Zytotoxizität

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 14. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Zytotoxizität kennzeichnet das Maß der toxischen Wirkung von chemischen Substanzen und lebenden Zellen auf die Körperzellen. Durch ihren Einfluss wird die menschliche Zelle geschädigt oder gar abgetötet. Dabei führen viele unterschiedliche Vorgänge zur Zerstörung von Körperzellen.

Was ist die Zytotoxizität?

Die Zytotoxizität kennzeichnet das Maß der toxischen Wirkung von chemischen Substanzen und lebenden Zellen auf die Körperzellen.

Der Begriff Zytotoxizität wird aus dem Griechischen hergeleitet und bedeutet dort Zellgift. Dabei sind viele Substanzen giftig für die Körperzellen, wobei einige sogar zur Abtötung der Zellen führen können. So gibt es viele Chemikalien, die in den Stoffwechsel der Zellen eingreifen können und diesen dabei verändern.

Zu den chemischen Zellgiften zählen unter anderem bestimmte organische Säuren, Wasserstoffperoxid oder Ethanol (Alkohol). Auch aus dem Alltag sind viele gefährliche Stoffe bekannt, wie unter anderem die anorganischen Säuren, hoch konzentrierte Laugen, Chlorkohlenwasserstoffe und viele mehr. Auch viele biologische Gifte sind bekannt. Zytotoxische Wirkung besitzen beispielsweise Schlangengifte, Pilzgifte und viele weitere pflanzliche und tierische Gifte.

Im Prozess der Evolution wurden immer neue Zellgifte erzeugt. Sie dienen zum Teil der Abwehr von Angriffen und im Rahmen der Jagd zum Töten der Beute. Allerdings haben sich nicht nur chemische, sondern auch biologische Zytotoxika entwickelt.

Zur Abwehr von Infektionen hat das Immunsystem ein ausgeklügeltes System der Bakterien-, Pilz- oder Virenabwehr entwickelt. Dabei müssen nicht nur die Zellen der Mikroorganismen selber, sondern auch die von ihnen befallenen Körperzellen abgetötet werden. Deshalb gehören zu den Zytotoxika auch T-Zellen, natürliche Killerzellen, neutrophile Granulozyten oder Makrophagen.

Funktion & Aufgabe

Bakterien werden bereits vor Eintritt in den Körper mit diversen Abwehrstoffen konfrontiert und teils abgetötet. Wenn diese erste Immunreaktion ausreicht, den Eintritt der Bakterien zu stoppen, endet bereits hier die Produktion von zytotoxischen Substanzen und Immunzellen gegen die Bakterien.

Infizierte Körperzellen müssen jedoch durch den Einfluss von T-Zellen, natürlichen Killerzellen und Makrophagen beseitigt werden. Des Weiteren erzeugt der Organismus Antikörper, die sich mit an den Zelloberflächen befindlichen Antigenen verbinden. In diesen Fällen dient die zytotoxische Wirkung der Immunzellen und Antikörper der Gesundheit des Gesamtorganismus.

Auch die Virusbekämpfung kann nur durch die Zerstörung der befallenen Zellen funktionieren. Dabei entwickeln sich heftige Entzündungsreaktionen, die sich durch Schmerzen und Fieber bemerkbar machen. Der gesamte Krankheitsprozess bei einer Infektion kann als zytotoxische Reaktion verstanden werden.

Bei Einsatz von Arzneistoffen werden auch oft die zytotoxischen Eigenschaften der entsprechenden Substanzen genutzt. Häufig handelt es sich dabei um zytostatische Effekte, um spezielle krankhafte Zellen im Körper abzutöten. Das gilt im Besonderen für Tumorzellen, die sich unbeschränkt teilen.

Zytostatische Wirkstoffe vermitteln ihre zytotoxische Wirkung häufig durch ihren Einfluss auf die Nukleinsäureproduktion. Wenn beispielsweise die Bildung von Stickstoffbasen gehemmt wird, kommt das Zellwachstum aufgrund mangelnder Nukleinsäureproduktion zum Erliegen. Das betrifft hauptsächlich schnell wachsende Zellen wie die Tumorzellen. Daher ist die Wirkung dieser Medikamente, die im Rahmen der Chemotherapie eingesetzt werden, spezifisch gegen Krebszellen gerichtet. Die Nebenwirkungen beruhen auf der gleichzeitig bestehenden Verlangsamung des Wachstums von Schleimhaut- und Immunzellen.

Krankheiten & Beschwerden

Die Wirkmechanismen sind sehr breit gefächert. Dabei kann die Zytotoxizität anhand einer Zytotoxizitätsskala dargestellt werden. So gibt es die Abstufungen von 0 bis 3. Bei 0 ist die Substanz nicht toxisch. Auf der Stufe 1 besteht eine leichte Hemmung durch ein schwach toxisches Material. Die Stufe 2 bedeutet wiederum eine deutliche Hemmung durch mäßig toxisches Material. Stark toxische Materialien werden zur Stufe 3 gezählt.

Dabei kann die Zytotoxizität einer Substanz durch die sogenannte Zellviabilität bestimmt werden. Die Zellviabilität stellt die Anzahl der lebenden Zellen in einer Zellpopulation dar. Je weniger lebende Zellen vorhanden sind, desto geringer ist die Zellviabilität und desto toxischer ist die auf Toxizität untersuchte Substanz. Dabei wird die Gesamtzellzahl unter anderem mit einer Zählkammer oder einem Durchflusszytometer bestimmt. Mit bestimmten Färbemethoden können dann die lebenden Zellen ermittelt werden. Mithilfe dieser Methode kann die Konzentration einer Substanz bestimmt werden, bei welcher die Zellviabilität um 50 Prozent verringert ist. Dies ist dann der IC50-Wert. Bei dieser Konzentration sterben also 50 Prozent der Zellen ab. Über diesen Wert kann die Wirksamkeit von Chemotherapeutika oder Desinfektionsmitteln abgeschätzt werden. Wenn beim Einsatz dieser Mittel der IC50-Wert überschritten wird, überwiegt die Toxizität gegenüber dem gesamten Körper. Es kommt zu erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen, die auch zum Tode führen können.

Quellen

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