Содержание:
Мир научных исследований задает себе вопросы перед лицом неизвестного, которое нас окружает, и пытается найти ответы путем экспериментов.. В частности, при изменении биологических наук (будь то биохимия, биология, ветеринария, биомедицина …) он пытается решать вопросы, связанные с живыми существами.
Например, насколько эффективно вещество для лечения определенного заболевания? Какова соответствующая доза, чтобы оно оказывало терапевтический эффект, а также не создавало побочных реакций? Как работают раковые клетки? тело и генерировать метастазы? Все эти вопросы — лишь малая часть по сравнению с количеством неизвестных, которые ученые задавали на протяжении всей истории.
In silico studies
In silico is an expression used to mean “performed on computer or via computer simulation.” The expression in silico was first used in public in 1989 in the workshop “Cellular Automata: Theory and Applications” in Los Alamos, New Mexico. Pedro Miramontes, a mathematician from National Autonomous University of Mexico (UNAM), presented the report “DNA and RNA Physicochemical Constraints, Cellular Automata and Molecular Evolution.” In his talk, Miramontes used the term “in silico” to characterize biological experiments carried out entirely in a computer.
Although in silico studies represent a relatively new avenue of inquiry, it has begun to be used widely in studies which predict how drugs interact with the body and with pathogens. For example, a 2009 study used software emulations to predict how certain drugs already on the market could treat multiple-drug-resistant and extensively drug-resistant strains of tuberculosis.
There is a variety of in silico techniques, but the two that are discussed the most in connection with the Marshall ProtocolA curative medical treatment for chronic inflammatory disease. Based on the Marshall Pathogenesis. are:
- Bacterial sequencing techniques – As an alternative to in vitro methods for identifying bacteria, various in silico methods which sequence bacterial DNA and RNA have been developed. The most commonly used use is polymerase chain reaction (PCR). PCR takes a single or few copies of a piece of DNA and increases it across several orders of magnitude, generating millions or more copies of a particular DNA sequence. PCR has allowed researchers to detect bacteria associated with a variety of conditions with increasingly high sensitivity.
- Molecular modeling – Part of the Marshall PathogenesisA description for how chronic inflammatory diseases originate and develop. is based on in silico work, demonstrating how drugs and other substances interact with the nuclear receptors of cells. In particular, Trevor Marshall, PhD, has used computer-based emulations to show that 25-DThe vitamin D metabolite widely (and erroneously) considered best indicator of vitamin D «deficiency.» Inactivates the Vitamin D Nuclear Receptor. Produced by hydroxylation of vitamin D3 in the liver., one of the vitamin D metabolites, and Capnine, a substance produced by bacteria, turn off the Vitamin D Receptor. These conclusions have since been validated by clinical observations.
- Whole cell simulations – As described here, researchers have built a computer model of the crowded interior of a bacterial cell that—in a test of its response to sugar in its environment—accurately simulates the behavior of living cells.
Основы исследования: что такое научный метод?
Леонардо да Винчи был одним из первых защитников современного научного метода., который был основан на постановке вопроса и решении его на основе экспериментального наблюдения. Благодаря экономическому и технологическому развитию научные исследования, проводимые сегодня, намного сложнее и проводятся в специально разработанных лабораториях. Исследования, основанные на научных методах и благодаря нашему технологическому развитию, позволили нам эффективно решить многие неизвестные проблемы. Благодаря им сегодня мы наслаждаемся качеством жизни, которому позавидовали люди прошлого.
Чтобы узнать больше: «Леонардо да Винчи: биография и резюме его вклада в науку»
Что касается типа исследований в биологических науках, их можно разделить на два разных типа. Первый — это фундаментальные исследования, целью которых является понимание фундаментальных биологических процессов или механизма, с помощью которого лечение может воздействовать на организм. Второй тип — это трансляционные исследования. Это нацелено на создание основы информации, необходимой для тщательного исследования эффектов и безопасности продукта, который в конечном итоге предназначен для использования на людях (в клинических испытаниях, о которых мы поговорим ниже).
Как мы уже упоминали, научный метод основан на наблюдении, и в биологических науках эксперименты, которые необходимо проводить для выяснения ответов, можно разделить на два типа. С одной стороны, у нас есть доклинические исследования, в которых содержится весь набор экспериментов, которые необходимо провести, прежде чем мы сможем экспериментировать и проверить гипотезу на людях..
С другой стороны, есть клинические исследования, которые представляют собой группировку экспериментов, проводимых на людях для изучения эффективности, корректировки подходящей дозы лекарств для людей, возможности побочных эффектов и соотношения затрат и выгод. . Они составляют клинические испытания, и в них есть разные фазы или этапы.
In vivo studies
In vivo (Latin for “within the living”) refers to experimentation using a whole, living organism as opposed to a partial or dead organism. Animal studies and clinical trials are two forms of in vivo research. In vivo testing is often employed over in vitro because it is better suited for observing the overall effects of an experiment on a living subject.
While there are many reasons to believe in vivo studies have the potential to offer conclusive insights about the nature of medicine and disease, there is a number of ways that these conclusions can be misleading. For example, a therapy can offer a short-term benefit, but a long-term harm.
Примеры из реальной жизни
Теперь, когда мы определили эти термины, давайте рассмотрим их примеры из реальной жизни.
Исследования
В научных исследованиях используются методы in vitro, in vivo или in situ. В некоторых случаях исследователи могут использовать несколько методов для проверки своей гипотезы.
В пробирке
Методы in vitro, используемые в лаборатории, часто могут включать такие вещи, как изучение бактериальных, животных или человеческих клеток в культуре. Хотя это может обеспечить контролируемую среду для эксперимента, это происходит за пределами живого организма, и результаты необходимо тщательно анализировать.
В естественных условиях
Когда исследование проводится in vivo, оно может включать в себя такие вещи, как проведение экспериментов на модели животных или клинические испытания на людях. В этом случае работа происходит внутри живого организма.
На месте
Методы in situ можно использовать для наблюдения за объектами в их естественном контексте, но за пределами живого организма. Хорошим примером этого является метод, называемый гибридизацией in situ (ISH).
ISH можно использовать для поиска определенной нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) в чем-то вроде образца ткани. Специализированные зонды используются для связывания с определенной последовательностью нуклеиновой кислоты, которую пытается найти исследователь.
Эти зонды помечены такими вещами, как радиоактивность или флуоресценция. Это позволяет исследователю увидеть, где находится нуклеиновая кислота в образце ткани.
ISH позволяет исследователю наблюдать, где находится нуклеиновая кислота в ее естественном контексте, но за пределами живого организма.
опыление
Вы наверняка слышали об экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО). Но что именно это означает?
ЭКО — это метод лечения бесплодия. При ЭКО из яичника удаляются одно или несколько яйцеклеток. Затем яйцеклетка оплодотворяется в лаборатории и имплантируется обратно в матку.
Поскольку оплодотворение происходит в лабораторных условиях, а не в организме (in vivo), процедура называется оплодотворением in vitro.
Чувствительность к антибиотикам
Антибиотики — это лекарства, которые помогают лечить бактериальные инфекции. Они делают это, нарушая способность бактерий расти или развиваться.
Существует много типов или классов антибиотиков, и некоторые бактерии более чувствительны к одним классам, чем к другим. Кроме того, бактерии могут развиться и стать устойчивыми к антибиотикам.
Хотя бактериальные инфекции возникают на нашем теле или внутри него, тестирование на чувствительность к антибиотикам часто проводится в лабораторных условиях (in vitro).
Исследования in vitro нельзя проводить на людях.
В отличие от исследований in vitro, которые обычно не требуют экспериментов на животных или людях, Исследования in vivo и ex vivo можно проводить на людях. Например, есть некоторые клинические исследования (те, которые проводятся на людях после прохождения доклинических экспериментов), в которых используются оба метода.
Может случиться так, что фармацевтический продукт вводят человеку перорально или путем инъекции, но бывают также случаи экспериментов ex vivo. Исследования ex vivo на людях состоят из извлечения определенной популяции клеток у пациента, их исправления в лаборатории и последующей инъекции этих обработанных клеток пациенту.
Это обычно происходит, например, при расширенных терапевтических методах лечения, таких как генная терапия.. В частности, при заболеваниях, при которых возможно лечение этого типа, например, заболеваниях кроветворной системы (лейкоциты, эритроциты и / или тромбоциты).
Мы завершаем эту статью, вспоминая, что мир биологических наук полон множества неизвестных, которые необходимо открыть, и проблем, которые необходимо решить. Прежде чем перейти к экспериментам на людях или к проведению исследований более фундаментального и универсального характера, есть три типа экспериментальных методологий. Тот, который относится к исследованию, для которого не требуются животные, и которое проводится в пробирках или планшетах.
Два других, которые требуют использования животных, в случае ex vivo клетки извлекаются из животных и экспериментируются с ними, пока в случае in vivo исследование проводится с учетом всего животного. У разных подходов есть разные преимущества и недостатки, как мы отметили в пяти пунктах выше, и появляются новые стратегии, чтобы попытаться помочь миру исследований с помощью другого подхода.
Ex vivo.
Участники
В исследованиях запланировано участие 8730 человек. 2339 человек (27 %) из которых это здоровые добровольцы и 6391 человек (73 %) являются пациентами с подходящими диагнозами. Участники детского возраста будут привлечены к двум КИ — в области психиатрии (366 пациентов) и в области неврологии (180 пациентов).
В разделении клинических исследований по фазам преобладают исследования биоэквивалентности (40 КИ, 45 % от общего количества КИ) и III фазы (30 КИ, 34 %). Далее следуют исследования II фазы (12 КИ, 14 %), I фазы (5 КИ, 6 %) и IV фазы (1 КИ, 2 %). Следует отметить, что в июле доля исследований биоэквивалентности составила 45 % от всех инициированных исследований, что на 3 % больше, чем во все предыдущие месяцы 2020 года по отдельности.
Что In vitro?
Термин яn vitro используется в клеточной биологии для объяснения методов, которые выполняются в контролируемой среде вне живой клетки или организма. На латыни in vitro означает «внутри стекла». Поэтому исследования, которые проводятся вне живого организма, внутри стекла (пробирки или чашки Петри), известны как in vitro исследования. В in vitro В ходе экспериментов исследователи оптимизируют условия, очень похожие на клеточные, для изучения реальной деятельности. Тем не мение, in vitro эксперименты имеют меньший успех из-за невозможности определить точные клеточные условия клеток или организмов в лабораторных условиях.
В in vitro процессы, условия искусственны и являются реконструкциями in vivo среды. Искусственные условия создаются путем смешивания необходимых компонентов и реагентов в контролируемых условиях внутри стеклянной посуды в лаборатории. Большинство молекулярных, биохимических экспериментов проводится in vitro в лабораториях для тестирования. В пробирке методы широко используются в фармацевтической промышленности для производства крупномасштабных фармацевтических препаратов с использованием микроорганизмов благодаря простоте производства и экономической выгоде.
Процессы in vitro включают ПЦР, конструирование рекомбинантной ДНК, очистку белка, in vitro удобрение, in vitro диагностика и др.
Эксперименты in vivo ближе к реальности.
Несмотря на то, что исследования in vitro обычно намного дешевле, у них также есть большой недостаток, заключающийся в том, что такие исследования проводятся в средах, которые сильно отличаются от конечного назначения разрабатываемых продуктов. Сюда, гораздо эффективнее и ближе к реальности изучить действие и безопасность продукта в среде, максимально приближенной к животному, для которого продукт предназначен (Во многих случаях среда, максимально приближенная к человеческому телу или его органам).
Очень интересным фактом является то, что существует множество исследований, показывающих эффективность соединения для лечения или улучшения прогноза заболеваний. Многие из этих фазовых исследований in vitro дают очень хорошие результаты, но когда они проводятся на организмах, они часто перестают быть эффективными и даже могут быть вредными. На самом деле, дело обстоит сложнее, и это то, что даже эксперименты на животных ошибочны, поскольку они обычно проводятся на нечеловеческих животных.
Анатомические и физиологические различия между экспериментальными модельными организмами и человеческими настолько велики, что во многих случаях 100% эффективные методы лечения животных оказываются неэффективными для людей. Это вызывает множество вопросов в мире исследований, поэтому новые методологии пробиваются, чтобы попытаться решить эту дилемму. Среди них, помимо исследований в области биоинформатики, выделяются моделирование органов человека.
Эксперименты in vivo и ex vivo дороже.
Как мы уже упоминали ранее, обычно сначала проводятся исследования in vitro, а затем ex vivo и in vivo. Среди причин, по которым следуют этой хронологии, является стоимость экспериментов. Еще одним важным фактором является правило трех исследований (особенно «Замените» методами, исключающими ненужное использование животных).
В общем, эксперимент in vitro намного дешевле, а также его легко провести., где нет такого большого давления, чтобы работать с клетками и / или животными, эксперименты, которые намного дороже и более этически скомпрометированы. После того, как вы дали зеленый свет экспериментам, для которых не нужны животные, вы обычно переходите к следующим типам экспериментов. Однако иногда прежние работы и эксперименты на животных этого не делают, и наоборот. Мир науки очень сложен и полон загадок.
In vivo.
Примеры
Примеры исследований in vitro: выделение, рост и идентификация клеток, полученных из многоклеточных организмов (культура клеток или культура тканей); субклеточных компонентов (митохондрии или рибосомы); клеточных или субклеточных экстрактов (например, зародыши пшеницы или экстракты ретикулоцита); очищенные молекулы, такие как белки, ДНК или РНК); и промышленное производство антибиотиков и фармацевтических препаратов. Вирусы, которые реплицируются только в живых клетках, изучаются в лаборатории в культуре клетки или ткани, и многие зоовирусологи называют такую работу in vitro, чтобы отличить ее от работы in vivo на целых животных.
- Полимеразная цепная реакция – это способ селективной репликации специфических последовательностей ДНК и РНК в пробирке.
- Очистка белка представляет собой выделение определенного белка из сложной смеси, которую во многих случаях получают из гомогенизированных клеток или тканей.
- Экстракорпоральное оплодотворение проводится в чашке с использованием сперматозоидов и яйцеклетки. Оплодотворенный(е) эмбрион(ы) затем имплантируют в матку будущей матери.
- Диагностика in vitro — это обширный спектр медицинских и ветеринарных лабораторных тестов. Они необходимы для диагностики болезней и мониторинга клинического состояния пациентов, а материалом служат образцы крови, клеток или других тканей пациента.
Тестирование in vitro используется, чтобы охарактеризовать специфическую адсорбцию, распределение, метаболизм и экскрецию (АРМЭ) лекарств или общих химических веществ внутри живого организма. Например, эксперименты с клетками Сасо-2 помогут оценить поглощение соединений через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта. Можно определить разделение соединений между органами для изучения механизмов распределения. Суспензия или культура в чашке первичных гепатоцитов или гепатоцит-подобных клеточных линий (HepG2, HepaRG) может быть использована для изучения и количественного определения метаболизма химических веществ. Эти параметры процессов АРМЭ затем можно интегрировать в так называемые «фармакокинетические модели на физиологической основе» или ФМФО.
In vitro studies
In vitro (Latin for within the glass) refers to the technique of performing a given procedure in a controlled environment outside of a living organism. Many experiments in cellular biology are conducted outside of organisms or cells. One of the abiding weaknesses of in vitro experiments is that they fail to replicate the precise cellular conditions of an organism, particularly a microbe. To cite one example among many, the lysates or extracts from culture-grown spirochetes do not reflect antigens expressed in the mammalian Borrelia:
Because of this, in vitro studies may lead to results that do not correspond to the circumstances occuring around a living organism.
Until the last several years, efforts to detect and identify microorganisms in the human body have depended almost exclusively on in vitro studies. As a result, many researchers began to assume that chronic diseases were not caused by microbes. The net effect of all this was that the understanding of pathogens in disease was driven by the study of well-known, easy-to-culture microbes–which, as it turns out, represent the vast minority of bacteria in the human body. By one estimate, 99.6% of the species in the human microbiotaThe bacterial community in the human body. Many species in the microbiota contribute to the development of chronic disease. have not or cannot be characterized through in vitro techniques.
Another example of a shortcoming of in vitro studies relates to concentrations of molecules, especially as they compete for . For example, the vitamin D metabolite, 1,25-DPrimary biologically active vitamin D hormone. Activates the vitamin D nuclear receptor. Produced by hydroxylation of 25-D. Also known as 1,25-dihydroxycholecalciferol, 1,25-hydroxyvitamin D and calcitirol., exerts its effects at 30 picograms per milliliter, or 0.000000000003 grams per milliliter.
Препараты для лечения коронавируса
Кроме этого, в июле 2020 года в России было одобрено начало еще 3 КИ лекарственных препаратов для лечения новой коронавирусной инфекции COVID-19, в которые планируется включить 745 взрослых пациентов. Все исследования были инициированы зарубежными спонсорами. Будут проведены исследования немецкого противоопухолевого препарата асунерцепт и израильского опаганиб. Также экспертные лаборатории проведут испытания нового препарата французской разработки, который еще не имеет закрепленного международного непатентованного наименования.
Справка о партнере материала:
Sciencefiles — команда экспертов по поиску и обработке любой научной информации для медицины и фармацевтики. Компания занимается разработкой документации клинического исследования, обработкой данных, биостатистикой, а также написанием медицинских текстов различного назначения. С момента основания в 2009 году по апрель 2020 года Sciencefiles успешно завершила 751 проект, в рамках которых создано 1242 документа для 98 российских и зарубежных компаний.
Эксперименты in vitro проводятся перед
В общем, чтобы попытаться решить научный вопрос, исследователи выдвигают гипотезу. Например, «мы считаем, что соединение из этого растения специально нацелено на опухолевые клетки и помогает уменьшить их популяцию». Эта гипотеза — это просто идея, которая может быть основана на предыдущих теоретических знаниях, традиционных медицинских практиках или просто на чистой интуиции.
Обычно исследователи устанавливают хронологию, то есть они сначала проводят эксперименты с персонажами in vitro, в чашках Петри, где учитываемые переменные значительно сокращены и контролируются. После этого они обычно переходят к экспериментам типа ex vivo или in vivo. Например, в связи с предыдущим определением, когда вы проверяете чисто молекулярные механизмы соединения, вы переходите к изучению его действия в клетках исследуемого животного (во многих случаях это обычно клетки мышей, крыс или людей) в более контролируемая среда, например, в чашке Петри (ex vivo).
Вы также можете пойти на эксперимент in vivo, где вы изучаете действие соединения на опухолевые клетки, а также учитываете другие факторы, которые могут определить конечный результат. Например, иногда мы можем найти соединения, которые являются суперэффективными, когда они находятся в прямом контакте с опухолевыми клетками, но если они вводятся в систему крови или перорально, существуют определенные барьеры, которые препятствуют транспортировке соединения к конечному пункту назначения, где в них обнаруживаются опухолевые клетки.
Кроме того, это соединение также может оказывать неблагоприятное воздействие на другие клетки организма
Вот почему изучение соединения в этих трех типах научных экспериментов важно, поскольку они могут предоставить разные данные., дополнительная и ценная информация для дизайна конечного продукта
Рекомендуем прочитать: «21 вид исследований (и их характеристики)»
References
Lymphoadenopathy during Lyme Borreliosis Is Caused by Spirochete Migration-Induced Specific B Cell Activation.Tunev SS, Hastey CJ, Hodzic E, Feng S, Barthold SW, Baumgarth NPLoS Pathog7pe1002066(2011 May)
Detection and identification of previously unrecognized microbial pathogens.Relman DAEmerg Infect Dis4p382-9(1998 Jul-Sep)
Kinnings SL, Liu N, Buchmeier N, Tonge PJ, Xie L, et al. 2009 . PLoS Comput Biol 5(7): e1000423. doi:10.1371/journal.pcbi.1000423
Noise contributions in an inducible genetic switch: a whole-cell simulation study.Roberts E, Magis A, Ortiz JO, Baumeister W, Luthey-Schulten ZPLoS Comput Biol7pe1002010(2011 Mar)
Биоэквивалентность
Исследования биоэквивалентности будут проведены с препаратами из 22 фармакотерапевтических групп. Чаще других планируется исследовать противоопухолевые средства:
Таблица 1: Одобренные в июле 2020 года КИ биоэквивалентности
| Фармакологическая группа | МНН | Количество исследований |
| Противоопухолевые средства |
Абиратерон Гефитиниб Пазопаниб Леналидомид Сорафениб Сунитиниб |
9 |
| Гипогликемические средства |
Вилдаглиптин Дапаглифлозин Метформин |
5 |
| Средства для лечения ВИЧ-инфекции |
Дарунавир Ралтегравир Тенофовир Этравирин |
5 |
| Альфа-адреноблокаторы | Тамсулозин | 2 |
| Антикоагулянты | Ривароксабан | 2 |
| Антиагреганты | Тикагрелор | 1 |
| Гипогликемические средства в комбинациях | Метформин + Ситаглиптин | 1 |
| Детоксицирующие средства, включая антидоты | Деферазирокс | 1 |
| Другие гормоны, их аналоги и антагонисты | Цинакальцет | 1 |
| Другие желудочно-кишечные средства | Итоприд | 1 |
| Другие нейротропные средства | Диметилфумарат | 1 |
| Другие сердечно-сосудистые средства | Ивабрадин | 1 |
| Метаболики | Нитизинон | 1 |
| М-Холинолитики | Солифенацин | 1 |
| Н-Холиномиметики | Цитизин | 1 |
| Простогландины, тромбоксаны, лейкотриены и их антагонисты | Монтелукаст | 1 |
| Противорвотные средства | Домперидон | 1 |
| Противоэпилептические средства | Этосуксимид | 1 |
| Регуляторы потенции | Тадалафил | 1 |
| Средства для лечения ВИЧ-инфекции в комбинациях | Лопинавир+Ритонавир | 1 |
| Средства, влияющие на обмен мочевой кислоты | Фебуксостат | 1 |
| Эстрогены, гестагены; их гомологи и антагонисты | Ралоксифен | 1 |
