В пробирке
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из метаболического теста )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о типе научного эксперимента. Чтобы узнать о других значениях, см. In vitro (значения) .
Клонированные растения in vitro

Исследования in vitro (то есть в стекле или в стекле )проводятся с микроорганизмами , клетками или биологическими молекулами вне их обычного биологического контекста.Эти исследования в биологии и ее поддисциплинах, в просторечии называемые « экспериментами в пробирке », традиционно проводятся в лабораторном оборудовании, таком как пробирки, колбы, чашки Петри и микротитровальные планшеты . Исследования, проводимые с использованием компонентов организмакоторые были изолированы от своего обычного биологического окружения, позволяют проводить более подробный или более удобный анализ, чем это можно сделать с целыми организмами; однако результаты, полученные в ходе экспериментов in vitro , могут не полностью или точно предсказывать воздействие на организм в целом. В отличие от экспериментов in vitro исследования in vivo проводятся на живых организмах, в том числе на людях, и на целых растениях.

Определение

Исследования in vitro ( лат . in glass ; часто не выделены курсивом в английском языке [1] [2] [3] ) проводятся с использованием компонентов организма, которые были изолированы от их обычного биологического окружения, таких как микроорганизмы, клетки или биологические вещества. молекулы. Например, микроорганизмы или клетки можно изучать в искусственных питательных средах , а белки — в растворах . Эти исследования в биологии, медицине и их поддисциплинах, в просторечии называемые «экспериментами в пробирке», традиционно проводятся в пробирках, колбах, чашках Петри и т. д. Теперь они включают весь спектр методов, используемых в молекулярной биологии, таких как омика. .

Напротив, исследования, проводимые на живых существах (микроорганизмах, животных, людях или целых растениях), называются in vivo .

Примеры

Примеры исследований in vitro включают: выделение, рост и идентификацию клеток, полученных из многоклеточных организмов (в культуре клеток или тканей ); субклеточные компоненты (например , митохондрии или рибосомы ); клеточные или субклеточные экстракты (например , экстракты зародышей пшеницы или ретикулоцитов ); очищенные молекулы (такие как белки , ДНК или РНК); и коммерческое производство антибиотиков и других фармацевтических продуктов. Вирусы, которые размножаются только в живых клетках, изучаются в лаборатории на культурах клеток или тканей, и многие вирусологи-животные называют такую ​​работу in vitro , чтобы отличить ее от работы in vivo на целых животных.

  • Полимеразная цепная реакция — это метод селективной репликации специфических последовательностей ДНК и РНК в пробирке.
  • Очистка белка включает выделение определенного интересующего белка из сложной смеси белков, часто получаемой из гомогенизированных клеток или тканей.
  • Экстракорпоральное оплодотворение используется для того, чтобы сперматозоиды могли оплодотворить яйцеклетки в культуральной чашке перед имплантацией полученного эмбриона или эмбрионов в матку будущей матери.
  • Диагностика in vitro относится к широкому спектру медицинских и ветеринарных лабораторных исследований, которые используются для диагностики заболеваний и мониторинга клинического состояния пациентов с использованием образцов крови, клеток или других тканей, полученных от пациента.
  • Тестирование in vitro использовалось для характеристики специфических процессов адсорбции, распределения, метаболизма и выведения лекарств или общих химических веществ внутри живого организма; например, можно проводить эксперименты с клетками Caco-2 для оценки абсорбции соединений через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта; [4] Распределение соединений между органами может быть определено для изучения механизмов распределения; [5] Суспензия или посев первичных гепатоцитов или гепатоцитоподобных клеточных линий (HepG2, HepaRG) можно использовать для изучения и количественного определения метаболизма химических веществ. [6] Эти параметры процесса ADME затем могут быть интегрированы в так называемые «физиологически обоснованные фармакокинетические модели» или PBPK .

Преимущества

Исследования in vitro позволяют проводить видоспецифичный, более простой, удобный и более подробный анализ, чем это невозможно сделать с целым организмом. Точно так же, как исследования на целых животных все чаще заменяют испытания на людях, исследования in vitro заменяют исследования на целых животных.

Простота

Живые организмы представляют собой чрезвычайно сложные функциональные системы, состоящие как минимум из многих десятков тысяч генов, белковых молекул, молекул РНК, малых органических соединений, неорганических ионов и комплексов в среде, пространственно организованной мембранами, и в случае многоклеточных организмов – системы органов. [7] Эти бесчисленные компоненты взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой таким образом, что перерабатывают пищу, удаляют отходы, перемещают компоненты в нужное место и реагируют на сигнальные молекулы, другие организмы, свет, звук, тепло, вкус, прикосновение. , и баланс.

Вид сверху модуля воздействия Vitrocell на млекопитающих «курящий робот», (крышка снята) вид четырех отдельных лунок для вставок клеточных культур, подвергаемых воздействию табачного дыма или аэрозоля для исследования эффектов in vitro .

Эта сложность затрудняет выявление взаимодействий между отдельными компонентами и изучение их основных биологических функций. Работа in vitro упрощает изучаемую систему, поэтому исследователь может сосредоточиться на небольшом количестве компонентов. [8] [9]

Например, идентичность белков иммунной системы (например, антител) и механизм, с помощью которого они распознают и связываются с чужеродными антигенами, оставались бы очень неясными, если бы не широкое использование работы in vitro по выделению белков, идентификации клеток. и гены, которые их производят, изучают физические свойства их взаимодействия с антигенами и определяют, как эти взаимодействия приводят к клеточным сигналам, которые активируют другие компоненты иммунной системы.

Видовая специфика

Еще одним преимуществом методов in vitro является то, что клетки человека можно изучать без «экстраполяции» клеточного ответа экспериментального животного. [10]

Удобство, автоматизация

Методы in vitro могут быть миниатюризированы и автоматизированы, что дает высокопроизводительные методы скрининга для тестирования молекул в фармакологии или токсикологии. [11]

Недостатки

Основным недостатком экспериментальных исследований in vitro является то, что может быть сложно экстраполировать результаты работы in vitro на биологию интактного организма. Исследователи, работающие in vitro , должны быть осторожны, чтобы избежать чрезмерной интерпретации своих результатов, что может привести к ошибочным выводам о биологии организма и систем. [12]

Например, ученые, разрабатывающие новый вирусный препарат для лечения инфекции, вызванной патогенным вирусом (например, ВИЧ-1), могут обнаружить, что действие препарата-кандидата заключается в предотвращении репликации вируса в условиях in vitro (обычно в культуре клеток). Однако, прежде чем этот препарат будет использоваться в клинике, он должен пройти серию испытаний in vivo , чтобы определить, является ли он безопасным и эффективным для интактных организмов (обычно мелких животных, приматов и человека последовательно). Как правило, большинство препаратов-кандидатов, эффективных in vitro , оказываются неэффективными in vivo из-за проблем, связанных с доставкой препарата к пораженным тканям, токсичностью по отношению к основным частям организма, которые не были представлены в исходных условиях in vitro .учеба или другие вопросы. [13]

Экстраполяция in vitro на in vivo

Основная статья: Экстраполяция in vitro на in vivo

Результаты, полученные в экспериментах in vitro , обычно не могут быть транспонированы для предсказания реакции всего организма in vivo . Поэтому создание последовательной и надежной процедуры экстраполяции результатов in vitro на in vivo чрезвычайно важно. Решения включают:

  • Увеличение сложности систем in vitro для воспроизведения тканей и взаимодействия между ними (как в системах «человек на чипе») [14]
  • Использование математического моделирования для численного моделирования поведения сложной системы, где данные in vitro предоставляют значения параметров модели [15] .

Эти два подхода не являются несовместимыми; лучшие системы in vitro обеспечивают более качественные данные для математических моделей. Однако все более изощренные эксперименты in vitro собирают все более многочисленные, сложные и сложные данные для интеграции. Математические модели, такие как модели системной биологии , здесь очень нужны. [ нужна ссылка ]

Экстраполяция в фармакологии

В фармакологии IVIVE можно использовать для аппроксимации фармакокинетики (ФК) или фармакодинамики (ФД). [ нужна цитата ] Поскольку время и интенсивность воздействия на данную мишень зависят от динамики концентрации лекарственного средства-кандидата (исходной молекулы или метаболитов) в этом целевом месте, чувствительность тканей и органов in vivo может быть совершенно иной или даже обратной. наблюдали на клетках, культивируемых и экспонированных in vitro . Это указывает на то, что для экстраполяции эффектов, наблюдаемых in vitro , необходима количественная модель ПК in vivo . Физиологически обоснованный ПК ( PBPK) считается, что модели занимают центральное место в экстраполяции. [16]

В случае ранних эффектов или при отсутствии межклеточных связей предполагается, что одна и та же концентрация воздействия на клетки вызывает одинаковые эффекты, как качественные, так и количественные, in vitro и in vivo . В этих условиях недостаточно разработать простую PD-модель зависимости доза-реакция , наблюдаемую in vitro , и перенести ее без изменений для прогнозирования эффектов in vivo . [17]

Смотрите также

  • Тестирование животных
  • ex vivo
  • На месте
  • В утробе
  • В естественных условиях
  • В силиконе
  • В папирусе
  • В природе
  • Клеточная биология животных in vitro и биология развития
  • Клеточная биология растений и биология развития
  • Токсикология in vitro
  • Экстраполяция in vitro на in vivo
  • Подготовка среза

использованная литература

  1. ^ Merriam-Webster , Энциклопедический словарь Merriam-Webster, Merriam-Webster.
  2. ^ Айверсон, Шерил и др. (редакторы) (2007). «12.1.1 Использование курсива». Руководство по стилю AMA (10-е изд.). Оксфорд, Оксфордшир: Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-517633-9. {{cite book}}: |first=имеет общее имя ( помощь )
  3. ↑ Американская психологическая ассоциация (2010), «4.21 Использование курсива», Руководство по публикациям Американской психологической ассоциации (6-е изд.), Вашингтон, округ Колумбия, США: APA, ISBN . 978-1-4338-0562-2.
  4. ^ Артурссон П.; Палм К.; Лутман К. (2001). «Монослои Caco-2 в экспериментальных и теоретических предсказаниях транспорта лекарств». Расширенные обзоры доставки лекарств . 46 (1–3): 27–43. doi : 10.1016/s0169-409x(00)00128-9 . PMID 11259831 . 
  5. ^ Гаргас М.Л.; Берджесс Р.Л.; Вуазар Д.Е.; Кейсон Г.Х.; Андерсен М.Е. (1989). «Коэффициенты распределения низкомолекулярных летучих химических веществ в различных жидкостях и тканях». Токсикология и прикладная фармакология . 98 (1): 87–99. doi : 10.1016/0041-008x(89)90137-3 . PMID 2929023 . 
  6. ^ Пелконен О .; Турпейнен М. (2007). «Экстраполяция печеночного клиренса in vitro-in vivo: биологические инструменты, коэффициенты масштабирования, модельные предположения и правильные концентрации». Ксенобиотика . 37 (10–11): 1066–1089. дои : 10.1080/00498250701620726 . PMID 17968737 . S2CID 3043750 .  
  7. ^ Альбертс, Брюс (2008). Молекулярная биология клетки . Нью-Йорк: Гарланд Наука. ISBN 978-0-8153-4105-5.
  8. ^ Винье, Полетт М .; Пьер Винье (2010). Открытие жизни, производство жизни: как экспериментальный метод сформировал науки о жизни . Берлин: Спрингер. ISBN 978-90-481-3766-4.
  9. ^ Жаклин Нэрн; Прайс, Николас С. (2009). Изучение белков: руководство для студентов по экспериментальным навыкам и методам . Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-920570-7.
  10. ^ «Существующие альтернативы, не относящиеся к животным» . AltTox.org. 20 ноября 2016 г. Архивировано из оригинала 13 марта 2020 г.
  11. ^ Куиньо Н .; Хамон Дж.; Буа Ф. (2014). Экстраполяция результатов in vitro для прогнозирования токсичности для человека, в In Vitro Toxicology Systems, Bal-Price A., Jennings P., Eds, Methods in Pharmacology and Toxicology series . Нью-Йорк, США: Springer Science. стр. 531–550.
  12. ^ Ротман, С.С. (2002). Уроки живой клетки: культура науки и пределы редукционизма . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-137820-0.
  13. ↑ Де Клерк Э (октябрь 2005 г.). «Последние достижения в разработке новых противовирусных препаратов» . Курс. мнение микробиол . 8 (5): 552–60. doi : 10.1016/j.mib.2005.08.010 . ПМС 7108330 . PMID 16125443 .  
  14. ^ Сун, Дж. Х.; Эш, МБ; Шулер, М.Л. (2010). «Интеграция платформ in silico и in vitro для фармакокинетического и фармакодинамического моделирования». Экспертное заключение по метаболизму лекарственных средств и токсикологии . 6 (9): 1063–1081. дои : 10.1517/17425255.2010.496251 . PMID 20540627 . S2CID 30583735 .  
  15. ^ Киньо, Надя; Буа, Фредерик Ив (2013). «Вычислительная модель для прогнозирования секреции стероидов яичниками крыс на основе экспериментов in vitro с эндокринными разрушителями» . ПЛОС ОДИН . 8 (1): e53891. Бибкод : 2013PLoSO...853891Q . doi : 10.1371/journal.pone.0053891 . ПМС 3543310 . PMID 23326527 .  
  16. ^ Юн М., Кэмпбелл Дж. Л., Андерсен М. Е., Клеуэлл Х. Дж. (2012). «Количественная экстраполяция результатов анализа клеточной токсичности in vitro на in vivo». Критические обзоры по токсикологии . 42 (8): 633–652. дои : 10.3109/10408444.2012.692115 . PMID 22667820 . S2CID 3083574 .  
  17. ^ Луиза Дж., де Йонг Э., ван де Сандт Дж.Дж., Блаубур Б.Дж., Вутерсен Р.А., Пирсма А.Х., Ритьенс И.М., Вервей М. (2010). «Использование данных о токсичности in vitro и физиологического кинетического моделирования для прогнозирования кривых доза-реакция для токсичности эфиров гликоля для развития in vivo у крыс и человека» . Токсикологические науки . 118 (2): 470–484. doi : 10.1093/toxsci/kfq270 . PMID 20833708 . 

внешняя ссылка

  • СМИ, связанные с In vitro , на Викискладе?
Получено с " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=In_vitro&oldid=1060962235 "
Contribute a better translation