Экстраполяция in vitro в in vivo
Экстраполяция in vitro в in vivo (IVIVE) относится к качественному или количественному переносу экспериментальных результатов или наблюдений, сделанных in vitro, для прогнозирования явлений in vivo в биологических организмах.
Проблема переноса результатов in vitro стоит особенно остро в таких областях, как токсикология , где эксперименты на животных постепенно сворачиваются и все чаще заменяются альтернативными тестами .
Результаты, полученные в экспериментах in vitro , часто не могут быть напрямую применены для прогнозирования биологических реакций организмов на химическое воздействие in vivo . Поэтому чрезвычайно важно создать последовательный и надежный метод экстраполяции in vitro в in vivo .
В настоящее время общеприняты два решения:
- (1) Увеличение сложности систем in vitro , в которых несколько клеток могут взаимодействовать друг с другом, чтобы воспроизвести межклеточные взаимодействия, присутствующие в тканях (как в системах «человек на чипе»). [1]
- (2) Использование математического моделирования для численного моделирования поведения сложной системы, при этом данные in vitro предоставляют значения параметров для разработки модели. [2]
Оба подхода могут применяться одновременно, позволяя системам in vitro предоставлять адекватные данные для разработки математических моделей. Чтобы соответствовать требованиям разработки альтернативных методов тестирования, все более сложные эксперименты in vitro теперь собирают многочисленные, сложные и сложные данные, которые можно интегрировать в математические модели.
Фармакология
[ редактировать ]IVIVE в фармакологии может использоваться для оценки фармакокинетики (ФК) или фармакодинамики (ФД). [ нужна ссылка ]
Поскольку биологическое возмущение зависит от концентрации токсиканта, а также от продолжительности воздействия лекарственного средства-кандидата (исходной молекулы или метаболитов) в этом месте-мишени, эффекты на ткани и органы in vivo могут быть либо полностью отличными, либо подобными тем, которые наблюдаются in vitro .Таким образом, экстраполяция побочных эффектов, наблюдаемых in vitro, включена в количественную модель ФК-модели in vivo. Общепринято, что физиологически обоснованные модели ФК ( PBPK ), включая абсорбцию, распределение, метаболизм и выведение любого конкретного химического вещества, имеют центральное значение для экстраполяции in vitro - in vivo . [3]
В случае ранних эффектов или эффектов без межклеточных связей предполагается, что одна и та же концентрация клеточного воздействия вызывает одинаковые эффекты, как экспериментально, так и количественно, in vitro и in vivo . В этих условиях достаточно (1) разработать простую фармакодинамическую модель зависимости « доза-эффект», наблюдаемой in vitro , и (2) транспонировать ее без изменений для прогнозирования эффектов in vivo . [4]
Однако клетки в культурах не полностью имитируют клетки полноценного организма. Чтобы решить эту проблему экстраполяции, необходимо больше статистических моделей с механической информацией, или мы можем положиться на механистические системы биологических моделей клеточного ответа. Эти модели характеризуются иерархической структурой, такой как молекулярные пути, функции органов, общеклеточный ответ, межклеточные коммуникации, тканевые реакции и межтканевые коммуникации. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сунг, Дж. Х.; Эш, МБ; Шулер, МЛ (2010). «Интеграция платформ in silico и in vitro для фармакокинетико-фармакодинамического моделирования». Экспертное заключение по метаболизму и токсикологии лекарственных средств . 6 (9): 1063–1081. дои : 10.1517/17425255.2010.496251 . ПМИД 20540627 . S2CID 30583735 .
- ^ Киньо, Надя; Буа, Фредерик Ив (2013). «Вычислительная модель для прогнозирования секреции стероидов яичниками крыс в результате экспериментов in vitro с эндокринными разрушителями» . ПЛОС ОДИН . 8 (1): e53891. Бибкод : 2013PLoSO...853891Q . дои : 10.1371/journal.pone.0053891 . ПМЦ 3543310 . ПМИД 23326527 .
- ^ Юн М., Кэмпбелл Дж.Л., Андерсен М.Э., Клюэлл Х.Дж. (2012). «Количественная экстраполяция результатов клеточного анализа токсичности in vitro на in vivo». Критические обзоры по токсикологии . 42 (8): 633–652. дои : 10.3109/10408444.2012.692115 . ПМИД 22667820 . S2CID 3083574 .
- ^ Луис Дж., де Йонг Э., ван де Сандт Дж.Дж., Блаубоер Б.Дж., Воутерсен Р.А., Пирсма А.Х., Ритдженс И.М., Вервей М. (2010). «Использование данных о токсичности in vitro и физиологически обоснованного кинетического моделирования для прогнозирования кривых доза-реакция токсичности эфиров гликоля для развития in vivo у крыс и человека» . Токсикологические науки . 118 (2): 470–484. дои : 10.1093/toxsci/kfq270 . ПМИД 20833708 .
- ^ Хант К.А., Ропелла Г.Е., Лам Т.Н., Тан Дж., Ким Ш., Энгельберг Дж.А., Шейх-Бахаи С. (2009). «На грани биологического моделирования и симуляции» . Фармацевтические исследования . 26 (11): 2369–2400. дои : 10.1007/s11095-009-9958-3 . ПМЦ 2763179 . ПМИД 19756975 .
- Блаубоер, Би Джей (2010). «Биокинетическое моделирование и экстраполяции in vitro – in vivo». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, часть B. 13 (2–4): 242–252. дои : 10.1080/10937404.2010.483940 . ПМИД 20574900 . S2CID 36228477 .
- Киньо Н., Хамон Дж., Буа Ф., 2014, Экстраполяция результатов in vitro для прогнозирования токсичности для человека, в журналах In Vitro Toxicology Systems, Бал-Прайс А., Дженнингс П., редакторы, серия «Методы в фармакологии и токсикологии», Springer Science , Нью-Йорк, США, с. 531-550