Исследования in vivo реферат
Обновлено: 05.07.2024
Мир научных исследований задает себе вопросы перед лицом неизвестного, которое нас окружает, и пытается найти ответы путем экспериментов.. В частности, при изменении биологических наук (будь то биохимия, биология, ветеринария, биомедицина . ) он пытается решать вопросы, связанные с живыми существами.
Например, насколько эффективно вещество для лечения определенного заболевания? Какова соответствующая доза, чтобы оно оказывало терапевтический эффект, а также не создавало побочных реакций? Как работают раковые клетки? тело и генерировать метастазы? Все эти вопросы - лишь малая часть по сравнению с количеством неизвестных, которые ученые задавали на протяжении всей истории.
Основы исследования: что такое научный метод?
Леонардо да Винчи был одним из первых защитников современного научного метода., который был основан на постановке вопроса и решении его на основе экспериментального наблюдения. Благодаря экономическому и технологическому развитию научные исследования, проводимые сегодня, намного сложнее и проводятся в специально разработанных лабораториях. Исследования, основанные на научных методах и благодаря нашему технологическому развитию, позволили нам эффективно решить многие неизвестные проблемы. Благодаря им сегодня мы наслаждаемся качеством жизни, которому позавидовали люди прошлого.
Что касается типа исследований в биологических науках, их можно разделить на два разных типа. Первый - это фундаментальные исследования, целью которых является понимание фундаментальных биологических процессов или механизма, с помощью которого лечение может воздействовать на организм. Второй тип - это трансляционные исследования. Это нацелено на создание основы информации, необходимой для тщательного исследования эффектов и безопасности продукта, который в конечном итоге предназначен для использования на людях (в клинических испытаниях, о которых мы поговорим ниже).
С другой стороны, есть клинические исследования, которые представляют собой группировку экспериментов, проводимых на людях для изучения эффективности, корректировки подходящей дозы лекарств для людей, возможности побочных эффектов и соотношения затрат и выгод. . Они составляют клинические испытания, и в них есть разные фазы или этапы.
Чем отличаются эксперименты in vivo, in vitro и ex vivo?
В этой статье мы сосредоточимся на тех экспериментах, которые необходимо провести, прежде чем исследуемый продукт можно будет протестировать на людях. Давайте посмотрим на их виды в зависимости от используемого метода, а также их характеристики и различия. В частности, мы исследуем методы, о которых так много говорят, но во многих случаях мы плохо знаем их различия. Это доклинические эксперименты типа in vitro, ex vivo и in vivo.
1. Три понятия, три определения
2. Эксперименты in vitro проводятся перед
Обычно исследователи устанавливают хронологию, то есть они сначала проводят эксперименты с персонажами in vitro, в чашках Петри, где учитываемые переменные значительно сокращены и контролируются. После этого они обычно переходят к экспериментам типа ex vivo или in vivo. Например, в связи с предыдущим определением, когда вы проверяете чисто молекулярные механизмы соединения, вы переходите к изучению его действия в клетках исследуемого животного (во многих случаях это обычно клетки мышей, крыс или людей) в более контролируемая среда, например, в чашке Петри (ex vivo).
Вы также можете пойти на эксперимент in vivo, где вы изучаете действие соединения на опухолевые клетки, а также учитываете другие факторы, которые могут определить конечный результат. Например, иногда мы можем найти соединения, которые являются суперэффективными, когда они находятся в прямом контакте с опухолевыми клетками, но если они вводятся в систему крови или перорально, существуют определенные барьеры, которые препятствуют транспортировке соединения к конечному пункту назначения, где в них обнаруживаются опухолевые клетки.
Кроме того, это соединение также может оказывать неблагоприятное воздействие на другие клетки организма. Вот почему изучение соединения в этих трех типах научных экспериментов важно, поскольку они могут предоставить разные данные., дополнительная и ценная информация для дизайна конечного продукта.
3. Эксперименты in vivo и ex vivo дороже.
В общем, эксперимент in vitro намного дешевле, а также его легко провести., где нет такого большого давления, чтобы работать с клетками и / или животными, эксперименты, которые намного дороже и более этически скомпрометированы. После того, как вы дали зеленый свет экспериментам, для которых не нужны животные, вы обычно переходите к следующим типам экспериментов. Однако иногда прежние работы и эксперименты на животных этого не делают, и наоборот. Мир науки очень сложен и полон загадок.
4. Эксперименты in vivo ближе к реальности.
Несмотря на то, что исследования in vitro обычно намного дешевле, у них также есть большой недостаток, заключающийся в том, что такие исследования проводятся в средах, которые сильно отличаются от конечного назначения разрабатываемых продуктов. Сюда, гораздо эффективнее и ближе к реальности изучить действие и безопасность продукта в среде, максимально приближенной к животному, для которого продукт предназначен (Во многих случаях среда, максимально приближенная к человеческому телу или его органам).
Очень интересным фактом является то, что существует множество исследований, показывающих эффективность соединения для лечения или улучшения прогноза заболеваний. Многие из этих фазовых исследований in vitro дают очень хорошие результаты, но когда они проводятся на организмах, они часто перестают быть эффективными и даже могут быть вредными. На самом деле, дело обстоит сложнее, и это то, что даже эксперименты на животных ошибочны, поскольку они обычно проводятся на нечеловеческих животных.
Анатомические и физиологические различия между экспериментальными модельными организмами и человеческими настолько велики, что во многих случаях 100% эффективные методы лечения животных оказываются неэффективными для людей. Это вызывает множество вопросов в мире исследований, поэтому новые методологии пробиваются, чтобы попытаться решить эту дилемму. Среди них, помимо исследований в области биоинформатики, выделяются моделирование органов человека.
5. Исследования in vitro нельзя проводить на людях.
В отличие от исследований in vitro, которые обычно не требуют экспериментов на животных или людях, Исследования in vivo и ex vivo можно проводить на людях. Например, есть некоторые клинические исследования (те, которые проводятся на людях после прохождения доклинических экспериментов), в которых используются оба метода.
Может случиться так, что фармацевтический продукт вводят человеку перорально или путем инъекции, но бывают также случаи экспериментов ex vivo. Исследования ex vivo на людях состоят из извлечения определенной популяции клеток у пациента, их исправления в лаборатории и последующей инъекции этих обработанных клеток пациенту.
Это обычно происходит, например, при расширенных терапевтических методах лечения, таких как генная терапия.. В частности, при заболеваниях, при которых возможно лечение этого типа, например, заболеваниях кроветворной системы (лейкоциты, эритроциты и / или тромбоциты).
Мы завершаем эту статью, вспоминая, что мир биологических наук полон множества неизвестных, которые необходимо открыть, и проблем, которые необходимо решить. Прежде чем перейти к экспериментам на людях или к проведению исследований более фундаментального и универсального характера, есть три типа экспериментальных методологий. Тот, который относится к исследованию, для которого не требуются животные, и которое проводится в пробирках или планшетах.
Два других, которые требуют использования животных, в случае ex vivo клетки извлекаются из животных и экспериментируются с ними, пока в случае in vivo исследование проводится с учетом всего животного. У разных подходов есть разные преимущества и недостатки, как мы отметили в пяти пунктах выше, и появляются новые стратегии, чтобы попытаться помочь миру исследований с помощью другого подхода.
В статье рассмотрено – эффективное планирование и варианты проведения экспериментальных исследований с привлечением оптимального спектра методов для установления возможных направлений действия фармакологических веществ in vitro, ex vivo, in vivo. Конечной целью комплексного использования батареи методов является получение достоверных и достаточных по объему экспериментальных данных, сокращение объемов, стоимости и сроков исследования за счет грамотной разработки дизайна исследования и использования данных, полученных на каждом этапе.
Ключевые слова: скрининг, доклинические исследования, лекарственные средства, фармакологическое вещество, эффективность, безопасность, in vitro, ex vivo, in vivo.
SeleznevaA.I. 1 , KalatanovaA.V. 2 , AfonkinaO.V. 3
1 Kandidat Medical Sciences, Senior Researcher, 2 Junior Researcher, 3 Junior researcher, “Institute of Pharmacy of Saint-Petersburg”
COMPLEX APPROACH TO STUDY PHARMACOLOGICAL AGENTS IN VITRO, EX VIVO, IN VIVO
Abstract
The article considers effective planning and options for experimental studies involving the optimum range of methods to identify possible areas of action of pharmacological agents in vitro, ex vivo, in vivo. The ultimate goal of the integrated use of a battery of methods to provide a reliable and sufficient in terms of experimental data, reducing the volume, cost and timing of the study by a competent study design and the use of data collected at each stage.
Keywords: screening, pre-clinical studies, drugs, pharmacological agent, the efficiency, safety, in vitro, ex vivo, in vivo.
Успешное изучение эффективности и безопасности фармакологических веществ напрямую зависит от грамотного планирования и разработки дизайна исследования. Существует большое количество методов как скрининговой, так и объемной оценки возможной направленности действия и токсических свойств фармакологических веществ. Эти методы можно условно определить в три группы согласно способам их выполнения – методы in vitro, ex vivo, in vivo.
Методы in vitro подразумевают скрининговую или объемную оценку эффективности и безопасности фармакологических веществ в модельных системах с использованием реакционных сред, ферментов, клеточных линий и др. На сегодняшний день в мировом научном сообществе методы in vitro очень популярны, как с точки зрения высокой инновационности, так и с позиции гуманного обращения с животными. Однако ограничение исследований эффективности и безопасности фармакологических веществ методами in vitro не целесообразно, так как экстраполяция полученных результатов на целый организм характеризуется высоким риском.
Методы ex vivo представляют собой, как правило, изолированные органы и ткани живых организмов. Эти методы также широко известны, а данные, полученные в результате исследований ex vivo, как правило, характеризуются большей релевантностью клинике. Однако, также как и методы in vitro, результаты исследований ex vivo, не могут являться основанием для начала клинических испытаний фармакологического вещества.
Методы in vivo являются классическими для экспериментальной фармакологии и представляют собой исследования на различных видах и линиях животных. Методы in vivo позволяют получить достоверные и достаточные по объему результаты, которые могут быть с успехом экстраполированы в клинику. Существует большое количество данных об анатомических, физиологических, биохимических и других особенностях видов и линий экспериментальных животных, которые позволяют установить степень релевантности человеку и прогнозировать результаты клинических исследований фармакологических веществ. Однако, не смотря на высокую информативность исследований in vivo, наиболее успешный подход к разработке дизайна исследований может быть обеспечен результатами исследований in vitro и ex vivo. Эти методы также позволяют существенно сократить количество животных в эксперименте, что имеет ключевое значение с точки зрения биоэтики [1,2].
В данной работе определены возможные варианты комплексной оценки эффективности фармакологических веществ с применением батареи методов in vitro, ex vivo и in vivo. Использование комплексного подхода позволяет сделать экспериментальное исследование максимально информативным и достоверным.
Комплексная оценка эффективности фармакологических веществ in vitro, ex vivo и in vivo
Для исследования эффективности фармакологических веществ особенное значение имеет скрининг фармакологической активности, пилотные исследования и изучение механизмов действия. Так, новые фармакологические вещества могут быть синтезированы или получены из природного сырья с использованием различных методов, может быть выделено большое количество стереоизомеров или веществ, отличающихся по структуре на одну или несколько функциональных групп. Проведение полноценного исследования каждого из кандидатов требует больших временных, экономических затрат и использования большого количества животных. Применение методов in vitro и ex vivo в большинстве случаев позволяет выбрать наиболее перспективные кандидаты и сократить объем исследований [3].
Исследование in vivo позволяет получить объемные данные, оптимальные для экстраполяции в клинику. Применение различных моделей заболеваний на животных, а также использование генетически модифицированных видов способствует установлению механизмов фармакологического действия, эффективных доз, динамики значений маркеров патологии при длительном курсовом применении и др.
В качестве примера приведем комплексное исследование эффективности фармакологического вещества Х, потенциально обладающего антиоксидантными и кардиопротективными свойствами, в системе методов in vitro, ex vivo и in vivo.
Дизайн исследования представлен в таблице 1.
На первом этапе исследования механизмов действия in vitro было установлено, что фармакологическое вещество Х характеризуется выраженной эффективностью в отношении гидроксильного радикала и перекисного окисления липидов (табл. 2).
Эффективность фармакологического вещества Х превышала таковую препарата сравнения Y.
Установлено, что наличие антиоксидантных свойств фармакологического вещества обусловливает его цитопротекторные свойства [4]. В многочисленных клинических и экспериментальных исследованиях определено, что оксидативный стресс играет ключевую роль в развитии кардиоваскулярных патологий, таких как ИБС, АГ, атеросклероз, коронарная недостаточность и сердечная недостаточность [5,6].
Результаты исследований in vitro позволили определить основные направления экспериментального дизайна ex vivo и in vivo, а также установить возможные механизмы действия фармакологического вещества.
Вторым этапом исследований было определение кардиопротекторных свойств фармакологического вещества Х в эксперименте ex vivo, проведенном на изолированном сердце по методу Лангендорфа [7]. Исследование проводили при применении фармакологического вещества Х в трех дозах.
В результате второго этапа исследований было установлено, что значения показателей давления (LVP) и скорости сокращения (dP/dt max) левого желудочка на фоне ишемии с последующей реперфузией изолированного сердца статистически значимо увеличиваются, что может свидетельствовать о положительном инотропном действии препарата (рис. 1).
Рис. 1 – Эффективность фармакологического вещества Х в исследовании ex vivo.
Данные, полученные в исследовании in vitro и ex vivo, дают основание предполагать ключевой механизм действия и фармакологический эффект вещества, а, следовательно, планировать эксперименты in vivo.
Таким образом, так как in vitro и ex vivo фармакологическое вещество X характеризовалось выраженной кардиопротекторной активностью, а также влиянием на антиоксидантную систему, то для изучения специфической активности in vivo были выбраны модели сердечно-сосудистых патологий, патогенез которых связан с оксидативным стрессом и нарушением сократимости миокарда: острый инфаркт миокарда и артериальная гипертензия.
В результате исследований эффективности фармакологического вещества Х in vivo на модели острого инфаркта миокарда было установлено влияние на физиологические и биохимические параметры моделируемой патологии (табл. 3).
Примечание – * p ‹ 0,05 в сравнении контрольной группой
В результате исследований эффективности фармакологического вещества Х in vivo у спонтанно-гипертензивных крыс наблюдали выраженное снижение систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления как до применения фармакологического вещества Х, так и через 1 час после (табл. 4).
Примечание – * p ‹ 0,05 в сравнении контрольной группой
Таким образом, в результате использования комплексной оценки in vitro, ex vivo и in vivo была установлена высокая эффективность нового фармакологического вещества Х и определены возможные механизмы действия. На модели изолированного сердца по методу Лангендорфа и при моделировании острого экспериментального инфаркта миокарда in vivo было установлено кардиотоническое и кардиопротективное действие препарата. При применении нового препарата у спонтанно-гипертензивных животных наблюдалось стойкое снижение АД, а также уменьшение цифр исходного давления к концу курса лечения. Было установлено, что ключевую роль в реализации фармакологических эффектов фармакологического вещества Х играет его антиоксидантная активность, что было подтверждено в исследованиях антирадикальной и восстанавливающей способности in vitro.
Использование методов in vitro и ex vivo позволило существенно сократить объем экспериментальных животных, так как на основании их результатов были выбраны эффективные дозы фармакологического вещества Х и наиболее подходящие экспериментальные модели.
Для того, чтобы запустить в массовое производство различные препараты – косметические, лекарственные или БАДы, они должны пройти ряд испытаний, которые подтвердят эффективность и безопасность этих средств. Тогда и проводится серия экспериментов с приставкой in vitro и in vivo. Слова во многом похожи, однако между ними есть очень большая разница. Они обозначают совершенно разные виды испытаний. Разберемся с этими понятиями на примере косметических средств и испытаний лекарств, вакцин.
Исследования in vitro и in vivo, а также некоторые другие, проводятся в отношении эффективности косметических продуктов для жирной или сухой кожи, увлажнения, старения кожи, пигментации, роста волос и т. д. Также они изучают безопасность и эффективность определенных лекарств или добавок.
В чем разница между методами тестирования in vitro и in vivo
Современная наука предлагает множество методов проверки безопасности и эффективности косметических и лекарственных средств. Некоторые из обычно используемых методов тестирования косметики включают in vitro и in vivo. Хотя оба типа экспериментов проводятся вне живого организма, между ними есть важные различия.
Обычно эти эксперименты проводят в так называемой контролируемой среде – это пробирки с определенными растворами или чашках Петри (плоские круглые стеклянные баночки с крышками).
Что такое методы тестирования in vitro и ex vivo
Сегодня косметическим брендам доступно множество методов тестирования, которые хотят проверить свои продукты на безопасность, охарактеризовать их эффективность и активные ингредиенты, начать исследования и разработку новых рецептур.
In vitro включает эксперименты с биологическим веществом (клетками или тканями) вне живого организма. Эксперименты in vitro действительно проводятся в стекле – на чашке Петри или внутри пробирки, хотя сегодня им на смену приходят и современные пробирки из пластика или иных материалов.
Одна из особенностей тестирования in vitro заключается в том, что определенная линия клеток (например, кератиноциты, фибробласты или меланоциты – все это клетки кожи) выделяется, отделяется и очищается от их обычного биологического окружения. Это позволяет проводить более подробный клеточный и молекулярный анализ и оценку реакций клеток по сравнению с использованием в рамках всего организма. Кроме того, изолированные клетки, как правило, при правильных условиях можно подращивать и делить, чтобы получить запас и партии для будущего повторного использования.
Эксперименты in vitro можно проводить на широком круге подопытных объектов, от бактерий и вирусов до клеток, полученных из живых организмов. Благодаря современной науке, сейчас доступны все более сложные модели in vitro.
Тестирование косметики и лекарств in vitro и ex vivo
И in vitro, и ex vivo играют важную роль в тестировании косметики и медицинских препаратов. Эти методы могут использоваться для обязательного тестирования безопасности и оценки эффективности, а также во время исследования новых продуктов. Они помогают оценить токсичность, реактогенность и взаимодействие с определенными частями клеток. Другой ключевой аспект методов in vitro и ex vivo заключается в том, что они предлагают прекрасную альтернативу испытаниям на животных (что особенно важно для косметики, ее запрещают исследовать на животных).
Исследования in vivo
In vivo относится к экспериментам с использованием всего живого организма, в отличие от отдельных клеток в пробирке или изучения мертвого организма. Исследования на животных и клинические испытания на людях – это две формы исследований in vivo. Тестирование in vivo часто используется вместо тестирования in vitro, поскольку оно лучше подходит для наблюдения за общими эффектами эксперимента на живом субъекте. Хотя есть много причин полагать, что исследования in vivo могут предложить убедительные сведения о природе биологических процессов и болезни, существует ряд причин, по которым эти выводы могут вводить в заблуждение. Например, терапия может принести краткосрочную пользу, но причинить долгосрочный вред.
Сходство in vivo и in vitro
Прежде всего, есть одно существенное сходство между in vivo и in vitro: это их цель. Как и во всех медицинских исследованиях, независимо от того, проводятся ли они in vitro или in vivo, цель всегда одна: лучше понять определенное заболевание и способы его лечения, а также расширить знания о различных функциях тела. Тем не менее, в этих исследованиях есть много различий, и зачастую эксперименты в лаборатории проводятся первыми, для того, чтобы убедиться в безопасности методики. Только после этого уже переходят к исследованиям на животных, а потом – на людях-добровольцах.
Несмотря на длительную историю аллергологии, до настоящего времени существуют полярные подходы к использованию тестов для диагностики аллергии. Согласно первому, аллергологические тесты не следует применять по ряду причин:
Опасность для больного (большинство тестов in vivo).
Невозможность стандартизации, плохая воспроизводимость:
применение сложных методик, основанных на косвенных иммунобиологических феноменах;
применение не охарактеризованных аллергенов (точнее сложных, не поддающихся анализу экстрактов, варьирующих от серии к серии);
Слабая (недостаточно сильная) корреляция результатов большинства методов с клиническими параметрами заболевания.
Концепция аллергического марша и поливалентной аллергии.
Все еще недостаточные знания иммунопатогенеза аллергических заболеваний.
Большинство вышеперечисленных причин приводят к тому, что выбор схемы лечения, назначения и отмены определенных препаратов, формирование прогноза практически не зависят от результатов тестирования.
Второй подход предусматривает применение современных апробированных эффективных методов, характеризующихся высокой (приемлемой) стандартностью и воспроизводимостью. Это, в частности, важно в следующих случаях:
при установлении диагноза аллергического заболевания в раннем детстве;
дифференциальной диагностике аллергического/неаллергического заболевания;
выборе рациональной тактики при лечении в отдельных случаях (сезонные поллинозы, сенсибилизация к аллергенам домашних животных, пищевым аллергенам и др.);
проведении специфической десенсибилизации.
Методы диагностики in vivo обладают высокой чувствительностью и специфичностью и часто являются золотым стандартом при диагностике аллергических заболеваний. Однако постановка этих методов связана с риском развития системных аллергических реакций (анафилактический шок) и потенциально может угрожать жизни больного. Проведение диагностики in vivo допускается только в специализированных лечебно-диагностических учреждениях.
Кожные пробы — широко использующиеся в практике аллергологии и клинической иммунологии тесты оценки состояния сенсибилизации к определенному аллергену in vivo (при положительном аллергологическом анамнезе). Наиболее часто они применяются с целью выявления аллергии немедленного типа и по своей сути представляют простой способ определения аллергенспецифических IgE. Различаются по способам введения антигена. Существуют аппликационные, скарификационные, внутрикожные пробы и прик-тесты. Имеют значение в сочетании с данными анамнеза, физикальных и лабораторных исследований.
Аппликационные пробы — способ проведения кожных проб, при котором растворы стандартизованных аллергенов наносят на специальный аппликатор (пластырь). Тесты выполняют на коже спины, предплечья. Результаты учитывают через 20–30 мин. Развивающаяся реакция оценивается следующим образом: в виде эритемы и отека — +, в виде папул — ++, с наличием волдыря — +++. Положительный результат аппликационных проб свидетельствует о наличии сенсибилизации организма индивидуума к тому или иному аллергену. Степень выраженности реакций коррелирует с активностью патологического процесса и тяжестью течения заболевания.
Аппликационные пробы можно применять для выявления аллергических реакций на пищевые, ингаляционные и др. аллергены, однако чаще они используются для диагностики контактной сенсибилизации на лекарственные препараты, химические аллергены, ионы металлов * .
Скарификационные пробы — способ проведения кожных проб, при котором каплю испытуемого аллергена наносят на обработанную спиртом кожу внутренней стороны предплечья и повреждают эпидермис под каплей, путем нанесения двух насечек скарификатором (опыт). Одновременно аналогичным образом проводят пробы с гистамином и физиологическим раствором (соответственно положительный и отрицательный контроли). Результат учитывают через 20–30 мин.
Скарификационные пробы широко применяются для выявления сенсибилизации организма при ГНТ I типа. Они характеризуются большей чувствительностью и, к сожалению, большей опасностью развития системных аллергических реакций.
Внутрикожные пробы (классические) — способ проведения кожных проб путем введения аллергена внутрь кожи. В основе лежит локальная ответная реакция на введение аллергена сенсибилизированному индивидууму, которая может развиваться по немедленному и замедленному типу реакций гиперчувствительности. Результаты реакции ГНТ регистрируют через 20–30 мин, а ГЗТ — через 48–72 ч. Внутрикожная проба в основном применяется для диагностики ГЗТ, а также для выявления дефицитов Т-клеточного звена иммунитета. Внутрикожная проба ставится путем инъекции в эпидермис 0,1 мл раствора аллергена. Типичным примером является проба Манту.
Прик-тесты — современный способ проведения внутрикожных проб для диагностики ГНТ. Специальную металлическую или пластиковую иглу с ограничителем погружают в раствор аллергена и прокалывают кожу на глубину 1мм. В качестве позитивного контроля используют 10%-ный раствор гистамина, а негативного — растворитель. Результат учитывают через 15–20 мин путем измерения диаметра папулы в двух направлениях. При проведении скрининга или диагностики в случае отсутствия явных указаний на определенный аллерген часто приходится ставить прик-тесты на несколько аллергенов. Для упрощения и стандартизации процедуры применяют мультитестовый аппликатор — одноразовое устройство для одномоментной постановки кожных проб с аллергенами (рис. 5).
Рис. 5. Мультитестовый аппликатор и схема постановки прик-теста
Аппликатор состоит из пластикового основания, к которому в два ряда на определенном расстоянии крепятся металлические или пластиковые иглы (6–8 штук). До использования он находится в герметически закрытом контейнере и является стерильным. Перед употреблением аппликатор извлекается из контейнера, иглы окунаются на определенную глубину в растворы испытуемых аллергенов (пылевых, пыльцевых, пищевых или др.) и контрольных жидкостей. Затем аппликатор помещают на кожу предплечья и надавливают с определенным усилием. В результате этого происходят прокалывание кожи и инъекция аллергенов. Результаты реакции учитывают в соответствии с общими рекомендациями. Они коррелируют с результатами внутрикожных проб, радиоаллергосорбентного теста и данными анамнеза. Мультитестовый аппликатор обеспечивает высокий уровень стандартизации кожных проб (глубину прокола кожи, расстояние между проколами, дозу аллергена).
Оценка кожных проб — этап аллергологического обследования пациента по результатам кожных проб. Результат кожных реакций немедленного типа учитывают через 15–20 мин. Он может быть: а) отрицательным — аналогичен контрольному; б) сомнительным (±) — наличие только гиперемии (без волдыря); в) слабоположительным (+) — наличие волдыря размером 3 мм; г) положительным (++) — наличие четко выраженного волдыря (до 5 мм); д) резкоположительным (+++) — наличие волдыря величиной не более 10 мм (с гиперемией и псевдоподиями); е) очень резко положительным (++++) — наличие волдыря величиной свыше 10 мм (с гиперемией и псевдоподиями).
Аллергические провокационные пробы — биологические пробы in vivo, позволяющие выявить у человека аллергию немедленного типа к определенному аллергену. Основаны на введении аллергена в орган-мишень. Являются более достоверными, чем кожные пробы и используются в случае расхождения данных анамнеза и результатов кожного тестирования.
Наиболее широко используются следующие пробы:
Назальная проба (проводится для диагностики аллергического ринита, сенной лихорадки, особенно при сомнительных результатах кожного тестирования): на слизистую одной из половин носа наносят каплю физиологического раствора (отрицательный контроль). Если через 15 мин на ней не возникает реакция, то на слизистую второй половины носа наносят каплю аллергена в концентрации, давшей сомнительный результат при кожном тестировании. Тест считается положительным при развитии отека слизистой, ринореи, чихания.
Ингаляционная проба проводится при отрицательных результатах кожных проб для диагностики профессиональной бронхиальной астмы на такие аллергены, как формальдегид, азотистый кобальт, бихромат калия, хлористый никель. Проба проводится на установке с замкнутым дыхательным контуром, которая создает небольшое избыточное давление на вдохе/выдохе. Это позволяет оценить степень и уровень спазма бронхолегочного дерева (для бронхиальной астмы характерен спазм мелких бронхов и бронхиол). Вначале проводят ингаляцию дистиллированной водой (контроль), а затем — испытуемым аллергеном. При появлении признаков бронхоспазма (система позволяет регистрировать их до развития симптомов астмы) аллерген выводится из дыхательной смеси, а больному оказывается необходимая помощь.
Ингаляционная проба с карбахолином (ацетилхолином) является диагностическим критерием бронхиальной астмы.
Ингаляционная проба с холодным воздухом применяется для исследования неспецифической гиперреактивности бронхов.
Сублингвальная проба используется для диагностики пищевой и лекарственной аллергии. Аллерген наносится на слизистую оболочку подъязычной области. При пищевой аллергии применяются натуральные продукты в разведении 1:10, при лекарственной — 1 /8– 1 /4 разовой дозы растворенного вещества. Тест считается положительным при появлении в подъязычной области гиперемии, отека, зуда, а также при учащении пульса, чиханье, кашле.
Конъюнктивальная проба применяется для диагностики аллергического конъюнктивита и выявления аллергенов, вызывающих его развитие. Техника проведения такова: в конъюнктивальный мешок, отодвинув нижнее веко, закапывают 1–2 капли тест-контрольной жидкости. При отсутствии изменений конъюнктивы через 15–20 мин переходят к исследованию с аллергеном. Аллерген (1–2 капли) закапывают в концентрации, которая дала слабоположительную кожную пробу. При положительной реакции проявляются слезотечение, гиперемия конъюнктивы, зуд век.
Аллергометрическое титрование — постановка тестов с разным разведением аллергена. Используется в ряде случаев для определения пороговой чувствительности к определенному аллергену.
Медицинские статьи для широкой аудитории часто используют термины “ in vitro ” и “ in vivo ” для описания исследований. С латинского in vitro — переводится “в стекле”, а in vivo переводится как “в жизни”.
Определения
Термин in vitro указывает, что медицинские процедуры, тесты и эксперименты исследователи проводят вне живого организма. Исследование in vitro проводится в контролируемой среде, такой как пробирка или чашка Петри.
Термин in vivo указывает, что исследование проводится в естественных условиях. Это относится к тестам, экспериментам и процедурам, которые ученые выполняют на живом организме, таком как человек, лабораторное животное или растение.
Примеры
Исследователи используют методики in vivo и in vitro для углубления наших знаний о болезнях и человеческом теле. В научных исследованиях ученые могут проверить гипотезу, используя один или оба этих метода.
В пробирке
Тестирование in vitro происходит в лаборатории и обычно включает в себя изучение микроорганизмов, клеток человека или животных в культуре. Эта методология позволяет ученым оценивать различные биологические явления в конкретных клетках без отвлекающих факторов и потенциальных запутывающих переменных, присутствующих в целых организмах.
Тестирование in vitro — это простая методология исследования. Ученые могут проводить детальные анализы и изучать биологические эффекты у большего числа субъектов in vitro, чем в экспериментах на животных или людях.
Однако, хотя чашки Петри и пробирки обеспечивают контролируемую среду для испытаний in vitro, они не могут воспроизвести условия, которые происходят внутри живого организма.
В результате, интерпретировать данные in vitro необходимо с осторожностью, так как полученные результаты не могут предсказать реакцию живого существа.
Некоторые примеры тестирования in vitro включают фармацевтическое тестирование и лечение бесплодия.
Фармацевтические испытания
Новые лекарственные препараты проходят тестирование in vitro, прежде чем начинаются клинические испытания. Во время доклинического испытания in vitro исследователи подвергают клетки-мишени воздействию нового препарата и контролируют его действие. Тестирование in vitro особенно полезно для определения того, обладает ли новый препарат токсическими и канцерогенными эффектами.
В исследовании 2018 года ученые из Италии использовали тестирование in vitro для мониторинга токсического действия наночастиц оксида молибдена — многообещающего нового метода лечения рака. Наночастицы — это небольшие или ультрадисперсные частицы, размер которых обычно составляет 1-100 нанометров.
Авторы одного из исследований 2017 года определили персонализированные методы лечения рака с использованием моделей in vitro.
В ходе исследования ученые собрали клетки из двух опухолей матки и двух опухолей толстой кишки. Ученые проанализировали опухолевые клетки с помощью высокопроизводительного скрининга лекарственных средств, который сочетает в себе биологию, робототехнику и обработку данных для тестирования тысяч различных биологических соединений на одной клетке-мишени.
В результате анализа были выявлены эффективные лекарственные средства и их комбинации, специфичные для каждого образца клеток.
Лечение бесплодия
Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) — это вид лечения бесплодия, при котором оплодотворение происходит в лаборатории, а не внутри организма.
ЭКО включает в себя извлечение одной или нескольких яйцеклеток из яичника и помещение их в чашку Петри с донорской спермой. Оплодотворение обычно происходит в течение 3-5 дней . Затем врач имплантирует полученные эмбрионы в матку.
В естественных условиях
Несмотря на положительные доклинические результаты, около 30% лекарственных препаратов терпят неудачу в клинических испытаниях на людях из-за возникновения неблагоприятных побочных эффектов. Дополнительные 60% не дают желаемого эффекта.
Тестирование in vivo, особенно в клинических испытаниях, является жизненно важным аспектом медицинских исследований в целом. Исследования in vivo дают ценную информацию о влиянии конкретного вещества или прогрессировании заболевания на весь живой организм. Основными видами тестов in vivo являются исследования на животных и клинические испытания.
Исследования на животных
Ученые используют исследования на животных для выявления механизмов, лежащих в основе различных процессов заболевания, и для оценки безопасности новых методов лечения.
Исследования на животных служат своего рода промежуточным звеном между экспериментами in vitro и испытаниями на людях. Большинство исследований на животных используют лабораторных мышей или крыс, которые почти генетически идентичны. В результате исследователи могут отслеживать различные биологические эффекты внутри сложных организмов.
Тестирование генетически схожих объектов в лабораторных условиях обеспечивает такую степень контроля, которая отсутствует в клинических испытаниях.
Проведение клинических испытаний
Если препарат окажется безопасным и эффективным в исследованиях in vitro и на животных, эксперты оценят его действие на людях с помощью клинических испытаний. Исследователи зачастую сравнивают эффекты новых лекарственных препаратов с эффектами плацебо. Многие считают рандомизированные контролируемые исследования золотым стандартом фармацевтического тестирования. Все исследования должны включать рандомизацию и контроль.
При рандомизации исследователи случайным образом распределяют участников либо в группу лечения, либо в группу плацебо.
При контрольном исследовании ученые сравнивают результаты участника, получившего новое лекарственное средство или вмешательство, с результатами участника контрольной группы. Участники контрольной группы получают альтернативное лечение, например плацебо или старую форму нового препарата.
Исследователи могут скрывать информацию, которая может повлиять на участника эксперимента, до тех пор, пока испытание не закончится.
Слепое исследование может включать распределение препарата и плацебо в одинаковых капсулах, чтобы участники не могли сказать, в какой группе лечения они находятся.
Заключение
Исследования in vitro и in vivo дают ценную информацию для всех этапов биомедицинских исследований. Ученые часто используют методы in vitro для фундаментальных исследований, чтобы исследовать лекарственные взаимодействия и патологические процессы на клеточном уровне.
Исследования in vivo расширяют данные исследований in vitro путем мониторинга биологических реакций живых организмов.
Учредитель сетевого издания (Medical Insider), главный редактор, автор статей.
Врач ультразвуковой диагностики в СЗЦДМ, травматолог-ортопед, г. Санкт-Петербург
Читайте также: