Justyna Mirosława Płonka-Czerw, Małgorzata Latocha, Wiktoria Kozłowska
Ocena substancji aktywnych i leków w warunkach in vitro – modele komórkowe i wybrane oznaczenia
2024-01-23
Intensywne poszukiwania nowych leków wymuszają opracowanie szybkich i wiarygodnych metod ich oceny. Metody te, już na etapie badań laboratoryjnych, mają pozwolić na pozyskanie jak najszerszej wiedzy na temat mechanizmów działania, wchłaniania, transportu leku, określenie jego stężenia terapeutycznego, czasu półtrwania czy metabolizmu, powinny też być powtarzalne i względnie tanie. Obecnie już niemal wszystkie procesy istotne w kontekście skuteczności planowanej terapii, mogą być oceniane w oparciu o hodowle tkankowe i komórkowe. Możliwe jest nie tylko utrzymanie przy życiu dowolnych komórek, ale konstruowanie hodowli przestrzennych, gdzie wzajemne oddziaływania komórek na siebie, podobnie jak in vivo, są wielokierunkowe. Udoskonalanie i dopracowanie metod hodowli ludzkich komórek – od wysoce zróżnicowanych po komórki macierzyste, pozwala na stworzenie modelu badawczego w dużym stopniu odtwarzającego procesy zachodzące w organizmie i oddającego zależności tam panujące. Dodatkowo, badania prowadzone w warunkach in vitro, umożliwiają równoczesne prowadzenie oznaczeń w różnych aspektach oceny leku i wskazanie, na które konkretnie komórki i struktury w obrębie danego narządu i organizmu działa badana substancja. Powszechnie dostępne stały się proste metody oceny cytotoksyczności i genotoksyczności związków, doboru optymalnych stężeń substancji badanych w odniesieniu do działania na wybrane komórki i narządy, oceny zachodzących zmian na poziomie molekularnym, transportu przez błony czy wreszcie procesów biotransformacji leku. Ocenę leku w zakresie LADME (ang. liberation, absorption, distribution, metabolism, excretion), procesów, którym podlega każdy lek w organizmie, można już prawie w całości przeprowadzić w warunkach laboratoryjnych. Tak uzyskane wyniki są istotne zarówno w aspekcie wiedzy ogólnej dotyczącej działania danego leku, jak i dla wyznaczania kierunków rozwoju technologii otrzymywania najskuteczniejszej postaci leku. Możliwość przeprowadzenia badań in vitro w kontekście uwarunkowań osobniczych pacjenta otwiera też nowe możliwości w zakresie wprowadzenia w życie terapii personalizowanej.
Celem pracy było przedstawienie czytelnikowi coraz większych możliwości w tym zakresie i pokazanie ogromnego postępu, jaki w ostatnich latach dokonuje się odnośnie pozaustrojowych modeli badawczych odwzorowujących przebieg reakcji organizmu na potencjalny lek lub inne ksenobiotyki. Autorzy chcieli też pokazać i zestawić ze sobą informacje dotyczące nowych, na swój sposób bardzo skomplikowanych, ale i prostych w swej koncepcji modeli in vitro, z konkretnymi oznaczeniami, jakie się stosuje (tak dla hodowli 2D jak i 3D) do oceny wpływu leku lub innego ksenobiotyku na komórki w hodowlach, wskazując tym samym, że nie są to niedostępne metody i technologie, których nie dałoby się wprowadzić do większości dzisiaj już funkcjonujących pracowni.
Słowa kluczowe: ocena leku, hodowle komórkowe 3D, in vitro, ocena toksykologiczna.
© Farm Pol, 2023, 79(10): 579–594
Evaluation of active substances and drugs in vitro – cell models and selected assays
Intensive search for new drugs necessitates the development of quick and reliable methods for their evaluation. These methods, already at the stage of laboratory tests, are intended to allow obtaining the broadest possible knowledge about the mechanisms of action, absorption and transport of the drug, determine its therapeutic concentration, half-life and metabolism, and should be repeatable and relatively cheap. Currently, almost all processes important in the context of the effectiveness of therapy can be assessed based on tissue and cell cultures. It is possible not only to keep any cells alive, but also to construct spatial cultures where the interactions of cells with each other – just like in vivo – are multidirectional. Improving and refining the methods of cultivating human cells - from highly differentiated cells to stem cells – allows for the creation of a research model that largely reproduces most of the processes occurring in the body and reflects the relationships there. Additionally, in vitro research allows for the simultaneous assessment of multiple drug evaluation parameters as well as the identification of the precise cells and structures within an organ or organism that are affected by the tested drug. Simple methods have become widely available for assessing the cytotoxicity and genotoxicity of compounds, selecting optimal concentrations of test substances with respect to their effects on selected cells and organs, assessing changes at the molecular level, transport across membranes, and finally drug biotransformation processes. Assessment of the drug in terms of LADME (liberation, absorption, distribution, metabolism, excretion) – the processes to which each drug is subjected in the body can be almost entirely carried out in laboratory conditions. The results obtained in vitro are important both in terms of general knowledge about the action of a given drug and for determining the directions of development of technology for attaining its most effective form. This, in turn, opens a new path - the implementation of personalized therapy.
The aim of the work was to present the reader with increasing possibilities in this area and to show the enormous progress that has been made in recent years in extracorporeal research models mapping the course of the body’s reaction to a potential drug or other xenobiotics. The authors also wanted to show and compare information on new, in their own way very complicated, but also simple in their concept, in vitro models, with specific assays used (both for 2D and 3D cultures) to assess the effect of a drug or other xenobiotic on cells in cultures – thus indicating that these are accessible methods and technologies that could be introduced into curently operating laboratories.
Keywords: evaluation of the drug, 3D cell cultures, in vitro, toxicology evaluation.
© Farm Pol, 2023, 79(10): 579–594