Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ғылыми талдау
Scientific analysis
In vitro токсикологиялық сынақ – мәдени ортада өсірілген бактериялар мен сүтқоректілер жасушаларына химиялық заттардың зиянды әсерін ғылыми талдау. In vitro (сөзбе-сөз "шыны ішінде") сынақ әдістері, ең алдымен, потенциалды қауіпті химиялық заттарды анықтау және/немесе терапиялық препараттар, ауыл шаруашылығы химиялық заттары және тағамдық қоспалар сияқты жаңа, пайдалы заттарды әзірлеудің бастапқы кезеңдерінде белгілі бір уытты қасиеттерінің жоқтығын растау үшін қолданылады. Ксенобиотиктік уыттануға арналған in vitro сынақтарын, адамға қатысты тәуекелдерді жақсырақ бағалау мақсатында, ірі мемлекеттік органдар (мысалы, EPA; NIEHS/NTP; FDA) қазіргі уақытта мұқият қарастырып отыр. Уытты заттардың әрекет ету механизмін түсіну үшін in vitro жүйелерін пайдалану, сондай-ақ адамға тән уытты әсерлерді анықтау үшін адам жасушалары мен тіндерін қолдану саласында айтарлықтай жұмыстар жүргізілуде.
In vitro toxicity testing is the scientific analysis of the toxic effects of chemical substances on cultured bacteria or mammalian cells. In vitro (literally 'in glass') testing methods are employed primarily to identify potentially hazardous chemicals and/or to confirm the lack of certain toxic properties in the early stages of the development of potentially useful new substances such as therapeutic drugs, agricultural chemicals and food additives. In vitro assays for xenobiotic toxicity are recently carefully considered by key government agencies (e. g., EPA; NIEHS/NTP; FDA), to better assess human risks. There are substantial activities in using in vitro systems to advance mechanistic understanding of toxicant activities, and the use of human cells and tissue to define human specific toxic effects.
Жануарлармен жүргізілген сынақтардан жақсару
Токсикологтардың көпшілігі in vitro токсикологиялық сынақ әдістері тірі жануарлардағы токсикологиялық зерттеулерге қарағанда (олар in vivo немесе "in life" әдістері деп аталады) тиімдірек, уақытты және шығынды үнемдеуге мүмкіндік береді деп санайды. Дегенмен, in vitro нәтижелерін in vivo жағдайларға ауыстыру үшін сақтықпен қарастыру қажет, және бұл мәселе зерттеулердің белсенді саласы болып табылады. Регламенттік шектеулер мен этикалық талаптарға байланысты, жануарларға жасалатын сынақтардың баламаларын табуға жаңаша көзқарас қалыптасты. Көп жағдайда in vitro сынақтары жануарларға жасалатын сынақтардан артық, себебі олар қауіпсіз өнімдерді жасауға көмектеседі. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі өздерінің ToxCast бағдарламасында (CompTox Chemicals Dashboard құрамында) 1065 химиялық және дәрілік затты зерттеді. 2020 жылы жарияланған ToxCast STM деректерін талдаудың негізгі нәтижелері: (1) 1065 химиялық заттың 19% даму токсикалық әсерін болжауға мүмкіндік берді, (2) адамның туа біткен дамуына қатысты токсикалық әсерді in vivo жануарлар моделімен салыстырғанда, сынақ 79–82% дәлдікке жетті, бірақ сезімталдығы орташа (< 67%) болды, (3) жануарлар зерттеулеріне қатаң талаптар қойылғанда сезімталдық жақсарды, және (4) ToxCast-тағы белгілі биохимиялық мақсаттарға ең күшті әсер ететін химиялық заттардың статистикалық талдауы STM жауабымен оң және теріс байланыстарды көрсетті, бұл мақсатты нүктенің және оның биологиялық доменінің механизмдерін түсінуге көмектеседі.
Most toxicologists believe that in vitro toxicity testing methods can be more useful, more time and cost effective than toxicology studies in living animals (which are termed in vivo or "in life" methods). However, the extrapolation from in vitro to in vivo requires some careful consideration and is an active research area. Due to regulatory constraints and ethical considerations, the quest for alternatives to animal testing has gained a new momentum. In many cases the in vitro tests are better than animal tests because they can be used to develop safer products. The United States Environmental Protection Agency studied 1,065 chemical and drug substances in their ToxCast program (part of the CompTox Chemicals Dashboard) using in silica modelling and a human pluripotent stem cell based assay to predict in vivo developmental intoxicants based on changes in cellular metabolism following chemical exposure. Major findings from the analysis of this ToxCast STM dataset published in 2020 include: (1) 19% of 1065 chemicals yielded a prediction of developmental toxicity, (2) assay performance reached 79%–82% accuracy with high specificity (> 84%) but modest sensitivity (< 67%) when compared with in vivo animal models of human prenatal developmental toxicity, (3) sensitivity improved as more stringent weights of evidence requirements were applied to the animal studies, and (4) statistical analysis of the most potent chemical hits on specific biochemical targets in ToxCast revealed positive and negative associations with the STM response, providing insights into the mechanistic underpinnings of the targeted endpoint and its biological domain.
In vitro токсикологияда қолданылатын жасушалардың өміршеңдігі мен басқа цитотоксикалық сынақтардың мысалдары
Сыналатын заттардың цитотоксикалық әсерін және басқа жасушалық жауаптарын бағалау үшін көптеген талдау әдістері қолданылады.
Many methods of analysis exist for assaying test substances for cytotoxicity and other cellular responses.
Гемолиздік талдау
Гемолиз талдауы химиялық заттардың, дәрі-дәрмектердің немесе қанмен тікелей жанасатын медициналық құралдар мен материалдардың қызыл қан жасушаларын (эритроциттерді) жоюға бейімділігін анықтайды. Бұл жою гемоглобиннің шығарылуы арқасында оңай байқалады.
The hemolysis assay examines the propensity of chemicals, drugs or medication, or any blood contacting medical device or material to lyse red blood cells (erythrocytes). The lysis is easily detected due to the release of hemoglobin.
МТТ және МТС
MTT әдісі жасушалардың тірі қалғандығын анықтау үшін жиі қолданылады және халықаралық ұйымдармен расталған. MTT әдісі сынаманы химиялық заттармен қосу және одан кейін ерітуден тұратын екі қадамды қамтиды. In vitro колориметриялық MTS (3 (4,5-диметилтиазол-2-ил) 5 (3-карбоксиметоксифенил) 2 (4-сульфофенил)-2H-тетразолий) әдісі – расталған MTT әдісінің жаңартылған түрі. MTS әдісі ерігіштігімен ерекшеленеді, сондықтан еріту қадамы қажет емес.
MTT assay is used often in determining cell viability and has been validated for use by international organisations. MTT assay involves two steps of introducing the assay to the chemicals and then a solubilisation step. The colorimetric MTS (3 (4,5 dimethylthiazol 2 yl) 5 (3 carboxymethoxyphenyl) 2 (4 sulfophenyl) 2Htetrazolium) in vitro assay is an updated version of the validated MTT method, MTS assay has the advantage of being soluble. Hence, no solubilisation step is required.
Бейтарап қызыл
Жасушаның тірі қалуын бағалаудың тағы бір көрсеткіші – нейтралды қызыл (NR) бояуын сіңіруі. Нейтралды қызыл – әлсіз катиондық бояу, ол диффузия арқылы емес, жасуша мембраналарына еніп, лизосомаларда жинақталады. Тірі жасушалар NR бояуын сіңіреді, ал зақымдалған немесе өлген жасушалар сіңірмейді.
Another cell viability endpoint can be neutral red (NR) uptake. Neutral red, a weak cationic dye penetrates cellular membranes by non diffusion and accumulates intercellularly in lysosomes. Viable cells take up the NR dye, damaged or dead cells do not.
Цитокиндерді ELISA арқылы өлшеу
ELISA жиынтықтары цитокиндер (IL 1, TNF альфа, PGE2) сияқты қабынуға қарсы медиаторлардың жоғары немесе төмен реттелуін зерттеу үшін қолданылуы мүмкін.
ELISA kits can be used to examine up and down regulation of proinflammatory mediators such as cytokines (IL 1, TNF alpha, PGE2)
Мұндай жасушалық реакцияларды өлшеу, сынақ заттарының сынақ модельдерімен (моноқабатты жасуша мәдениеттері, 3D тіндік модельдер, тіндік эксплантаттар) өзара әрекеттесуін бағалауға мүмкіндік береді.
Measurement of these types of cellular responses can be windows into the interaction of the test article on the test models (monolayer cell cultures, 3D tissue models, tissue explants).
In vitro зерттеулердің түрлері
Жалпы алғанда, экспериментті жүргізу үшін құрылған жүйе түріне қарай екі түрлі in vitro зерттеуі бар. Көбінесе қолданылатын екі жүйе: а) статикалық ұяшықты пластиналық жүйе және б) көп бөлімді перфузиялық жүйелер.
Broadly speaking, there are two different types of in vitro studies depending on the type system developed to perform the experiment. The two types of systems generally used are : a) Static well plate system and b) the multi compartmental perfused systems.
Статикалық ұңғыма пластиналары жүйесі
Статикалық ұңғымалық тақталар немесе қабатты жүйелер – in vitro зерттеулерде кеңінен қолданылатын, ең дәстүрлі және қарапайым сынақтардың түрі. Бұл сынақтар өте пайдалы, себебі олар өте жеңіл және мәдени ортадағы химиялық заттарды, сондай-ақ жасуша ішіндегі заттарды бақылауға ыңғайлы зерттеу ортасын қамтамасыз етеді. Дегенмен, осы қарапайым статикалық ұңғымалық тақталардағы сынақтардың кемшілігі – олар дене ішіндегі жасушалық өзара әрекеттесуді және физиологиялық сұйықтық ағынының жағдайларын нақты бейнелей алмайды.
The static well plate or layer systems are the most traditional and simplest form of assays widely used for in vitro study. These assays are quite beneficial as they are quite simple and provide a very accessible testing environment for monitoring chemicals in the culture medium as well as in the cell. However the disadvantage of using these simple static well plate assays is that, they cannot represent the cellular interactions and physiologic fluid flow conditions taking place inside the body.
Көп камералы перфузиялық жүйелер
Жасушалық өзара әрекеттесуге қатысты мәселелерді шешу үшін жаңа сынақ платформалары жасалған. Бұл жаңа платформалар көп бөлімді перфузиялық жүйелерге негізделген, олармен салыстырғанда бұрынғылары күрделірек. Бұл жүйелердің басты мақсаты – жасуша өсіру ортасын in vivo жағдайға мүмкіндігінше жақындату арқылы in vivo механизмдерін сенімді түрде қайта жаңғырту. Жүйенің әр бөлімі тірі организмнің белгілі бір органының орнын білдіреді, сондықтан әр бөлімнің өзіне тән қасиеттері мен талаптары бар. Бұл жүйелердегі бөлімдер құбырлар мен сорғылар арқылы байланыстырылған, олар арқылы сұйықтық ағып, in vivo жағдайындағы қан ағынына ұқсас жағдай жасалады. Мұндай перфузиялық жүйелерді қолданудың бір кемшілігі – статикалық жүйелерге қарағанда, зертене жатқан химиялық заттың тағдырына жүйенің биологиялық және биологиялық емес компоненттерінің кері әсері күштірек болуы. Жүйенің биологиялық емес компоненттерінің әсерін азайту үшін барлық бөлімдер шыныдан, ал қосылатын құбырлар тефлоннан жасалған. Осы in vitro жүйелерде болатын бөгде байланыстарды ескеру үшін бірнеше кинетикалық модельдер ұсынылған. In vitro жағдайдағы әртүрлі өсіру шарттарынан туындайтын биологиялық қиындықтарды жою үшін, дәстүрлі модельдерді (флакондарда немесе микро-ұңғыма табақтарында қолданылатын) өзгерту қажет. Микротехнологиялар мен тіндік инженерияның параллель дамуының арқасында бұл мәселелер "микросұйықтық биочиптер" деп аталатын жаңа құралдарды пайдалану арқылы шешілді.
New testing platforms are now developed to solve problems related to cellular interactions. These new platforms are much more complex based on multi compartmental perfused systems. The main objective of these systems is to reproduce in vivo mechanisms more reliably by providing cell culture environment close to the in vivo situation. Each compartment in the system represent a specific organ of the living organism and thus each compartment has a specific characteristics and criteria. Each compartment in these systems are connected by tubes and pumps through which the fluid flows thus mimicking the blood flow in the in vivo situation. The draw back behind the use of these perfused systems is that, the adverse effects ( influence of both the biological and non biological components of the system on the fate of the chemical under study) are more compared to the static systems. In order to reduce the effect of non biological components of the system, all the compartments are made of glass and the connecting tubes are made up of teflon. A number of kinetic models have been proposed to take care of these non specific bindings taking place in these in vitro systems. To improve the biological difficulties arising from the use of different culture in vitro conditions, the traditional models used in flasks or micro well plates has to be modified. With parallel development in micro technologies and tissue engineering, these problems are solved using new pertinent tools called "micro fluidic biochips".