In vitro -In vitro
In vitro (hvilket betyder i glas eller i glasset )udføres undersøgelser med mikroorganismer , celler eller biologiske molekyler uden for deres normale biologiske kontekst. I daglig tale kaldet " reagensglasforsøg ",udføresdisse undersøgelser i biologi og dens underdiscipliner traditionelt i laboratorieudstyr, såsom reagensglas, kolber, petriskåle og mikrotiterplader . Undersøgelser udført ved hjælp af komponenter af en organisme, der er blevet isoleret fra deres sædvanlige biologiske omgivelser, tillader en mere detaljeret eller mere bekvem analyse, end der kan foretages med hele organismer; resultater opnået fra in vitro -eksperimenter forudsiger imidlertid ikke helt eller præcist virkningerne på en hel organisme. I modsætning til in vitro -eksperimenter er in vivo -undersøgelser dem, der udføres i levende organismer, herunder mennesker og hele planter.
Definition
In vitro ( latin : i glas ; ofte ikke kursiv i engelsk brug) udføres undersøgelser ved hjælp af komponenter af en organisme, der er blevet isoleret fra deres sædvanlige biologiske omgivelser, såsom mikroorganismer, celler eller biologiske molekyler. For eksempel kan mikroorganismer eller celler undersøges i kunstige kulturmedier , og proteiner kan undersøges i opløsninger . I daglig tale kaldet "reagensglaseksperimenter" udføres disse undersøgelser inden for biologi, medicin og deres underdiscipliner traditionelt i reagensglas, kolber, petriskåle osv. De involverer nu hele teknikken, der bruges inden for molekylærbiologi, såsom omics .
I modsætning hertil kaldes undersøgelser udført på levende væsener (mikroorganismer, dyr, mennesker eller hele planter) in vivo .
Eksempler
Eksempler på in vitro -undersøgelser omfatter: isolering, vækst og identifikation af celler afledt af multicellulære organismer (i celle- eller vævskultur ); subcellulære komponenter (f.eks. mitokondrier eller ribosomer ); cellulære eller subcellulære ekstrakter (f.eks. hvedekim eller reticulocytekstrakter ); oprensede molekyler (såsom proteiner , DNA eller RNA ); og kommerciel produktion af antibiotika og andre farmaceutiske produkter. Vira, som kun replikeres i levende celler, studeres i laboratoriet i celle- eller vævskultur, og mange dyrevirologer omtaler sådant arbejde som in vitro for at skelne det fra in vivo -arbejde i hele dyr.
- Polymerasekædereaktion er en metode til selektiv replikation af specifikke DNA- og RNA -sekvenser i reagensglasset.
- Proteinoprensning involverer isolering af et specifikt protein af interesse fra en kompleks blanding af proteiner, ofte opnået fra homogeniserede celler eller væv.
- In vitro -befrugtning bruges til at tillade spermatozoer at befrugte æg i en kulturskål, før det implanterede embryo eller embryoner implanteres i livmoderen hos den potentielle moder.
- In vitro -diagnostik refererer til en lang række medicinske og veterinære laboratorietests, der bruges til at diagnosticere sygdomme og overvåge patienters kliniske status ved hjælp af prøver af blod, celler eller andre væv, der er hentet fra en patient.
- In vitro -test er blevet brugt til at karakterisere specifikke adsorptions-, distribution-, metabolisme- og udskillelsesprocesser af lægemidler eller generelle kemikalier inde i en levende organisme; for eksempel kan Caco-2-celleforsøg udføres for at estimere absorptionen af forbindelser gennem foringen af mave-tarmkanalen; Fordelingen af forbindelserne mellem organer kan bestemmes for at undersøge fordelingsmekanismer; Suspension eller belagte kulturer af primære hepatocytter eller hepatocytlignende cellelinjer (HepG2, HepaRG) kan bruges til at studere og kvantificere metabolisme af kemikalier. Disse ADME procesparametre kan derefter integreres i såkaldte "fysiologisk baserede farmakokinetiske modeller" eller PBPK .
Fordele
In vitro- undersøgelser tillader en artsspecifik, enklere, mere bekvem og mere detaljeret analyse, end der ikke kan gøres med hele organismen. Ligesom undersøgelser af hele dyr mere og mere erstatter menneskelige forsøg, er in vitro -undersøgelser også at erstatte undersøgelser af hele dyr.
Enkelhed
Levende organismer er ekstremt komplekse funktionelle systemer, der som minimum består af mange titusinder af gener, proteinmolekyler, RNA -molekyler, små organiske forbindelser, uorganiske ioner og komplekser i et miljø, der er rumligt organiseret af membraner, og for multicellulære organismer, organsystemer. Disse utallige komponenter interagerer med hinanden og med deres miljø på en måde, der behandler mad, fjerner affald, flytter komponenter til det korrekte sted og reagerer på signalmolekyler, andre organismer, lys, lyd, varme, smag, berøring og balance .
Denne kompleksitet gør det svært at identificere interaktionerne mellem individuelle komponenter og at udforske deres grundlæggende biologiske funktioner. In vitro -arbejde forenkler det undersøgte system, så efterforskeren kan fokusere på et lille antal komponenter.
For eksempel ville identiteten af proteiner i immunsystemet (f.eks. Antistoffer) og den mekanisme, hvormed de genkender og binder sig til fremmede antigener forblive meget uklare, hvis ikke den omfattende anvendelse af in vitro -arbejde til at isolere proteinerne, identificere cellerne og gener, der producerer dem, studerer de fysiske egenskaber ved deres interaktion med antigener og identificerer, hvordan disse interaktioner fører til cellulære signaler, der aktiverer andre komponenter i immunsystemet.
Specificitet af arter
En anden fordel ved in vitro -metoder er, at humane celler kan studeres uden "ekstrapolering" fra et forsøgsdyrs cellulære respons.
Bekvemmelighed, automatisering
In vitro- metoder kan miniaturiseres og automatiseres, hvilket giver screeningsmetoder med høj kapacitet til test af molekyler inden for farmakologi eller toksikologi.
Ulemper
Den primære ulempe ved in vitro -eksperimentelle undersøgelser er, at det kan være udfordrende at ekstrapolere fra resultaterne af in vitro -arbejde tilbage til biologien i den intakte organisme. Efterforskere, der udfører in vitro- arbejde, skal være forsigtige med at undgå overfortolkning af deres resultater, hvilket kan føre til fejlagtige konklusioner om organismer og systembiologi.
For eksempel kan forskere, der udvikler et nyt viralt lægemiddel til behandling af en infektion med et patogent virus (f.eks. HIV-1), finde ud af, at et kandidatlægemiddel fungerer for at forhindre viral replikation i en in vitro- indstilling (typisk cellekultur). Inden dette lægemiddel bruges i klinikken, skal det imidlertid gå igennem en række in vivo -forsøg for at afgøre, om det er sikkert og effektivt i intakte organismer (typisk små dyr, primater og mennesker i rækkefølge). Typisk viser de fleste kandidatlægemidler, der er effektive in vitro , at være ineffektive in vivo på grund af problemer forbundet med levering af lægemidlet til de berørte væv, toksicitet over for væsentlige dele af organismen, som ikke var repræsenteret i de indledende in vitro -undersøgelser eller andre problemer.
In vitro til in vivo ekstrapolation
Resultater opnået fra in vitro -eksperimenter kan normalt ikke transponeres, som det er, for at forudsige reaktionen af en hel organisme in vivo . Det er derfor yderst vigtigt at opbygge en konsekvent og pålidelig ekstrapolationsprocedure fra in vitro -resultater til in vivo . Løsninger omfatter:
- Øge kompleksiteten af in vitro -systemer til at reproducere væv og interaktioner mellem dem (som i "human on chip" -systemer)
- Brug af matematisk modellering til numerisk simulering af det komplekse systems adfærd, hvor in vitro -data giver modelparameterværdier
Disse to tilgange er ikke uforenelige; bedre in vitro -systemer giver bedre data til matematiske modeller. Imidlertid indsamler stadig mere sofistikerede in vitro -eksperimenter stadig flere, komplekse og udfordrende data at integrere. Matematiske modeller, såsom systembiologimodeller , er tiltrængte her.
Ekstrapolering i farmakologi
I farmakologi kan IVIVE bruges til at tilnærme farmakokinetik (PK) eller farmakodynamik (PD). Da timingen og intensiteten af virkninger på et givet mål afhænger af koncentrationsforløbet for kandidatlægemidlet (modermolekyle eller metabolitter) på dette målsted, kan in vivo vævs- og organsensitiviteter være helt forskellige eller endda inverse af dem, der observeres på dyrkede celler og eksponeret in vitro . Det indikerer, at ekstrapoleringseffekter observeret in vitro har brug for en kvantitativ model for in vivo PK. Fysiologisk baserede PK ( PBPK ) modeller accepteres generelt for at være centrale for ekstrapolationerne.
I tilfælde af tidlige effekter eller dem uden intercellulær kommunikation antages den samme cellulære eksponeringskoncentration at forårsage de samme effekter, både kvalitativt og kvantitativt, in vitro og in vivo . Under disse betingelser er det ikke nok at udvikle en simpel PD -model af dosis -respons -forholdet observeret in vitro og gennemføre det uden ændringer for at forudsige in vivo -effekter.
Se også
- Dyreforsøg
- Ex vivo
- In situ
- I livmoderen
- In vivo
- I silico
- I papyro
- I natur
- Animal in vitro cellulær og udviklingsbiologi
- Plant in vitro cellulær og udviklingsbiologi
- In vitro -toksikologi
- In vitro til in vivo ekstrapolation
- Skiveforberedelse
Referencer
eksterne links
-
Medier relateret til In vitro på Wikimedia Commons
