Ein Überblick über gängige Werte der biologischen Aktivität! IC50, EC50, ED50?

1. In der Arzneimittelforschung sind IC50 und EC50 zwei wichtige Indikatoren.

IC₅₀(Halbmaximale Hemmkonzentration): Die 50%ige Hemmkonzentration bezeichnet die spezifische Konzentration einer bestimmten Substanz(z.B. eines Arzneimittels oder Toxins), die erforderlich ist, um 50% eines biologischen Prozesses zu hemmen. Üblicherweise bezieht sich die IC50 auf die Konzentration eines Arzneimittels, Inhibitors oder Toxins in einem In-vitro-Experiment, die eine bestimmte biologische Funktion(z.B. Enzymaktivität, Rezeptorsignalisierung, Zellproliferation usw.) auf 50% der Kontrollgruppe reduziert.

Anwendungen:

·Zellproliferations-/Toxizitätstests(MTT, CCK-8)

·Screening von Rezeptorantagonisten

·Enzyminhibitionsstudien(Kinasen, Proteasen usw.)

·Bewertung der Aktivität von Signalweginhibitoren

Je kleiner der IC₅₀-Wert, desto stärker ist die hemmende Wirkung des Arzneimittels oder Toxins.

Manchmal aktiviert ein bestimmtes Medikament jedoch einen biologischen Prozess. In solchen Fällen ist oft ein anderes Konzept erforderlich - die EC₅₀(halbmaximale effektive Konzentration).

EC₅₀(halbmaximale effektive Konzentration): Die Konzentration, die erforderlich ist, um 50% der maximalen Wirkung zu erzielen. Die EC₅₀ beschreibt die Wirksamkeit eines Medikaments oder Agonisten bei der Auslösung einer biologischen Reaktion(Aktivierung, Förderung, Hochregulierung usw.).

Anwendungen:

·Rezeptoragonisten(GPCR, Kernrezeptoren)

·Experimente zur Aktivierung von Signalwegen

·Pharmakodynamik(PD)

·Bewertung von Wirkstoffverstärkern

Ähnlich wie bei der IC₅₀ gilt: Je kleiner der EC₅₀-Wert, desto stärker die aktivierende/stimulierende Wirkung des Medikaments oder Toxins.

Die Bestimmungsprinzipien von IC₅₀ und EC₅₀: Man gibt Zellen oder biologischen Systemen verschiedene Wirkstoffkonzentrationen zu und beobachtet und dokumentiert die Veränderungen spezifischer physiologischer oder biochemischer Reaktionen. Durch die Messung von Indikatoren wie Zellproliferation, Enzymaktivität, Rezeptoraktivierung usw. wird eine Konzentrations-Wirkungs-Kurve erstellt^[1].

Abbildung 1. Illustration zweier Möglichkeiten zur Definition von EC₅₀/IC₅₀s.

2. Typische Fallstudie

Der IC50-Wert für die Zytotoxizität/Viabilität von 12-Epi-Napellin auf HL60-Zellen wurde mittels der CCK8-Methode bestimmt^[2].

2.1 Experimentelles Vorgehen

① Probenvorbereitung: HL-60-Zellen(4×10^4 pro Well) wurden in eine 96-Well-Platte ausgesät und 5 Stunden lang kultiviert. Dann wurden sie mit 12-Epi-Napellin in Konzentrationen von 0, 12.5, 25 und 50 μg/ml behandelt. Die Beobachtungen erfolgten 24 und 48 Stunden nach der Behandlung.

② Absorptionsmessung: Die Zytotoxizität/Viabilität wurde mittels der CCK8-Methode bestimmt. Die Absorption wurde bei 450 nm mit einem UV-Vis-Spektrophotometer gemessen. Die Absorptionswerte der Kontrollgruppe und jeder Versuchsgruppe wurden erfasst.

③ Datenanalyse: Verwenden Sie die folgende Formel zur Berechnung der Zytotoxizität/Viabilität:

Die IC₅₀-Werte wurden mit Hilfe der Software Prism Graph 6.0 berechnet, und die Kurvengleichung wurde durch nichtlineare Regression ermittelt.

2.2 Ergebnisse

Abbildung 2. Die IC₅₀-Werte von 12-Epi-Napellin für HL-60 waren 27.22 bzw. 15.46 μg/ml nach 24 bzw. 48 Stunden.

3. Weitere gängige Wirkstoffwerte

3.1 ED₅₀

ED₅₀: Die mittlere effektive Dosis(ED₅₀) bezeichnet die Dosis, die 50% der maximalen Wirkungsintensität in einer quantitativen Bewertung hervorruft oder bei der 50% der Versuchstiere eine positive Reaktion in einer qualitativen Bewertung zeigen. Zum Beispiel zeigen 50% der Mäuse im Schmerzmodell eine analgetische Wirkung.

ED₅₀ wird fast ausschließlich in In-vivo-Studien verwendet:

·Pharmakodynamik(PD)

·Bewertung der Arzneimittelwirksamkeit in Tiermodellen

·Verhaltensmodelle, Analgesiemodelle, antiinflammatorische Modelle, hypoglykämische Modelle usw.

·Präklinische Toxikologie/pharmakodynamische Fensteranalyse

3.2 ED₅₀(Halbe wirksame Dosis), TD₅₀(Halbe toxische Dosis), LD₅₀(Halbe letale Dosis)

Abbildung 3. Dosis-Wirkungs-Kurven für die effektive Dosis(ED50), die toxische Dosis(TD₅₀) und die letale Dosis(LD₅₀)^[3]

ED₅₀(Mediane effektive Dosis)

In In-vivo-Experimenten die Dosis, die erforderlich ist, um bei 50% der Versuchstiere die erwartete therapeutische/pharmakologische Wirkung hervorzurufen.

• Fokus: „Wie viele Individuen sprechen effektiv an?“

• Übliche Einheit: mg/kg

TD₅₀ (Mediane Toxische Dosis)

Die Dosis, bei der 50% der Versuchstiere in In-vivo-Experimenten deutliche toxische Reaktionen zeigen.

• Beispiele für toxische Reaktionen: Gewichtsverlust, Organschäden, veränderte biochemische Parameter

• Übliche Einheit: mg/kg

LD₅₀ (Mediane Letale Dosis)

Die Dosis, bei der 50% der Versuchstiere im In-vivo-Experiment verstarben.

• Klassischer toxikologischer Indikator

• Übliche Einheit: mg/kg

References:

[1] Sebaugh JL. Guidelines for accurate EC50/IC50 estimation. Pharmaceutical statistics. 2011 Mar;10(2):128-34.

[2] Hou W, Cai BQ, Zhang F, Tang JC. 12‐Epi‐Napelline Inhibits Leukemia Cell Proliferation via the PI3K/AKT Signaling Pathway In Vitro and In Vivo. Evidence‐Based Complementary and Alternative Medicine. 2021;2021(1):6687519.

[3] Gui, H., et al. Gui H, Wang Z, Li J, Guo L, Wang C, Liu S, Yan S, Ao J. Effects of boletus poisoning on estrogen receptors and neurotransmitters in rats based on ERk1/2 pathway. Neural Processing Letters. 2023 Feb;55(1):193-203. Neural Process Lett 55, 193–203 (2023).