Cytotoxiciteit kenmerkt de mate van toxische werking van chemische stoffen en levende cellen op lichaamscellen. Door hun invloed wordt de menselijke cel beschadigd of zelfs gedood. In dit proces zijn er veel verschillende processen leiden tot de vernietiging van lichaamscellen.
Wat is cytotoxiciteit?
Cytotoxiciteit kenmerkt de mate waarin chemische stoffen en levende cellen een toxisch effect hebben op lichaamscellen. De term cytotoxiciteit is afgeleid van het Grieks, waar het celgif betekent. In deze context zijn veel stoffen giftig voor de lichaamscellen, en sommige kunnen zelfs leiden tot celdood. Er zijn bijvoorbeeld veel chemicaliën die het metabolisme van cellen kunnen verstoren en daardoor kunnen veranderen. Chemische celvergiften omvatten bepaalde organische stoffen zuren, waterstof peroxide of ethanol (alcohol Ook uit het dagelijks leven zijn veel gevaarlijke stoffen bekend, zoals anorganisch zuren, sterk geconcentreerde basen, gechloreerde koolwaterstoffen en nog veel meer. Er zijn ook veel biologische vergiften bekend. Slangengif, schimmeltoxines en vele andere toxines van planten en dieren hebben bijvoorbeeld cytotoxische effecten. Tijdens het evolutieproces werden voortdurend nieuwe cytotoxines geproduceerd. Ze dienen gedeeltelijk om zich te verdedigen tegen aanvallen en, in het kader van de jacht, om prooien te doden. Niet alleen chemische maar ook biologische cytotoxica zijn geëvolueerd. Ter verdediging tegen infecties, de immuunsysteem heeft een geavanceerd verdedigingssysteem ontwikkeld tegen bacteriën, schimmels of virussen Bij dit proces moeten niet alleen de cellen van de micro-organismen zelf worden gedood, maar ook de cellen van het lichaam dat ze aanvallen. Daarom omvatten cytotoxica T-cellen, natuurlijke killercellen, neutrofielen granulocyten of macrofagen.
Functie en taak
De cytotoxiciteit van bepaalde stoffen en cellen is van groot belang in de context van biologische ontwikkeling. De immuunsysteem in het bijzonder heeft een aantal strategieën ontwikkeld om het lichaam te beschermen tegen microbiële indringers. Waaronder bacteriën, schimmels en ook virussen Geïnfecteerde cellen beschadigen het organisme verder en moeten worden gedood door de afweermechanismen van de immuunsysteem. Bacterie worden al met verschillende afweerstoffen geconfronteerd voordat ze het lichaam binnendringen en worden deels gedood. Als deze eerste immuunreactie voldoende is om het binnendringen van de bacteriën te stoppen, stopt hier de productie van cytotoxische stoffen en immuuncellen tegen de bacteriën. Geïnfecteerde lichaamscellen moeten echter worden geëlimineerd onder invloed van T-cellen, natuurlijke killercellen en macrofagen. Bovendien produceert het organisme antilichamen die binden met antigenen die zich op de celoppervlakken bevinden. In deze gevallen is de cytotoxische werking van immuuncellen en antilichamen bedient de volksgezondheid van het hele organisme. De strijd tegen virussen kan ook alleen werken door de geïnfecteerde cellen te vernietigen. In dit proces ontwikkelen zich gewelddadige ontstekingsreacties, die zich manifesteren door pijn en koorts Het gehele ziekteproces tijdens een infectie kan worden opgevat als een cytotoxische reactie. Wanneer drugs worden gebruikt, worden de cytotoxische eigenschappen van de overeenkomstige stoffen ook vaak benut. Vaak zijn dit cytostatische effecten om specifieke pathologische cellen in het lichaam te doden. Dit geldt met name voor tumorcellen, die zich onbeperkt delen. Cytostatische middelen mediëren vaak hun cytotoxische effecten door hun invloed op de productie van nucleïnezuren. Als bijvoorbeeld de vorming van stikstof bases wordt geremd, komt de celgroei tot stilstand door een gebrek aan nucleïnezuurproductie. Dit treft vooral snelgroeiende cellen zoals tumorcellen. Daarom is het effect hiervan drugs, die worden gebruikt als onderdeel van chemotherapie, is specifiek gericht tegen kanker cellen. De bijwerkingen zijn gebaseerd op de gelijktijdige vertraging van de groei van slijmvlies- en immuuncellen.
Ziekten en medische aandoeningen
Cytotoxinen hebben echter niet alleen positieve effecten. Er zijn bijvoorbeeld veel biologische agentia die dat kunnen leiden tot het doden van alle lichaamscellen en dus tot de dood van het hele lichaam. Voorbeelden zijn onder meer slangengif, schimmelgifstoffen en vele andere plant- en diergifstoffen. Voor de gifproducerende organismen betekent dit een biologisch voordeel ten opzichte van de beschadigde organismen. Verder zijn er veel chemische stoffen die een celbeschadigende werking hebben doordat ze het metabolisme van de cel verstoren. Sommige cytotoxines hebben al een destructief effect op celmembranen. Weer andere toxines remmen het metabolisme van nucleïnezuren en leiden zo tot de vernietiging van de cel. De werkingsmechanismen zijn erg breed. De cytotoxiciteit kan worden weergegeven door een cytotoxiciteitsschaal. Zo zijn er gradaties van 0 naar 3. Bij 0 is de stof niet giftig. Op niveau 1 is er een lichte remming door een zwak giftig materiaal. Niveau 2 betekent opnieuw een aanzienlijke remming door middel van matig giftig materiaal. Sterk giftige stoffen worden tot niveau 3 gerekend. De cytotoxiciteit van een stof kan worden bepaald door de zogenaamde cellevensvatbaarheid. Levensvatbaarheid van de cellen vertegenwoordigt het aantal levende cellen in een celpopulatie. Hoe minder levende cellen er zijn, hoe lager de levensvatbaarheid van de cellen en hoe giftiger de stof die op toxiciteit wordt getest. Hierbij wordt het totale celgetal bepaald met onder meer een telkamer of flowcytometer. Bepaalde kleuringsmethoden kunnen vervolgens worden gebruikt om de levende cellen te bepalen. Deze methode kan worden gebruikt om de concentratie van een stof waarbij de levensvatbaarheid van de cellen met 50 procent wordt verminderd. Dit is dan de IC50-waarde. Op deze concentratie, 50 procent van de cellen sterft. Deze waarde kan worden gebruikt om de effectiviteit van chemotherapeutische middelen te schatten of ontsmettingsmiddelen Als bij het gebruik van deze middelen de IC50-waarde wordt overschreden, overheerst de toxiciteit voor het hele lichaam. Significant nadelig volksgezondheid er treden effecten op, die ook tot de dood kunnen leiden.
