In vitro — метод биологических и медицинских исследований¶
In vitro (лат. «в стекле») — метод проведения биологических, биохимических и медицинских исследований, при котором изучаемые процессы происходят вне живого организма — в пробирке, чашке Петри, культуральной флаконе или другой лабораторной ёмкости. Термин противопоставляется выражению in vivo («в живом»), означающему исследования на целом организме или в его естественных условиях. Метод in vitro широко применяется в клеточной биологии, фармакологии, генетике, токсикологии и медицинской диагностике, а также лежит в основе экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).
¶Основные принципы
При проведении эксперимента in vitro биологический материал — клетки, ткани, органы, микроорганизмы, ферменты, нуклеиновые кислоты — выделяется из организма и помещается в контролируемые условия внешней среды. Исследователь регулирует температуру, pH, состав питательной среды, концентрацию кислорода и других факторов, что позволяет изолировать изучаемый процесс от системных влияний, действующих в живом организме.
Основные преимущества метода:
- возможность точного контроля параметров среды;
- воспроизводимость эксперимента;
- сниженные этические ограничения по сравнению с опытами на животных;
- относительно невысокая стоимость и скорость проведения.
К ограничениям относится то, что результаты, полученные in vitro, не всегда переносятся на организм целиком: клетки в культуре не воспроизводят межклеточные взаимодействия, работу иммунной и эндокринной систем, метаболизм целого организма. Поэтому данные in vitro обычно подтверждаются исследованиями in vivo и клиническими испытаниями.
¶Классификация
По типу объекта исследования выделяют:
- Клеточные культуры — выращивание изолированных клеток на искусственной питательной среде. Различают первичные культуры (непосредственно из ткани) и перевиваемые клеточные линии, способные к длительному росту в лаборатории.
- Тканевые культуры — культивирование фрагментов тканей с сохранением их структуры.
- Биохимические системы — изучение реакций с участием очищенных ферментов, белков, нуклеиновых кислот в пробирке.
- Микробиологические системы — выращивание бактерий, вирусов, грибов в искусственных средах.
¶Применение
¶Медицина и фармакология
In vitro-тесты используются для оценки токсичности лекарственных веществ, изучения их механизма действия и взаимодействия с рецепторами. Перед выходом на доклиническую стадию разработки нового препарата проводятся серии клеточных тестов, призванных отсеять потенциально опасные соединения. Метод также применяется для определения чувствительности возбудителей инфекций к антибиотикам (антибиотикограмма).
¶Экстракорпоральное оплодотворение
ЭКО является одним из наиболее известных применений метода: оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом и ранние стадии развития эмбриона происходят в лабораторной чашке, после чего эмбрион переносится в матку. Первая в мире ребёнок, рождённый после ЭКО, — Луиза Браун — появилась на свет в 1978 году в Великобритании. В России первые дети после ЭКО родились в 1986 году.
¶Генетика и молекулярная биология
Методы in vitro лежат в основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) — способа амплификации ДНК, разработанного в 1983 году. ПЦР применяется в диагностике инфекционных заболеваний, генетическом тестировании, криминалистике. Также к in vitro-методам относятся секвенирование ДНК, клонирование генов и редактирование генома.
¶Токсикология
Тесты на клеточных культурах используются для оценки безопасности пищевых добавок, косметики, промышленных химикатов. Развиваются альтернативные подходы, направленные на снижение использования лабораторных животных.
¶Историческая справка
Практика выращивания тканей вне организма зародилась в начале XX века. В 1907 году американский зоолог Росс Гаррисон впервые вырастил фрагмент нервной ткани эмбриона цыплёнка в лимфе, продемонстрировав возможность длительного существования клеток вне организма. В 1912 году Алексис Каррель разработал методику культивирования клеток сердца, продержавшихся в лаборатории десятилетия. В 1950-х годах разработка синтетических питательных сред и антибиотиков сделала клеточные культуры массовым инструментом исследований. Значительный вклад в развитие метода внесли советские учёные: Михаил Татаринов создал первую в СССР лабораторию тканевых культур в 1930-е годы.
¶Этические и правовые аспекты
Исследования in vitro на эмбрионах человека сопряжены с этическими ограничениями. В России Федеральный закон «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» (№ 323-ФЗ, 2012) допускает использование вспомогательных репродуктивных технологий, но устанавливает ограничения на сроки переноса эмбрионов и запрещает селекцию эмбрионов по признакам, не связанным с патологиями. Исследования на лабораторных животных регулируются нормами гуманного обращения с ними.
¶Источники
- Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки.
- Луиза Браун // Британская энциклопедия.
- Федеральный закон № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации».
- Гаррисон Р. О выживании нервных волокон, выращенных вне организма (1907).
- Научные обзоры по клеточным культурам и экстракорпоральному оплодотворению.