Testy toksyczności leków
Kasia Kuleszewicz | 2007-05-23
W procesie produkcji leków, jednym z kluczowych etapów decydującym o wprowadzeniu leku do fazy testów klinicznych jest test toksyczności. Dotychczas testy toksyczności przeprowadzane były głownie na żywych zwierzętach. Przełomem jest nowoopracowany test, który wykorzystuje hodowlę komórkową. Testowanie składników leków na tej kulturze pozwoli na określenie ich toksyczności.
Metoda badania toksyczności składowych leków, wykorzystująca kultury komórkowe zamiast żywych zwierząt, została opracowana przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology i Whitehead Institute. Wyniki i cała procedura zostały opublikowane w internetowej wersji magazynu Proceedings of the National Academy of Science: Early Edition.
Metoda opiera się na testowaniu uszkodzenia DNA prekursorowych komórek czerwonokrwinkowych pochodzących z komórek macierzystych szpiku kostnego dorosłej myszy. Do tego celu używane są komórki prekursorowe, ponieważ dojrzałe erytrocyty tracą jądro podczas procesu dojrzewania. Jeśli składowe leku mają właściwości toksyczne są trzy możliwości reakcji komórki. Może ona zginąć, może przeżyć ze zmutowanym materiałem genetycznym lub też może ona naprawić uszkodzenie przy pomocy specjalnego systemu naprawy DNA. Nawet jeśli materiał genetyczny komórki prekursorowej zostanie zniszczony, przechodzi ona enukleację (wyrzuca jądro) i tworzy erytrocyt polichromatyczny. Różni się jednak morfologią od niezmutowanej krwinki, ponieważ ma strukturę przypominającą "mikrojąderko". Struktura ta to "szczątki" jądrowego DNA, otoczone membraną komórkową i to ona jest cechą decydującą o toksyczności składnika leku.
System został opracowany na podstawie używanego już wcześniej systemu wykorzystującego komórki wątroby pochodzące od mysich płodów. Optymalizacja procesu wykorzystującego prekursorowe erytrocyty, pozwoliła na kontrolę nad ich podziałami. Komórki prekursorowe w szpiku kostnym stymulowane były erytropoetyną. Erytropoetyna to hormon stymulujący erytropoezę czyli proces namnażania i różnicowania się erytrocytów, z komórek macierzystych w szpiku kostnym. Pod wpływem sztucznie podanej erytropoetyny hodowane komórki proliferują, różnicują się i przechodzą enukleację.
Opracowywanie tej techniki składało się z kilku etapów. Wyhodowane kultury komórkowe poddawano działaniu trzech różnych toksycznych składników. Stworzono także transgeniczne myszy, u których wyłączona była aktywność genu kodującego jeden ze składników systemu reperującego DNA. Szpik od tych myszy użyty był do stworzenia kontrolnej hodowli komórkowej. Jak nie trudno było przewidzieć, komórki pozbawione systemu naprawy DNA, były znacznie bardziej podatne i wrażliwe na toksyczne działanie składników.
Używanie hodowli komórkowych w testach toksyczności ma wiele zalet. Nie tylko jest znacznie bardziej humanitarne, ale także znacznie tańsze, ponieważ eliminuje konieczność używania zwierząt. Pozwala na testowanie toksyczności znacznie wcześniej w procesie produkcyjnym, co zwiększa jej efektywność. Dzięki niemu można także przeprowadzić setki testów na jednym pobranym szpiku od myszy i wyhodowanych z niego komórek czerwonokrwinkowych. Dodatkowo składniki leków mogą być testowane w różnych seriach, różniących się koncentracją i co ważne, mogą być aplikowane w różnych stadiach rozwojowych erytrocytów.
W najbliższej przyszłości naukowcy chcą stworzyć podobny system, ale oparty na komórkach pochodzących od szczurów, a następnie innych zwierząt. Docelowo testy takie mają być tworzone z użyciem ludzkich komórek. Szpik do takich testów miałby być pozyskiwany z pozostałości tkanek z różnych procedur medycznych.
Źródła:
Shuga, J. et al. (2007) In vitro erythropoiesis from bone marrow-derived progenitors provides a physiological essay for toxic and mutagenic compounds. Proceedings of the National Academy of Science Early Edition.
Dostępne na: http://www.pnas.org