¿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.
Descubra cómo se utilizan los sistemas FLIPR® Penta e ImageXpress® Micro Confocal para obtener datos multiparamétricos sólidos de citotoxicidad.
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. 3D organoids are especially useful due to their high complexity and better resemblance to human tissue structure and function. 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.
- Cell viability and morphology assays
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. Many toxicants are ion channel blockers, therefore potential toxic effects can be detected by means of electrophysiology and calcium imaging.
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.
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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Investigación en tejidos y cáncer
Existe un interés creciente en el uso de esferoides 3D para la realización de modelos de cáncer y biología tisular para acelerar la investigación traslacional. Más información sobre los métodos de adquisición y análisis de imágenes de alto rendimiento y alto contenido que se utilizan para ayudar a avanzar en este trabajo:
Más información:
- Ensayo de adquisición de imágenes multiparamétrico para medir la citotoxicidad en un modelo tumoral
- Cribado de alto rendimiento de cultivos celulares 3D con múltiples esferoides sin armazón con alta densidad para estudios de toxicidad en el cáncer
- Estudios automatizados de toxicidad a largo plazo con células 3D con los sistemas Flowchip
Investigación en tejidos y cáncer
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Cardiotoxicidad
La evaluación de la cardiotoxicidad es importante en las primeras fases del descubrimiento de fármacos para eliminar del proceso de desarrollo los compuestos potencialmente tóxicos. Esto es fundamental para reducir los problemas de eficiencia y los costes elevados asociados a compuestos que no superan la evaluación de seguridad cardíaca.
Más información sobre los ensayos in vitro de cardiotoxicidad que utilizan modelos 3D con células biológicamente relevantes y que son adecuados para el cribado de alto rendimiento.
Cardiotoxicidad
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Más información sobre los ensayos in vitro de cardiotoxicidad que utilizan modelos 3D con células biológicamente relevantes y que son adecuados para el cribado de alto rendimiento.
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Descubrimiento y desarrollo de fármacos
El panorama del descubrimiento de fármacos es cambiante y con más científicos centrándose en el desarrollo de líneas celulares, modelos de enfermedades, métodos de cribado de alto rendimiento y modelos celulares 3D fisiológicamente relevantes. La razón de esto es obvia: el uso de sistemas de modelos celulares en investigación que recrean fielmente los estados de la enfermedad de los pacientes o los órganos humanos pueden hacer llegar más rápidamente al mercado tratamientos que salvan vidas.
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Toxicidad hepática
El daño hepático es una de las causas principales de desestimación de fármacos, por lo que es esencial identificar los compuestos que pueden causar toxicidad hepática lo antes posible en el proceso de desarrollo de fármacos.
Más información sobre los ensayos 3D de alto contenido y análisis de imágenes que se muestran prometedores como herramienta de detección sensible y reproducible para evaluar la hepatotoxicidad:
- Caracterización fenotípica de los efectos de compuestos tóxicos sobre esferoides de hígado derivados de iPSC mediante adquisición de imágenes confocales y análisis de imágenes tridimensionales
- Evaluación fenotípica de la toxicidad mediante un modelo de cocultivo de hepatocitos humanos
- Ensayo de toxicidad 3D de alto contenido con esferoides de hepatocitos derivados de iPSC
- Caracterización fenotípica de los efectos de compuestos en esferoides de células hepáticas y cardíacas derivadas de iPSC utilizando el análisis de fluorescencia cinética rápida y de imágenes 3D
- Multiplexado de ensayos de alto contenido para el cribado de toxicidad en hepatocitos y cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas
Toxicidad hepática
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- Multiplexado de ensayos de alto contenido para el cribado de toxicidad en hepatocitos y cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas
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Neurotoxicidad
Aunque existen muchas formas de analizar la neurotoxicidad, la mayoría de los métodos actuales son simplistas y no reflejan con exactitud los complejos procesos que se tienen lugar en el organismo. Por lo tanto, existe una urgente necesidad de desarrollar ensayos in vitro más predictivos que permitan cribar conjuntos más grandes de compuestos potencialmente neurotóxicos.
Learn more about using induced pluripotent stem cell-based neurite outgrowth assays, which can be used to assess neuronal development:
- Creación de perfiles de neurotoxicidad funcional y mecanicista mediante cultivos 3D de neuronas derivadas de iPSC
- Crecimiento axonal en neuronas derivadas de células madre pluripotentes inducidas humanas como cribado de alto rendimiento para neurotoxicidad del desarrollo o neurotoxicidad
- Evaluación funcional de los efectos de compuestos neurotóxicos y neuroactivos en cocultivos 3D de neuronas derivadas de iPSC
- Evaluación de la neurotoxicidad y desarrollo neuronal mediante el ensayo de crecimiento axonal con células madres pluripotentes inducidas
- Ensayo de flujo de calcio para estudios de neurotoxicidad in vitro y detección de drogas
- La plataforma in vitro para el cribado de alto rendimiento de neuronas permite la automatización de los ensayos de neurotoxicidad
- Análisis basado en IA de fenotipos biológicos complejos
- Cribado de alto contenido de la toxicidad neuronal con neuronas humanas derivadas de iPSC
Neurotoxicidad
Aunque existen muchas formas de analizar la neurotoxicidad, la mayoría de los métodos actuales son simplistas y no reflejan con exactitud los complejos procesos que se tienen lugar en el organismo. Por lo tanto, existe una urgente necesidad de desarrollar ensayos in vitro más predictivos que permitan cribar conjuntos más grandes de compuestos potencialmente neurotóxicos.
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- Cribado de alto contenido de la toxicidad neuronal con neuronas humanas derivadas de iPSC
Investigación de la toxicidad con organoides
La toxicidad de órgano inducida por fármacos es una de las principales causas por las que fracasan la comercialización de los candidatos a fármacos. Disponer de ensayos altamente predictivos para el análisis de la seguridad y la eficacia es crucial para mejorar el desarrollo de fármacos y reducir la desestimación de candidatos a fármacos.
Más información:
- Captación de la complejidad de la biología 3D: Organoides para la creación de modelos de enfermedades y la investigación de la toxicidad
- Estudios de toxicidad de cardiomiocitos derivados de iPSC y esferoide neuronales
- Ensayos de toxicidad con células derivadas de células madre pluripotentes inducidas
- Organoides de pulmón como modelo de ensayo para la evaluación in vitro de los efectos de la toxicidad mediante la adquisición y el análisis de imágenes de alto contenido 3D
- 3D organoids for biologic research and disease modeling
Investigación de la toxicidad con organoides
La toxicidad de órgano inducida por fármacos es una de las principales causas por las que fracasan la comercialización de los candidatos a fármacos. Disponer de ensayos altamente predictivos para el análisis de la seguridad y la eficacia es crucial para mejorar el desarrollo de fármacos y reducir la desestimación de candidatos a fármacos.
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- Organoides de pulmón como modelo de ensayo para la evaluación in vitro de los efectos de la toxicidad mediante la adquisición y el análisis de imágenes de alto contenido 3D
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