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in vitro

Plantas clonadas in vitro.

Los estudios in vitro (es decir, en vidrio , o dentro del 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 equipos de laboratorio como tubos de ensayo, matraces, placas de Petri y placas de microtitulación . Los estudios realizados utilizando 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 realizar con organismos completos; sin embargo, es posible que los resultados obtenidos de experimentos in vitro no predigan de manera completa o precisa los efectos en un organismo completo. A diferencia de los experimentos in vitro , los estudios in vivo son aquellos que se realizan en organismos vivos, incluidos los humanos, conocidos como ensayos clínicos, y en plantas enteras. [1] [2]

Definición

Los estudios in vitro ( del latín "en vidrio"; a menudo no está en cursiva en el uso en inglés [3] [4] [5] ) se llevan a cabo utilizando componentes de un organismo que han sido aislados de su entorno biológico habitual, como microorganismos, células, o moléculas biológicas. Por ejemplo, se pueden estudiar microorganismos o células en medios de cultivo artificiales y examinar proteínas en soluciones . Coloquialmente llamados "experimentos de probeta", estos estudios en biología, medicina y sus subdisciplinas se realizan tradicionalmente en tubos de ensayo, matraces, placas de Petri, etc. [6] [7] Ahora involucran toda la gama de técnicas utilizadas en investigación molecular. biología, como las ómicas . [8]

En cambio, los estudios realizados en seres vivos (microorganismos, animales, humanos o plantas enteras) se denominan in vivo . [9]

Ejemplos

Ejemplos de estudios in vitro incluyen: el aislamiento, crecimiento e 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, extractos de germen de trigo o de reticulocitos ); moléculas purificadas (como proteínas , ADN o ARN ); y la producción comercial de antibióticos y otros productos farmacéuticos. [10] [11] [12] [13] Los virus, que solo se replican en células vivas, se estudian en el laboratorio en cultivos de células o tejidos, y muchos virólogos animales se refieren a ese trabajo como in vitro para distinguirlo del in vivo. trabajar en animales enteros. [14] [15]

Ventajas

Los estudios in vitro permiten un análisis específico de cada especie, más simple, más conveniente y más detallado que el que se puede realizar con el organismo completo. Así como los estudios en animales completos reemplazan cada vez más a los ensayos en humanos, los estudios in vitro están reemplazando a los estudios en animales completos.

Sencillez

Los organismos vivos son sistemas funcionales extremadamente complejos que están formados, como mínimo, por muchas decenas de miles de genes, moléculas de proteínas, moléculas de ARN, pequeños compuestos orgánicos, iones inorgánicos y complejos en un entorno espacialmente organizado por membranas. en el caso de organismos multicelulares, sistemas de órganos. [23] [24] 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, gusto, tacto y equilibrio.

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

Esta complejidad dificulta identificar las interacciones entre componentes individuales y explorar sus funciones biológicas básicas. El trabajo in vitro simplifica el sistema en estudio, por lo que el investigador puede centrarse en una pequeña cantidad de componentes. [25] [26]

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

Especificidad de especie

Otra ventaja de los métodos in vitro es que las células humanas se pueden estudiar sin "extrapolación" de la respuesta celular de un animal de experimentación. [27] [28] [29]

Comodidad, automatización.

Los métodos in vitro pueden miniaturizarse y automatizarse, lo que produce métodos de detección de alto rendimiento para probar moléculas en farmacología o toxicología. [30]

Desventajas

La principal desventaja de los estudios experimentales in vitro es que puede resultar complicado 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 la sobreinterpretación de sus resultados, lo que puede llevar a conclusiones erróneas sobre la biología de organismos y sistemas. [31] [32]

Por ejemplo, los científicos que desarrollan un nuevo fármaco viral para tratar una infección por un virus patógeno (p. ej., VIH-1) pueden descubrir que un fármaco candidato funciona para prevenir la replicación viral en un entorno in vitro (normalmente cultivo celular). Sin embargo, antes de utilizar este fármaco en la clínica, debe pasar por una serie de ensayos in vivo para determinar si es seguro y eficaz en organismos intactos (normalmente animales pequeños, primates y humanos sucesivamente). Normalmente, la mayoría de los fármacos candidatos que son eficaces 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 los estudios in vitro iniciales u otros. asuntos. [33]

Baterías de prueba in vitro

Un método que podría ayudar a reducir las pruebas con animales es el uso de baterías in vitro , donde se compilan varios ensayos in vitro para cubrir múltiples criterios de valoración. Dentro de la neurotoxicidad para el desarrollo y la toxicidad reproductiva, hay esperanzas de que las baterías de pruebas se conviertan en métodos de detección sencillos para priorizar qué sustancias químicas deben evaluarse en riesgo y en qué orden. [34] [35] [36] [37] Dentro de la ecotoxicología , ya se utilizan baterías de pruebas in vitro con fines reglamentarios y para la evaluación toxicológica de productos químicos. [38] Las pruebas in vitro también se pueden combinar con las pruebas in vivo para crear una batería de pruebas in vitro in vivo , por ejemplo para pruebas farmacéuticas. [39]

Extrapolación in vitro a in vivo.

Los resultados obtenidos de experimentos in vitro generalmente no se pueden transponer, tal como están, para predecir la reacción de un organismo completo in vivo . Por lo tanto, es extremadamente importante crear un procedimiento de extrapolación consistente y confiable de los resultados in vitro a los in vivo . Las soluciones incluyen:

Estos dos enfoques no son incompatibles; Los mejores sistemas in vitro proporcionan mejores datos para los modelos matemáticos. Sin embargo, los experimentos in vitro cada vez más sofisticados recopilan datos cada vez más numerosos, complejos y difíciles de integrar. Aquí son muy necesarios los modelos matemáticos, como los modelos de biología de sistemas . [42]

Extrapolando en farmacología

En farmacología, IVIVE se puede utilizar para aproximar la farmacocinética (PK) o la farmacodinamia (PD). [ cita necesaria ] Dado que el momento y la intensidad de los efectos en un objetivo determinado dependen del curso temporal de la concentración del fármaco candidato (molécula original o metabolitos) en ese sitio objetivo, las sensibilidades de tejidos y órganos in vivo pueden ser completamente diferentes o incluso inversas a aquellas. observado en células cultivadas y expuestas in vitro . Eso indica que extrapolar los efectos observados in vitro necesita un modelo cuantitativo de PK in vivo . Generalmente se acepta que los modelos PK ( PBPK ) de base fisiológica son fundamentales para las extrapolaciones. [43]

En el caso de efectos tempranos o sin comunicación intercelular, 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, no es suficiente desarrollar un modelo simple de PD de la relación dosis-respuesta observada in vitro y transponerlo sin cambios para predecir los efectos in vivo . [44]

Ver también

Referencias

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enlaces externos

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