STUDI IN VITRO | VANTAGGI, SVANTAGGI, LIMITI
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Cosa sono
Gli studi in vitro sono esperimenti scientifici condotti su microrganismi, cellule, porzioni di cellule o tessuti, sia animali che umani.
Le cellule vengono isolate, separate e purificate dal loro ambiente biologico abituale, quindi fatte crescere in mezzi idonei a riprodurre le dinamiche di un determinato organismo.
Inoltre, in molti casi le cellule isolate possono essere coltivate in laboratorio, amplificandole in coltura per generare nuovi stock per ulteriori ricerche.
Perché sono Importanti
Gli studi in vitro su colture cellulari possono fornire molte risposte preliminari agli studiosi.
Ad esempio, permettono di valutare gli effetti di un farmaco, un nutriente o una tossina su particolari linee cellulari sane o malate.
Prendendo il caso delle cellule tumorali, è possibile valutare se la loro esposizione a particolari sostanze ne arresta o favorisce la crescita.
Esistono naturalmente molti tipi di colture cellulari e in genere si sfruttano quelle provenienti dall'organo o dal tessuto bersaglio della molecola che si vuole studiare.
Ad esempio, le cellule Caco-2 permettono di stimare l'assorbimento di composti attraverso il tratto gastrointestinale 1.
Fecondazione in vitro
La fecondazione in vitro viene utilizzata per consentire agli spermatozoi di fecondare le cellule uovo in un piatto di coltura, prima di impiantare l'embrione o gli embrioni risultanti nell'utero della futura madre.
In vitro o in vivo?
Le origini etimologiche di in vivo e in vitro derivano dal latino:
in vivo descrive qualcosa "all'interno di un organismo vivente";
in vitro descrive qualcosa "in vetro", come una provetta o una capsula di Petri.
Per questo motivo, gli studi in vitro sono anche colloquialmente chiamati "studi in provetta".
Studi ex vivo
In questo tipo di studi, i tessuti viventi non vengono isolati e coltivati dall'uomo, ma prelevati direttamente da un organismo vivente (ad es. follicoli piliferi, espianti di pelle).
L'esperimento viene quindi condotto immediatamente in un ambiente di laboratorio, con una minima alterazione delle condizioni naturali dell'organismo.
A Cosa Servono
La sperimentazione in vitro viene usata come primo passo nella ricerca scientifica, ad esempio per:
verificare se la molecola identificata possiede le proprietà terapeutiche che le sono state attribuite nelle analisi preliminari*;
testare eventuali modifiche della molecola per aumentarne l'efficacia o la sicurezza;
provare che la molecola non sia tossica per l'uomo;
valutare la formulazione ottimale di un farmaco o di un prodotto cosmetico o nutraceutico, misurandone le capacità di assorbimento.
Studi preclinici
Superato questo primo banco di prova, la molecola può essere avviata alla sperimentazione in vivo su animali, che naturalmente è più lunga, complessa e costosa.
Queste prime fasi sono il preludio indispensabile per procedere alla sperimentazione sull'uomo (sperimentazione clinica). Per questo motivo, gli studi in vitro e su animali sono anche noti come test preclinici.
Prima che un farmaco sperimentale venga studiato in vivo, è importante che il suo
meccanismo d'azione e la sua complessità siano valutati a fondo in studi preclinici, inclusi modelli in vitro.
* Ancor prima della sperimentazione in vitro, varie tecnologie permettono di individuare molecole che hanno le caratteristiche potenziali per produrre l'effetto ricercato.
Ad esempio, i cosiddetti studi in silico sfruttano il computer per simulare l'interazione tra l'organismo umano e la molecola in esame, e ottenere così informazioni sulle reazioni da essa
prodotte.
Una volta che gli studi in vitro hanno dato risultati incoraggianti, si prosegue provando il farmaco in vivo sugli animali e poi eventualmente sull'uomo.
Vantaggi e Svantaggi
I risultati degli studi in vitro sono estremamente difficili da tradurre in un effetto clinico, dal momento che non vengono condotti in un organismo vivente.
In effetti, i modelli in vitro non riescono a riprodurre la complessità dei sistemi di organi di un organismo complesso.
Ad esempio, potrebbero non tenere conto delle interazioni tra le cellule o degli innumerevoli processi biochimici che si verificano durante il metabolismo della molecola.
Detto questo, i sistemi di studio in vitro vengono continuamente migliorati, ad esempio
combinando la coltura cellulare con l'ingegneria biomedica per simulare l'ambiente fisiologico di un intero organo (si vedano le tecnologie "organo su chip").
Dato che un modello in vivo coinvolge l'ambiente interno di un essere vivente, i risultati degli studi in vivo sono considerati più affidabili o più rilevanti di quelli degli studi in vitro.
In sintesi, sebbene gli studi in vitro siano abbastanza utili per l'indagine preliminare, tendono a essere riduzionisti e semplificativi, mentre la situazione in vivo è spesso complessa e richiede analisi a livello di sistema e interpretazione contestuale.
Per queste ragioni, la maggior parte dei farmaci efficaci in vitro si rivela inefficace in vivo, a causa di problemi associati alla consegna del farmaco ai tessuti colpiti, alla tossicità o ad altri problemi 1.
Tabella riepilogativa
Studio in vivo Studio in vitro
Costo • Costoso perché coinvolge animali da esperimento o volontari umani
• Relativamente economico, semplice da procurare ed efficiente
Durata • Ci vuole più tempo per arrivare al risultato • I risultati sono rapidi Vantaggi • Più specifico e affidabile per l'osservazione
degli effetti biologici
• Semplicità relativa
• Specificità di specie
• Controllo sperimentale
• Rapidità in termini di risposta biologica
• Può essere eseguito con meno problemi etici e di sicurezza
Svantaggi • Problemi etici per il reclutamento di esseri umani e animali
• Costi elevati
• Lunghi tempi per arrivare al risultato
• Impossibilità di studiare processi biologici complessi
• L'assenza di biocinetica nei metodi in vitro può portare a un'errata interpretazione dei dati.
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