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Este artículo trata sobre el tipo de experimento científico. Para otros usos, consulte In vitro (desambiguación) .
Plantas clonadas in vitro

Los estudios in vitro (es decir, en vidrio o en el vidrio )se realizan con microorganismos , células o moléculas biológicas fuera de su contexto biológico normal. Coloquialmente llamados " experimentos de probeta ", estos estudios en biología y sus subdisciplinas se realizan tradicionalmente en material de laboratorio como tubos de ensayo, matraces, placas de Petri y placas de microtitulación . Estudios realizados con componentes de un organismo.que han sido aislados de su entorno biológico habitual permiten un análisis más detallado o más conveniente que el que se puede hacer con organismos completos; sin embargo, es posible que los resultados obtenidos de experimentos in vitro no predigan completa o con precisión los efectos sobre un organismo completo. A diferencia de los experimentos in vitro , los estudios in vivo son los que se llevan a cabo en organismos vivos, incluidos humanos, y plantas enteras.

Definición [ editar ]

Los estudios in vitro ( latín : en vidrio ; a menudo no en cursiva en el uso en inglés [1] [2] [3] ) se llevan a cabo utilizando componentes de un organismo que han sido aislados de su entorno biológico habitual, como microorganismos, células o moléculas. Por ejemplo, los microorganismos o las células se pueden estudiar en medios de cultivo artificiales y las proteínas se pueden examinar en soluciones . Coloquialmente llamados "experimentos de probeta", estos estudios en biología, medicina y sus subdisciplinas se realizan tradicionalmente en probetas, matraces, placas de Petri, etc. Ahora involucran toda la gama de técnicas utilizadas en biología molecular, como las ómicas. .

En cambio, los estudios realizados en seres vivos (microorganismos, animales, humanos o plantas enteras) se denominan in vivo .

Ejemplos [ editar ]

Los ejemplos de estudios in vitro incluyen: el aislamiento, el crecimiento y la identificación de células derivadas de organismos multicelulares (en cultivo celular o tisular ); componentes subcelulares (por ejemplo, mitocondrias o ribosomas ); extractos celulares o subcelulares (por ejemplo, germen de trigo o extractos de reticulocitos ); moléculas purificadas (como proteínas , ADN o ARN)); y la producción comercial de antibióticos y otros productos farmacéuticos. Los virus, que solo se replican en células vivas, se estudian en el laboratorio en cultivos celulares o de tejidos, y muchos virólogos animales se refieren a este trabajo como in vitro para distinguirlo del trabajo in vivo en animales completos.

  • La reacción en cadena de la polimerasa es un método para la replicación selectiva de secuencias específicas de ADN y ARN en el tubo de ensayo.
  • La purificación de proteínas implica el aislamiento de una proteína específica de interés a partir de una mezcla compleja de proteínas, a menudo obtenida de células o tejidos homogeneizados.
  • La fertilización in vitro se utiliza para permitir que los espermatozoides fertilicen los óvulos en una placa de cultivo antes de implantar el embrión o los embriones resultantes en el útero de la futura madre.
  • El diagnóstico in vitro se refiere a una amplia gama de pruebas de laboratorio médicas y veterinarias que se utilizan para diagnosticar enfermedades y controlar el estado clínico de los pacientes utilizando muestras de sangre, células u otros tejidos obtenidos de un paciente.
  • Las pruebas in vitro se han utilizado para caracterizar procesos específicos de adsorción, distribución, metabolismo y excreción de fármacos o sustancias químicas generales dentro de un organismo vivo; por ejemplo, se pueden realizar experimentos con células Caco-2 para estimar la absorción de compuestos a través del revestimiento del tracto gastrointestinal; [4] Se puede determinar el reparto de los compuestos entre órganos para estudiar los mecanismos de distribución; [5] Se pueden utilizar cultivos en suspensión o en placa de hepatocitos primarios o líneas celulares similares a hepatocitos (HepG2, HepaRG) para estudiar y cuantificar el metabolismo de sustancias químicas. [6] Estos parámetros del proceso ADME pueden luego integrarse en los denominados "modelos farmacocinéticos de base fisiológica" o PBPK .

Ventajas [ editar ]

Los estudios in vitro permiten un análisis específico de la especie, más simple, más conveniente y más detallado que el que no se puede hacer con el organismo completo. Así como los estudios en animales completos reemplazan cada vez más a los ensayos en humanos, los estudios in vitro reemplazan a los estudios en animales completos.

Sencillez [ editar ]

Los organismos vivos son sistemas funcionales extremadamente complejos que se componen, como mínimo, de muchas decenas de miles de genes, moléculas de proteínas, moléculas de ARN, pequeños compuestos orgánicos, iones inorgánicos y complejos en un entorno organizado espacialmente por membranas, y en el caso de organismos multicelulares, sistemas de órganos. [7] Estos innumerables componentes interactúan entre sí y con su entorno de una manera que procesa los alimentos, elimina los desechos, mueve los componentes a la ubicación correcta y responde a las moléculas de señalización, otros organismos, la luz, el sonido, el calor, el sabor, el tacto. y equilibrio.

Vista superior de un módulo de exposición de mamíferos Vitrocell "robot fumador", (sin tapa) vista de cuatro pocillos separados para que los insertos de cultivo celular se expongan al humo del tabaco o un aerosol para un estudio in vitro de los efectos

Esta complejidad hace que sea difícil identificar las interacciones entre los componentes individuales y explorar sus funciones biológicas básicas. El trabajo in vitro simplifica el sistema en estudio, por lo que el investigador puede concentrarse en una pequeña cantidad de componentes. [8] [9]

Por ejemplo, la identidad de las proteínas del sistema inmunológico (por ejemplo, los anticuerpos) y el mecanismo por el cual reconocen y se unen a los antígenos extraños permanecerían muy oscuros si no fuera por el uso extensivo del trabajo in vitro para aislar las proteínas, identificar las células. y genes que los producen, estudian las propiedades físicas de su interacción con los antígenos e identifican cómo esas interacciones conducen a señales celulares que activan otros componentes del sistema inmunológico.

Especificidad de la especie [ editar ]

Otra ventaja de los métodos in vitro es que las células humanas pueden estudiarse sin "extrapolar" la respuesta celular de un animal experimental. [10]

Comodidad, automatización [ editar ]

Los métodos in vitro se pueden miniaturizar y automatizar, proporcionando métodos de cribado de alto rendimiento para analizar moléculas en farmacología o toxicología [11].

Desventajas [ editar ]

La principal desventaja de los estudios experimentales in vitro es que puede resultar difícil extrapolar los resultados del trabajo in vitro a la biología del organismo intacto. Los investigadores que realizan trabajos in vitro deben tener cuidado de evitar una interpretación excesiva de sus resultados, lo que puede llevar a conclusiones erróneas sobre la biología de organismos y sistemas. [12]

Por ejemplo, los científicos que desarrollan un nuevo fármaco viral para tratar una infección con un virus patógeno (por ejemplo, VIH-1) pueden encontrar que un fármaco candidato funciona para prevenir la replicación viral en un entorno in vitro (normalmente cultivo celular). Sin embargo, antes de que este medicamento se use en la clínica, debe progresar a través de una serie de ensayos in vivo para determinar si es seguro y efectivo en organismos intactos (típicamente animales pequeños, primates y humanos en sucesión). Por lo general, la mayoría de los fármacos candidatos que son efectivos in vitro resultan ineficaces in vivo debido a problemas asociados con la administración del fármaco a los tejidos afectados, toxicidad hacia partes esenciales del organismo que no estaban representadas en la fase inicial in vitro.estudios, u otros temas. [13]

Extrapolación in vitro a in vivo [ editar ]

Artículo principal: extrapolación in vitro a in vivo

Los resultados obtenidos a partir de experimentos in vitro no pueden transponerse normalmente para predecir la reacción de un organismo completo in vivo . Por lo tanto, la construcción de un procedimiento de extrapolación consistente y confiable de resultados in vitro a in vivo es extremadamente importante. Las soluciones incluyen:

  • Aumento de la complejidad de los sistemas in vitro para reproducir tejidos y las interacciones entre ellos (como en los sistemas "humanos en chip") [14]
  • Uso de modelos matemáticos para simular numéricamente el comportamiento del sistema complejo, donde los datos in vitro proporcionan valores de parámetros del modelo [15]

Estos dos enfoques no son incompatibles; mejores sistemas in vitro proporcionan mejores datos a los modelos matemáticos. Sin embargo, los experimentos in vitro cada vez más sofisticados recopilan datos cada vez más numerosos, complejos y desafiantes para integrar. Los modelos matemáticos, como los modelos de biología de sistemas , son muy necesarios aquí. [ cita requerida ]

Extrapolando en farmacología [ editar ]

En farmacología, IVIVE se puede utilizar para aproximar la farmacocinética (PK) o la farmacodinámica (PD). [ cita requerida ] Dado que el momento y la intensidad de los efectos sobre un objetivo determinado dependen del curso de tiempo de concentración del fármaco candidato (molécula madre o metabolitos) en ese sitio objetivo, las sensibilidades de tejidos y órganos in vivo pueden ser completamente diferentes o incluso inversas de aquellas observado en células cultivadas y expuestas in vitro . Eso indica que la extrapolación de los efectos observados in vitro necesita un modelo cuantitativo de PK in vivo . PK de base fisiológica ( PBPK) se acepta generalmente que los modelos son fundamentales para las extrapolaciones. [dieciséis]

En el caso de efectos tempranos o sin comunicaciones intercelulares, se supone que la misma concentración de exposición celular causa los mismos efectos, tanto cualitativa como cuantitativamente, in vitro e in vivo . En estas condiciones, desarrollar un modelo de DP simple de la relación dosis-respuesta observada in vitro y transponerlo sin cambios para predecir los efectos in vivo no es suficiente. [17]

Ver también [ editar ]

  • Pruebas en animales
  • Ex vivo
  • En el lugar
  • En el útero
  • En vivo
  • En silico
  • En papiro
  • In natura
  • Biología celular y del desarrollo animal in vitro
  • Biología celular y del desarrollo vegetal in vitro
  • Toxicología in vitro
  • Extrapolación in vitro a in vivo
  • Preparación de la rebanada

Referencias [ editar ]

  1. ^ Merriam-Webster , Diccionario colegiado de Merriam-Webster, Merriam-Webster.
  2. ^ Iverson, Cheryl, et al. (eds) (2007). "12.1.1 Uso de cursiva". Manual de estilo AMA (10ª ed.). Oxford, Oxfordshire: Oxford University Press . ISBN 978-0-19-517633-9.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
  3. ^ Asociación Estadounidense de Psicología (2010), "4.21 Uso de cursiva", Manual de publicación de la Asociación Estadounidense de Psicología (sexta ed.), Washington, DC, Estados Unidos: APA, ISBN 978-1-4338-0562-2.
  4. ^ Artursson P .; Palm K .; Luthman K. (2001). "Monocapas de Caco-2 en predicciones experimentales y teóricas del transporte de fármacos". Revisiones avanzadas de entrega de medicamentos . 46 (1-3): 27-43. doi : 10.1016 / s0169-409x (00) 00128-9 . PMID 11259831 . 
  5. ^ Gargas ML; Burgess RL; Voisard DE; Cason GH; Andersen ME (1989). "Coeficientes de partición de productos químicos volátiles de bajo peso molecular en diversos líquidos y tejidos". Toxicología y Farmacología Aplicada . 98 : 87–99. doi : 10.1016 / 0041-008x (89) 90137-3 .
  6. ^ Pelkonen O .; Turpeinen M. (2007). "Extrapolación in vitro-in vivo del aclaramiento hepático: herramientas biológicas, factores de escala, supuestos del modelo y concentraciones correctas". Xenobiotica . 37 (10-11): 1066-1089. doi : 10.1080 / 00498250701620726 .
  7. ^ Alberts, Bruce (2008). Biología molecular de la célula . Nueva York: Garland Science. ISBN 0-8153-4105-9.
  8. ^ Vignais, Paulette M .; Pierre Vignais (2010). Descubriendo la vida, fabricando la vida: cómo el método experimental dio forma a las ciencias de la vida . Berlín: Springer. ISBN 90-481-3766-7.
  9. ^ Jacqueline Nairn; Precio, Nicholas C. (2009). Explorando proteínas: una guía para estudiantes sobre habilidades y métodos experimentales . Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 0-19-920570-1.
  10. ^ "Alternativas no animales existentes" . AltTox.org. 20 de noviembre de 2016. Archivado desde el original el 13 de marzo de 2020.
  11. ^ Quignot N .; Hamon J .; Bois F. (2014). Extrapolación de resultados in vitro para predecir la toxicidad humana, en In Vitro Toxicology Systems, Bal-Price A., Jennings P., Eds, Methods in Pharmacology and Toxicology series . Nueva York, Estados Unidos: Springer Science. págs. 531–550.
  12. ^ Rothman, SS (2002). Lecciones de la célula viva: la cultura de la ciencia y los límites del reduccionismo . Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-137820-0.
  13. ^ De Clercq E (octubre de 2005). "Destacados recientes en el desarrollo de nuevos fármacos antivirales" . Curr. Opin. Microbiol . 8 (5): 552–60. doi : 10.1016 / j.mib.2005.08.010 . PMC 7108330 . PMID 16125443 .  
  14. ^ Sung, JH; Esch, MB; Shuler, ML (2010). "Integración de plataformas in silico e in vitro para modelado farmacocinético-farmacodinámico". Opinión de expertos sobre metabolismo y toxicología de fármacos . 6 : 1063–1081. doi : 10.1517 / 17425255.2010.496251 .
  15. ^ Quignot, Nadia; Bois, Frédéric Yves (2013). "Un modelo computacional para predecir la secreción de esteroides ováricos de rata a partir de experimentos in vitro con disruptores endocrinos" . PLoS ONE . 8 (1): e53891. doi : 10.1371 / journal.pone.0053891 . PMC 3543310 . PMID 23326527 .  
  16. ^ Yoon M, Campbell JL, Andersen ME, Clewell HJ (2012). "Extrapolación cuantitativa in vitro a in vivo de resultados de ensayos de toxicidad basados ​​en células". Revisiones críticas en toxicología . 42 : 633–652. doi : 10.3109 / 10408444.2012.692115 .
  17. ^ Louisse J, de Jong E, van de Sandt JJ, Blaauboer BJ, Woutersen RA, Piersma AH, Rietjens IM, Verwei M (2010). "El uso de datos de toxicidad in vitro y modelos cinéticos de base fisiológica para predecir las curvas de dosis-respuesta para la toxicidad del desarrollo in vivo de los éteres de glicol en ratas y en el hombre" . Ciencias Toxicológicas . 118 : 470–484. doi : 10.1093 / toxsci / kfq270 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con In vitro en Wikimedia Commons