Экстраполяция in vitro на in vivo

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

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

Полученные результаты результаты экспериментов in vitro часто не могут быть напрямую применены для прогнозирования биологических реакций организмов на химическое воздействие in vivo. Поэтому чрезвычайно важно разработать последовательный и надежный метод экстраполяции in vitro на in vivo.

В настоящее время общепринятыми являются два решения:

• (1) Повышение сложности систем in vitro, в которых несколько клеток могут взаимодействовать друг с другом, чтобы воспроизвести межклеточные взаимодействия, присутствующие в тканях (как в случае «человек на чип "систем).
• (2) Использование математического моделирования для численного моделирования поведения сложной системы, при этом данные in vitro предоставляют значения параметров для разработки модели.

Эти два подхода могут применяться одновременно позволяя системам in vitro предоставлять адекватные данные для разработки математических моделей. Чтобы соответствовать стремлению к развитию альтернативных методов тестирования, все более сложные эксперименты in vitro теперь собирают многочисленные, сложные и сложные данные, которые можно интегрировать в математические модели.

IVIVE в фармакологии может использоваться для оценки фармакокинетики (PK) или фармакодинамики (PD)..

Поскольку биологическое возмущение зависит от концентрации токсичного вещества, а также от продолжительности воздействия лекарственного препарата-кандидата (исходной молекулы или метаболитов) на этот целевой участок, эффекты тканей и органов in vivo могут быть либо полностью отличными, либо аналогичными тем, которые наблюдаются in vitro. Таким образом, экстраполяция побочных эффектов, наблюдаемых in vitro, включается в количественную модель PK-модели in vivo. Принято считать, что физиологически обоснованные модели PK (PBPK ), включая абсорбцию, распределение, метаболизм и выведение любого данного химического вещества, являются центральными для экстраполяций in vitro - in vivo.

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 зависимости доза-ответ, наблюдаемую in vitro, и (2) перенести ее без изменений для прогнозирования эффектов in vivo.

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, реакция всей клетки, межклеточная связь, тканевая реакция и межтканевая связь.

1. ^Sung, JH. ; Эш, МБ; Шулер, ML (2010). «Интеграция платформ in silico и in vitro для фармакокинетико-фармакодинамического моделирования». Экспертное заключение по метаболизму и токсикологии лекарств. 6 : 1063–1081. doi : 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. doi : 10.1371 / journal.pone.0053891. PMC 3543310. PMID 23326527.
3. ^Юн М., Кэмпбелл Д.Л., Андерсен М.Э., 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., Блаубур 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-ответ для токсичности эфиров гликоля in vivo для развития у крыс и человека». Токсикологические науки. 118 : 470–484. doi : 10.1093 / toxsci / kfq270.
5. ^Hunt CA, Ropella GE, Lam TN, Tang J, Kim SH, Engelberg JA, Sheikh-Bahaei S (2009). «На рубеже биологического моделирования и симуляции». Фармацевтические исследования. 26 : 2369–2400. doi : 10.1007 / s11095-009-9958-3. PMC 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. doi : 10.1080 / 10937404.2010.483940.
• Куиньо Н., Хамон Дж., Бойс Ф., 2014, Экстраполяция результатов in vitro для прогнозирования токсичности для человека, In Vitro Toxicology Systems, Bal- Прайс А., Дженнингс П., редакторы, серия «Методы в фармакологии и токсикология», Springer Science, Нью-Йорк, США, с. 531-550