In vitro -In vitro

Klonade växter in vitro

In vitro (betydelse i glas eller i glas )utförs studier med mikroorganismer , celler eller biologiska molekyler utanför deras normala biologiska sammanhang. Sammantaget kallade " provrörsexperiment ", dessa studier i biologi och dess underdiscipliner utförs traditionellt i laboratorier såsom provrör, kolvar, petriskålar och mikrotiterplattor . Studier som utförs med komponenter av en organism som har isolerats från sin vanliga biologiska omgivning medger en mer detaljerad eller bekvämare analys än vad som kan göras med hela organismer; resultat som erhållits från in vitro -experiment förutsätter dock inte helt eller noggrant effekterna på en hel organism. Till skillnad från in vitro -experiment är in vivo -studier de som utförs i levande organismer, inklusive människor och hela växter.

Definition

In vitro ( latin : i glas ; ofta inte kursiv i engelsk användning) utförs studier med komponenter av en organism som har isolerats från sin vanliga biologiska omgivning, såsom mikroorganismer, celler eller biologiska molekyler. Till exempel kan mikroorganismer eller celler studeras i artificiella odlingsmedier , och proteiner kan undersökas i lösningar . Sammantaget kallade "provrörsexperiment", dessa studier inom biologi, medicin och deras underdiscipliner utförs traditionellt i provrör, kolvar, petriskålar, etc. De involverar nu hela tekniken som används i molekylärbiologi, såsom omics .

Däremot kallas studier som utförts på levande varelser (mikroorganismer, djur, människor eller hela växter) in vivo .

Exempel

Exempel på in vitro -studier inkluderar: isolering, tillväxt och identifiering av celler härledda från flercelliga organismer (i cell- eller vävnadsodling ); subcellulära komponenter (t.ex. mitokondrier eller ribosomer ); cellulära eller subcellulära extrakt (t.ex. vetegroddar eller retikulocyt -extrakt); renade molekyler (såsom proteiner , DNA eller RNA ); och den kommersiella produktionen av antibiotika och andra läkemedelsprodukter. Virus, som bara replikeras i levande celler, studeras i laboratoriet i cell- eller vävnadskultur, och många djurvirologer hänvisar till sådant arbete som in vitro för att skilja det från in vivo -arbete i hela djur.

Polymeraskedjereaktion är en metod för selektiv replikation av specifika DNA- och RNA -sekvenser i provröret.
Proteinrening innebär isolering av ett specifikt protein av intresse från en komplex blandning av proteiner, som ofta erhålls från homogeniserade celler eller vävnader.
In vitro -fertilisering används för att låta spermier att befrukta ägg i en odlingsskål innan det implanterade embryot eller embryot implanteras i livmodern hos den blivande modern.
In vitro -diagnostik avser ett brett spektrum av medicinska och veterinära laboratorietester som används för att diagnostisera sjukdomar och övervaka den kliniska statusen hos patienter som använder blodprov, celler eller andra vävnader som erhållits från en patient.
In vitro -test har använts för att karakterisera specifik adsorption, distribution, metabolism och utsöndringsprocesser av läkemedel eller allmänna kemikalier inuti en levande organism; Exempelvis kan Caco-2-cellförsök utföras för att uppskatta absorptionen av föreningar genom slemhinnan i mag-tarmkanalen; Fördelningen av föreningarna mellan organ kan bestämmas för att studera fördelningsmekanismer; Suspension eller pläterade kulturer av primära hepatocyter eller hepatocytliknande cellinjer (HepG2, HepaRG) kan användas för att studera och kvantifiera ämnesomsättning av kemikalier. Dessa ADME -processparametrar kan sedan integreras i så kallade "fysiologiskt baserade farmakokinetiska modeller" eller PBPK .

Fördelar

In vitro- studier möjliggör en artsspecifik, enklare, bekvämare och mer detaljerad analys än vad som inte kan göras med hela organismen. Precis som studier på hela djur mer och mer ersätter mänskliga försök, så ersätter in vitro -studier studier på hela djur.

Enkelhet

Levande organismer är extremt komplexa funktionella system som består av åtminstone många tiotusentals gener, proteinmolekyler, RNA -molekyler, små organiska föreningar, oorganiska joner och komplex i en miljö som är rumsligt organiserad av membran, och när det gäller multicellulära organismer, organsystem. Dessa otaliga komponenter interagerar med varandra och med sin omgivning på ett sätt som bearbetar mat, tar bort avfall, flyttar komponenter till rätt plats och reagerar på signalmolekyler, andra organismer, ljus, ljud, värme, smak, beröring och balans .

Ovanifrån av en exponeringsmodul "rökrobot" för Vitrocell -däggdjur, (locket avlägsnat) vy av fyra separerade brunnar för cellodlingsinsatser som ska exponeras för tobaksrök eller en aerosol för en in vitro -studie av effekterna

Denna komplexitet gör det svårt att identifiera interaktionerna mellan enskilda komponenter och att utforska deras grundläggande biologiska funktioner. In vitro -arbete förenklar systemet som studeras, så att utredaren kan fokusera på ett litet antal komponenter.

Till exempel skulle identiteten för proteiner i immunsystemet (t.ex. antikroppar) och den mekanism genom vilken de känner igen och binder till främmande antigen förbli mycket oklar om inte för omfattande användning av in vitro -arbete för att isolera proteinerna, identifiera cellerna och gener som producerar dem, studerar de fysiska egenskaperna hos deras interaktion med antigener och identifierar hur dessa interaktioner leder till cellulära signaler som aktiverar andra komponenter i immunsystemet.

Artspecificitet

En annan fördel med in vitro -metoder är att mänskliga celler kan studeras utan "extrapolering" från ett försöksdjurs cellulära svar.

Bekvämlighet, automatisering

In vitro- metoder kan miniatyriseras och automatiseras, vilket ger screeningmetoder med hög genomströmning för att testa molekyler inom farmakologi eller toxikologi.

Nackdelar

Den främsta nackdelen med in vitro experimentella studier är att det kan vara utmanande att extrapolera från resultaten av in vitro -arbete tillbaka till biologin hos den intakta organismen. Utredare som gör in vitro- arbete måste vara försiktiga för att undvika övertolkning av deras resultat, vilket kan leda till felaktiga slutsatser om organismer och systembiologi.

Till exempel kan forskare som utvecklar ett nytt viralt läkemedel för att behandla en infektion med ett patogent virus (t.ex. HIV-1) upptäcka att ett läkemedelskandidat fungerar för att förhindra viral replikation i en in vitro- miljö (vanligtvis cellodling). Innan detta läkemedel används på kliniken måste det dock gå igenom en serie in vivo -försök för att avgöra om det är säkert och effektivt i intakta organismer (vanligtvis små djur, primater och människor i följd). Vanligtvis visar sig att de flesta kandidatläkemedel som är effektiva in vitro är ineffektiva in vivo på grund av problem i samband med leverans av läkemedlet till de drabbade vävnaderna, toxicitet mot väsentliga delar av organismen som inte var representerade i de in vitro -studierna eller andra frågor.

In vitro till in vivo extrapolering

Resultat som erhållits från in vitro -experiment kan vanligtvis inte transponeras för att förutsäga reaktionen av en hel organism in vivo . Att bygga ett konsekvent och tillförlitligt extrapoleringsförfarande från in vitro -resultat till in vivo är därför extremt viktigt. Lösningarna inkluderar:

Öka komplexiteten hos in vitro -system för att reproducera vävnader och interaktioner mellan dem (som i "människa på chip" -system)
Använda matematisk modellering för att numeriskt simulera beteendet hos det komplexa systemet, där in vitro -data ger modellparametervärden

Dessa två tillvägagångssätt är inte oförenliga; bättre in vitro -system ger bättre data till matematiska modeller. Men allt mer sofistikerade in vitro -experiment samlar in allt fler, komplexa och utmanande data att integrera. Matematiska modeller, till exempel systembiologimodeller , är välbehövliga här.

Extrapolering i farmakologi

Inom farmakologi kan IVIVE användas för att approximera farmakokinetik (PK) eller farmakodynamik (PD). Eftersom tidpunkten och intensiteten för effekterna på ett visst mål beror på koncentrationsförloppet för kandidatläkemedlet (föräldermolekyl eller metaboliter) vid målstället, kan in vivo vävnads- och organkänsligheter vara helt olika eller till och med omvända av de som observerats på odlade celler och exponeras in vitro . Det indikerar att extrapolerande effekter observerade in vitro behöver en kvantitativ modell av in vivo PK. Fysiologiskt baserade PK ( PBPK ) -modeller accepteras allmänt som centrala för extrapolationerna.

Vid tidiga effekter eller sådana utan intercellulär kommunikation antas samma cellexponeringskoncentration orsaka samma effekter, både kvalitativt och kvantitativt, in vitro och in vivo . Under dessa förhållanden är det inte tillräckligt att utveckla en enkel PD -modell för förhållandet mellan dos och respons som observerats in vitro och att införliva det utan förändringar för att förutsäga in vivo -effekter.

Se även

Referenser

externa länkar

Media relaterat till In vitro på Wikimedia Commons

Languages

In other projects