In vitro -In vitro

Plante clonate in vitro

In vitro (adică în sticlă sau în sticlă ) Studiile sunt realizate cu microorganisme , celule sau molecule biologice în afara contextului lor biologic normal. Denumite în mod colocvial „ experimente cu eprubete ”, aceste studii în biologie și subdisciplinele sale se fac în mod tradițional în obiecte de laborator, cum ar fi eprubete, baloane, cutii Petri și plăci de microtitrare . Studiile efectuate folosind componente ale unui organism care au fost izolate din mediul lor biologic obișnuit permit o analiză mai detaliată sau mai convenabilă decât se poate face cu organisme întregi; cu toate acestea, rezultatele obținute dinexperimente in vitro pot să nu prezică complet sau cu acuratețe efectele asupra unui organism întreg. Spre deosebire deexperimentele in vitro ,studiile in vivo sunt cele efectuate pe organisme vii, inclusiv pe oameni și plante întregi.

Definiție

Studiile in vitro ( latină : în sticlă ; de multe ori nu sunt italizate în limba engleză) studiile sunt efectuate folosind componente ale unui organism care au fost izolate din mediul lor biologic obișnuit, cum ar fi microorganisme, celule sau molecule biologice. De exemplu, microorganismele sau celulele pot fi studiate în medii de cultură artificiale , iar proteinele pot fi examinate în soluții . Denumite în mod colocvial „experimente cu eprubete”, aceste studii în biologie, medicină și subdisciplinele lor se fac în mod tradițional în eprubete, flacoane, vase Petri etc. Acestea implică acum întreaga gamă de tehnici utilizate în biologia moleculară, cum ar fi omicele .

În schimb, studiile efectuate pe ființe vii (microorganisme, animale, oameni sau plante întregi) sunt numite in vivo .

Exemple

Exemple de studii in vitro includ: izolarea, creșterea și identificarea celulelor derivate din organisme multicelulare (în cultura celulară sau tisulară ); componente subcelulare (de exemplu, mitocondrii sau ribozomi ); extracte celulare sau subcelulare (de exemplu, extracte de germeni de grâu sau extracte de reticulocite ); molecule purificate (cum ar fi proteine , ADN sau ARN ); și producția comercială de antibiotice și alte produse farmaceutice. Virușii, care se reproduc doar în celulele vii, sunt studiați în laborator în cultura celulară sau tisulară, iar mulți virologi de animale se referă la o astfel de lucrare ca fiind in vitro pentru a o deosebi de munca in vivo la animale întregi.

Reacția în lanț a polimerazei este o metodă pentru replicarea selectivă a secvențelor specifice de ADN și ARN în eprubetă.
Purificarea proteinelor implică izolarea unei proteine specifice de interes dintr-un amestec complex de proteine, adesea obținut din celule sau țesuturi omogenizate.
Fertilizarea in vitro este utilizată pentru a permite spermatozoizilor să fertilizeze ouăle într-un vas de cultură înainte de a implanta embrionul sau embrionii rezultați în uterul mamei potențiale.
Diagnosticul in vitro se referă la o gamă largă de teste medicale și veterinare de laborator care sunt utilizate pentru diagnosticarea bolilor și monitorizarea stării clinice a pacienților care utilizează probe de sânge, celule sau alte țesuturi obținute de la un pacient.
Testarea in vitro a fost utilizată pentru a caracteriza procesele specifice de adsorbție, distribuție, metabolism și excreție de medicamente sau substanțe chimice generale în interiorul unui organism viu; de exemplu, pot fi efectuate experimente cu celule Caco-2 pentru a estima absorbția compușilor prin căptușeala tractului gastro-intestinal; Împărțirea compușilor între organe poate fi determinată pentru a studia mecanismele de distribuție; Culturile suspendate sau placate de hepatocite primare sau linii celulare asemănătoare hepatocitelor (HepG2, HepaRG) pot fi utilizate pentru a studia și cuantifica metabolismul substanțelor chimice. Acești parametri de proces ADME pot fi apoi integrați în așa-numitele "modele farmacocinetice bazate fiziologic" sau PBPK .

Avantaje

Studiile in vitro permit o analiză specifică speciei, mai simplă, mai convenabilă și mai detaliată decât nu se poate face cu întregul organism. Așa cum studiile pe animale întregi înlocuiesc din ce în ce mai mult studiile la om, tot așa sunt și studiile in vitro care înlocuiesc studiile la animale întregi.

Simplitate

Organismele vii sunt sisteme funcționale extrem de complexe care sunt alcătuite din cel puțin multe zeci de mii de gene, molecule de proteine, molecule de ARN, compuși organici mici, ioni anorganici și complexe într-un mediu organizat spațial de membrane și în cazul organismelor multicelulare, a sistemelor de organe. Aceste nenumărate componente interacționează între ele și cu mediul lor într-un mod care procesează alimentele, îndepărtează deșeurile, mută componentele în locația corectă și sunt receptive la semnalizarea moleculelor, a altor organisme, a luminii, sunetului, căldurii, gustului, atingerii și echilibrului .

Vedere de sus a unui „robot de fumat” al modulului de expunere la mamifere Vitrocell (capac scos) vedere a patru godeuri separate pentru inserțiile de cultură celulară pentru a fi expuse fumului de tutun sau unui aerosol pentru un studiu in vitro al efectelor

Această complexitate face dificilă identificarea interacțiunilor dintre componentele individuale și explorarea funcțiilor biologice de bază ale acestora. Munca in vitro simplifică sistemul în studiu, astfel încât investigatorul se poate concentra pe un număr mic de componente.

De exemplu, identitatea proteinelor sistemului imunitar (de exemplu, anticorpii) și mecanismul prin care aceștia recunosc și se leagă de antigenii străini ar rămâne foarte obscuri dacă nu ar fi utilizarea extinsă a muncii in vitro pentru izolarea proteinelor, identificarea celulelor și genele care le produc, studiază proprietățile fizice ale interacțiunii lor cu antigeni și identifică modul în care acele interacțiuni duc la semnale celulare care activează alte componente ale sistemului imunitar.

Specificitatea speciei

Un alt avantaj al metodelor in vitro este că celulele umane pot fi studiate fără „extrapolare” din răspunsul celular al unui animal experimental.

Confort, automatizare

Metodele in vitro pot fi miniaturizate și automatizate, rezultând metode de screening de mare viteză pentru testarea moleculelor în farmacologie sau toxicologie.

Dezavantaje

Dezavantajul principal al studiilor experimentale in vitro este că poate fi dificil să extrapolați din rezultatele muncii in vitro înapoi la biologia organismului intact. Anchetatorii care fac lucrări in vitro trebuie să fie atenți pentru a evita suprainterpretarea rezultatelor lor, ceea ce poate duce la concluzii eronate despre biologia organismului și a sistemelor.

De exemplu, oamenii de știință care dezvoltă un nou medicament viral pentru a trata o infecție cu un virus patogen (de exemplu, HIV-1) pot descoperi că un medicament candidat funcționează pentru a preveni replicarea virală într-un cadru in vitro (de obicei, cultura celulară). Cu toate acestea, înainte ca acest medicament să fie utilizat în clinică, acesta trebuie să progreseze printr-o serie de studii in vivo pentru a determina dacă este sigur și eficient în organismele intacte (de obicei animale mici, primate și oameni în succesiune). De obicei, majoritatea medicamentelor candidate care sunt eficiente in vitro se dovedesc a fi ineficiente in vivo din cauza problemelor asociate cu administrarea medicamentului către țesuturile afectate, a toxicității față de părțile esențiale ale organismului care nu au fost reprezentate în studiile inițiale in vitro sau altele probleme.

Extrapolarea in vitro la in vivo

Rezultatele obținute din experimente in vitro nu pot fi de obicei transpuse, ca atare, pentru a prezice reacția unui întreg organism in vivo . Construirea unei proceduri consistente și fiabile de extrapolare de la rezultate in vitro la in vivo este, prin urmare, extrem de importantă. Soluțiile includ:

Creșterea complexității sistemelor in vitro pentru reproducerea țesuturilor și a interacțiunilor dintre acestea (ca în sistemele „umane pe cip”)
Utilizarea modelării matematice pentru a simula numeric comportamentul sistemului complex, unde datele in vitro furnizează valori ale parametrilor modelului

Aceste două abordări nu sunt incompatibile; mai bine in vitro sisteme furnizează date mai bune pentru modele matematice. Cu toate acestea, experimentele in vitro din ce în ce mai sofisticate colectează date din ce în ce mai numeroase, complexe și provocatoare de integrat. Modele matematice, cum ar fi modelele de biologie a sistemelor , sunt foarte necesare aici.

Extrapolarea în farmacologie

În farmacologie, IVIVE poate fi utilizat pentru a aproxima farmacocinetica (PK) sau farmacodinamica (PD). Deoarece calendarul și intensitatea efectelor asupra unei ținte date depind de cursul de timp al concentrației medicamentului candidat (molecula părinte sau metaboliți) la acel loc țintă, sensibilitățile in vivo ale țesuturilor și organelor pot fi complet diferite sau chiar inverse față de cele observate pe celulele cultivate și expuse in vitro . Asta indică faptul că efectele extrapolatoare observate in vitro necesită un model cantitativ de PK in vivo . Modelele PK bazate din punct de vedere fiziologic ( PBPK ) sunt, în general, acceptate ca fiind centrale în extrapolații.

În cazul efectelor timpurii sau a celor fără comunicații intercelulare, se presupune că aceeași concentrație de expunere celulară provoacă aceleași efecte, atât calitativ cât și cantitativ, in vitro și in vivo . În aceste condiții, dezvoltarea unui model PD simplu al relației doză-răspuns observată in vitro și transpunerea acestuia fără modificări pentru a prezice efectele in vivo nu este suficientă.

Vezi si

Referințe

linkuri externe

Medii legate de In vitro la Wikimedia Commons

Languages

In other projects