Экстраполяция in vitro на in vivo - In vitro to in vivo extrapolation

Экстраполяция in vitro на in vivo (IVIVE) относится к качественному или количественному переносу экспериментальных результатов или сделанных наблюдений. in vitro предсказывать явления in vivo, биологические организмы.

Проблема транспонирования результатов in vitro стоит особенно остро в таких областях, как токсикология где эксперименты на животных постепенно прекращаются и все чаще заменяются альтернативные тесты.

Результаты получены из in vitro эксперименты часто не могут быть напрямую применены для прогнозирования биологических реакций организмов на химическое воздействие in vivo. Следовательно, чрезвычайно важно построить последовательную и надежную in vitro к in vivo метод экстраполяции.

Сейчас общеприняты два решения:

  • (1) Увеличение сложности in vitro системы, в которых несколько клеток могут взаимодействовать друг с другом, чтобы повторить межклеточные взаимодействия, присутствующие в тканях (как в системах «человек на чипе»).[1]
  • (2) Использование математического моделирования для численного моделирования поведения сложной системы, посредством чего in vitro data предоставляет значения параметров для разработки модели.[2]

Эти два подхода могут применяться одновременно, что позволяет in vitro системы для предоставления адекватных данных для разработки математических моделей. Чтобы соответствовать стремлению к развитию альтернативных методов тестирования, все более сложных in vitro В настоящее время эксперименты собирают многочисленные, сложные и сложные данные, которые можно интегрировать в математические модели.

Фармакология

IVIVE в фармакологии можно использовать для оценки фармакокинетика (PK) или фармакодинамика (PD) ..[нужна цитата ]

Поскольку биологическое возмущение зависит от концентрации токсичного вещества, а также от продолжительности воздействия лекарственного средства-кандидата (исходной молекулы или метаболитов) в этом целевом участке, эффекты тканей и органов in vivo могут быть полностью отличными или аналогичными наблюдаемым. in vitroТаким образом, экстраполяция побочных эффектов, наблюдаемых in vitro, включается в количественную модель PK-модели in vivo. Принято считать, что физиологически основанная ПК (ПБПК ) модели, включая абсорбцию, распределение, метаболизм и выведение любого данного химического вещества, являются центральными для in vitro - in vivo экстраполяции.[3]

В случае ранних эффектов или эффектов без межклеточной коммуникации предполагается, что одна и та же концентрация воздействия на клетки вызывает одинаковые эффекты как экспериментально, так и количественно. in vitro и in vivo. В этих условиях достаточно (1) разработать простую фармакодинамическую модель зависимость доза-реакция наблюдаемый in vitro и (2) транспонировать его без изменений, чтобы предсказать in vivo последствия.[4]

Однако клетки в культурах не идеально имитируют клетки целостного организма. Чтобы решить эту проблему экстраполяции, необходимо больше статистических моделей с механистической информацией, или мы можем полагаться на механистические системы биологических моделей клеточного ответа. Эти модели характеризуются иерархической структурой, такой как молекулярные пути, функции органов, ответ всей клетки, межклеточная связь, тканевый ответ и межтканевые коммуникации.[5]

Рекомендации

  1. ^ Sung, JH; Эш, МБ; Шулер, ML (2010). «Интеграция платформ in silico и in vitro для фармакокинетико-фармакодинамического моделирования». Мнение эксперта по метаболизму лекарств и токсикологии. 6: 1063–1081. Дои:10.1517/17425255.2010.496251.
  2. ^ Куиньо, Надя; Буа, Фредерик Ив (2013). «Вычислительная модель для прогнозирования секреции стероидов яичниками крыс в экспериментах in vitro с эндокринными разрушителями». PLoS ONE. 8 (1): e53891. Дои:10.1371 / journal.pone.0053891. ЧВК  3543310. PMID  23326527.
  3. ^ Юн М., Кэмпбелл Дж. Л., Андерсен М. Е., Кливелл Г. Дж. (2012). «Количественная экстраполяция in vitro на in vivo результатов клеточного анализа токсичности». Критические обзоры в токсикологии.
  4. ^ 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 для токсичности эфиров гликоля in vivo для развития у крыс и человека». Токсикологические науки. 118: 470–484. Дои:10.1093 / toxsci / kfq270.
  5. ^ Hunt CA, Ropella GE, Лам Т.Н., Тан Дж., Ким С.Х., Энгельберг Дж. А., Шейх-Бахаи С. (2009). «На рубеже биологического моделирования и симуляции». Фармацевтические исследования. 26: 2369–2400. Дои:10.1007 / s11095-009-9958-3. ЧВК  2763179. PMID  19756975.
  • Blaauboer, BJ (2010). «Биокинетическое моделирование и экстраполяции in vitro - in vivo». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, часть B. 13: 242–252. Дои:10.1080/10937404.2010.483940.
  • Куиньо Н., Хамон Дж., Буа Ф., 2014, Экстраполяция результатов in vitro для прогнозирования токсичности для человека, In vitro Toxicology Systems, Bal-Price A., Jennings P., Eds, Methods in Pharmacology and Toxicology series, Springer Science , Нью-Йорк, США, стр. 531-550