Missverständnis des „universellen Lösungsmittels“ DMSO, sind Sie darauf hereingefallen?

In den vorherigen Ausgaben haben wir verschiedene Formulierungen und Strategien zur Arzneimittelauflösung vorgestellt. Unter ihnen hat DMSO, das nicht empfohlen wird, auch einen Platz als Co-Lösungsmittel, aber es ist ziemlich umstritten. Die Verwendung dieses Lösungsmittels, das von der FDA eingeschränkt wird, ist weit verbreitet und hochgiftig. Wie giftig ist es und wie verwenden wir es in unseren Experimenten? Heute werden wir Ihnen die richtige Verwendung des „universellen Lösungsmittels“ DMSO in Zell- und Tierversuchen zeigen.

Einführung in DMSO

Dimethylsulfoxid(DMSO) ist eine Schwefelhaltige organische Verbindung, deren Struktur in der folgenden Abbildung dargestellt ist.

Physikalische Eigenschaften: Es ist eine farb- und geruchlose, tranparente Flüssigkeit mit starker hygroskopizität bei Raumtemperatur. Der Gefrierpunkt ligt bei 18,55℃ und die Dichte ist ähnlich der von Wasser, nämlich 1,100 g/mL;

Chemische Eigenschaften: Die Molekülformel lautet (CH3)2SO. Weil die Struktur eine hydrophile Sulfinylgruppe und zwei hydrophobe Methylgruppen enthält, ist es sowohl mit wässrige Lösungen als auch mit den meisten organischen Lössungsmitteln außer Petrolether kompatibel. Es kann etwa 80% der Verbindungen lösen. Die meisten wasserlöslichen Verbindungen und fettlöslichen Verbindungen können damit gelöst werden. Deshalb ist DMSO auch als „universelles Lösungsmittel“ bekannt.

Entwicklungsgeschichte von DMSO

DMSO wurde aufgrund seiner breiten Anwendungsbereiche in der Anfangsphase seiner Entdeckung als „Wundermedizin“ bezeichnet. Wissenschaftler haben viele Forschungen betrieben, die sich hauptsächlich auf entzündungshemmenden und schmerzstillenden, harntreibend, beruhigenden und andere Wirkungen beziehen. In der früheren Pharmaindustrie konnte direkt als Rohstoff und Träger für einige Medikamente verwendet werden. Es konnte auch als osmotisches Schutzmittel, Mittel zur Kryokonservierung von Blutplättchen usw. verwendet werden.

Im Jahr 1965 wurde die Forschungs zu DMSO jedoch in den USA abrupt gestoppt, weil ein Forschungssymposium zu DMSO, an dem die FDA und einige Pharmaunternehmen teilnahmen, darauf hinweis, wass DMSO die Linsenstruktur vieler Säugetiere beeinflusst, nicht aber bei Menschen und Primaten. Es wurden keine derartigen Veränderungen festgestellt.

Das folgende Bild zeigt die Entwicklung von DMSO: Es ist zu erkennen, dass Wissenschaftler seit 1965 umfangreiche Forschungen zur Toxizität von DMSO durchgeführt haben, jedoch keine schwerwiegenden toxischen und Nebenwirkungen bei gesunden Versuchstieren und Menschen festgestellt haben. Aber es ist toxisch für Zellen. Daher wurde die Anwendung von DMSO von der FDA in nicht speziellen und nicht irreversiblen Situationen eingeschränkt.

Entwicklungsgeschichte von DMSO in den letzten Jahrzehnten

Wie giftig ist DMSO?

1. Zytotoxizität von DMSO: Kontrolle erforderlich <0,1% (v/v)

• Im Jahr 2008 stellten Qi Weidong et al. fest, dass bei einem Kulturmedium mit 0,1%-0,25% (v/v) DMSO innerhalb von 24 Stunden keine Schäden und Effekte auf die Haarzellen von Ratten auftraten. Es kam jedoch bei einer DMSO-Konzentration von 0,5%- 6 % zu Haarzellschäden und dosisabhängiger Zelltod[2].

• Im Jahr 2014 stellten He Bing et al. fest, dass unterschiedliche Konzentrationen von DMSO im Zellkulturmedium bestimmte Wirkungen auf das Wachstum von in vitro kultivierten Kanichen-Chondrozyten hatten. Bei einer Konzentration von 2,0% (v/v) schien die Chondrozyten stärker zu sein. Hemmende Wirkung, aber geringe Wirkungen auf das Zellwachstum im Konzentrationsbereich von 0,1%-1,0% [4].

2. Enzymatische Toxizität von DMSO: Kontrolle erforderlich <0,1%(v/v)

• Im Jahr 2011 stellten Ramakrishna Nirogi et al. fest, dass im Inkubationsexperiment von menschlicher Lebermikrosomen DMSO mit einer Konzentration von mehr als 0,1% im Inkubationssystem die Aktivität von CYP1A2 in menschlichen Lebermikrosomen hemmen konnte. 2% Methanol oder Acetonitril beeinflussten die Enzymaktivität aber nicht[5].

• Im Jahr 2003 stellten Masuhiro NISHIMURA et al. fest, dass bei Verabreichung der Verbindung an menschliche Hepatozyten die Endkonzentration von DMSO 0,1% oder weniger betrug. Die Expression von der Arzneimittel-Phase-metabolisierenden Enzyme Cytochrome P450 (CYPs) in Hepatozyten, der biphasischen Arzneimittel-metabolisierenden Enzyme Glucuronosyltransferase(UGTs) und dem wichtigsten transmembranären Transporters ABC(ATPBing Cassttee Transporters) in Zellen keinen Effekt hatte.Und die Expression änderte sich bei höherer Konzentration[6].

3. Toxizität von DMSO bei Tieren

(1) Akute Toxizität: bezieht sich auf die schnelle und schwere Vergiftungsreaktion des Körpers nach Verabreichung einer großen Dosis eines Medikaments auf einmal, einschließlich der tödlichen Wirkung; Generell kann die mittlere letale Dosis (LD50) des Medikaments erreicht werden. DMSO (g/kg) muss 50% der Versuchstiere zum Tod führen, um das Risiko einzuschätzen. Die folgenden Ergebnisse wurden in verschiedenen Tierversuchen berichtet:

Die folgende Tabelle listet die halbtödliche Dosis von DMSO für jedes Versuchstier unter jeder Verabreichungsmethode auf. Der Tabelle zufolge ist die LD50 von DMSO tatsächlich höher. Zum Beispiel beträgt die LD50 bei oraler Verabreichung an Mäuse 16,5-24,6g/kg, während die in unseren Mausversuchen verabreichte Dosis im Allgemeinen in mg/kg liegt. Deshalb ist es fast unmöglich, das Dosis zu überschreiten, was bedeutet, dass die Gesamttoxizität für Tiere nicht so stark ist wie für Zellen. Verschiedene Labors haben vielleicht unterschiedliche Daten, bestätigen aber alle die geringe Toxizität von DMSO für Tiere. 

Die mittlere letale Dosis (g/kg) von DMSO bei unterschiedlichen Arten und verschiedenen Verabreichungsmethoden.

(2) Langzeittoxizität: bezieht sich auf die schädlichen Wirkungen des Arzneimittels, das den Versuchstieren einige Tage hintereinander in einer bestimmten Dosis verabreicht wird. Folgende Ergebnisse wurden in verschiedenen Tierversuchen berichtet.

a. Dosierungsversuche an Tieren wie Hunden, Schweinen und Kaninchen, denen DMSO in einer Dosis von 5g/kg täglich verabreicht wurde, haben auch dargestellt, dass die Tiere nach einigen Monaten Veränderungen der Kinsendioptrien als der Trübung erfahren, und die Veränderung ist dosisabhängig. Die Beziehung zwischen DMSO-Dosisreduktion und Linsenbrechung ist sehr gering; keine derartigen Nebenwirkungen wurden bisher festgestellt[7];

b. Dis Dosis von DMSO betrug 9 g/kg täglich, und das Experiment von Rhesusaffen, denen es 18 Monate lang kontinuierlich verabreicht wurde, zeigte, dass die Rhesusaffen keine offensichtlichen Abnormalitäten oder Intoleranzen aufweisen[8];

c. DMSO wurde männlichen und weiblichen Ratten 12 Monate lang in einer Dosis von 1g/kg 5 Tage/Woche verabreicht. Das Experiment zeigte, dass alle Gewebe und Organe der Ratten, wie Gehirn, Herz, Darm, Fortpflanzungssystem, Schilddrüse usw., normal waren und keine offensichtlichen Abnormalitäten oder Intoleranzen festgestellt werden[9].

d. DMSO hat eine harntreibende Wirkung, aber in Studien an Menschen und Labortieren wurden keine Nierenschäden festgestellt.

Aus den obigen toxikologischen Daten ist zu erkennen, dass DMSO im Vergleich zu anderen sicheren und ungiftigen Lösungsmitteln zwar eine gewisse Toxizität aufweist, aber auch seine eigene Besonderheit hat. Vor dem „universellen Lösungsmittel“ können biologische Experimente und vorläufige Arzneimittelscreening-Phasen DMSO auch sinnvoll verwenden, um korrekte Versuchsergebnisse schnell zu erzielen und die Reagenzinterferenzen zu vermeiden. Schauen wir uns an, wie DMSO in einem Experiment richtig verwendet wird.

Wie wird DMSO in Zellexperimenten richtig verwendet?

Es gibt zwei Hauptanwendungen von DMSO bei Zellexperimenten:

1.Kryokonservierung von Zellen: DMSO ist derzeit das beste Mittel zur Kryokonservierung von Zellen, hat aber eine gewisse Toxizität. Im Allgemeinen wird die Konzentration auf unter 10% des Endvolumens kontrolliert und kann bei Zellen mit schwacher Toleranz auf unter 10%, z.B. 8%, reduziert werden. Es ist wichtig, dass DMSO während der Zellwiederherstellung so schnell wie möglich gewaschen werden sollte. Sonst wird es zu schwerer Zelltoxizität führen. Die Ergebnisse zeigten, dass bei einer DMSO-Konzentration im Kulturmedium von 10% die Hemmungsrate des Zellwachstums nahezu 100% betrug; bei einer Konzentration von 1% betrug die Hemmungsrate 35%. Selbst bei einer Konzentration von 0,04% hatte DMSO eine nachteilige Wirkung auf das Zellwachstum[10].

2.Lösungsmittel für Verbindungen zur Zellverabreichung: Bei der Verabreichung von lysierenden Verbindungen an Zellen sollte die DMSO-Dosierung streng kontrolliert werden: Verschiedene Zellen können unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber dem DMSO-Gehalt haben, aber jetzt ist es akzeptabler, DMSO zur Formulierung von Verbindungen zur Zellverabreichung zu verwenden. Die Endkonzentration von DMSO wird auf 0,1% kontrolliert, um zu verhindern, dass das Zellexperiment gestört wird, d.h. das Volumen von DMSO darf 1 μl in 1 ml Medium nicht überschreiten. Wenn es festgestellt wird, dass das Volumen dieses Verhältnis überschreitet, können wir die Verwendung von DMSO reduzieren, indem wir die Arzneimittelkonzentration erhöhen oder ein mehrstufiges Verdünnungsverfahren in der wässrigen Phase anwenden.

Wie wird DMSO bei Tierversuchen richtig verwendet?

Die Anwendung von DMSO bei Tierversuchen liegt hauptsächlich in der Auflösung von Arzneimitteln. In den vorherigen Ausgaben haben wir die Auflösungsmethode von Arzneimitteln vorgestellt, aber beim Auflösen von Arzneimitteln müssen wir zuerst die Toxizität des Co-Lösungsmittels und dann die Löslichkeit berücksichtigen. Wenn das Toxizitätsverhältnis überschritten wird, müssen wir diese Auflösungsmethode aufgeben, um das Medikament aufzulösen.

Aus den obigen Toxizitätstestdaten ist ersichlich, dass die Gesamttoxizität von DMSO für Tiere viel geringer als die für Zellen. Deshalb ging auch Li Ping et al. davon aus, dass die bei der Verabreichung an Tiere verwendete DMSO-Menge 10-20% des gesamten Verabreichungsvolumens ausmachen kann[11]. Zum Beispiel beträgt das Verabreichungsvolumen bei Mäusen bei oraler Verabreichung 10mL/kg. Bei 20 g schweren Mäusen beträgt unser einmaliges Verabreichungsvolumen etwa 100 bis 200μl, und das DMSO-Volumen muss auf 10 bis 20%, d.h. 20 bis 40μl, kontrolliert werden.

Empfohlenes DMSO-Volumen bei Tierversuchen

Hinweis: Die verwendete DMSO-Menge dient nur als Referenz. Wenn Tiere unerwünschte Symptome wie Gewichtsverlust/Appetitverlust zeigen, sollten wir eine Reduzierung der DMSO-Menge in Betracht ziehen. Der allgemeine Grundsatz besteht darin, die Verwendung von DMSO zu minimieren.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von DMSO

1. Hautkontakt vermeiden: Studien haben gezeigt, dass DMSO ein geringes Molekulargewicht hat und leicht durch die Haut aufgenommen wird. Wenn die Haut über längere Zeit DMSO ausgesetzt ist, wird leichte lokale Reizungen auftreten, wie lokale Hautreizungen, Juckreiz und Brennen. Während des Experiments kann 1%-5% Ammoniakwasser zur Verwendung vorbereitet werden. Nach dem Berühren sollte die Haut mit viel Wasser und verdünntem Ammoniakwasser gewaschen werden; Sulfone können in die Haut eindringen und unter bestimmten Bedingungen giftige Substanzen in die Haut bringen;

2. Inhalation von DMSO vermeiden: Die häufigsten Ursachen für Inhalation von DMSO sind Übelkeit, Erbrechen und der Geruch von Knoblauch, Zwiebeln und Austern in der ausgeatmeten Luft. Hohe Konzentrationen und großflächige Anwendung können die Nervenfunktion beeinträchtigen und zu Hämolyse führen. Vermeiden Sie deshalb bei der Anwendung die Verflüchtigung.

Zusammenfassend ist dies das grundlegende Wissen über DMSO und die Anwendungsmethoden im Experiment, das wir Ihnen in dieser Ausgabe vorgestellt haben. Hat es Ihnen ein neues Verständnis von DMSO vermittelt? Obwohl DMSO eine gewisse Toxizität hat, ist es nicht unbrauchbar; wenn wir keinen geeigneten Ersatz gefunden haben, ist es immer noch zulässig, DMSO im Experiment anzuwenden, um Forschungsdaten zu erhalten. Wenn Sie eine andere Meinung haben, hinterlassen Sie uns bitte eine Nachricht oder nehmen Sie am Gruppenchat unten teil, um gemeinsam zu diskutieren.