СКРИНИНГ / ДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ / ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА / ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО / ЭФФЕКТИВНОСТЬ / БЕЗОПАСНОСТЬ / IN VITRO / EX VIVO / IN VIVO / SCREENING / PRE-CLINICAL STUDIES / DRUGS / PHARMACOLOGICAL AGENT / THE EFFICIENCY / SAFETY
Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Селезнева А.И., Калатанова А.В., Афонькина О.В.
В статье рассмотрено эффективное планирование и варианты проведения экспериментальных исследований с привлечением оптимального спектра методов для установления возможных направлений действия фармакологических веществ in vitro , ex vivo , in vivo . Конечной целью комплексного использования батареи методов является получение достоверных и достаточных по объему экспериментальных данных, сокращение объемов, стоимости и сроков исследования за счет грамотной разработки дизайна исследования и использования данных, полученных на каждом этапе.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Селезнева А.И., Калатанова А.В., Афонькина О.В.
Цитогенетические эффекты ресвератрола и кандесартана in vivo и in vitro
Генетика и молекулярная биология — in vivo, in vitro, in silico
Сравнение гемодинамических и инфаркт-лимитирующих эффектов консервирующего раствора на основе буфера Кребса-Хенселейта и раствора Кустодиол на модели гетеротопической трансплантации сердца крысы
Прямое сравнение кардиопротективных свойств ингибиторов некроптоза на модели глобальной ишемии-реперфузии изолированного сердца крысы
Коэнзим Q10 (Кудесан) в профилактике и лечении артериальной гипертензии
Кардиопротекторные свойства хлорида лития на модели инфаркта миокарда у крыс
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры?
Вы всегда можете отключить рекламу.
COMPLEX APPROACH TO STUDY PHARMACOLOGICAL AGENTS IN VITRO, EX VIVO, IN VIVO
The article considers effective planning and options for experimental studies involving the optimum range of methods to identify possible areas of action of pharmacological agents in vitro , ex vivo , in vivo . The ultimate goal of the integrated use of a battery of methods to provide a reliable and sufficient in terms of experimental data, reducing the volume, cost and timing of the study by a competent study design and the use of data collected at each stage.
Текст научной работы на тему «Комплексный подход к изучению фармакологических веществ in vitro, ex vivo, in vivo»
9. Koshkina E.A., Kirzhanova V.V. Osnovnye tendencii rasprostranennosti narkologicheskih rasstrojstv v Rossijskoj Federacii v 2002 g. // Psihiatrija i psihofarmakoterapija. — 2003. — № 4. — S. 140-142.
10. Hibell B., Guttormsson U., Ahlstrom S., Balakireva O., Bjarnson T., Kokkevi A., Kraus L. The 2007 ESPAD Report. Substance Use Among Students in 35 European Countries. Stockholm, 2009. 303.
11. Ivanova M.A. T.M. Pavlova, O.Zh. Buzik. K voprosu ob organizacii medicinskoj pomoshhi bol’nym s narkoticheskoj zavisimost’ju.
Анализ переваримости в рубце. In vivo, in situ или in vitro?
Zhumal «Voprosy narkologii». 2010. №4. S. 117-122.
Селезнева А.И.1, Калатанова А.В.2, Афонькина О.В.3
1 Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, 2 младший научный сотрудник, 3 младший научный сотрудник,
ЗАО «Санкт-Петербургский институт фармации»
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ IN VITRO, EX VIVO, IN VIVO
В статье рассмотрено — эффективное планирование и варианты проведения экспериментальных исследований с привлечением оптимального спектра методов для установления возможных направлений действия фармакологических веществ in vitro, ex vivo, in vivo. Конечной целью комплексного использования батареи методов является получение достоверных и достаточных по объему экспериментальных данных, сокращение объемов, стоимости и сроков исследования за счет грамотной разработки дизайна исследования и использования данных, полученных на каждом этапе.
Ключевые слова: скрининг, доклинические исследования, лекарственные средства, фармакологическое вещество,
эффективность, безопасность, in vitro, ex vivo, in vivo.
Selezneva A.I.1, Kalatanova A.V.2, Afonkina O.V.3
*MD, Senior Researcher, Junior Researcher, 3 Junior researcher, «Institute of Pharmacy of Saint-Petersburg»
COMPLEX APPROACH TO STUDY PHARMACOLOGICAL AGENTS IN VITRO, EX VIVO, IN VIVO
The article considers effective planning and options for experimental studies involving the optimum range of methods to identify possible areas of action ofpharmacological agents in vitro, ex vivo, in vivo. The ultimate goal of the integrated use of a battery of methods to provide a reliable and sufficient in terms of experimental data, reducing the volume, cost and timing of the study by a competent study design and the use of data collected at each stage.
Keywords: screening, pre-clinical studies, drugs, pharmacological agent, the efficiency, safety, in vitro, ex vivo, in vivo.
Успешное изучение эффективности и безопасности фармакологических веществ напрямую зависит от грамотного планирования и разработки дизайна исследования. Существует большое количество методов как скрининговой, так и объемной оценки возможной направленности действия и токсических свойств фармакологических веществ. Эти методы можно условно определить в три группы согласно способам их выполнения — методы in vitro, ex vivo, in vivo.
Методы in vitro подразумевают скрининговую или объемную оценку эффективности и безопасности фармакологических веществ в модельных системах с использованием реакционных сред, ферментов, клеточных линий и др. На сегодняшний день в мировом научном сообществе методы in vitro очень популярны, как с точки зрения высокой инновационности, так и с позиции гуманного обращения с животными. Однако ограничение исследований эффективности и безопасности фармакологических веществ методами in vitro не целесообразно, так как экстраполяция полученных результатов на целый организм характеризуется высоким риском.
Методы ex vivo представляют собой, как правило, изолированные органы и ткани живых организмов. Эти методы также широко известны, а данные, полученные в результате исследований ex vivo, как правило, характеризуются большей релевантностью клинике. Однако, также как и методы in vitro, результаты исследований ex vivo, не могут являться основанием для начала клинических испытаний фармакологического вещества.
Методы in vivo являются классическими для экспериментальной фармакологии и представляют собой исследования на различных видах и линиях животных. Методы in vivo позволяют получить достоверные и достаточные по объему результаты, которые могут быть с успехом экстраполированы в клинику. Существует большое количество данных об анатомических, физиологических, биохимических и других особенностях видов и линий экспериментальных животных, которые позволяют установить степень релевантности человеку и прогнозировать результаты клинических исследований фармакологических веществ. Однако, не смотря на высокую информативность исследований in vivo, наиболее успешный подход к разработке дизайна исследований может быть обеспечен результатами исследований in vitro и ex vivo. Эти методы также позволяют существенно сократить количество животных в эксперименте, что имеет ключевое значение с точки зрения биоэтики [1,2].
В данной работе определены возможные варианты комплексной оценки эффективности фармакологических веществ с применением батареи методов in vitro, ex vivo и in vivo. Использование комплексного подхода позволяет сделать экспериментальное исследование максимально информативным и достоверным.
Комплексная оценка эффективности фармакологических веществ in vitro, ex vivo и in vivo
Для исследования эффективности фармакологических веществ особенное значение имеет скрининг фармакологической активности, пилотные исследования и изучение механизмов действия. Так, новые фармакологические вещества могут быть синтезированы или получены из природного сырья с использованием различных методов, может быть выделено большое количество стереоизомеров или веществ, отличающихся по структуре на одну или несколько функциональных групп. Проведение полноценного исследования каждого из кандидатов требует больших временных, экономических затрат и использования большого количества животных. Применение методов in vitro и ex vivo в большинстве случаев позволяет выбрать наиболее перспективные кандидаты и сократить объем исследований [3].
Исследование in vivo позволяет получить объемные данные, оптимальные для экстраполяции в клинику. Применение различных моделей заболеваний на животных, а также использование генетически модифицированных видов способствует установлению механизмов фармакологического действия, эффективных доз, динамики значений маркеров патологии при длительном курсовом применении и др.
В качестве примера приведем комплексное исследование эффективности фармакологического вещества Х, потенциально обладающего антиоксидантными и кардиопротективными свойствами, в системе методов in vitro, ex vivo и in vivo.
Дизайн исследования представлен в таблице 1.
Таблица 1 — Дизайн комплексного исследования эффективности ( >армакологического вещества X
Исследование механизмов действия in vitro Исследование механизмов действия и фармакологической активности ex vivo Исследование эффективности при курсовом применении in vivo
Исследование активности по отношению к гидроксильному (ОН*) радикалу Исследование кардиопротективной активности на модели ишемии-реперфузии изолированного сердца по Лангендорфу Исследование антигипертензивной активности на крысах линии SHR
Исследование активности по отношению к перекисному окислению липидов Исследование противоишемической активности на модели острого инфаркта миокарда у крыс
На первом этапе исследования механизмов действия in vitro было установлено, что фармакологическое вещество Х характеризуется выраженной эффективностью в отношении гидроксильного радикала и перекисного окисления липидов (табл. 2).
Таблица 2 — Эффективность фармакологического вещества Х в исследованиях in vitro
Исследуемое вещество Активность в отношении гидроксильного радикала, С 1/2, мг/мл Снижение уровня ТБК-реагирующих продуктов (ПОЛ), С 1/2, мг/мл
ПОЛ, инициированное FeSO4 ПОЛ, инициированное AMVN
Фармакологическое вещество Х 0,43 ± 0,02 0,034 ± 0,0004 0,045 ± 0,0006
Фармакологическое вещество Y (препарат сравнения) 0,49 ± 0,04 0,081 ± 0,007 0,087 ± 0,002
Эффективность фармакологического вещества Х превышала таковую препарата сравнения Y.
Установлено, что наличие антиоксидантных свойств фармакологического вещества обусловливает его цитопротекторные свойства [4]. В многочисленных клинических и экспериментальных исследованиях определено, что оксидативный стресс играет ключевую роль в развитии кардиоваскулярных патологий, таких как ИБС, АГ, атеросклероз, коронарная недостаточность и сердечная недостаточность [5,6].
Результаты исследований in vitro позволили определить основные направления экспериментального дизайна ex vivo и in vivo, а также установить возможные механизмы действия фармакологического вещества.
Вторым этапом исследований было определение кардиопротекторных свойств фармакологического вещества Х в эксперименте ex vivo, проведенном на изолированном сердце по методу Лангендорфа [7]. Исследование проводили при применении фармакологического вещества Х в трех дозах.
В результате второго этапа исследований было установлено, что значения показателей давления (LVP) и скорости сокращения (dP/dt max) левого желудочка на фоне ишемии с последующей реперфузией изолированного сердца статистически значимо увеличиваются, что может свидетельствовать о положительном инотропном действии препарата (рис. 1).
Рис. 1 — Эффективность фармакологического вещества Х в исследовании ex vivo.
Данные, полученные в исследовании in vitro и ex vivo, дают основание предполагать ключевой механизм действия и фармакологический эффект вещества, а, следовательно, планировать эксперименты in vivo.
Таким образом, так как in vitro и ex vivo фармакологическое вещество X характеризовалось выраженной кардиопротекторной активностью, а также влиянием на антиоксидантную систему, то для изучения специфической активности in vivo были выбраны модели сердечно-сосудистых патологий, патогенез которых связан с оксидативным стрессом и нарушением сократимости миокарда: острый инфаркт миокарда и артериальная гипертензия.
В результате исследований эффективности фармакологического вещества Х in vivo на модели острого инфаркта миокарда было установлено влияние на физиологические и биохимические параметры моделируемой патологии (табл. 3).
Таблица 3 — Эффективность фармакологического вещества Х на фоне моделирования острого инфаркта миокарда у крыс, M ± m.
Характеристика группы животных Сегмент ST, мВ Активность креатинкиназы, Ед/л Активность аспартат-аминотрансферазы, Ед/л Активность лактат-дегирогеназы, Ед/л
Интактные 0,05 ± 0,003 415,5 ± 36,6 127,2 ± 4,7 124,5 ± 6,9
Контрольная — Инфаркт миокарда без лечения 0,19 ± 0,011 1034,2 ± 77,9 325,7 ± 13,6 289,7 ± 19,8
Инфаркт миокарда + Х 0,10 ± 0,008* 872,3 ± 57,9* 227,2 ± 24,8* 219,4 ± 9,5*
В результате исследований эффективности фармакологического вещества Х in vivo у спонтанно-гипертензивных крыс наблюдали выраженное снижение систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления как до применения фармакологического вещества Х, так и через 1 час после (табл. 4).
Таблица 4 — Изменение АД при курсовом применении фармакологического вещества Х
Время измерения АД при применении фармакологического вещества Х, M±m
САД, мм рт.ст. ДАД, мм рт.ст.
1-й день лечения
До введения 196 ± 2 103 ± 1
Через 1 ч после введения 172 ± 2 * 90 ± 1 *
3-й день лечения
До введения 188 ± 2 102 ± 1
Через 1 ч после введения 169 ± 2 * 87 ± 1 *
5-й день лечения
До введения 185 ± 2 99 ± 1
Через 1 ч после введения 174 ± 2 * 86 ± 1 *
Таким образом, в результате использования комплексной оценки in vitro, ex vivo и in vivo была установлена высокая эффективность нового фармакологического вещества Х и определены возможные механизмы действия. На модели изолированного сердца по методу Лангендорфа и при моделировании острого экспериментального инфаркта миокарда in vivo было установлено кардиотоническое и кардиопротективное действие препарата. При применении нового препарата у спонтанно’-гипертензивных животных наблюдалось стойкое снижение АД, а также уменьшение цифр исходного давления к концу курса лечения. Было установлено, что ключевую роль в реализации фармакологических эффектов фармакологического вещества Х играет его антиоксидантная активность, что было подтверждено в исследованиях антирадикальной и восстанавливающей способности in vitro.
Использование методов in vitro и ex vivo позволило существенно сократить объем экспериментальных животных, так как на основании их результатов были выбраны эффективные дозы фармакологического вещества Х и наиболее подходящие экспериментальные модели.
1. Russell W.M.S., Burch, R.L. The Principles of Humane Experimental Technique. — London: Methuen
2. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes // Official Journal of the European Union. 2010. P. 33 — 79;
3. Humane Science in the 21st Century: abstracts of the 9th World Congress, Prague, 2014. Volume 3, No. 1. 336 pp.;
4. Mathers J. Antioxidant and cytoprotective responses to redox stress // Biochem Soc Symp. — 2004. Vol. 71. — P.157-176;
5. Addabbo F. Mitochondria and Reactive Oxygen Species / F. Addabbo, M. Montagnani, M.S. Goligorsky // Hypertension. — 2009. Vol. 53. — P. 885-892;
6. Меньшикова Е.Б. Окислительный стресс: Патологические состояния и заболевания. — Новосибирск: АРТА, 2008. 284 с;
7. Торопова Я.Г. Перфузия изолированного сердца методом Лангендорф и Нилли: возможности применения в научных исследованиях / Я.Г. Торопова, Н.Ю. Осяев, Р.А. Мухамадияров // Трансляционная медицина. — 2014. № 4 — С. 34-39.
1. Russell W.M.S., Burch, R.L. The Principles of Humane Experimental Technique. — London: Methuen
2. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes // Official Journal of the European Union. 2010. P. 33 — 79;
3. Humane Science in the 21st Century: abstracts of the 9th World Congress, Prague, 2014. Volume 3, No. 1. 336 pp.;
4. Mathers J. Antioxidant and cytoprotective responses to redox stress // Biochem Soc Symp. — 2004. Vol. 71. — P.157-176;
5. Addabbo F. Mitochondria and Reactive Oxygen Species / F. Addabbo, M. Montagnani, M.S. Goligorsky // Hypertension. — 2009. Vol. 53. — P. 885-892;
6. Men’shhikova E.B. Okislitel’nyj stress: Patologicheskie sostojanija i zabolevanija. — Novosibirsk: ARTA, 2008. 284 s;
7. Toropova Ja.G. Perfuzija izolirovannogo serdca metodom Langendorf i Nilli: vozmozhnosti primenenija v nauchnyh issledovanijah / Ja.G. Toropova, N.Ju. Osjaev, R.A. Muhamadijarov // Transljacionnaja medicina. — 2014. № 4 — S. 34-39.
Смирнова М.П1, Чижов ПА.2, Новикова Е.Я3, Столярова С.А. 4, Шевелилова Г.И.5
‘Кандидат медицинских наук, 2 Профессор, доктор медицинских наук, 3 Доцент, кандидат медицинских наук, ГБОУ ВПО Ярославский государственный медицинский университет РФ; 4 Кандидат медицинских наук; ГБУЗ Ярославской области
Клиническая больница № 1 г. Ярославля
ВЗАИМОСВЯЗЬ УРОВНЯ ГЕМОГЛОБИНА, КРЕАТИНИНА И МОЧЕВИНЫ, ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛИПИДНОГО СПЕКТРА И ПАРАМЕТРОВ ЭХО-КАРДИОСКОПИИ У ПАЦИЕНТОВ С ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНОЙ
В статье рассмотрена взаимосвязь уровня гемоглобина, креатинина и мочевины, показателей липидного спектра — общего холестерина, липопротеидов высокой и низкой плотности, параметров ЭХО-кардиоскопии у пациентов с хронической сердечной
Источник: cyberleninka.ru
ЛЕКЦИЯ 4. Методы оценки биодоступности in vitro
В предыдущих лекциях мы рассмотрели понятие биодоступности лекарственных препаратов и методы ее оценки in vivo. Очевидно, что трудоемкие исследования биодоступности in vivo не могут быть использованы в ситуации, когда необходима массовая оценка качества лекарственных форм (например, при промышленном производстве). Для этих целей нужны простые, быстрые, точные методы, которые позволяют при необходимости проводить многократные исследования. К ним относится оценка биодоступности in vitro (в пробирке) или фармацевтической доступности – по динамике высвобождения лекарственного вещества вне биологической системы.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Самое популярное на сайте:
Закон единства и борьбы противоположностей Закон единства и борьбы противоположностей заключается в том, что все сущее состоит из противоположных начал, которые, будучи едиными.
Философские идеи Ф.М. Достоевского Федор Михайлович Достоевский (1821-1881) является в настоящее время.
Понятие, признаки, функции, принципы исполнительной власти Исполнительная власть – ветвь государственной власти, деятельность по управлению делами государства и общества, осуществляемая.
Эффективность производства и ее показатели. Пути и факторы повышения эффективности производства В основе экономического прогресса лежит повышение эффективности производства.
ЛИЧНОСТНЫЕ, МЕТАПРЕДМЕТНЫЕ И ПРЕДМЕТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Данная программа обеспечивает формирование личностных, метапредметных и предметных результатов.
Источник: studopedia.ru
Мир науки
Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!
Есть два основных принципа культивирования микроорганизмов – in vivo и in vitro.
А. Микроорганизмы – облигатные паразиты (риккетсии, хламидии, вирусы) можно культивировать только in vivo, т.е. внутриклеточно.
Для этого используют методы, разработанные вирусологами и разбираемые в курсе вирусологии – культивирование микроорганизмов в культуре клеток, в птичьем эмбрионе, в организме лабораторного животного.
Б. Микроорганизмы – факультативные паразиты (т.е. все бактерии, кроме риккетсий и хламидий) можно культивировать in vitro – на искусственных питательных средах, которые классифицируются по своей консистенции, составу и назначению.
1. В зависимости от их консистенции искусственные питательные среды классифицируются на плотные, полужидкие и жидкие.
а. Плотные питательные среды могут быть агаризованные и свернутые.
1. Агаризованные питательные среды называются так потому, что в качестве уплотнителя в их состав вводят агар – полисахарид, добываемый из морских водорослей определенных видов и используемый для уплотнения питательных сред в бактериологии по такому же алгоритму, как в быту крахмал или желатин. Для получения плотной питательной среды достаточно концентрации агара в пределах 1,5 – 2%. При этом могут использоваться или чашки Петри («пластинчатый агар») или пробирки (при наличии скоса –«скошенный агар» или «косяк», при его отсутствии – «столбик агара»).
2. Свернутые питательные среды – это плотные среды, содержащие сыворотку крови или обогащенные другим белком (яичные, например), которые уплотняются (как результат денатурации белка) при их прогревании в процессе стерилизации.
б. Полужидкие питательные среды содержат небольшое количество агара (примерно 0,5%).
в. Жидкие питательные среды не содержат уплотнителей. В принципе, любую жидкую среду можно превратить в плотную, или добавив к ней агар, или свернув содержащийся в ней белок (соблюдая в обоих случаях необходимую концентрацию уплотнителя).
2. По своему составу искусственные питательные среды классифицируются на натуральные и синтетические.
а. Натуральные искусственные питательные среды готовятся на основе отваров или экстрактов мяса, рыбы, овощей и др. натуральных продуктов. Натуральные питательные среды, свою очередь, классифицируют на простые и сложные. Именно преимущественно натуральные питательные среды используются в работе бактериологических лабораторий так называемого «практического здравоохранения».
1. Простые натуральные питательные среды, собственно, и представляют собой такие отвары или экстракты. К простым натуральным питательным средам относятся:
– мясопептонный агар (МПА) и мясопептонный бульон (МПБ), относящиеся к одной группе, так как агар не усваивается подавляющим большинством бактерий, и, следовательно, он не изменяет состав среды – только ее концентрацию;
– желатин;
– молоко;
– кусочки овощей.
2. Сложные натуральные питательные среды получают путем добавления в простые натуральные среды любого вещества (красителя, сахара, антибиотика, крови и т.д.).
б. Синтетические искусственные питательные среды получают, смешивая в растворе чистые химические вещества (как правило, соли). В отличие от натуральных питательных сред, это так называемые среды известного состава, так как количество содержащихся в них веществ точно задается рецептурой их приготовления. Синтетические искусственные питательные среды используются в основном в бак-териологических лабораториях научных учреждений.
3. По своему назначению искусственные питательные среды классифицируются на основные, элективные (селективные), дифференциально-диагностические и консервирующие.
а. Основные искусственные питательные среды названы так потому, что с их помощью проводится основная работа бактериолога – накопление чистой культуры, ее «оживление» после длительного хранения и т.п. Основные питательные среды, в свою очередь, подразделяются на универсальные и специальные.
1. Одна и та же универсальная основная питательная среда может быть использована для культивирования многих видов бактерий. По своему составу это – простые натуральные питательные среды. Бактерии, которые можно культивировать на таких средах, называются бактериями с простыми пита-тельными потребностями.
2. Специальная основная питательная среда используется для культивирования конкретного вида или группы бактерий. Бактерии, которые для своего культивирования нуждаются в специальных питательных средах, называются бактериями со сложными питательными потребностями.
б. Элективные (селективные, избирательные, обогащенные) искусственные питательные среды – это среды, содержащие вещества, используемые бактериями определенных видов и не благоприятствующие или даже препятствующие росту других бактерий. Такие среды служат для выделения конкретного вида бактерий из патологического материала. Выделение тех виды бактерий, для которых такие среды не разработаны, довольно затруднительно.
в. Дифференциально-диагностические искусственные питательные среды – это среды, позволяющие отличать одни виды бактерий от других по их ферментативной активности (чаще всего – по цвету образуемых ими колоний) или культуральным свойствам.
г. Консервирующие искусственные питательные среды – это среды, используемые, например, при доставке патологического материала в бактериологическую лабораторию; так как метаболическая активность на них бактерий сводится практически к нулю, то бактерии сохраняются, но не размножаются.
Источник: worldofscience.ru