In vitro -In vitro

Klónozott növények in vitro

In vitro (értsd : üvegben vagy üvegben ) vizsgálatokat végeznek mikroorganizmusokkal , sejtekkel vagy biológiai molekulákkal a normál biológiai környezetükön kívül. Ezeketa köznyelvben" kémcsöves kísérleteknek"nevezett biológiai és alágazatostanulmányokathagyományosan olyan laboratóriumi eszközökben végzik, mint a kémcsövek, lombikok, Petri-csészék és mikrotiter lemezek . Aszokásos biológiai környezetüktől elkülönített élőlény -összetevők felhasználásával végzett vizsgálatokrészletesebb vagy kényelmesebb elemzést tesznek lehetővé, mint egész szervezetekkel; az in vitro kísérletekbőlszármazó eredmények azonbannem biztos, hogy teljesen vagy pontosan megjósolják az egész szervezetre gyakorolt hatást. Az in vitro kísérletekkelellentétben az in vivo vizsgálatokat élő szervezeteken, köztük embereken és egész növényeken végezték.

Meghatározás

In vitro ( latinul : üvegben ; az angol nyelvben gyakran nem dőlt) tanulmányokat végeznek a szervezet szokásos biológiai környezetétől elkülönített összetevőinek, például mikroorganizmusok, sejtek vagy biológiai molekulák felhasználásával. Például mikroorganizmusokat vagy sejteket lehet tanulmányozni mesterséges táptalajban , fehérjéket pedig oldatokban . Ezeket a köznyelvben "kémcsöves kísérleteknek" nevezett biológiai, orvostudományi és alágazatos tanulmányokat hagyományosan kémcsövekben, lombikokban, Petri-csészékben, stb. Végzik. Mostantól magukban foglalják a molekuláris biológiában használt technikák teljes skáláját, például az omikát. .

Ezzel szemben az élőlényeken (mikroorganizmusok, állatok, emberek vagy egész növények) végzett vizsgálatokat in vivo nevezik .

Példák

Példák az in vitro vizsgálatokra: többsejtű organizmusokból származó sejtek izolálása, növekedése és azonosítása ( sejt- vagy szövetkultúrában ); szubcelluláris komponensek (pl. mitokondriumok vagy riboszómák ); sejtes vagy szubcelluláris kivonatok (pl. búzacsíra- vagy retikulocita -kivonatok); tisztított molekulák (például fehérjék , DNS vagy RNS ); valamint az antibiotikumok és más gyógyszerészeti termékek kereskedelmi gyártása. A vírusokat, amelyek csak az élő sejtekben replikálódnak, laboratóriumban tanulmányozzák sejt- vagy szövetkultúrában, és sok állatvirológus az ilyen munkát in vitro munkának nevezi, hogy megkülönböztesse az egész állatokon végzett in vivo munkától.

A polimeráz láncreakció egy módszer a specifikus DNS- és RNS -szekvenciák szelektív replikálására a kémcsőben.
A fehérjetisztítás magában foglalja az érdeklődésre számot tartó specifikus fehérje izolálását a fehérjék összetett keverékéből, amelyet gyakran homogenizált sejtekből vagy szövetekből nyernek.
Az in vitro megtermékenyítést arra használják, hogy a spermiumok megtermékenyítsék a tojásokat egy tenyésztőtálcában, mielőtt a kapott embriót vagy embriókat a leendő anya méhébe ültetik.
Az in vitro diagnosztika az orvosi és állat -egészségügyi laboratóriumi vizsgálatok széles skáláját jelenti, amelyeket betegségek diagnosztizálására és a betegek klinikai állapotának nyomon követésére használnak vérből, sejtekből vagy más szövetekből, amelyeket a pácienstől nyertek.
In vitro teszteket alkalmaztak a gyógyszerek vagy általános vegyi anyagok élő szervezetben belüli specifikus adszorpciós, eloszlási, anyagcsere- és kiválasztási folyamatainak jellemzésére; például Caco-2 sejtkísérleteket lehet végezni a vegyületek felszívódásának becslésére a gyomor-bél traktuson keresztül; A vegyületek felosztása a szervek között meghatározható az eloszlási mechanizmusok tanulmányozására; A primer hepatociták vagy hepatocita-szerű sejtvonalak (HepG2, HepaRG) szuszpenziója vagy lemezes tenyésztése használható a vegyi anyagok metabolizmusának tanulmányozására és számszerűsítésére. Ezeket az ADME folyamatparamétereket ezután integrálni lehet az úgynevezett "fiziológiai alapú farmakokinetikai modellekbe" vagy PBPK -ba .

Előnyök

Az in vitro vizsgálatok fajspecifikus, egyszerűbb, kényelmesebb és részletesebb elemzést tesznek lehetővé, mint amit az egész szervezetben nem lehet elvégezni. Ahogy az egész állatokon végzett vizsgálatok egyre inkább felváltják az emberi kísérleteket, úgy az in vitro vizsgálatok is felváltják az egész állatokon végzett vizsgálatokat.

Egyszerűség

Az élő szervezetek rendkívül összetett funkcionális rendszerek, amelyek legalább sok tízezer génből, fehérjemolekulából, RNS -molekulából, kis szerves vegyületekből, szervetlen ionokból és komplexekből állnak egy olyan környezetben, amelyet membránok térben szerveznek, és többsejtű szervezetek, szervrendszerek esetében. Ezek a számtalan komponensek kölcsönhatásba lépnek egymással és a környezetükkel úgy, hogy feldolgozzák az élelmiszereket, eltávolítják a hulladékot, az alkatrészeket a megfelelő helyre mozgatják, és reagálnak a jelzőmolekulákra, más szervezetekre, fényre, hangra, hőre, ízre, érintésre és egyensúlyra. .

Top kilátás, Vitrocell emlős expozíciós modul „dohányzó robot”, (fedelét eltávolítjuk) nézete négy különálló kutak sejttenyészet inzertek hogy ki legyen téve a dohányfüst vagy egy aeroszol egy in vitro vizsgálatban a hatások

Ez a komplexitás megnehezíti az egyes komponensek közötti kölcsönhatások azonosítását és alapvető biológiai funkcióik feltárását. Az in vitro munka leegyszerűsíti a vizsgált rendszert, így a vizsgáló kis számú összetevőre összpontosíthat.

Például az immunrendszer fehérjéinek (pl. Antitestek) azonossága és az idegen antigének felismerésének és azokhoz való kötődésük mechanizmusa nagyon homályos marad, ha nem a fehérjék izolálására, a sejtek azonosítására szolgáló in vitro munka széles körű alkalmazása. és azokat előállító gének, tanulmányozzák az antigénekkel való kölcsönhatásuk fizikai tulajdonságait, és azonosítsák, hogy ezek a kölcsönhatások hogyan vezetnek olyan sejtjelekhez, amelyek aktiválják az immunrendszer más összetevőit.

Faj sajátosság

Az in vitro módszerek másik előnye, hogy az emberi sejteket kísérleti állat sejtválaszából származó "extrapoláció" nélkül is tanulmányozhatjuk.

Kényelem, automatizálás

Az in vitro módszerek miniatürizálhatók és automatizálhatók, ami nagy áteresztőképességű szűrési módszereket eredményez a molekulák farmakológiai vagy toxikológiai teszteléséhez.

Hátrányok

Az in vitro kísérleti vizsgálatok elsődleges hátránya, hogy kihívást jelenthet az in vitro munka eredményeinek extrapolálása az ép szervezet biológiájára. Az in vitro munkát végző nyomozóknak óvatosnak kell lenniük, hogy elkerüljék eredményeik túlzott értelmezését, ami téves következtetésekhez vezethet az organizmus- és rendszerbiológiával kapcsolatban.

Például a tudósok, akik új vírusos gyógyszert fejlesztenek ki patogén vírussal (pl. HIV-1) való fertőzés kezelésére, azt tapasztalhatják, hogy a jelölt gyógyszer in vitro körülmények között (jellemzően sejttenyészetben) megakadályozza a vírus replikációját . Mielőtt azonban ezt a gyógyszert a klinikán használnák, egy sor in vivo vizsgálaton kell keresztülmennie annak megállapítására, hogy biztonságos -e és hatékony -e ép szervezetekben (jellemzően kis állatok, főemlősök és emberek egymás után). Jellemzően a legtöbb jelölt gyógyszer, amely in vitro hatékony , in vivo hatástalannak bizonyul a gyógyszer érintett szövetekbe történő bejuttatásával, a szervezet lényeges részeire gyakorolt toxicitással kapcsolatos problémák miatt, amelyek nem szerepeltek az első in vitro vizsgálatokban, vagy más problémák.

In vitro - in vivo extrapoláció

Az in vitro kísérletekből származó eredményeket általában nem lehet átültetni, például egy egész szervezet reakciójának előrejelzésére in vivo . Ezért rendkívül fontos az in vitro eredményekből az in vivo következetes és megbízható extrapolációs eljárás felépítése . A megoldások a következők:

Az in vitro rendszerek összetettségének növelése a szövetek reprodukálásához és a köztük lévő kölcsönhatásokhoz (mint az „ember a chipen” rendszereknél)
Matematikai modellezés segítségével számszerűen szimulálni kell a komplex rendszer viselkedését, ahol az in vitro adatok modellparaméter -értékeket szolgáltatnak

Ez a két megközelítés nem összeegyeztethetetlen; a jobb in vitro rendszerek jobb adatokat szolgáltatnak a matematikai modellekhez. Az egyre kifinomultabb in vitro kísérletek azonban egyre több, összetett és kihívást jelentő adatot gyűjtenek össze, amelyeket integrálni kell. Itt nagy szükség van a matematikai modellekre, például a rendszerbiológiai modellekre.

Extrapoláció a farmakológiában

A farmakológiában az IVIVE alkalmazható a farmakokinetika (PK) vagy a farmakodinamika (PD) közelítésére . Mivel az adott célpontra gyakorolt hatások időzítése és intenzitása függ a jelölt gyógyszer (szülő molekula vagy metabolitok) koncentrációjának időbeli lefolyásától az adott célhelyen, az in vivo szövet- és szervérzékenység teljesen eltérő lehet, vagy akár fordított is lehet a tenyésztett sejteken tapasztaltakhoz képest és in vitro kitették . Ez azt jelzi, hogy az in vitro megfigyelt hatások extrapolálására szükség van az in vivo PK kvantitatív modelljére . A fiziológiai alapú PK ( PBPK ) modellek általánosan elfogadottak, hogy központi szerepet játszanak az extrapolációkban.

A korai hatások vagy az intercelluláris kommunikáció hiánya esetén feltételezzük, hogy ugyanaz a sejt expozíciós koncentráció ugyanazokat a hatásokat okozza mind minőségileg, mind mennyiségileg, in vitro és in vivo . Ilyen körülmények között nem elegendő az in vitro megfigyelt dózis -válasz kapcsolat egyszerű PD -modelljének kidolgozása , és változtatások nélküli átültetése az in vivo hatások előrejelzésére .

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek

In vitro kapcsolódó média a Wikimedia Commonsban

Languages

In other projects