticuerpo . La citotoxicidad mediada por linfocitos, por otro lado, no tiene por qué estar mediada por anticuerpos; tampoco la citotoxicidad dependiente del complemento (CDC), que está mediada por el sistema del complemento .

Se distinguen tres grupos de linfocitos citotóxicos:

Véase también

Referencias

  1. ↑ Adan A, Kiraz Y, Baran Y (2016). "Ensayos de proliferación celular y citotoxicidad". Current Pharmaceutical Biotechnology . 17 (14): 1213– 1221. doi : 10.2174/1389201017666160808160513 . hdl : 11147/6976 . PMID 27604355 . 
  2. ↑ Surguchov A, Erkekoğlu P, eds. (abril de 2025). Citotoxicidad: una prueba de toxicidad crucial para experimentos in vitro . IntechOpen. ISBN 978-1-83634-032-4.
  3. ↑ Chen Y, Li X, Yang M, Liu SB (mayo de 2024). "Avances en la investigación sobre la morfología y el mecanismo de la muerte celular programada" . Cell Death & Disease . 15 (5) 327. doi : 10.1038/s41419-024-06712-8 . PMC 11087523. PMID 38729953 .  
  4. ↑ Miller MA, Zachary JF (febrero de 2017). «Mecanismos y morfología de la lesión, adaptación y muerte celular». Bases patológicas de la enfermedad veterinaria . págs. 2–43.e19. doi : 10.1016/B978-0-323-35775-3.00001-1 . ISBN  978-0-323-35775-3. PMC 7171462 . 
  5. 1 2 Kroemer G, Galluzzi L, Vandenabeele P, Abrams J, Alnemri ES, Baehrecke EH, et al. (Enero de 2009). «Clasificación de la muerte celular: recomendaciones del Comité de Nomenclatura sobre Muerte Celular 2009» . Muerte y diferenciación celular . 16 (1): 3– 11. doi : 10.1038/cdd.2008.150 . PMC 2744427 . PMID 18846107 .   
  6. 1 2 3 Riss TL, Moravec RA (febrero de 2004). "Uso de múltiples puntos finales de ensayo para investigar los efectos del tiempo de incubación, la dosis de toxina y la densidad de siembra en ensayos de citotoxicidad basados ​​en células". Assay and Drug Development Technologies . 2 (1): 51– 62. doi : 10.1089/154065804322966315 . PMID 15090210 . 
  7. ↑ Gavanji S, Bakhtari A, Famurewa AC, Othman EM (febrero de 2023). "Actividad citotóxica de medicamentos a base de hierbas evaluada in vitro: una revisión" . Química y Biodiversidad . 20 (2) e202201098. doi : 10.1002/cbdv.202201098 . PMID 36595710. S2CID 255473013 .  
  8. ↑ Decker T, Lohmann-Matthes ML (noviembre de 1988). "Un método rápido y sencillo para la cuantificación de la liberación de lactato deshidrogenasa en mediciones de citotoxicidad celular y actividad del factor de necrosis tumoral (TNF)". Journal of Immunological Methods . 115 (1): 61– 69. doi : 10.1016/0022-1759(88)90310-9 . PMID 3192948 . 
  9. ↑ Niles AL, Moravec RA, Eric Hesselberth P, Scurria MA, Daily WJ, Riss TL (julio de 2007). "Un ensayo homogéneo para medir células vivas y muertas en la misma muestra mediante la detección de diferentes marcadores de proteasa". Analytical Biochemistry . 366 (2): 197– 206. doi : 10.1016/j.ab.2007.04.007 . PMID 17512890 . 
  10. ↑ Fan F, Wood KV (febrero de 2007). "Ensayos bioluminiscentes para cribado de alto rendimiento". Assay and Drug Development Technologies . 5 (1): 127– 136. doi : 10.1089/adt.2006.053 . PMID 17355205. S2CID 10261888 .  
  11. ↑ Pesantez Torres F, Feret EC, Xie Y, Sharfstein ST (20 de octubre de 2025). "Monitoreo en tiempo real del efecto citotóxico de nanopartículas fluorescentes de poli(estireno-anhídrido maleico) sensibles al oxígeno mediante detección de impedancia de sustrato eléctrico" . ACS Applied Bio Materials . 8 (10): 9322– 9331. doi : 10.1021/acsabm.5c01443 . PMC 12541697 . 
  12. ↑ Easty AC, Coakley N, Cheng R, Cividino M, Savage P, Tozer R, et al. (febrero de 2015). " Manejo seguro de citotóxicos: recomendaciones de la guía" . Current Oncology . 22 (1): e27– e37. doi : 10.3747/co.21.2151 . PMC 4324350. PMID 25684994 .   
  13. ↑ Capoor MR, Bhowmik KT (2017). "Dispersión de fármacos citotóxicos, seguridad citotóxica y gestión de residuos citotóxicos: prácticas y directrices propuestas específicas para la India" . Indian Journal of Medical and Paediatric Oncology . 38 (2): 190– 197. doi : 10.4103/ijmpo.ijmpo_174_16 (inactivo el 11 de julio de 2025). PMC 5582558. PMID 28900329 .  {{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo desde julio de 2025 ( enlace )
  14. ↑ Dearden JC (2003). "Predicción in silico de la toxicidad de fármacos". Journal of Computer-Aided Molecular Design . 17 ( 2– 4): 119– 127. Bibcode : 2003JCAMD..17..119D . doi : 10.1023/A:1025361621494 . PMID 13677480. S2CID 21518449 .  
  15. ↑ "Toxicología en el siglo XXI: El desafío de los datos" . Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales (NCATS) . Institutos Nacionales de Salud de EE. UU.
  16. ↑ Priestman TJ (1989). Quimioterapia contra el cáncer: una introducción . doi : 10.1007/978-1-4471-1686-8 . ISBN 978-3-540-19551-1. S2CID 20058092 . 
  17. ↑ "¿Cómo se utiliza la quimioterapia para tratar el cáncer?" . www.cancer.org . Consultado el 28 de junio de 2021 .