연구는 일반적인 생물학적 맥락을 벗어난 미생물, 세포 또는 생물학적 분자를 대상으로 수행됩니다. 흔히 시험관 실험이라고 합니다. 생물학 및 그 하위 분야의 이러한 연구는 전통적으로 시험관, 플라스크, 페트리 접시 등에서 수행되어 왔으며 분자 생물학 초기부터 소위 오믹스 방법이 포함되었습니다. 정상적인 생물학적 환경에서 분리된 유기체 구성 요소를 사용하는 연구는 전체 유기체를 사용한 분석보다 더 상세하고 편리합니다. 대조적으로, 생체 내 연구는 인간과 전체 식물을 포함한 동물에 대해 수행됩니다.
예
체외 연구의 예: 다세포 유기체에서 유래된 세포의 분리, 성장 및 식별(세포 배양 또는 조직 배양) 세포하 구성요소(미토콘드리아 또는 리보솜); 세포 또는 세포하 추출물(예: 밀배아 또는 망상적혈구 추출물); 단백질, DNA 또는 RNA와 같은 정제된 분자; 항생제와 의약품의 산업적 생산. 살아있는 세포에서만 복제되는 바이러스는 실험실에서 세포나 조직 배양을 통해 연구되며, 많은 동물 바이러스학자들은 이러한 작업을 동물 전체에 대한 생체 내 작업과 구별하기 위해 시험관 내 작업이라고 지칭합니다.
- 중합효소연쇄반응은 시험관 내에서 특정 DNA와 RNA 서열을 선택적으로 복제하는 방법이다.
- 단백질 정제에는 복잡한 혼합물에서 특정 단백질을 분리하는 과정이 포함되며, 많은 경우 균질화된 세포나 조직에서 얻어집니다.
- 시험관 수정은 정자와 난자를 사용하여 접시에서 수행됩니다. 수정된 배아는 이후 임산부의 자궁에 이식됩니다.
- 체외 진단은 광범위한 의료 및 수의학 실험실 테스트입니다. 질병을 진단하고 환자의 임상 상태를 모니터링하는 데 필요하며, 재료는 환자의 혈액, 세포 또는 기타 조직의 샘플입니다.
체외 테스트는 살아있는 유기체 내에서 약물이나 일반적인 화학 물질의 특정 흡착, 분포, 대사 및 배설(ADM)을 특성화하는 데 사용됩니다. 예를 들어, Caco-2 세포를 사용한 실험은 위장 점막을 통한 화합물의 흡수를 평가하는 데 도움이 됩니다. 기관 간의 연결 분할을 결정하여 분포 메커니즘을 연구할 수 있습니다. 일차 간세포 또는 간세포 유사 세포주(HepG2, HepaRG)의 현탁 또는 플레이트 배양을 사용하여 화학 물질의 대사를 연구하고 정량화할 수 있습니다. ARME 프로세스의 이러한 매개변수는 소위 "생리학적 기반 약동학 모델" 또는 FMPM에 통합될 수 있습니다.
체외 연구에 관한 비디오
시험관 내 이점
시험관 내 연구는 전체 유기체 분석에 비해 종별, 더 간단하고, 더 편리하고, 더 상세한 분석을 가능하게 합니다. 전체 동물 연구가 점차 인간 시험을 대체하는 것처럼 체외 연구가 전체 동물 연구를 대체하고 있습니다.
간단
살아있는 유기체는 수만 개의 유전자, 단백질 및 RNA 분자, 무기 이온, 작은 유기 화합물 및 복합체로 구성된 매우 복잡한 기능 시스템으로 보입니다. 그들이 위치한 환경은 막으로 공간적으로 구성되어 있으며 다세포 유기체에서는 기관과 시스템이 이를 담당합니다. 이러한 수많은 구성 요소는 서로 상호 작용하고 환경과 상호 작용하여 식품을 처리하고, 폐기물을 제거하고, 구성 요소를 올바른 위치로 이동하고, 신호 분자, 빛, 기타 유기체, 열, 소리, 맛, 균형 및 촉각에 반응합니다.
이러한 복잡성으로 인해 개별 구성 요소 간의 관계를 결정하고 기본 생물학적 기능을 연구하는 것이 어렵습니다. 시험관 작업은 연구 중인 시스템을 단순화하므로 연구자는 소수의 구성 요소에 집중할 수 있습니다.
예를 들어 단백질 식별 면역 체계(예: 항체) 및 이들이 외부 항원을 인식하고 결합하는 메커니즘은 아직 불분명합니다. 그러나 시험관 내 연구의 확대된 사용으로 인해 단백질을 분리하고, 단백질을 생산하는 세포와 유전자를 식별하고, 항원과 상호 작용하는 물리적 특징을 연구가 가능해졌습니다. 또한, 이러한 상호 작용이 어떻게 면역 체계의 다른 구성 요소를 활성화하는 세포 신호로 이어지는지 확인하는 것도 가능했습니다.
종 특이성
시험관 내 방법의 또 다른 장점은 실험 동물의 세포 반응을 "외삽"하지 않고도 인간 세포를 연구할 수 있다는 것입니다.
편의성, 자동화
시험관 내 방법은 소형화되고 자동화될 수 있으며, 독성학 또는 약리학에서 분자를 테스트하기 위한 높은 처리량의 스크리닝 방법을 제공합니다.
결함
체외 실험 연구의 가장 큰 단점은 작업 결과를 온전한 유기체의 생물학으로 다시 추정하는 것이 어렵다는 것입니다. 결과를 과도하게 해석하지 않으려면 시험관 내 연구자는 주의해야 합니다. 이는 유기체와 시스템의 생물학에 대한 잘못된 결론으로 이어질 수 있습니다.
예를 들어, 병원성 바이러스(예: HIV-1) 감염을 치료하기 위해 새로운 바이러스 약물을 개발하는 과학자들은 약물 후보가 바이러스가 시험관 내(보통 세포 배양에서) 복제되는 것을 방지하는 역할을 한다고 결론을 내릴 수 있습니다. 그러나 약물을 임상 환경에서 사용하기 전에 온전한 유기체(일반적으로 작은 동물, 영장류 및 인간)에서 안전성과 유효성을 결정하기 위해 일련의 생체 내 시험을 거쳐야 합니다. 일반적으로 in vitro에서 효과적인 대부분의 약물 후보는 영향을 받은 조직으로의 약물 전달 문제, 초기 in vitro 연구에서 포착되지 않은 신체의 중요한 부위에 대한 독성 또는 기타 문제로 인해 in vivo에서는 효과적이지 않습니다.
시험관 내에서 생체 내 외삽법(IVIVE)
시험관 내 실험에서 얻은 결과는 일반적으로 생체 내 전체 유기체 반응을 예측하는 것으로 해석될 수 없습니다. 따라서 시험관 내 결과를 생체 내 결과로 외삽하기 위한 일관되고 신뢰할 수 있는 절차를 개발하는 것이 중요합니다. 일반적으로 두 가지 결정이 내려졌습니다.
- 조직 재생산과 이들 간의 상호작용을 위한 시험관 내 시스템의 복잡성이 증가하고 있습니다(예: "인간 칩" 시스템).
- 수학적 모델링을 사용하여 동작을 수치적으로 시뮬레이션 복잡한 시스템여기서 시험관 내 데이터는 모델 매개변수의 값을 제공합니다.
두 가지 접근 방식은 서로 호환되지 않습니다. 개선된 시험관 시스템은 수학적 모델에 대한 보다 정확한 데이터를 제공할 것입니다. 반면, 점점 더 정교해지는 시험관 내 실험은 통합을 위한 점점 더 풍부하고 복잡하며 유망한 데이터를 생성하고 있습니다. 여기에는 시스템 생물학과 같은 수학적 모델이 필요합니다.
약리학에서의 외삽
약리학에서 IVIVE 연구는 약동학(PK) 또는 약력학(PD)을 근사화하는 데 사용될 수 있습니다. 주어진 표적에 대한 노출 시기와 강도는 표적 부위에서 약물 후보(관련 분자 또는 대사 산물)의 농도에 따라 달라지기 때문에 생체 내 조직 및 기관의 민감도는 완전히 다르거나 심지어 반대일 수 있습니다. 시험관 내에서 배양된 세포에서 관찰된 것입니다. 이는 시험관 내에서 관찰된 외삽 효과가 정량적 생체 내 PK 모델을 필요로 함을 나타냅니다. 일반적으로 생리학적 기반 PK 모델(PBPM)이 외삽에서 중심 역할을 한다는 것이 인정됩니다.
초기 효과나 세포간 연결이 없는 효과의 경우, 동일한 세포 노출 농도는 in vitro 및 in vivo에서 질적, 양적으로 동일한 효과를 나타내는 것으로 가정됩니다. 이러한 상황에서는 시험관 내에서 관찰된 용량-반응 관계의 간단한 PD 모델을 개발하고 생체 내 효과를 예측하기 위해 변경되지 않은 상태로 바꾸는 것으로 충분합니다.
- "살아있는 상태에서"), 즉 "살아있는 유기체 내부" 또는 "세포 내부"입니다.
과학에서는 생체 내살아있는 유기체의 살아있는 조직에 대한(또는 내부의) 실험 수행을 나타냅니다. 이러한 용어 사용은 살아있는 유기체의 일부 사용을 제외합니다(테스트에서 수행됨). 시험관 내에서) 또는 죽은 유기체를 사용합니다. 동물 실험과 임상 시험은 연구의 한 형태입니다 생체 내.
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"In vivo" 기사에 대한 리뷰 작성
In Vivo 설명 발췌
"아니요, 이제 그들은 그곳을 떠날 것입니다. 이제 그들은 자신들이 한 일로 인해 겁에 질릴 것입니다!" - 전장에서 이동하는 들것 군중을 목적없이 따라 가며 피에르를 생각했습니다.그러나 연기로 가려진 태양은 여전히 \u200b\u200b높게 서 있었고 앞쪽, 특히 Semyonovsky의 왼쪽에는 연기 속에서 무언가가 끓고 있었고 총소리, 총격 및 대포의 포효는 약해지지 않았을뿐만 아니라 강화되었습니다. 마치 힘을 다해 온 힘을 다해 비명을 지르는 사람처럼 절망에 빠진 것입니다.
보로디노 전투의 주요 전투는 보로딘과 바그라티온의 플러시 사이에 있는 천 길의 공간에서 일어났습니다. (이 공간 밖에서 한편으로는 러시아군이 정오에 우바로프의 기병대에 의해 시위를 벌였고, 다른 한편으로는 우티차 뒤에서 포니아토프스키와 투츠코프 사이에 충돌이 있었습니다. 그러나 이것은 비교하면 두 개의 별개이고 약한 행동이었습니다. ) 보로딘과 플러시 사이의 들판, 숲 근처, 양쪽에서 모두 볼 수 있는 개방된 공간에서 가장 간단하고 독창적인 방식으로 전투의 주요 행동이 일어났습니다. .
셀레즈네바 A.I. 1, 칼라타노바 A.V. 2, 아폰키나 O.V. 3
의과대학 후보자 1명, 선임연구원, 2명 하급연구원, 3명 하급연구원, 상트페테르부르크 약학연구소 CJSC
약리학적 물질 연구에 대한 통합적 접근 방식안에 비트로, 전 비보, 안에 비보
주석
이 기사에서는 약리학적 물질의 가능한 작용 방향을 확립하기 위해 최적의 방법 범위를 사용하여 실험 연구를 수행하기 위한 효과적인 계획과 옵션에 대해 논의합니다.~에 시험관, 전- 생체 내, ~에 생체 내. 일련의 방법을 통합적으로 사용하는 궁극적인 목표는 신뢰할 수 있고 충분한 실험 데이터를 얻고, 연구 설계의 유능한 개발과 각 단계에서 얻은 데이터의 사용을 통해 연구의 양, 비용 및 시간을 줄이는 것입니다.
핵심 단어:스크리닝, 전임상 연구, 약물, 약리학적 물질, 효능, 안전성, in vitro, ex vivo, in vivo.
SeleznevaA.I. 1, 칼라타노바 A.V. 2, 아폰키나 O.V. 3
의과대학 후보자 1명, 수석연구원 2명, 하위연구원 2명, “상트페테르부르크 약학연구소” 3명
시험관, 생체외, 생체내에서 약리학적 제제를 연구하기 위한 복잡한 접근 방식
추상적인
이 기사에서는 시험관 내, 생체 외, 생체 내에서 약리학적 제제의 가능한 작용 영역을 식별하기 위한 최적의 방법 범위를 포함하는 실험 연구를 위한 효과적인 계획 및 옵션을 고려합니다. 일련의 방법을 통합하여 실험 데이터 측면에서 신뢰할 수 있고 충분한 데이터를 제공하고, 유능한 연구 설계와 각 단계에서 수집된 데이터의 사용을 통해 연구의 양, 비용 및 시기를 줄이는 것이 궁극적인 목표입니다.
키워드:스크리닝, 전임상 연구, 약물, 약리학적 제제, 유효성, 안전성, 시험관 내, 생체 외, 생체 내.
약리학적 물질의 효과와 안전성에 대한 성공적인 연구는 연구 설계의 유능한 계획과 개발에 직접적으로 달려 있습니다. 약리학적 물질의 가능한 작용 방향과 독성 특성에 대한 스크리닝 및 용적 평가를 위한 많은 방법이 있습니다. 이러한 방법은 구현 방법에 따라 조건부로 시험관 내, 생체 외, 생체 내 방법의 세 그룹으로 나눌 수 있습니다.
체외 방법은 반응 매체, 효소, 세포주 등을 사용하여 모델 시스템에서 약리학적 물질의 효과 및 안전성에 대한 스크리닝 또는 체적 평가를 의미합니다. 오늘날 체외 방법은 두 가지 관점 모두에서 전 세계 과학계에서 매우 인기가 있습니다. 높은 혁신과 동물에 대한 인도적인 대우의 관점에서. 그러나 시험관 내 방법을 사용하여 약리학적 물질의 유효성 및 안전성에 대한 제한적인 연구는 권장되지 않습니다. 왜냐하면 얻은 결과를 전체 유기체에 외삽하는 것은 높은 위험을 특징으로 하기 때문입니다.
생체외 방법은 일반적으로 살아있는 유기체의 분리된 기관 및 조직을 포함합니다. 이러한 방법은 널리 알려져 있으며 생체 외 연구에서 얻은 데이터는 임상적으로 더 관련성이 높은 경향이 있습니다. 그러나 in vitro 방법과 마찬가지로 ex vivo 연구의 결과는 약리학적 물질의 임상시험을 시작하는 기초가 될 수 없습니다.
생체 내 방법은 실험 약리학에서 고전적이며 다양한 종과 동물 계통에 대한 연구를 나타냅니다. 생체 내 방법을 사용하면 임상에 성공적으로 적용할 수 있는 신뢰할 수 있고 충분한 결과를 얻을 수 있습니다. 실험 동물의 종과 계통의 해부학적, 생리학적, 생화학적 및 기타 특성에 대한 많은 양의 데이터가 있으며 이를 통해 인간과의 관련성 정도를 확립하고 약리학적 물질의 임상 연구 결과를 예측할 수 있습니다. 그러나 in vivo 연구의 정보 함량이 높음에도 불구하고 연구 설계 개발에 대한 가장 성공적인 접근 방식은 in vitro 및 ex vivo 연구 결과를 통해 제공될 수 있습니다. 또한 이러한 방법을 사용하면 실험에서 동물의 수를 크게 줄일 수 있으며 이는 생명윤리적 관점에서 매우 중요합니다.
이 작업은 다양한 in vitro, ex vivo 및 in vivo 방법을 사용하여 약리학적 물질의 효과를 포괄적으로 평가하기 위한 가능한 옵션을 식별합니다. 통합된 접근 방식을 사용하면 실험 연구를 최대한 유익하고 신뢰할 수 있게 만들 수 있습니다.
약리학적 물질의 유효성에 대한 종합적인 평가~에 시험관, 전- 생체 내그리고~에 생체 내
약리학적 물질의 효과를 연구하기 위해서는 약리학적 활성 스크리닝, 예비 연구 및 작용 메커니즘을 연구하는 것이 특히 중요합니다. 따라서 다양한 방법을 사용하여 천연 원료로부터 새로운 약리학적 물질을 합성하거나 얻을 수 있으며, 하나 이상의 구조가 다른 물질이나 입체이성질체를 분리할 수 있습니다. 기능성 그룹. 각 후보자에 대한 본격적인 연구를 수행하려면 많은 시간, 경제적 비용 및 사용이 필요합니다. 대량동물. 대부분의 경우 in vitro 및 ex vivo 방법을 사용하면 가장 유망한 후보를 선택하고 연구의 양을 줄일 수 있습니다.
생체 내 연구는 임상에 대한 추정에 최적인 체적 데이터를 제공합니다. 다양한 질병 동물 모델의 사용과 유전자 변형 종의 사용은 약리 작용 메커니즘, 유효 용량, 장기간 사용 시 병리학 지표 값의 역학 등을 확립하는 데 도움이 됩니다.
예를 들어, 우리는 in vitro, ex vivo 및 in vivo 방법 시스템을 사용하여 잠재적으로 항산화 및 심장 보호 특성을 갖는 약리학적 물질 X의 효과에 대한 포괄적인 연구를 제시합니다.
연구 설계는 표 1에 제시되어 있습니다.
표 1 – 약리학적 물질 X의 효과에 대한 포괄적인 연구 설계
시험관 내 작용 메커니즘을 연구하는 첫 번째 단계에서, 약리학적 물질 X가 하이드록실 라디칼 및 지질 과산화에 대해 뚜렷한 효과를 나타내는 것이 특징이라는 것이 밝혀졌습니다(표 2).
표 2 - 시험관 내 연구에서 약리학적 물질 X의 효능 
약리물질 X의 효과는 대조약 Y의 효과를 초과했습니다.
약리학적 물질의 항산화 특성의 존재가 세포 보호 특성을 결정한다는 것이 확립되었습니다. 수많은 임상 및 실험 연구를 통해 산화 스트레스가 관상동맥 질환, 고혈압, 죽상동맥경화증, 관상동맥 부전 및 심부전과 같은 심혈관 질환의 발병에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다.
시험관 내 연구 결과를 통해 생체 외 및 생체 내 실험 설계의 주요 방향을 결정할 수 있을 뿐만 아니라 약리학적 물질의 가능한 작용 메커니즘을 확립할 수 있었습니다.
연구의 두 번째 단계는 Langendorff 방법을 사용하여 분리된 심장에서 수행된 생체외 실험에서 약리학적 물질 X의 심장 보호 특성을 결정하는 것이었습니다. 이 연구는 세 가지 용량의 약리학적 물질 X를 사용하여 수행되었습니다.
2단계 연구 결과, 분리된 심장의 재관류에 따른 허혈 배경에 대한 좌심실의 압력(LVP)과 수축속도(dP/dt max) 값이 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 이는 약물의 긍정적인 수축 효과를 나타낼 수 있습니다(그림 1).
쌀. 1 – 생체외 연구에서 약리학적 물질 X의 효능.
시험관 내 및 생체 외 연구에서 얻은 데이터는 키 메커니즘물질의 작용 및 약리학적 효과를 파악하고 이에 따라 생체 내 실험을 계획합니다.
따라서 시험관 내 및 생체 외에서 약리학적 물질 X는 뚜렷한 심장 보호 활성과 항산화 시스템에 대한 효과를 특징으로 하므로 생체 내에서 특정 활성을 연구하기 위해 심혈관 병리학 모델이 선택되었으며 그 병인은 관련되어 있습니다. 산화 스트레스 및 심근 수축력 장애: 급성 심근경색 및 동맥 고혈압.
급성 심근경색 모델에 대한 생체 내 약리학적 물질 X의 효과에 대한 연구 결과, 모델링된 병리학의 생리학적 및 생화학적 매개변수에 대한 효과가 확립되었습니다(표 3).
표 3 - 쥐의 급성 심근경색 모델링 배경에 대한 약리학적 물질 X의 효능, M ± m. 
자발성 고혈압 쥐를 대상으로 생체 내 약리학적 물질 X의 효과를 연구한 결과, 약리학적 물질 X 사용 전과 사용 후 1시간 모두 수축기(SBP) 및 확장기(DBP) 혈압의 현저한 감소가 관찰되었습니다(표 4).
표 4 - 약리물질 X 사용 과정 중 혈압 변화 
참고 – * 대조군과 비교하여 p < 0.05
따라서 시험관 내, 생체 외 및 생체 내에서 포괄적인 평가를 실시한 결과, 새로운 약리 물질 X의 높은 유효성이 확립되었으며 가능한 작용 메커니즘이 결정되었습니다. Langendorff 방법을 사용하고 생체 내에서 급성 실험적 심근 경색을 시뮬레이션하는 분리된 심장 모델을 사용하여 약물의 심근 강화 및 심장 보호 효과가 확립되었습니다. 자발성 고혈압 동물에서 신약을 사용했을 때 혈압의 지속적인 감소가 관찰되었으며 치료 과정이 끝날 때 초기 압력 값의 감소도 관찰되었습니다. 약리학적 물질 X의 약리학적 효과 구현에 있어 중요한 역할은 항산화 활성에 의해 수행되는 것으로 밝혀졌으며, 이는 시험관 내 항라디칼 및 환원 능력 연구에서 확인되었습니다.
시험관 내 및 생체 외 방법을 사용하면 실험 동물의 양을 크게 줄일 수 있었는데, 결과에 따라 약리학적 물질 X의 유효 용량과 가장 적합한 실험 모델이 선택되었기 때문입니다.
문학
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