Toxicología

Uso de enfoques basados en células para obtener información más detallada sobre la evaluación de la toxicidad

¿Qué es la toxicología?

La toxicología es el estudio de los efectos adversos de compuestos químicos naturales o sintéticos sobre organismos vivos. Constituye una preocupación creciente en nuestro mundo actual, ya que estamos expuestos cada vez a más compuestos químicos, tanto en nuestro entorno como en los productos que utilizamos.

Muchos de estos compuestos químicos se sabe que son perjudiciales para la salud humana y existen evidencias de que pueden estar ligados a una amplia variedad de enfermedades neurodegenerativas y del desarrollo neurológico, como el autismo o el Parkinson.

La toxicología es, por tanto, una ciencia fundamental que nos ayuda a navegar por el panorama químico en constante crecimiento.

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Desarrollo de fármacos más seguro y rápido con métodos de evaluación basados en células

El estudio de sustancias tóxicas y sus efectos sobre organismos vivos es esencial para el desarrollo de medicamentos seguros y para entender las consecuencias de la exposición a compuestos químicos tóxicos sobre la salud. Los toxicólogos trabajan a la vanguardia de la ciencia, buscando nuevas formas de identificar y evaluar los riesgos que plantean las sustancias potencialmente nocivas. En muchos casos, su trabajo conduce directamente a una seguridad y salud públicas mejores.

La evaluación de la toxicidad tiene un papel crítico en el desarrollo de nuevos fármacos, ya que en los ensayos clínicos preliminares se descubre que muchos posibles tratamientos son tóxicos. De hecho, más de un tercio de los fármacos en desarrollo fracasan debido a la toxicidad, por lo que la detección temprana es esencial para la comercialización de tratamientos seguros y eficaces.

Aunque las pruebas de toxicidad en ratas y ratones es el método de referencia para evaluar la seguridad de un fármaco nuevo, existen limitaciones a este método. Los estudios en animales son lentos, ya que solo se pueden probar a la vez uno pocos compuestos. Además, la fisiología de los seres humanos es muy diferente de la de los animales, por lo que los resultados obtenidos a menudo no son representativos.

El cambio a las pruebas con células permite analizar rápidamente múltiples compuestos químicos y estas representan mejor la biología humana. Los organoides 3D son especialmente útiles gracias a su elevada complejidad y a que recrean mejor la estructura y función del tejido humano. En consecuencia, alejarse de las pruebas con animales y adoptar métodos basados en células podría proporcionar resultados más exactos, ahorrar tiempo, dinero y, lo que es más importante, vidas.

 

Ensayos de toxicidad con células

  • Ensayos de salud celular          
    Pueden realizarse en cultivos celulares tradicionales utilizando líneas celulares o células primarias o mediante el uso más sofisticado de células madres iPSC. Las células se exponen a sustancias químicas en placas multipocillo y se puede evaluar la salud y la muerte celular empleando ensayos de MTT, ensayos glow de valoración celular, ensayos en lector de placas, métodos de adquisición de imágenes, ensayos de células vivas-muertas y ensayos de apoptosis.        
     
  • Ensayos de morfología y viabilidad celular          
    Las células se evalúan mediante métodos de adquisición de imágenes, en los que se puede usar el recuento celular, el área celular o la forma nuclear para evaluar los posibles efectos tóxicos.         
     
  • Crecimiento axonal          
    Se puede utilizar el análisis de alto contenido para detectar células muertas, así como medir la germinación y crecimiento neuronal para evaluar y determinar efectos tóxicos más complejos sobre las células neuronales.         
     
  • Cambios en los orgánulos celulares          
    Se pueden cuantificar los cambios en la forma del núcleo, micronúcleos y alteración de las mitocondrias utilizando herramientas de adquisición de imágenes automática y avanzada. Estos son estudios sofisticados, pero proporcionan resultados excelentes.         
     
  • E-Phys, adquisición de imágenes de Ca2+ y otros ensayos funcionales          
    Es importante detectar el impacto de las sustancias químicas sobre la funcionalidad de las células. Muchas sustancias tóxicas son bloqueantes de canales iónicos, por lo que los posibles efectos tóxicos se pueden detectar por medio de electrofisiología y adquisición de imágenes de calcio.

 

 

Evaluación in vitro integral de la cardiotoxicidad

Este flujo de trabajo ayuda a ilustrar un ensayo in vitro integral usando cardiomiocitos derivados de iPSC humanas para el cribado de alto rendimiento de varias clases diferentes de compuestos químicos ambientales y fármacos (es decir, biblioteca de cribado del Programa Nacional de Toxicología [NTP]). Los efectos químicos sobre la contractibilidad de los cardiomiocitos se determinaron mediante mediciones del flujo de Ca2+ en combinación con la adquisición de imágenes de alto contenido para evaluar los efectos dependientes de la concentración sobre la fisiología de los cardiomiocitos, el potencial de membrana de las mitocondrias y la viabilidad celular. Se utilizaron descriptores fenotípicos para determinar el perfil cuantitativo de toxicidad. Y para la evaluación de los datos, se pueden utilizar los valores de concentración para agrupar y clasificar la bioactividad de los compuestos químicos y visualizarlos con el software de interpretación de datos.

 

Flujo de trabajo de evaluación de la toxicidad

 

Más información sobre este estudio, Evaluación de la cardiotoxicidad in vitro de compuestos químicos ambientales utilizando modelos derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas organotípicas.

 

Temas destacados para avanzar en su investigación de la evaluación de la toxicidad

En Molecular Devices entendemos que para obtener más información necesita las herramientas correctas de evaluación de la toxicidad. Es por ello que ofrecemos una variedad de soluciones diseñadas para registrar datos de una multitud de formas. Nuestros instrumentos de adquisición de imágenes toman fotos de células que permiten un análisis detallado, mientras que nuestros instrumento de ePhys proporcionan lecturas de cinética rápida. Nuestros lectores de placas pueden realizar mediciones en modo luminiscencia, fluorescencia y otros modos de lectura, y nuestra solución de automatización ayuda a aumentar la velocidad y la eficacia del análisis. Además, nuestras herramientas de análisis detectan cambios y proporcionan análisis estadísticos básicos. Con las herramientas de Molecular Devices correctas podrá obtener la información que necesita para llevar su investigación al siguiente nivel.

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