In vitro исследования: что это такое и как проводятся?
In vitro исследования широко используются во многих областях науки, от фармакологии до генетики. Хотя такие эксперименты проводятся вне живого организма, они позволяют получить ценные данные, не прибегая к тестированию на людях или животных.
Что такое in vitro исследования и где они применяются
In vitro в переводе с латинского означает "в стекле". Этот термин используется для обозначения экспериментов, которые проводятся вне живого организма в искусственно созданных лабораторных условиях.
In vitro исследования отличаются от других видов биомедицинских экспериментов:
- In vivo - проводятся на живых организмах или в клетках.
- Ex vivo - на тканях или органах, извлеченных из организма.
- In silico - с помощью компьютерного моделирования.
Основные области применения in vitro исследований:
- Фармакология - тестирование лекарств.
- Медицина - изучение патологий.
- Генетика - работа с ДНК и генами.
- Биохимия - изучение биохимических процессов.
Преимущества in vitro экспериментов:
- Дешевле и проще в организации, чем in vivo.
- Этичнее, так как не требуют тестирования на людях или животных.
- Позволяют получить данные за более короткие сроки.
Недостатки:
- Менее физиологичны, чем in vivo.
- Результаты могут быть менее надежны и точны.
- Часто требуют последующей верификации в живых системах.
Как проводятся in vitro исследования
In vitro эксперименты обычно проводятся на клеточных или тканевых культурах, выделенных из организмов. Исследователи моделируют процессы, происходящие в живых системах, в стерильных лабораторных условиях.
Основные этапы in vitro исследований:
- Получение клеточной или тканевой культуры.
- Создание оптимальных условий (температура, состав питательной среды).
- Внесение исследуемых веществ или воздействий.
- Наблюдение за изменениями в культуре.
- Сбор и анализ полученных данных.
Для контроля экспериментальных условий обычно используются специальные инкубаторы, ламинарные шкафы, автоматические дозаторы. Полученные результаты сравнивают с контрольными образцами.
В зависимости от задач, в качестве модельных систем могут использоваться:
- Первичные клеточные культуры.
- Клеточные линии.
- Органотипические культуры.
- Изолированные субклеточные фракции.
Такие экспериментальные модели позволяют изучать различные биологические процессы в упрощенных и контролируемых условиях.
Примеры in vitro исследований
Рассмотрим несколько конкретных примеров применения in vitro подходов.
Тестирование лекарственных препаратов
Одно из основных применений - скрининг потенциальных лекарств на клеточных культурах. Это позволяет определить терапевтический потенциал соединения, токсичность, взаимодействие с рецепторами.
Например, в исследовании 2018 года тестировали противораковую активность новых производных куркумина на культурах раковых клеток молочной железы MCF7. Было показано, что некоторые соединения эффективно подавляют рост и жизнеспособность раковых клеток.
Изучение механизмов действия веществ
In vitro подходы позволяют детально исследовать молекулярные и клеточные механизмы действия различных соединений.
К примеру, в одной из работ механизм противовоспалительного действия куркумина изучали на клетках макрофагов. Было показано, что он ингибирует секрецию провоспалительных цитокинов, воздействуя на внутриклеточные сигнальные пути.
Выявление токсичности веществ
Тесты на цитотоксичность позволяют оценить потенциальную токсичность и безопасность химических веществ, материалов, лекарств.
В одном из исследований токсичность частиц серебра in vitro изучали с использованием культур фибробластов. Показано, что частицы размером менее 5 нм проявляют выраженную цитотоксичность.
Такие in vitro данные могут предсказать потенциальную опасность вещества для человека.
Тесты на раздражение и повреждение тканей
Существуют специальные модели из клеток кожи, слизистых оболочек, которые используют для оценки раздражающих свойств веществ.
Например, в одном из исследований потенциал раздражения образцов зубной пасты тестировали на реконструированной модели слизистой оболочки рта.
Такие тесты позволяют снизить число опытов на животных.
In vitro подходы широко используются в современной науке и дают много ценной информации о свойствах и действии различных веществ. Хотя такие эксперименты имеют ограничения, они позволяют получать данные этичным путем, не прибегая к тестированию на людях и животных.