De Cytotoxiciteit geeft de mate van toxische effecten van chemische stoffen en levende cellen op de lichaamscellen aan. Hun invloed beschadigt of doodt zelfs de menselijke cel. Veel verschillende processen leiden tot de vernietiging van lichaamscellen.
Wat is de cytotoxiciteit?
De term cytotoxiciteit is afgeleid van het Grieks en betekent daar celgif. Veel stoffen zijn giftig voor de lichaamscellen, waarvan sommige zelfs de cellen kunnen doden. Er zijn veel chemicaliën die het metabolisme van cellen kunnen verstoren en tijdens het proces kunnen veranderen.
Chemische celtoxinen omvatten bepaalde organische zuren, waterstofperoxide en ethanol (alcohol). Ook uit het dagelijks leven zijn veel gevaarlijke stoffen bekend, zoals anorganische zuren, sterk geconcentreerde logen, gechloreerde koolwaterstoffen en nog veel meer. Er zijn ook veel biologische vergiften bekend. Slangenvergiften, paddenstoelenvergiften en vele andere planten- en dierenvergiften hebben cytotoxische effecten.
Tijdens het evolutieproces werden nieuwe celtoxines aangemaakt. Ze dienen gedeeltelijk om aanvallen af te weren en in de context van de jacht om de prooi te doden. Er zijn echter niet alleen chemische maar ook biologische cytotoxica ontwikkeld.
Om infecties af te weren, heeft het immuunsysteem een geavanceerd verdedigingssysteem tegen bacteriën, schimmels en virussen ontwikkeld. Niet alleen de cellen van de micro-organismen zelf moeten worden gedood, maar ook de lichaamscellen die ze aanvallen. Cytotoxische middelen omvatten daarom ook T-cellen, natuurlijke killercellen, neutrofielen en macrofagen.
Functie en taak
De cytotoxiciteit van bepaalde stoffen en cellen is van groot belang in de context van biologische ontwikkeling. Vooral het immuunsysteem heeft een aantal strategieën ontwikkeld om het lichaam te beschermen tegen microbiële indringers. Deze omvatten bacteriën, schimmels en virussen. Geïnfecteerde cellen beschadigen het organisme verder en moeten worden gedood door de afweermechanismen van het immuunsysteem.
Al voordat ze het lichaam binnendringen, worden bacteriën geconfronteerd met verschillende antilichamen en in sommige gevallen gedood. Als deze eerste immuunreactie voldoende is om te voorkomen dat de bacteriën binnendringen, 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. Het organisme produceert ook antilichamen die zich combineren met antigenen op de celoppervlakken. In deze gevallen dient het cytotoxische effect van de immuuncellen en antilichamen de gezondheid van het hele organisme.
De strijd tegen virussen kan alleen werken door de geïnfecteerde cellen te vernietigen. Er ontstaan hevige ontstekingsreacties, die merkbaar zijn bij pijn en koorts. Het gehele ziekteproces bij een infectie kan worden opgevat als een cytotoxische reactie.
Bij het gebruik van geneesmiddelen wordt vaak gebruik gemaakt van de cytotoxische eigenschappen van de overeenkomstige stoffen. Vaak zijn dit cytostatische effecten om specifieke zieke cellen in het lichaam te doden. Dit geldt met name voor tumorcellen die zich oneindig delen.
Cytostatische middelen mediëren vaak hun cytotoxische effect door hun invloed op de productie van nucleïnezuren. Als bijvoorbeeld de vorming van stikstofbasen wordt geremd, komt de celgroei tot stilstand door onvoldoende productie van nucleïnezuren. Dit treft vooral snelgroeiende cellen zoals tumorcellen. Daarom zijn de effecten van deze medicijnen, die worden gebruikt als onderdeel van chemotherapie, specifiek gericht tegen kankercellen. De bijwerkingen zijn gebaseerd op de gelijktijdige vertraging van de groei van mucosale en immuuncellen.
Ziekten en aandoeningen
Cytotoxinen hebben echter niet alleen positieve effecten. Er zijn veel biologische agentia die alle lichaamscellen kunnen doden en daarmee de dood van het hele lichaam. Voorbeelden zijn slangenvergiften, paddestoelvergiften en vele andere planten- en dierenvergiften. Voor de gifproducerende organismen betekent dit een biologisch voordeel ten opzichte van de beschadigde organismen. Bovendien zijn er veel chemische stoffen die een celbeschadigend effect hebben doordat ze het metabolisme van de cel verstoren. Sommige celvergiften hebben al een destructief effect op celmembranen. Weer andere gifstoffen remmen het nucleïnezuurmetabolisme en leiden zo tot de vernietiging van de cel.
De werkingsmechanismen zijn erg breed. De cytotoxiciteit kan worden aangetoond met behulp van een cytotoxiciteitsschaal. Er zijn gradaties van 0 tot 3. Bij 0 is de stof niet giftig. Op niveau 1 is er een lichte remming door een licht giftig materiaal. Niveau 2 betekent wederom een significante remming door matig giftig materiaal. Zeer giftige stoffen worden geteld op niveau 3.
De cytotoxiciteit van een stof kan worden bepaald door de zogenaamde cellevensvatbaarheid. De 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 onderzocht. Het totaal aantal cellen wordt onder meer bepaald met een telkamer of een flowcytometer. De levende cellen kunnen vervolgens worden geïdentificeerd met behulp van bepaalde kleuringsmethoden. Deze methode kan worden gebruikt om de concentratie van een stof te bepalen waarin de levensvatbaarheid van de cellen met 50 procent is verminderd. Dit is dan de IC50-waarde. Bij deze concentratie sterft 50 procent van de cellen. Met deze waarde kan de effectiviteit van chemotherapeutische of desinfecterende middelen worden geschat. Als bij het gebruik van deze middelen de IC50-waarde wordt overschreden, weegt de toxiciteit zwaarder dan het hele lichaam. Er treden aanzienlijke gezondheidsproblemen op, die ook tot de dood kunnen leiden.
