細胞毒性

細胞毒性とは、物質または薬剤が生細胞に損傷または死を引き起こす能力を指し、薬理学、毒物学、および生物医学における重要なパラメータを反映しています。これは、細胞死を引き起こすことなく細胞の成長と増殖を阻害する細胞増殖抑制効果とは異なります。細胞毒性物質は、細胞成長の阻害、アポトーシスまたは壊死による細胞死の誘導、代謝または構造的細胞完全性の破壊など、さまざまな細胞反応を引き起こす可能性があります。細胞毒性の評価は、潜在的な副作用を予測し、治療開発を導くのに役立つため、医薬品化合物、化学物質、および生体材料の安全性と有効性を評価する上で不可欠です。

酵素活性、膜透過性、代謝活性、細胞増殖に基づく様々なアッセイが、in vitroでの細胞毒性効果を特徴付け、定量化するために日常的に使用されており、細胞生存率と毒性反応の根底にあるメカニズムに関する重要な洞察を提供しています。[ 1 ] [ 2 ]

種類

細胞毒性の形態学的タイプは、アポトーシス、オートファジー、壊死の3つの主要なカテゴリーに分類され、それぞれ異なる構造的およびメカニズム的特徴を持っています。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

アポトーシス（I 型細胞死）は、核凝縮、細胞収縮、膜ブレブ形成、およびアポトーシス小体の形成を特徴とし、通常は食作用によって除去されます。この制御されたプロセスには、カスパーゼの活性化とDNA 断片化につながるシグナル伝達経路が関与しています。オートファジー依存性細胞死（II 型）は、オートファゴソームの豊富な細胞質空胞化、軽度の核変化を示し、通常はリソソーム経路を介して細胞小器官を分解する異化プロセスが関与しています。対照的に、壊死（III 型）は細胞小器官と細胞膜の腫脹を特徴とし、最終的には膜破裂と細胞内容物の制御されない放出を招き、多くの場合炎症を引き起こします。これは通常、ATP 枯渇や膜完全性の喪失など、細胞の恒常性とエネルギーを乱す急性で重度の損傷を伴います。

進歩により、この枠組みはネクロプトーシス、ピロプトーシス、フェロプトーシスなどの機構的に異なる形態を含むように拡張されました。それぞれが独自の形態学的特徴を持ちますが、多くの場合重複する特徴があり、細胞毒性の分類の複雑さと進化の性質を強調しています。[ 5 ]

壊死を起こした細胞は、典型的には急速に膨張し、膜の完全性を失い、代謝を停止し、内容物を周囲の環境に放出する。試験管内実験では、急速な壊死はアポトーシス経路の活性化に十分な時間とエネルギーを与えないため、そのような細胞はアポトーシスマーカーを発現しない。対照的に、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の一定の大きさへの断片化など、特徴的な細胞学的および分子生物学的事象によって定義される。培養において、アポトーシス細胞は最終的に二次壊死へと進行し、この時点で膜の完全性を失い、代謝を停止し、溶解する。[ 6 ]

測定

細胞毒性試験は、製薬業界で化合物の細胞毒性効果を評価するために広く利用されています。創薬においては、急速に分裂する癌細胞を標的とする治療薬を開発する際に、細胞毒性化合物のスクリーニングを行うことがあります。また、逆に、ハイスループットスクリーニングで得られた初期の「ヒット」を評価し、さらなる開発の前に望ましくない細胞毒性を持つ化合物を除外することもあります。[ 7 ]

細胞膜の完全性

最も一般的なアプローチの一つは、細胞膜の完全性を評価することです。健康な細胞は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を排除しますが、損傷した細胞膜ではこれらの色素が細胞内に入り込み、細胞内成分を染色します。[ 6 ]逆に、膜の完全性が失われると、細胞内分子が培養液中に漏れ出す可能性があります。広く使用されている例としては、乳酸脱水素酵素（LDH）アッセイがあります。このアッセイでは、損傷した細胞から放出されたLDHがNADをNADHに還元し、特異的プローブで検出可能な色の変化を生み出します。[ 8 ] プロテアーゼベースのバイオマーカーは、同じ細胞集団内の生細胞と死細胞を区別することもできます。生細胞プロテアーゼは膜が損傷していない細胞でのみ活性を保ちますが、死細胞プロテアーゼは膜が破壊された後にのみ培地中で検出されます。[ 9 ]

酸化還元活性

その他のアッセイは細胞の酸化還元活性に依存します。これらには、 MTTアッセイ、水溶性生成物を生成するXTTアッセイ、比色反応によって還元電位を測定するMTSアッセイなどがあります。生細胞はMTS試薬を着色したホルマザン生成物に変換します。関連アッセイでは、蛍光色素レザズリンを使用します。[ 6 ] ATPベースの生存率アッセイも一般的であり、これにはATPがルシフェラーゼ反応の制限試薬として機能する生物発光法が含まれます。[ 10 ]

その他の方法

その他の方法としては、スルホローダミンB（SRB）アッセイ、WSTアッセイ、クローン原性アッセイなどがあります。アッセイ固有の偽陽性または偽陰性を最小限に抑えるために、複数のアッセイを組み合わせて同じ細胞に連続的に適用することができます。例えば、LDH-XTT-NR（ニュートラルレッド）-SRBの組み合わせは、キットとして市販されています。

ラベルフリー技術は、細胞毒性をリアルタイムでモニタリングするためにも用いられます。電気細胞基質インピーダンスセンシング（ECIS）は、金薄膜電極上で増殖した接着細胞の電気インピーダンスの変化を測定し、単一のエンドポイント測定ではなく、動態情報を提供します。[ 11 ]

ラベリング

生物医学的廃棄物などの細胞毒性物質には、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。[ 12 ] [ 13 ]

予測

非常に重要なテーマの一つは、過去の測定結果、すなわちin-silico試験に基づく化合物の細胞毒性予測である。 [ 14 ]この目的のために、多くのQSAR法や仮想スクリーニング法が提案されている。これらの手法の独立した比較は、「21世紀の毒性学」プロジェクトにおいて実施されている。[ 15 ]

臨床的意義

癌

一部の化学療法には細胞毒性薬が含まれており、その目的は細胞分裂を阻害することです。これらの薬剤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死滅させることを目的として、細胞分裂のプロセス全体を阻害します。[ 16 ] [ 17 ]

免疫系

抗体依存性細胞傷害（ADCC）は、特定のリンパ球が細胞を殺傷する能力を指し、標的細胞が抗体によって標識されている必要があります。一方、リンパ球を介した細胞傷害は抗体を介する必要がなく、補体系を介した補体依存性細胞傷害（CDC）も同様です。

細胞傷害性リンパ球は3つのグループに分けられます。

参照

参考文献

  1. ^ Adan A, Kiraz Y, Baran Y (2016). 「細胞増殖および細胞毒性アッセイ」. Current Pharmaceutical Biotechnology . 17 (14): 1213– 1221. doi : 10.2174/1389201017666160808160513 . PMID  27604355 .
  2. ^ Surguchov A, Erkekoğlu P編（2025年4月）.細胞毒性 - 試験管内実験における重要な毒性試験. IntechOpen. ISBN 978-1-83634-032-4。
  3. ^ Chen Y, Li X, Yang M, Liu SB (2024年5月). 「プログラム細胞死の形態とメカニズムに関する研究の進歩」 . Cell Death & Disease . 15 (5) 327. doi : 10.1038/s41419-024-06712-8 . PMC 11087523. PMID 38729953 .  
  4. ^ミラー・MA、ザカリー・JF（2017年2月）「細胞傷害、適応、そして細胞死のメカニズムと形態学」獣医疾患の病理学的基礎pp. 2–43.e19. doi : 10.1016/B978-0-323-35775-3.00001-1 . ISBN 978-0-323-35775-3. PMC  7171462 .
  5. ^ a b Kroemer G、Galluzzi L、Vandenabeele P、Abrams J、Alnemri ES、Baehrecke EH、他。 (2009 年 1 月)。「細胞死の分類: 2009 年細胞死命名委員会の勧告」。細胞死と分化。16 (1): 3–11 .土井: 10.1038/cdd.2008.150。PMC 2744427。PMID 18846107。  
  6. ^ a b c Riss TL, Moravec RA (2004年2月). 「細胞ベースの細胞毒性アッセイにおけるインキュベーション時間、毒素投与量、および播種密度の影響を調査するための複数のアッセイエンドポイントの使用」. Assay and Drug Development Technologies . 2 (1): 51– 62. doi : 10.1089/154065804322966315 . PMID 15090210 . 
  7. ^ Gavanji S, Bakhtari A, Famurewa AC, Othman EM (2023年2月). 「in vitroにおける生薬の細胞毒性活性の評価：レビュー」 . Chemistry & Biodiversity . 20 (2) e202201098. doi : 10.1002/cbdv.202201098 . PMID 36595710. S2CID 255473013 .  
  8. ^ Decker T, Lohmann-Matthes ML (1988年11月). 「細胞傷害性および腫瘍壊死因子（TNF）活性の測定における乳酸脱水素酵素放出の定量のための迅速簡便法」. 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 (2007年7月). 「異なるプロテアーゼマーカーを検出することで同一サンプル中の生細胞と死細胞を測定する均質アッセイ」. Analytical Biochemistry . 366 (2): 197– 206. doi : 10.1016/j.ab.2007.04.007 . PMID 17512890 . 
  10. ^ Fan F, Wood KV (2007年2月). 「ハイスループットスクリーニングのための生物発光アッセイ」.アッセイおよび医薬品開発技術. 5 (1): 127– 136. doi : 10.1089/adt.2006.053 . PMID 17355205. S2CID 10261888 .  
  11. ^ Pesantez Torres F, Feret EC, Xie Y, Sharfstein ST (2025年10月20日). 「電気基質インピーダンスセンシングを用いた酸素感受性蛍光ポリ（スチレン-マレイン酸無水物）ナノ粒子の細胞毒性効果のリアルタイムモニタリング」 . 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. (2015年2月). 「細胞毒性薬の安全な取り扱い：ガイドラインの推奨事項」 . Current Oncology . 22 (1): e27– e37. doi : 10.3747/co.21.2151 . PMC 4324350. PMID 25684994 .  
  13. ^ Capoor MR, Bhowmik KT (2017). 「細胞毒性薬剤の分散、細胞毒性安全性、および細胞毒性廃棄物の管理：実践とインド特有のガイドラインの提案」 . Indian Journal of Medical and Paediatric Oncology . 38 (2): 190– 197. doi : 10.4103/ijmpo.ijmpo_174_16 (2025年7月11日非アクティブ). PMC 5582558. PMID 28900329 .  {{cite journal}}: CS1 maint: DOIは2025年7月時点で非アクティブです（リンク）
  14. ^ Dearden JC (2003). 「薬物毒性のインシリコ予測」. 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. ^ 「21世紀の毒性学：データの課題」国立トランスレーショナルサイエンス推進センター（NCATS）。米国国立衛生研究所。
  16. ^ Priestman TJ (1989).癌化学療法：入門. doi : 10.1007/978-1-4471-1686-8 . ISBN 978-3-540-19551-1. S2CID  20058092 .
  17. ^ 「がん治療に化学療法はどのように用いられるのか？」 www.cancer.org 2021年6月28日閲覧。

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