Was ist Toxikologie?
Toxikologie ist die Erforschung unerwünschter Wirkungen natürlicher oder von Menschen erzeugter Chemikalien auf lebende Organismen. Sie ist in unserer heutigen Welt von wachsendem Interesse, da wir immer mehr Chemikalien ausgesetzt sind, sowohl in unserer Umwelt als auch durch die von uns verwendeten Produkte.
Von vielen dieser Chemikalien ist bekannt, dass sie schädlich für die menschliche Gesundheit sind. Es gibt Hinweise darauf, dass sie mit einer Vielzahl von Störungen der neuronalen Entwicklung und neurodegenerativen Erkrankungen wie Autismus und Parkinson in Zusammenhang gebracht werden können.
Die Toxikologie ist daher eine unverzichtbare Wissenschaft, die uns hilft, uns in der immer größer werdenden Landschaft chemischer Verbindungen zurechtzufinden.

Erfahren Sie, wie das FLIPR® Penta und das ImageXpress® Micro Confocal System genutzt werden können, um robuste multiparametrische Zytotoxizitätsdaten zu erhalten.
Sicherere und schnellere Wirkstoffentwicklung – mit zellbasierten Methoden der Toxizitätsbeurteilung
Die Erforschung toxischer Substanzen und ihrer Auswirkungen auf lebende Organismen ist für die Entwicklung sicherer Medikamente und für das Verständnis gesundheitlicher Folgen einer Exposition gegenüber toxischen Chemikalien unverzichtbar. Toxikologen arbeiten an der vordersten Front der Wissenschaft und suchen nach neuen Wegen, die Risiken zu identifizieren und zu beurteilen, die mit potenziell schädlichen Substanzen verbunden sind. In vielen Fällen führt ihre Arbeit direkt zu einer Verbesserung der öffentlichen Gesundheit und Sicherheit.
Die Toxizitätsbeurteilung spielt bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe eine entscheidende Rolle, da sich viele potenzielle Behandlungen in frühen klinischen Studien als toxisch herausstellen. Tatsächlich scheitern mehr als ein Drittel der in der Entwicklung befindlichen Wirkstoffe aufgrund von Toxizität. Daher ist eine frühzeitige Erkennung von entscheidender Bedeutung, um sichere und wirksame Behandlungen auf den Markt zu bringen.
Obwohl Toxizitätstests an Mäusen und Ratten die Standardmethode zur Beurteilung der Sicherheit eines neuen Arzneimittels sind, bringt dieser Ansatz Einschränkungen mit sich. Tierstudien gehen langsam voran, da nur wenige Verbindungen gleichzeitig getestet werden können. Darüber hinaus unterscheidet sich die Physiologie des Menschen deutlich von der der Tiere, sodass die erzielten Ergebnisse oft nicht repräsentativ sind.
Die Umstellung auf zellbasierte Tests ermöglicht eine schnelle Prüfung mehrerer Chemikalien gleichzeitig und gibt die menschliche Biologie besser wieder. 3D-Organoide sind aufgrund ihrer hohen Komplexität und ihrer größeren Ähnlichkeit mit der Struktur und Funktion menschlicher Gewebe besonders nützlich. Folglich könnte die Abkehr von Tierversuchen und die Hinwendung zu zellbasierten Methoden genauere Ergebnisse liefern, damit Zeit und Geld sparen und vor allem Leben retten.
Zellbasierte Toxizitäts-Assays
- Zellgesundheits-Assays
Diese können im traditionellen Zellkulturformat unter Verwendung von Zelllinien oder primären Zellen oder unter Verwendung der „fortschrittlicheren“ iPSC-Stammzellen durchgeführt werden. Die Zellen werden in Multiwell-Platten chemischen Substanzen ausgesetzt, und die Zellgesundheit sowie der Zelltod können mithilfe von MTT-Assays, CellTiter-Glo-Assays, Plattenreader-Assays, Imaging-Methoden, Lebend-Tot-Assays und Apoptose-Assays untersucht werden.
- Zellviabilitäts- und Morphologie-Assays
Die Zellen werden mittels Imaging-Methoden untersucht, bei denen die Zellzahl, die Zellfläche oder die Zellkernform zur Beurteilung potenzieller toxischer Effekte verwendet werden können.
- Neuritenauswuchs
Um den Zelltod nachzuweisen sowie das neuronale Wachstum und die Sprossbildung zu messen, können High-Content-Analysen durchgeführt werden, wodurch komplexere toxische Auswirkungen auf die neuronalen Zellen untersucht und bestimmt werden können.
- Veränderungen der Zellorganellen
Veränderungen der Form des Zellkerns und der Mikrokerne sowie die Zerstörung von Mitochondrien können mithilfe von automatisiertem Imaging und fortschrittlichen Imaging-Werkzeugen quantifiziert werden. Dies sind anspruchsvolle Studien, die jedoch ausgezeichnete Ergebnisse liefern.
- E-Phys, Ca2+-Imaging und andere funktionelle Assays
Es ist wichtig, die Auswirkungen chemischer Substanzen auf die Zellfunktionalität zu bestimmen. Viele toxische Substanzen sind Ionenkanalblocker, daher können potenzielle toxische Effekte mittels Elektrophysiologie (E-Phys) und Calcium-Imaging nachgewiesen werden.
Integrative In-vitro-Beurteilung der Kardiotoxizität
Dieser Arbeitsablauf hilft bei der Veranschaulichung eines integrativen In-vitro-Assays. Bei diesem werden aus humanen iPSCs gewonnene Kardiomyozyten für das High-Throughput-Screening mehrerer verschiedener Klassen von Umweltchemikalien und Medikamenten (d. h. eine NTP-Screening-Bibliothek) verwendet. Chemische Auswirkungen auf die Kontraktilität von Kardiomyozyten werden durch Ca2+-Flux-Messungen in Kombination mit High-Content-Imaging bestimmt. Beurteilt werden dabei die konzentrationsabhängigen Wirkungen auf die Physiologie der Kardiomyozyten, auf das Membranpotenzial der Mitochondrien und auf die Zellviabilität. Für das quantitative Toxizitätsprofiling wurden phänotypische Beschreibungsmerkmale verwendet. Und zur Auswertung der Daten können die Konzentrationswerte genutzt werden, um Bioaktivitätsgruppierungen und eine Rangliste der Chemikalien zu erstellen und diese mit einer Datenauswertungssoftware visuell darzustellen.
Erfahren Sie mehr über die Studie In-vitro-Bewertung der Kardiotoxizität von Umweltchemikalien mithilfe eines organtypischen humanen, aus induzierten pluripotenten Stammzellen generierten Modells.
Ausgewählte Themen, um Ihre Forschung zur Toxizitätsbeurteilung voranzubringen
Wir bei Molecular Devices wissen, dass Sie die richtigen Werkzeuge zur Beurteilung der Toxizität benötigen, um mehr Erkenntnisse zu gewinnen. Deshalb bieten wir eine Reihe von Lösungen an, mit denen Daten auf vielfältige Art und Weise erfasst werden können. Unsere Imaging-Instrumente machen Aufnahmen von Zellen und ermöglichen eine detaillierte Analyse, während unsere E-Phys-Instrumente schnelle kinetische Messungen ermöglichen. Unsere Plattenreader können Messungen in Lumineszenz-, Fluoreszenz- oder anderen Messmodi durchführen, und unsere Automatisierungslösungen helfen, die Geschwindigkeit und Effizienz der Tests zu erhöhen. Unsere Analysewerkzeuge unterstützen zudem den Nachweis von Veränderungen und liefern grundlegende statistische Analysen. Mit den richtigen Werkzeugen von Molecular Devices können Sie die Erkenntnisse gewinnen, die Ihre Forschung auf die nächste Ebene heben.
-
Krebs- und Gewebeforschung
Es besteht ein größer werdendes Interesse an der Verwendung von 3D-Sphäroiden als Modelle für Krebs und die Gewebebiologie, um die translationale Forschung zu beschleunigen. Erfahren Sie mehr über die High-Throughput-, High-Content-Imaging- und Analysemethoden, die zum Fortschritt dieser Arbeit beitragen:
Mehr erfahren:
- Imaging-Assay mit mehreren Parametern zur Messung der Toxizität in einem Tumormodell
- Hochdurchsatz-Screening von 3D-Zellkulturen mit mehreren gerüstfreien Sphäroiden hoher Dichte für Krebstoxizitätsstudien
- Automatisierte langfristige zellbasierte Toxizitätsstudien in 3D mittels eines Flowchip Systems
Kardiotoxizität
Die Untersuchung der Kardiotoxizität ist in den frühen Stadien der Wirkstoffforschung wichtig, um potentiell toxische Verbindungen von der weiteren Entwicklung auszuschließen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um die Ineffizienz und die hohen Kosten zu minimieren, die mit Verbindungen verbunden sind, die bei der kardiologischen Sicherheitsbewertung versagen.
Erfahren Sie mehr über In-vitro-Kardiotoxizitätsassays, die mit biologisch relevanten, auf Zellen basierenden 3D-Modellen arbeiten und für das High-Throughput-Screening geeignet sind.
-
Lebertoxizität
Leberschäden sind eine der Hauptursachen für den Ausfall von Wirkstoffen. Daher ist es entscheidend, die Verbindungen zu identifizieren, die eine Lebertoxizität verursachen können – und zwar so früh wie möglich im Wirkstoffentwicklungsprozess.
Erfahren Sie mehr über High-Content-3D-Assays und -Bildanalyse, die möglicherweise als empfindliche und reproduzierbare Screening-Werkzeuge zur Beurteilung der Hepatotoxizität dienen können:
- Phänotypische Charakterisierung von toxischen Verbindungseffekten auf aus iPSC generierten Lebersphäroiden mittels konfokalem Imaging und dreidimensionaler Bildanalyse
- Phänotypische Bewertung der Toxizität mit einem humanen Hepatozyten-Co-Kultivierungsmodell
- High-Content 3D-Toxizitätsassay mit aus iPSC gewonnenen Hepatozyten-Spheroiden
- Phänotypische Beschreibung von Verbindungseffekten auf aus iPSC gewonnenen Herz- und Lebersphäroiden mit schneller kinetischer Fluoreszenz und 3D-Bildanalyse
- Multiplexing von High-Content-Assays für das Toxizitätsscreening in aus induzierten pluripotenten Stammzellen stammenden Kardiomyozyten und Hepatozyten
Neurotoxizität
Obwohl es viele Möglichkeiten gibt, auf Neurotoxizität zu testen, sind die meisten aktuellen Methoden sehr vereinfacht und spiegeln die komplexen Prozesse im Körper nicht genau genug wider. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung von prädiktiveren In-vitro-Assays, die größere Mengen an Verbindungen mit neurotoxischem Potential screenen können.
Erfahren Sie mehr über die Durchführung von Neuritenauswuchs-Assays, die auf induzierten pluripotenten Stammzellen basieren und zur Beurteilung der neuronalen Entwicklung verwendet werden können:
- Funktionelles und mechanistisches Profiling von Neurotoxizität mit menschlichen, von iPSC-stammenden neuronalen 3D-Zellkulturen
- Neuritenauswuchs von aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen erzeugten Neuronen als Hochdurchsatz-Screen auf Neuronenentwicklungs-Toxizität oder Neurotoxizität
- Funktionelle Bewertung der neurotoxischen und neuroaktiven Wirkung von Verbindungen in aus iPSCs gewonnenen neuronalen 3D-Cokulturen
- Beurteilung der Neurotoxizität und der neuronalen Entwicklung unter Verwendung eines auf induzierten pluripotenten Stammzellen basierenden "Neurite Outgrowth"-Assays
- Calcium-Flux-Assay für in-vitro-Untersuchungen der Neurotoxizität und das Wirkstoffscreening
- In-vitro-Plattform für Hochdurchsatz-Screening von Neuronen ermöglicht Automatisierung von Neurotoxizitäts-Assays
- KI-basierte Analyse komplexer biologischer Phänotypen
- High-Content-Screening der neuronalen Toxizität mit aus iPSC gewonnenen humanen Neuronen
-
Toxizitätsforschung mit Organoiden
Die durch Wirkstoffe ausgelöste Organtoxizität ist eine der entscheidenden Ursache dafür, dass pharmazeutische Wirkstoffkandidaten es nicht auf den Markt schaffen. Es ist daher ausschlaggebend, dass hochprädiktive Assays für Sicherheit und Wirksamkeitstests zur Verfügung stehen, um die Wirkstoffforschung zu verbessern und den Ausfall von Wirkstoffkandidaten einzudämmen.
Mehr erfahren:
- Die Komplexität der 3D-Biologie erfassen: Organoide für die Krankheitsmodellierung und Toxizitätsforschung
- Toxizitätsstudien mit aus iPSC gewonnenen Kardiomyozyten und neuronalen Sphäroiden
- Toxizitäts-Assays mit Zellen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen wurden
- Lungenorganoide als ein Assay-Modell zur In-vitro-Beurteilung der Toxizitätseffekte mittels 3D-High-Content-Imaging und Analyse.
Neueste Ressourcen
Ressourcen für die Toxikologie
Veröffentlichungen
Wie Cardioide die nächste Generation der Wirkstoffforschung einläuten können
How cardioids can usher in the next generation of drug discovery
Vor kurzem sind wir eine Partnerschaft mit HeartBeat.bio eingegangen, um die Produktion von Cardioiden – 3D-Zellmodelle des Herzens, die die menschliche Biologie genauer wiedergeben können – zu automatisieren und im großen Maßstab durchzuführen. Labiotech.eu sprach ...
Wissenschaftliche Poster
In-vitro-Plattform für Hochdurchsatz-Screening von Neuronen ermöglicht Automatisierung von Neurotoxizitäts-Assays
In vitro platform for high-throughput screening of neurons enables automation of neurotoxicity assays
Unser automatisierter Assay zum Profiling von 7 neurologischen Faktoren ermöglicht eine umfassende quantitative Beschreibung der neuronalen Gesundheit und ist der Erste seiner Klasse. Der NeuroHTS™ maximiert die Kapazität von bildgebenden Assays …
Application Note
Lungenorganoide als ein Assay-Modell zur In-vitro-Beurteilung der Toxizitätseffekte mittels 3D-High-Content-Imaging und Analyse.
Lung organoids as an assay model for in vitro assessment of toxicity effects by 3D high-content imaging and analysis
Organoid-Modelle haben in der biologischen Forschung und dem Screening zunehmend an Beliebtheit gewonnen, um die Komplexität echter Gewebe wiederzugeben. Um den In-vivo-Zustand der menschlichen Lunge zu modellieren, haben wir primäre …
Application Note
Hochdurchsatz-Screening von 3D-Zellkulturen mit mehreren gerüstfreien Sphäroiden hoher Dichte für Krebstoxizitätsstudien
High-throughput screening of 3D cell cultures with multiple high density scaffold-free spheroids for cancer toxicity studies
3D-Spheroidmodelle gewinnen in der Krebsforschung an Beliebtheit, weil sie die Architektur des In-vivo-Gewebes, die In-vivo-Genexpression und das In-vivo-Stoffwechselprofil von Tumoren im Vergleich zu …
Wissenschaftliche Poster
KI-basierte Analyse komplexer biologischer Phänotypen
AI-based analysis of complex biological phenotypes
Zellbasierte Phänotyp-Assays haben sich in der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung und der toxikologischen Sicherheitsbestimmung zu einer zunehmend attraktiven Alternative für traditionelle In-vitro- und In-vivo-Tests entwickelt. …
Wissenschaftliche Poster
Automatisierte langfristige zellbasierte Toxizitätsstudien in 3D mittels eines Flowchip Systems
Automated Long-term 3D Cell-Based Toxicity Studies Using a Flowchip System
Es besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung von dreidimensionalen (3D) Zellstrukturen zur Modellierung von Tumoren, Organen und Geweben, um die translationale Forschung zu beschleunigen.1 Wesentliche Fortschritte wurden …
Application Note
Funktionelle Bewertung der neurotoxischen und neuroaktiven Wirkung von Verbindungen in aus iPSCs gewonnenen neuronalen 3D-Cokulturen
Functional evaluation of neurotoxic and neuroactive compound effects in iPSC-derived 3D neural co-cultures
Es besteht ein wachsendes Interesse daran, komplexere, biologisch relevantere und voraussagekräftigere zellbasierte Plattformen für die Assay-Entwicklung und das Verbindungs-Screening zu nutzen.
Veröffentlichungen
Funktionelles und mechanistisches Profiling von Neurotoxizität mit menschlichen, von iPSC-stammenden neuronalen 3D-Zellkulturen
Functional and Mechanistic Neurotoxicity Profiling Using Human iPSC-Derived Neural 3D Cultures
Neurologische Erkrankungen tangieren weltweit Millionen von Menschen und ihre Häufigkeit scheint anzusteigen. Der Grund für diesen Anstieg ist nach wie vor unbekannt, es wird jedoch vermutet, dass Umweltfaktoren einen Beitrag …
Application Note
Calcium-Flux-Assay für in-vitro-Untersuchungen der Neurotoxizität und das Wirkstoffscreening
Calcium flux assay for in vitro neurotoxicity studies and drug screening
Das Calcium-Imaging oder das Beobachten von Veränderungen im intrazellulären Calcium ist eine sehr hilfreiche Technik bei der Untersuchung der vielfältigen Rollen, die Calciumionen in funktionierenden Neuronen übernehmen. …
Application Note
Beurteilung der Neurotoxizität und der neuronalen Entwicklung unter Verwendung eines auf induzierten pluripotenten Stammzellen basierenden "Neurite Outgrowth"-Assays
Assessment of neurotoxicity and neuronal development using induced pluripotent stem cell-based neurite outgrowth assay
Die wachsende Sorge über das erhöhte Vorkommen von nicht überprüften Chemikalien in der Umwelt macht es dringend erforderlich, zuverlässige und effiziente Screening-Werkzeuge zur Identifikation …
Wissenschaftliche Poster
Phänotypische Bewertung der Toxizität mit einem humanen Hepatozyten-Co-Kultivierungsmodell
Phenotypic Assessment of Toxicity Using a Human Hepatocyte Co-Culture Model
Die Entwicklung von prädiktiven In-vitro-Assays zur frühzeitigen Untersuchung der Toxizität ist äußerst wichtig für die Verbesserung des Wirkstoffentwicklungsprozesses und zur Verringerung der Ausfallrate im Verlauf klinischer …
Application Note
Toxizitäts-Assays mit Zellen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen wurden
Toxicity assays using induced pluripotent stem cell-derived cells
Durch Wirkstoffe ausgelöste Organtoxizität ist eine entscheidende Ursache dafür, dass pharmazeutische Wirkstoffkandidaten es nicht auf den Markt schaffen. Daher sind voraussagekräftige Assays für das Testen der Sicherheit und Wirksamkeit äußerst wichtig, um …
Application Note
Imaging-Assay mit mehreren Parametern zur Messung der Toxizität in einem Tumormodell
Multi-parameter imaging assay for measuring toxicity in a tumor model
Es besteht ein größer werdendes Interesse an der Verwendung von dreidimensionalen (3D) Spheroiden als Modelle für Krebs und die Biologie von Geweben, um die translationale Forschung zu beschleunigen. Das Ziel dieser Studie war die Entwicklung …
Application Note
High-Content 3D-Toxizitätsassay mit aus iPSC gewonnenen Hepatozyten-Spheroiden
High-content 3D toxicity assay using iPSC-derived hepatocyte spheroids
Es besteht ein größer werdendes Interesse darin, die Verwendung von dreidimensionalen (3D) Sphäroiden als Modelle für die Entwicklungs- und Gewebebiologie mit dem Ziel zu erforschen, die translationale Forschung zu beschleunigen. …
Application Note
High-Content-Screening der neuronalen Toxizität mit aus iPSC gewonnenen humanen Neuronen
High-content screening of neuronal toxicity using iPSC-derived human neurons
Das Nervensystem ist gegenüber den toxischen Wirkungen vieler chemischer Verbindungen, Umweltschadstoffen und bestimmter natürlich vorkommender Substanzen empfindlich. Neurotoxizität kann vorübergehende oder …
Wissenschaftliche Poster
Phänotypische Charakterisierung von Auswirkungen toxischer Verbindungen auf aus iPSC gewonnenen Herz- und Leberspheroiden
Phenotypic Characterization of Compound Effects on iPSC-derived Cardiac & Liver Spheroids
Erkunden Sie das PDF und lernen Sie die Anwendung der schnellen kinetischen Fluoreszenz- und 3D-Bildanalyse für die phänotypische Beschreibung von Verbindungseffekten auf aus iPSC gewonnenen Herz- und Leberspheroiden kennen.
Veröffentlichungen
Phänotypische Charakterisierung von toxischen Verbindungseffekten auf aus iPSC generierten Lebersphäroiden mittels konfokalem Imaging und dreidimensionaler Bildanalyse
Phenotypic Characterization of Toxic Compound Effects on Liver Spheroids Derived from iPSC Using Confocal Imaging and Three-Dimensional Image Analysis
Zellmodelle werden zunehmend komplexer, um die In-vivo-Mikroumgebung besser nachzuahmen, und bieten eine höhere Voraussagekraft für die Wirksamkeit und Toxizität von Verbindungen. Es besteht ein stärker werdendes Interesse daran, …
Veröffentlichungen
Neuritenauswuchs von aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen erzeugten Neuronen als Hochdurchsatz-Screen auf Neuronenentwicklungs-Toxizität oder Neurotoxizität
Neurite Outgrowth in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neurons as a High-Throughput Screen for Developmental Neurotoxicity or Neurotoxicity
Aufgrund der zunehmenden Prävalenz neurologischer Erkrankungen und der großen Zahl nicht getesteter Verbindungen in der Umwelt, besteht ein Bedarf nach der Entwicklung zuverlässiger und effizienter Screening-Instrumente, um …
Veröffentlichungen
Multiplexing von High-Content-Assays für das Toxizitätsscreening in aus induzierten pluripotenten Stammzellen stammenden Kardiomyozyten und Hepatozyten
High-Content Assay Multiplexing for Toxicity Screening in Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes and Hepatocytes
Zellbasierte High-Content-Screening (HCS)-Assays haben sich in der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung und der toxikologischen Sicherheitsbestimmung zu einer zunehmend attraktiven Alternative für traditionelle In-vitro- und In-vivo-Tests …