In vivo vs. in vitro: Was ist der Unterschied?

Medizinische Artikel für ein breites Publikum verwenden oft die Begriffe „in vitro“ und „in vivo“, um Studien zu beschreiben. In vitro ist lateinisch für „im Glas“. In vivo ist Lateinisch für „im Lebendigen“.

In diesem Artikel werden beide Begriffe definiert und ihre Bedeutung für die medizinische Forschung diskutiert.

Definitionen

In vitro ist lateinisch und bedeutet „im Glas“. Es beschreibt medizinische Verfahren, Tests und Experimente, die Forscher außerhalb eines lebenden Organismus durchführen. Eine In-vitro-Studie findet in einer kontrollierten Umgebung statt, z. B. in einem Reagenzglas oder einer Petrischale.

In vivo ist lateinisch für „innerhalb des Lebendigen“. Es bezieht sich auf Tests, Experimente und Verfahren, die Forscher in oder an einem ganzen lebenden Organismus, wie einem Menschen, einem Labortier oder einer Pflanze, durchführen.

Beispiele

Forscher verwenden In-vivo- und In-vitro-Methoden, um unser Wissen über Krankheiten und den menschlichen Körper zu erweitern.

In wissenschaftlichen Studien können Forscher eine Hypothese mit einer oder beiden dieser Methoden testen.

In vitro

In-vitro-Tests finden in einem Labor statt und beinhalten in der Regel die Untersuchung von Mikroorganismen oder menschlichen oder tierischen Zellen in Kultur. Diese Methode ermöglicht es Wissenschaftlern, verschiedene biologische Phänomene in spezifischen Zellen zu bewerten, ohne die Ablenkungen und potenziellen Störvariablen, die in ganzen Organismen vorhanden sind.

In-vitro-Tests sind eine unkomplizierte Forschungsmethodik. Forscher können detailliertere Analysen durchführen und biologische Effekte an einer größeren Anzahl von In-vitro-Probanden untersuchen als bei Tier- oder Humanversuchen.

Obwohl Petrischalen und Reagenzgläser kontrollierte Umgebungen für In-vitro-Tests bieten, können sie die Bedingungen, die im Inneren eines lebenden Organismus herrschen, nicht nachbilden.

Daher müssen In-vitro-Daten mit Vorsicht interpretiert werden, da diese Ergebnisse nicht unbedingt die Reaktion eines ganzen Lebewesens vorhersagen.

Einige Beispiele für In-vitro-Tests sind pharmazeutische Tests und Fruchtbarkeitsbehandlungen.

Pharmazeutische Tests

Neue Medikamente, die auch als Arzneimittelkandidaten bezeichnet werden, werden in vitro getestet, bevor sie in die klinische Prüfung gehen.

Während eines präklinischen In-vitro-Tests setzen Forscher Zielzellen einem neuen Medikament aus und beobachten dessen Wirkung. In-vitro-Tests sind besonders hilfreich, um festzustellen, ob ein neuartiges Medikament toxische oder krebserregende Wirkungen hat.

In einer Studie aus dem Jahr 2018 verwendeten Forscher in Italien In-vitro-Tests, um die toxischen Auswirkungen von Molybdänoxid-Nanopartikeln, einer vielversprechenden neuen Krebsbehandlung, zu überwachen. Nanopartikel sind kleine oder ultrafeine Partikel, die typischerweise eine Größe von 1-100 Nanometern haben.

Die Autoren einer Studie aus dem Jahr 2017 identifizierten personalisierte Krebsbehandlungsoptionen mithilfe von In-vitro-Modellen.

In der Studie sammelten die Forscher Zellen von zwei Gebärmutter- und zwei Dickdarmtumoren. Sie analysierten diese Tumorzellen mithilfe des Hochdurchsatz-Wirkstoffscreenings, das Biologie, Robotik und Datenverarbeitung kombiniert, um Tausende verschiedener biologischer Verbindungen an einer einzigen Zielzelle zu testen.

Die Analyse identifizierte wirksame Medikamente und Medikamentenkombinationen, die für jede Zellprobe spezifisch sind.

Fruchtbarkeitsbehandlungen

Die In-vitro-Fertilisation (IVF) ist eine Art der Fruchtbarkeitsbehandlung, bei der die Befruchtung nicht im Körper, sondern in einem Labor stattfindet.

Bei der IVF werden eine oder mehrere Eizellen aus einem Eierstock entnommen und mit gespendeten Spermien in eine Petrischale gelegt. Die Befruchtung erfolgt normalerweise innerhalb von 3-5 Tagen.

Eine medizinische Fachkraft kann dann die entstandenen Embryonen in die Gebärmutter einpflanzen.

In vivo

Trotz positiver präklinischer Ergebnisse scheitern etwa 30 % der Arzneimittelkandidaten in der klinischen Prüfung am Menschen, weil sie unerwünschte Nebenwirkungen verursachen. Weitere 60% zeigen nicht die gewünschte Wirkung.

In-vivo-Tests, insbesondere in klinischen Studien, sind ein wichtiger Aspekt der medizinischen Forschung im Allgemeinen. In-vivo-Studien liefern wertvolle Informationen über die Auswirkungen einer bestimmten Substanz oder eines Krankheitsverlaufs in einem ganzen, lebenden Organismus.

Die wichtigsten Arten von In-vivo-Tests sind Tierstudien und klinische Studien.

Tierversuche

Forscher verwenden Tierstudien, um die Mechanismen aufzudecken, die verschiedenen Krankheitsprozessen zugrunde liegen, und um die Sicherheit neuer medizinischer Behandlungen zu beurteilen.

Tierstudien stellen eine Art Mittelweg zwischen In-vitro-Experimenten und Studien am Menschen dar. Die meisten Tierstudien verwenden im Labor gezüchtete Mäuse oder Ratten, die genetisch nahezu identisch sind. Dadurch können die Forscher verschiedene biologische Effekte innerhalb komplexer Organismen beobachten.

Das Testen genetisch ähnlicher Probanden in einer Laborumgebung bietet einen Grad an Kontrolle, der in einer klinischen Studie nicht gegeben ist.

Klinische Studien

Wenn sich ein Medikamentenkandidat in In-vitro- und Tierstudien als sicher und wirksam erwiesen hat, werden die Forscher seine Auswirkungen am Menschen in klinischen Studien untersuchen.

Forscher vergleichen oft die Wirkungen neuer Medikamente mit denen eines Placebos.

Viele betrachten randomisierte kontrollierte Studien (RCTs) als den Goldstandard für pharmazeutische Tests. Alle RCTs müssen eine Randomisierung und eine Kontrolle beinhalten.

Bei der Randomisierung weisen die Forscher die Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip entweder der Behandlungs- oder der Placebogruppe zu.

Bei der Kontrolle vergleichen die Forscher die Ergebnisse der Teilnehmer, die das neue Medikament oder die Intervention erhalten haben, mit denen eines Teilnehmers in der Kontrollgruppe. Die Teilnehmer in der Kontrollgruppe erhalten eine alternative Behandlung, wie z.B. ein Placebo oder eine ältere Form des neuen Medikaments.

Forscher können sich dafür entscheiden, ihre RCT zu „verblenden“, indem sie Informationen, die die Teilnehmer des Experiments beeinflussen könnten, bis zum Ende der Studie zurückhalten.

Eine verblindete RCT könnte beinhalten, dass die Behandlung und das Placebo in identischen Kapseln verteilt werden, so dass die Teilnehmer nicht erkennen können, in welcher Behandlungsgruppe sie sich befinden.

Die Verblindung kann auch bedeuten, dass den Mitgliedern des Forschungsteams sowie den Teilnehmern Informationen vorenthalten werden. Dies wird als doppelte Verblindung bezeichnet.

DieVerblindung hilft, Verzerrungen oder systematische Fehler zureduzieren, die das Design einer Studie und die Gültigkeit ihrer Ergebnisse gefährden können.

Zusammenfassung

In-vitro- und In-vivo-Studien liefern wertvolle Informationen für alle Phasen der biomedizinischen Forschung.

Forscher verwenden In-vitro-Methoden häufig für grundlegende Untersuchungen, um Wechselwirkungen von Medikamenten und Krankheitsprozesse auf zellulärer Ebene zu untersuchen.

In vivo Studien erweitern die Daten aus in vitro Studien, indem sie biologische Reaktionen in lebenden Organismen beobachten.