ความเป็นพิษต่อเซลล์หมายถึง ความสามารถของสารหรือตัวแทนในการก่อให้เกิดความเสียหายหรือการตายของเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งสะท้อนถึงพารามิเตอร์ที่สำคัญในเภสัชวิทยาพิษวิทยาและชีวการแพทย์แตกต่างจาก ผลกระทบ แบบยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ ซึ่งยับยั้งการเจริญเติบโตและการแพร่กระจายของเซลล์โดยไม่ทำให้เซลล์ตาย ตัวแทนที่เป็นพิษต่อเซลล์สามารถกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองของเซลล์ได้หลากหลาย รวมถึงการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ การเหนี่ยวนำให้เกิด การตายของเซลล์ แบบอะพอพโทซิสหรือเนโครซิสและการรบกวนความสมบูรณ์ของโครงสร้างหรือกระบวนการเผาผลาญของเซลล์ การประเมินความเป็นพิษต่อเซลล์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประเมินความปลอดภัยและประสิทธิภาพของสารประกอบทางเภสัชกรรม สารเคมี และวัสดุชีวภาพ เนื่องจากช่วยในการทำนายผลข้างเคียงที่อาจเกิดขึ้นและเป็นแนวทางในการพัฒนายา

การทดสอบต่างๆ—โดยอาศัยกิจกรรมของเอนไซม์การซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์กิจกรรมทางเมตาบอลิซึมหรือการแพร่กระจายของเซลล์ — ถูกนำมาใช้เป็นประจำเพื่อระบุลักษณะและวัดปริมาณผลกระทบที่เป็นพิษต่อเซลล์ในหลอดทดลอง ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับความมีชีวิตของเซลล์และกลไกที่อยู่เบื้องหลังการตอบสนองที่เป็นพิษ^{[ 1 ] [ 2 ]}

ประเภท ทางสัณฐานวิทยาของความเป็นพิษของเซลล์ถูกจำแนกออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่อะพอพโทซิสออโตฟาจีและเนโครซิสโดยแต่ละประเภทมีลักษณะโครงสร้างและกลไกที่แตกต่างกัน^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

อะพอพโทซิส (การตายของเซลล์ประเภทที่ 1) มีลักษณะเฉพาะคือการหดตัวของนิวเคลียสการหดตัวของเซลล์ การโป่งพองของ เยื่อหุ้มเซลล์และการก่อตัวของ อะพอพโทติกบอดี้ ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกกำจัดโดยฟาโกไซโทซิสกระบวนการที่มีการควบคุมนี้เกี่ยวข้องกับเส้นทางการส่งสัญญาณที่นำไปสู่การกระตุ้นแคสเปสและการแตกตัวของดีเอ็นเอการตายของเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับออโตฟาจี (ประเภทที่ 2) แสดงให้เห็นการเกิดช่องว่าง ในไซโตพลาสซึมพร้อมกับ ออโตฟาโกโซมจำนวนมากการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสเล็กน้อย และโดยทั่วไปเกี่ยวข้อง กับกระบวนการ สลายตัวเพื่อย่อยสลายออร์แกเนลล์ของเซลล์ผ่านทางเส้นทางไลโซโซมในทางตรงกันข้าม เนโครซิส (ประเภทที่ 3) มีลักษณะเด่นคือการบวมของออร์แกเนลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งจบลงด้วยการแตกของเยื่อหุ้มเซลล์และการปล่อยสารภายในเซลล์อย่างไม่สามารถควบคุมได้ มักส่งผลให้เกิดการอักเสบ โดยทั่วไปแล้วจะเกี่ยวข้องกับการบาดเจ็บเฉียบพลันรุนแรงที่รบกวนสมดุลและพลังงานของเซลล์ เช่น การพร่องของ ATP หรือการสูญเสียความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์

ความก้าวหน้าได้ขยายกรอบนี้ให้ครอบคลุมรูปแบบที่มีกลไกแตกต่างกัน เช่นnecroptosis , pyroptosisและferroptosisซึ่งแต่ละรูปแบบมีลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่เป็นเอกลักษณ์ แต่ก็มักมีลักษณะที่ทับซ้อนกัน ซึ่งเน้นย้ำถึงความซับซ้อนและลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปของการจำแนกประเภทความเป็นพิษของเซลล์^{[ 5 ]}

โดยทั่วไป เซลล์ที่เกิดภาวะเนื้อตายจะบวมอย่างรวดเร็ว สูญเสียความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ หยุดการเผาผลาญ และปล่อยสารภายในออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยรอบ ในหลอดทดลอง ภาวะเนื้อตายอย่างรวดเร็วไม่เอื้ออำนวยให้มีเวลาหรือพลังงานเพียงพอสำหรับการกระตุ้นวิถีการตายของเซลล์แบบอะพอพโทซิส ดังนั้นเซลล์ดังกล่าวจึงไม่แสดงเครื่องหมายอะพอพโทซิส ในทางตรงกันข้าม อะพอพโทซิสถูกกำหนดโดยเหตุการณ์ทางเซลล์วิทยาและโมเลกุลที่เป็นลักษณะเฉพาะ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสง ของเซลล์ การหดตัวของไซโตพลาสซึม การควบแน่นของนิวเคลียส และการแตกตัวของ DNA เป็นชิ้นขนาดปกติ ในการเพาะเลี้ยง เซลล์อะพอพโทซิสจะพัฒนาไปสู่ภาวะเนื้อตายขั้นที่สองในที่สุด ซึ่งในจุดนั้นเซลล์จะสูญเสียความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ หยุดการเผาผลาญ และเกิดการสลายตัว^{[ 6 ]}

การทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยาเพื่อประเมินสารประกอบที่มีผลต่อความเป็นพิษต่อเซลล์ ในการค้นพบยา นักวิจัยอาจคัดกรองสารประกอบที่มีความเป็นพิษต่อเซลล์เมื่อพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปที่เซลล์มะเร็งที่แบ่งตัวอย่างรวดเร็ว หรือในทางกลับกัน ประเมิน "ผลลัพธ์เบื้องต้น" จากการคัดกรองแบบความเร็วสูงเพื่อแยกสารประกอบที่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ที่ไม่พึงประสงค์ออกก่อนที่จะพัฒนาต่อไป^{[ 7 ]}

หนึ่งในวิธีการที่พบได้บ่อยที่สุดคือการประเมินความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ เซลล์ที่แข็งแรงจะกีดกันสีย้อมที่สำคัญ เช่นไตรแพนบลูหรือโพรพิเดียมไอโอไดด์ในขณะที่เยื่อหุ้มเซลล์ที่เสียหายจะยอมให้สีย้อมเหล่านี้เข้าไปและย้อมส่วนประกอบภายในเซลล์^{[ 6 ]}ในทางกลับกัน โมเลกุลภายในเซลล์อาจรั่วไหลเข้าไปในตัวกลางเพาะเลี้ยงเมื่อความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์สูญเสียไป ตัวอย่างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ การทดสอบแลค เตทดีไฮโดรจีเนส (LDH) ซึ่ง LDH ที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ที่เสียหายจะลด NAD ให้เป็น NADH ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีที่ตรวจจับได้ด้วยโพรบเฉพาะ^{[ 8 ]} ไบโอมาร์กเกอร์ที่ใช้โปรตีเอสยังสามารถแยกแยะเซลล์ที่มีชีวิตและเซลล์ที่ตายแล้วภายในประชากรเดียวกันได้ โปรตีเอสของเซลล์ที่มีชีวิตจะยังคงทำงานได้เฉพาะในเซลล์ที่มีเยื่อหุ้มเซลล์ที่สมบูรณ์ ในขณะที่โปรตีเอสของเซลล์ที่ตายแล้วจะตรวจพบได้ในตัวกลางหลังจากเยื่อหุ้มเซลล์ถูกทำลายเท่านั้น^{[ 9 ]}

การทดสอบอื่นๆ อาศัยกิจกรรมรีดอกซ์ของเซลล์ ได้แก่ การทดสอบ MTTการทดสอบ XTT ซึ่งสร้างผลิตภัณฑ์ที่ละลายน้ำได้ และการทดสอบ MTS ซึ่งวัดศักยภาพการรีดิวซ์ผ่านปฏิกิริยาสี เซลล์ที่มีชีวิตจะเปลี่ยนรีเอเจนต์ MTS ให้เป็น ผลิตภัณฑ์ ฟอร์มาซานที่ มีสี การทดสอบที่เกี่ยวข้องใช้สีย้อมเรืองแสงเรซาซูริน [ ^{6 ] การ}ทดสอบความมีชีวิตโดยใช้ ATP ก็เป็นที่นิยมเช่นกัน รวมถึงวิธีการเรืองแสงทางชีวภาพซึ่ง ATP ทำหน้าที่เป็นรีเอเจนต์จำกัดสำหรับปฏิกิริยา ลู ซิเฟอเรส^{[ 10 ]}

วิธีการเพิ่มเติม ได้แก่ การทดสอบ ซัลโฟโรดามีน บี (SRB), การทดสอบ WST และการทดสอบโคลโนเจนิคเพื่อลดโอกาสเกิดผลบวกหรือลบเท็จจากการทดสอบแต่ละวิธี สามารถนำการทดสอบหลายวิธีมารวมกันและใช้กับเซลล์เดียวกันตามลำดับได้ ตัวอย่างเช่น ชุดทดสอบ LDH-XTT-NR (สีแดงกลาง)-SRB มีจำหน่ายในรูปแบบชุดทดสอบสำเร็จรูป

เทคนิคที่ไม่ต้องใช้ฉลากยังใช้ในการตรวจสอบความเป็นพิษต่อเซลล์แบบเรียลไทม์การตรวจจับความต้านทานไฟฟ้าของเซลล์บนพื้นผิว (ECIS) วัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าของเซลล์ที่ยึดเกาะบนอิเล็กโทรดฟิล์มทองคำ ซึ่งให้ข้อมูลจลนพลศาสตร์แทนที่จะเป็นการวัดจุดสิ้นสุดเพียงจุดเดียว^{[ 11 ]}

วัสดุที่เป็นพิษต่อเซลล์ เช่นของเสียทางการแพทย์มักจะติดฉลากด้วยสัญลักษณ์ที่มีตัวอักษร "C" ตัวใหญ่ภายในรูปสามเหลี่ยม^{[ 12 ] [ 13 ]}

หัวข้อที่สำคัญอย่างยิ่งคือการทำนายความเป็นพิษต่อเซลล์ของสารประกอบทางเคมีโดยอาศัยการวัดก่อนหน้านี้ กล่าวคือการทดสอบในคอมพิวเตอร์^{[ 14 ]}เพื่อจุดประสงค์นี้ ได้มีการเสนอวิธีการคัดกรอง QSARและเสมือนจริง หลาย วิธี การเปรียบเทียบอิสระของวิธีการเหล่านี้ได้ดำเนินการภายในโครงการ "พิษวิทยาในศตวรรษที่ 21" ^{[ 15 ]}

เคมีบำบัดบางชนิดมียาที่เป็นพิษต่อเซลล์ ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อขัดขวางการแบ่งเซลล์ ยาเหล่านี้ไม่สามารถแยกแยะระหว่างเซลล์ปกติและเซลล์มะเร็งได้ แต่จะยับยั้งกระบวนการแบ่งเซลล์โดยรวมเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็งก่อนที่จะทำลายร่างกาย^{[ 16 ] [ 17 ]}

การทำลายเซลล์โดยอาศัยแอนติบอดี (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity : ADCC) คือความสามารถในการฆ่าเซลล์ของลิมโฟไซต์ บางชนิด ซึ่งต้องอาศัยเซลล์เป้าหมายที่ถูกทำเครื่องหมายด้วยแอนติบอดีในทางกลับกัน การทำลายเซลล์โดยลิมโฟไซต์ (Lymphocyte-mediated cytotoxicity: CDC) ไม่จำเป็นต้องอาศัยแอนติบอดี และการทำลายเซลล์โดยอาศัยคอมพลีเมนต์(Complement-dependent cytotoxicity : CDC) ซึ่งเกิดจากการทำงานของระบบคอมพลี เมนต์ ก็ไม่จำเป็นต้อง อาศัย แอนติบอดีเช่นกัน

สามารถแบ่ง เซลล์ลิมโฟไซต์ที่มีฤทธิ์ทำลายเซลล์เป้าหมายได้ 3 กลุ่ม:

• เซลล์ทีที่เป็นพิษต่อเซลล์
• เซลล์นักฆ่าตามธรรมชาติ
• เซลล์ทีนักฆ่าตามธรรมชาติ

• เซรั่มต้านพิษต่อเซลล์เรติคูลาร์
• ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์และเชื้อโรค
• การลำเลียงเวสิเคิลเยื่อหุ้มเซลล์
• พิษงู

• สารพิษต่อเซลล์ (Cytotoxins) ในฐานข้อมูล Medical Subject Headings (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (US National Library of Medicine )